DE102012021094A1 - Valve device for a fuel cell system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung (15, 18) für ein Brennstoffzellensystem (1), mit wenigstens einer Brennstoffzelle (3) und einem die Brennstoffzelle (3) kühlenden Kühlmedium in einem Kühlkreislauf (8), mit einem Ventilkörper (19), welcher über ein Betätigungselement für den Ventilkörper entgegen der Kraft eines elastischen Rückstellelements (24) bewegbar ist, wobei das Betätigungselement einen mit Druck betätigbaren Kolben (28) aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (28) mit Kühlmedium der Brennstoffzelle (3) zur Betätigung beaufschlagt ist.The invention relates to a valve device (15, 18) for a fuel cell system (1), with at least one fuel cell (3) and a cooling medium cooling the fuel cell (3) in a cooling circuit (8), with a valve body (19) which The actuating element for the valve body can be moved against the force of an elastic restoring element (24), the actuating element having a piston (28) that can be actuated with pressure. The invention is characterized in that the piston (28) is acted upon by the cooling medium of the fuel cell (3) for actuation.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinrichtung für ein Brennstoffzellensystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem nach der in Anspruch 5 näher definierten Art mit einer derartigen Ventileinrichtung.The invention relates to a valve device for a fuel cell system according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art Furthermore, the invention relates to a fuel cell system according to the manner defined in more detail in claim 5 with such a valve device.

Eine Vielzahl von unterschiedlichen Ventileinrichtungen ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Dabei ist es üblich, Ventileinrichtungen für spezielle Anwendungszwecke zu optimieren. Häufig wird dafür ein Ventilkörper wie beispielsweise eine Klappe oder dergleichen über ein elastisches Element, beispielsweise eine Rückstellfeder, in eine vorgegebene Endposition bewegt. Über ein Betätigungselement, welches beispielsweise einen hydraulischen Kolben umfasst, kann der Ventilkörper in die gegenüberliegende Endstellung bewegt werden. Je nachdem, welche der Endstellungen durch das elastische Element bzw. die Rückstellfeder fest vorgegeben ist, spricht man dabei von einer Ventileinrichtung, welche im Normalzustand geöffnet, oder einer Ventileinrichtung, welche im Normalzustand geschlossen ist. In der Fachwelt sind hierfür auch die englischen Bezeichnungen bzw. Abkürzungen „NO” (= Normally Open) und „NC” (= Normally Closed) gebräuchlich. Als Beispiel für eine Ventileinrichtung, welche über einen Kolben betätigt wird, kann beispielhaft auf die in der DE 44 18 132 A1 beschriebene Klappe verwiesen werden.A variety of different valve devices are known in the art. It is customary to optimize valve devices for special applications. Frequently, a valve body such as a flap or the like is moved via an elastic element, for example a return spring, into a predetermined end position. Via an actuating element, which comprises, for example, a hydraulic piston, the valve body can be moved to the opposite end position. Depending on which of the end positions is fixedly determined by the elastic element or the return spring, this is referred to as a valve device which is open in the normal state, or a valve device which is closed in the normal state. In professional circles, the English designations or abbreviations "NO" (= Normally Open) and "NC" (= Normally Closed) are also commonly used. As an example of a valve device which is actuated via a piston, can be exemplified in the in the DE 44 18 132 A1 be referenced flap.

Ferner sind Brennstoffzellensysteme aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie weisen typischerweise eine Brennstoffzelle, beispielsweise einen sogenannten Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenstack auf, welcher zur Bereitstellung von elektrischer Leistung mit Luft als Sauerstofflieferant und Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Gas versorgt werden. Um die in der Brennstoffzelle unweigerlich entstehende Abwärme abzuführen, ist im Normalfall ein Kühlkreislauf vorgesehen, welcher die Brennstoffzelle über ein Kühlmedium, welches in dem Kühlkreislauf umgewälzt wird, entsprechend kühlt. Bei Brennstoffzellensystemen, insbesondere beim Start von Brennstoffzellensystemen, sind dabei verschiedene Probleme zu überwinden. Eines der Probleme ist es beispielsweise, dass neben der elektrischen Leistung und der Abwärme in der Brennstoffzelle Produktwasser entsteht, welches bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts sofort einfriert, da es sich um sehr reines Wasser handelt. Dies ist beim Abstellen des Brennstoffzellensystems bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts häufig ein kritischer Zustand, da hierdurch Leitungswege innerhalb der Brennstoffzelle bzw. des Brennstoffzellensystems durch das gefrorene Wasser blockiert werden können. Um das Brennstoffzellensystem wieder starten zu können, müssen diese Leitungswege erst zeit- und energieaufwändig aufgetaut werden, was für den Start des Brennstoffzellensystems einen erheblichen Nachteil darstellt.Furthermore, fuel cell systems are known from the general state of the art. They typically have a fuel cell, for example a so-called fuel cell stack or fuel cell stack, which is supplied with air as an oxygen supplier and hydrogen or a hydrogen-containing gas for the provision of electrical power. In order to dissipate the waste heat inevitably generated in the fuel cell, a cooling circuit is normally provided, which cools the fuel cell accordingly via a cooling medium, which is circulated in the cooling circuit. In fuel cell systems, especially at the start of fuel cell systems, while various problems are overcome. One of the problems is, for example, that in addition to the electrical power and the waste heat in the fuel cell product water is produced, which immediately freezes at temperatures below freezing, since it is very pure water. This is often a critical condition at shutdown of the fuel cell system at temperatures below freezing, as this may block conduction paths within the fuel cell or fuel cell system through the frozen water. In order to restart the fuel cell system, these cable routes must be thawed only time and energy consuming, which is a significant disadvantage for the start of the fuel cell system.

Ein weiteres Problem beim Start eines Brennstoffzellensystems besteht darin, dass Sauerstoff von der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems durch die Protonenaustauschmembranen auf die Anodenseite des Brennstoffzellensystems gelangen kann, wenn das Brennstoffzellensystem sich im Stillstand befindet. Eine Anreicherung von Sauerstoff im Anodenbereich ist jedoch unerwünscht, da beim Wiederstart des Brennstoffzellensystems Wasserstoff in den Anodenraum zudosiert wird. Wenn dort noch Sauerstoff aus der Stillstandsphase des Brennstoffzellensystems ist, kommt es zu einer Wasserstoff/Sauerstoff-Front, welche über den Anodenkatalysator der Brennstoffzelle läuft. Hierdurch kommt es zu erheblichen Potenzialdifferenzen zwischen den bereits mit Wasserstoff beaufschlagten Bereichen und den noch mit Sauerstoff beaufschlagten Bereichen. Dies führt zu einer Degradation des Anodenkatalysators und zu einer sehr schnellen Alterung der Brennstoffzelle, was hinsichtlich ihrer Lebensdauer höchst unerwünscht ist. Um dieser Problematik entgegenzuwirken, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Eine der bekannten Maßnahmen besteht darin, den im Kathodenraum befindlichen Sauerstoff beim Abstellen der Brennstoffzelle gänzlich aufzubrauchen, um der Problematik entgegenzuwirken. Um das Eindringen von frischem Sauerstoff durch Konvektionseffekte und Windeffekte bei dem abgestellten Brennstoffzellensystem, insbesondere wenn dieses in einem Fahrzeug angeordnet ist, zu verringern oder gänzlich zu vermeiden, sind außerdem Ventileinrichtungen bekannt, welche in der Zuluftleitung und/oder der Abluftleitung des Brennstoffzellensystems angeordnet sind, um frische Luft und damit frischen Sauerstoff am Eindringen in den Kathodenraum zu hindern. Die bekannten Ventileinrichtungen sind dabei entsprechend aufwändig, da sie eine aktive Ansteuerung erfordern, welche entsprechend komplex und teuer ist und darüber hinaus eine Steuerungssoftware erforderlich macht.Another problem with starting a fuel cell system is that oxygen may pass from the cathode side of the fuel cell system through the proton exchange membranes to the anode side of the fuel cell system when the fuel cell system is at a standstill. An enrichment of oxygen in the anode region is undesirable, however, since hydrogen is added to the anode chamber when the fuel cell system is restarted. If there is still oxygen from the stoppage phase of the fuel cell system, there is a hydrogen / oxygen front, which runs over the anode catalyst of the fuel cell. This results in significant potential differences between the already exposed to hydrogen areas and the still exposed to oxygen areas. This leads to a degradation of the anode catalyst and to a very rapid aging of the fuel cell, which is highly undesirable in terms of their life. To counteract this problem, various measures can be taken. One of the known measures is to completely exhaust the oxygen in the cathode compartment when the fuel cell is turned off, in order to counteract the problem. In order to reduce or completely avoid the penetration of fresh oxygen by convection effects and wind effects in the parked fuel cell system, especially when this is arranged in a vehicle, valve devices are also known, which are arranged in the supply air line and / or the exhaust line of the fuel cell system, to prevent fresh air and thus fresh oxygen from entering the cathode compartment. The known valve devices are correspondingly expensive, since they require active control, which is correspondingly complex and expensive and moreover makes a control software required.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Ventileinrichtung in der oben beschriebenen Art anzugeben, welche einfach und effizient in ihrer Betätigung ist und sich zum Einsatz in einem Brennstoffzellensystem eignet. Außerdem ist es die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer derartigen Ventileinrichtung anzugeben, welches die beschriebenen Nachteile beim Starten des Brennstoffzellensystems verringert.The object of the present invention is now to provide a valve device in the manner described above, which is simple and efficient in their operation and is suitable for use in a fuel cell system. Moreover, it is the object of the present invention to provide a fuel cell system with such a valve device, which reduces the disadvantages described when starting the fuel cell system.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Ventileinrichtung mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Ventileinrichtung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem löst ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 5 die Aufgabe wobei, vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems in den hiervon abhängigen Unteransprüchen angegeben sind.According to the invention this object is achieved by a valve device having the features in the characterizing part of claim 1. Further advantageous embodiments and Further developments of the valve device resulting from the dependent therefrom dependent claims. In addition, a fuel cell system with the features in the characterizing part of claim 5 solves the task whereby, advantageous developments and refinements of the fuel cell system according to the invention are specified in the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung ist es vorgesehen, dass diese neben einem elastischen Rückstellelement zu ihrer Betätigung ein Betätigungselement aufweist, welches einen mit Druck betätigbaren Kolben umfasst. Der Kolben ist dabei mit Kühlmedium der Brennstoffzelle zur Betätigung beaufschlagt. Die für ein Brennstoffzellensystem vorgesehene Ventileinrichtung nutzt also ein elastisches Rückstellelement, beispielsweise eine Feder, um in die gewünschte Stellung, beispielsweise im Normalfall geschlossen oder im Normalfall offen, gebracht zu werden. Über den druckbeaufschlagten Kolben, welcher mit dem Kühlmedium des Brennstoffzellensystems in Verbindung steht, wird dann eine Betätigung entgegen der Kraft des elastischen Rückstellelements ausgeführt, die die Ventileinrichtung bzw. ihre Ventilkörper also in die bei Druck durch das Kühlmedium offene oder geschlossene Stellung bewegt. Hierdurch lässt sich eine Ventileinrichtung für ein Brennstoffzellensystem schaffen, welche durch den Druck des Kühlmediums betätigt wird und demnach immer dann, wenn Kühlmedium durch die Brennstoffzelle gefördert wird, die für diesen Fall vorgesehene Stellung annimmt, und danach, wenn der Kühlmittelstrom abgestellt wird, in die über das elastische Element vorgegebene Stellung wechselt. Ohne zusätzlichen Steuerungsaufwand kann so eine Ventileinrichtung für ein Brennstoffzellensystem geschaffen werden, welche immer dann, wenn das Brennstoffzellensystem betrieben wird, und damit das Kühlmedium umgewälzt wird, beispielsweise von einer Geschlossen-Stellung in eine Offen-Stellung oder umgekehrt wechselt. Wird das Brennstoffzellensystem und der Volumenstrom des Kühlmediums abgestellt, dann wechselt der Ventilkörper der Ventileinrichtung zurück in die andere Stellung. Eine automatisch je nach Betriebszustand des Kühlkreislaufs vorgegebene Stellung der Ventileinrichtung wird damit realisiert.In the case of the valve device according to the invention, it is provided that, in addition to an elastic return element for its actuation, it has an actuating element which comprises a piston which can be actuated by pressure. The piston is acted upon by cooling medium of the fuel cell for actuation. The valve device provided for a fuel cell system therefore uses an elastic restoring element, for example a spring, in order to be brought into the desired position, for example normally closed or normally open. About the pressurized piston, which is in communication with the cooling medium of the fuel cell system, an actuation against the force of the elastic return element is then carried out, that moves the valve means or its valve body so in the open or closed by the cooling medium under pressure. As a result, a valve device for a fuel cell system can be provided, which is actuated by the pressure of the cooling medium and therefore, whenever cooling medium is conveyed through the fuel cell assumes the position provided for this case, and thereafter, when the coolant flow is turned off, in the changed over the elastic element predetermined position. Without additional control effort so a valve device for a fuel cell system can be created, which always, when the fuel cell system is operated, and thus the cooling medium is circulated, for example, changes from a closed position to an open position or vice versa. If the fuel cell system and the volume flow of the cooling medium is turned off, then the valve body of the valve device changes back to the other position. An automatically preset depending on the operating state of the cooling circuit position of the valve device is thus realized.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung kann es dabei vorgesehen sein, dass der Kolben über ein Getriebeelement mit der Ventileinrichtung verbunden ist. Ein solches Getriebeelement kann beispielsweise für eine geeignete Übersetzung entweder in der Richtung und/oder in der Kraft oder dem Bewegungshub zwischen dem Kolben und dem Ventilkörper sorgen. Hierdurch wird der Aufbau entsprechend flexibler und es lassen sich bei vergleichsweise geringer Bewegung des Kolbens bereits sehr große Öffnungswinkel eines Ventilkörpers, beispielsweise einer Klappe als Ventilkörper, erzielen. Als Getriebeelemente sind dabei verschiedene Getriebeelemente wie beispielsweise Hebel, Zahnstangen und Zahnräder, Riementriebe, Nocken, Scheiben oder dergleichen denkbar.In an advantageous development of the valve device according to the invention, it can be provided that the piston is connected via a transmission element with the valve device. Such a transmission element may, for example, provide for a suitable translation either in the direction and / or in the force or the movement stroke between the piston and the valve body. As a result, the structure is correspondingly more flexible and it can be at relatively low movement of the piston already very large opening angle of a valve body, such as a flap valve body, achieve. As transmission elements are different transmission elements such as levers, racks and gears, belt drives, cams, discs or the like conceivable.

Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ist es vorgesehen, dass eine derartige erfindungsgemäße Ventileinrichtung eingesetzt wird, und zwar so, dass diese im Bereich einer Zuluftleitung und/oder Abluftleitung des Brennstoffzellensystems angeordnet wird, wobei der Kolben mit dem Kühlmedium des Kühlkreislaufs in Fluidverbindung steht. Hierdurch wird es möglich, dass der Kolben nur dann betätigt wird, wenn das Kühlmedium im Kühlkreislauf umgewälzt wird und dadurch unter einem erhöhten Druck steht. Im Stillstand des Brennstoffzellensystems, wenn das Kühlmedium nicht umgewälzt und langsam wieder abgekühlt wird, wird der Kolben in diesem Aufbau nicht mehr mit Druck beaufschlagt und das elastische Rückstellelement sorgt für eine entsprechende Rückstellung des Ventilkörpers beispielsweise in seine im Normalfall geschlossene oder seine im Normalfall geöffnete Position.In the fuel cell system according to the invention, it is provided that such a valve device according to the invention is used, in such a way that it is arranged in the region of a supply air line and / or exhaust air line of the fuel cell system, wherein the piston is in fluid communication with the cooling medium of the cooling circuit. This makes it possible that the piston is actuated only when the cooling medium is circulated in the cooling circuit and thereby is under increased pressure. At standstill of the fuel cell system, when the cooling medium is not circulated and slowly cooled again, the piston is no longer pressurized in this structure and the elastic return element ensures a corresponding return of the valve body, for example, in its normally closed or normally open position ,

Ein weiterer Vorteil des Aufbaus besteht darin, dass durch die Beaufschlagung des Kolbens mit dem Kühlmedium eine vergleichsweise schnelle Erwärmung des Kolbens erzielt werden kann. Sollte im Bereich der Ventileinrichtung beim Wiederstart des Brennstoffzellensystems gefrorenes Wasser vorhanden sein, so wird dies durch den wärmeleitenden Kontakt über den Kolben und die mit ihm verbundenen Teile der Ventileinrichtung durch das Kühlwasser vergleichsweise schnell erwärmt und bei Bedarf aufgetaut.Another advantage of the structure is that a relatively rapid heating of the piston can be achieved by the action of the piston with the cooling medium. Should frozen water be present in the area of the valve device when the fuel cell system is restarted, this is heated comparatively quickly by the heat-conducting contact via the piston and the parts of the valve device connected to it, and thawed if necessary.

In einer günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es vorgesehen sein, dass die Ventileinrichtung in einem Zustand ohne Druck des Kühlmediums geschlossen ausgebildet ist, wobei die Ventileinrichtung im Bereich der Zuluftleitung und/oder Abluftleitung angeordnet ist. Die Ventileinrichtung kann also beispielsweise so ausgebildet sein, dass diese im Normalzustand geschlossen ist. Dieser Zustand, bei welchem kein Druck des Kühlmediums vorliegt, entspricht dabei dem Modus, in welchem das Brennstoffzellensystem im Stillstand ist. Die Ventileinrichtung kann insbesondere im Bereich der Zuluftleitung und/oder Abluftleitung zu der Brennstoffzelle angeordnet sein. Dementsprechend ist sie im Stillstand des Brennstoffzellensystems geschlossen und kann so das Nachströmen von Luft in die Brennstoffzelle bzw. in den Kathodenraum der Brennstoffzelle während des Stillstands des Brennstoffzellensystems weitgehend unterbinden. Wird das Brennstoffzellensystem in Betrieb genommen und damit auch die Förderung des Kühlmediums gestartet, dann kommt es im Bereich des Kühlmediums zu einem höheren Druck, sodass der Kolben der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung betätigt wird und den Ventilkörper in seine andere, in diesem Fall geöffnete Stellung bewegt. Ein Zustrom bzw. Abstrom von Luft zu bzw. von der Brennstoffzelle wird somit durch die in diesem Betriebszustand geöffnete Ventileinrichtung einfach und effizient möglich.In a favorable embodiment of the fuel cell system according to the invention, it can be provided that the valve device is designed to be closed in a state without pressure of the cooling medium, wherein the valve device is arranged in the region of the supply air line and / or exhaust air line. The valve device can thus be designed, for example, so that it is closed in the normal state. This state, in which there is no pressure of the cooling medium, corresponds to the mode in which the fuel cell system is at a standstill. The valve device can be arranged in particular in the region of the supply air line and / or exhaust air line to the fuel cell. Accordingly, it is closed at standstill of the fuel cell system and can thus largely prevent the flow of air into the fuel cell or in the cathode compartment of the fuel cell during standstill of the fuel cell system. If the fuel cell system is put into operation and thus also the promotion of the cooling medium started, then it comes in the range of the cooling medium to a higher pressure, so that the piston of the valve device according to the invention is actuated and moves the valve body in its other, in this case open position. An inflow or outflow of air to and from the fuel cell is thus made possible simply and efficiently by the valve device which is opened in this operating state.

In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee kann es ferner vorgesehen sein, dass die Ventileinrichtung entweder in der Zuluftleitung oder der Abluftleitung angeordnet ist, wobei in der jeweils anderen Leitung ein Rückschlagventil angeordnet ist, welches nur in Strömungsrichtung der Luft im Betrieb der Brennstoffzelle durchströmbar ist. Durch diesen besonderen Aufbau kann mit lediglich einer derartigen Ventileinrichtung und einer Rückschlagklappe bzw. einem Rückschlagventil im Bereich des jeweils anderen Leitungselements eine sehr gute Abschottung des Kathodenraums der Brennstoffzelle gegenüber nachströmender Luft erzielt werden.In an advantageous development of this idea, it may further be provided that the valve device is arranged either in the supply air line or the exhaust air line, wherein in the respective other line a check valve is arranged, which can be flowed through only in the flow direction of the air during operation of the fuel cell. By means of this special design, a very good partitioning of the cathode space of the fuel cell with respect to inflowing air can be achieved with only one such valve device and one non-return valve or check valve in the region of the respective other line element.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems kann es außerdem vorgesehen sein, dass die Ventileinrichtung im Zustand ohne Druck des Kühlmediums offen ausgebildet ist, wobei die Ventileinrichtung in dem im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefsten Bereich der Zuluftleitung und/oder der Abluftleitung angeordnet ist. Eine solche Anordnung im tiefsten Teil der Zuluftleitung und/oder der Abluftleitung sorgt dafür, dass eventuell auskondensierende Flüssigkeit, nach dem Abschalten des Brennstoffzellensystems, sich, zumindest solange die Brennstoffzelle selbst und die Zuluftleitung und die Abluftleitung noch Temperaturen oberhalb des Gefrierpunkts aufweist, in diesem Bereich sammelt. Im Bereich der Ventileinrichtung liegt damit im abgestellten Zustand des Brennstoffzellensystems Wasser vor, welches auch bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen aufgrund der hohen Wärmekapazität der Brennstoffzelle selbst und des Brennstoffzellensystems noch über einen vergleichsweise langen Zeitraum flüssig bleibt. Nachdem die Ventileinrichtung nun so ausgebildet ist, dass diese im Betrieb des Brennstoffzellensystems geschlossen ist, wenn der Druck des Kühlmediums auf den Kolben ansteigt und sich beim Abstellen des Kühlkreislaufs öffnet, kann nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems Wasser durch die geöffnete Ventileinrichtung abströmen. Auskondensierendes Wasser im Bereich der Brennstoffzelle und des Brennstoffzellensystems, welches sich in der Zuluftleitung und der Abluftleitung sammelt, kann somit nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems durch die dann geöffnete Ventileinrichtung im tiefsten Bereich der Zuluftleitung und/oder der Abluftleitung abströmen, bevor die Temperaturen so weit fallen, dass dieses Wasser einfriert. Ohne dass ein zusätzliches aktives Eingreifen notwendig ist, beispielsweise ein Durchspülen des Kathodenraums, wenn die Temperatur unter einen vorgegebenen Grenzwert fällt, kann so sehr einfach und effizient und ohne dass das System unabhängig von der eigentlichen Benutzung aktiv angesteuert und betrieben werden muss, das Ablaufen der größten Menge an Kondensat erzielt werden. Die Gefahr, dass das Kondensat später einfriert und die Zuluftleitung und/oder Abluftleitung blockiert, wird dadurch minimiert. Ein einfacher, schneller und energieeffizienter Start des Brennstoffzellensystems wird somit ermöglicht.In a further advantageous embodiment of the fuel cell system, it can also be provided that the valve device is designed to be open in the state without pressure of the cooling medium, wherein the valve device is arranged in the deepest part of the supply air line and / or the exhaust duct in the intended use. Such an arrangement in the deepest part of the supply air line and / or the exhaust air line ensures that possibly auskondensierende liquid, after switching off the fuel cell system, at least as long as the fuel cell itself and the supply air line and the exhaust pipe still has temperatures above freezing, in this area collects. In the area of the valve device, water is thus present in the parked state of the fuel cell system, which remains liquid even at very low ambient temperatures due to the high heat capacity of the fuel cell itself and of the fuel cell system over a comparatively long period of time. After the valve device is now designed so that it is closed during operation of the fuel cell system, when the pressure of the cooling medium rises to the piston and opens when switching off the cooling circuit, water can flow out through the open valve device after switching off the fuel cell system. Condensing water in the area of the fuel cell and of the fuel cell system, which collects in the supply air line and the exhaust air line, can thus flow out after switching off the fuel cell system through the then opened valve device in the lowest region of the supply air line and / or the exhaust air line before the temperatures drop so far that this water freezes. Without an additional active intervention is necessary, for example, a flushing of the cathode space, when the temperature falls below a predetermined threshold, so can very easily and efficiently and without the system must be independently controlled and operated independently of the actual use, the expiry of the largest amount of condensate can be achieved. The risk that the condensate freezes later and blocks the supply air and / or exhaust air line is thereby minimized. A simple, faster and more energy-efficient start of the fuel cell system is thus made possible.

In einer sehr günstigen Weiterbildung hiervon kann es dabei vorgesehen sein, dass der im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefste Bereich der Zuluftleitung und/oder der Abluftleitung als Bogen oder bevorzugt als Knick in dem Leitungselement oder als Flüssigkeitsabscheider ausgebildet ist. Im Bereich eines solchen Bogens oder Knicks sammelt sich bereits während der Betriebsphase eine gewisse Menge an Wasser, welche dann nach dem Abstellen des Kühlmedienstroms und der damit erfolgenden Öffnung der Ventileinrichtung ablaufen kann, bevor weiteres Kondensat sich sammelt und in diesen Bereich gelangt. Durch den Knick oder Bogen wird die Strömung dabei sehr wenig beeinflusst und bereits auskondensierte Flüssigkeit verbleibt in diesem Bereich, ohne dass sie von dem Zuluftstrom bzw. Abluftstrom unerwünscht mitgerissen wird. Alternativ dazu kann der im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefste Bereich mit der Ventileinrichtung auch ein Flüssigkeitsabscheider sein, wie er gelegentlich im Bereich der Zuluftleitung und/oder der Abluftleitung ohnehin vorhanden ist.In a very favorable development thereof, it can be provided that the deepest part of the supply air line and / or the exhaust air line in the intended use is designed as a bend or preferably as a bend in the line element or as a liquid separator. In the area of such a curve or bend already accumulates during the operating phase, a certain amount of water, which can then run off after stopping the flow of cooling media and thus opening the valve means before further condensate collects and enters this area. Due to the kink or bow, the flow is very little affected and already condensed liquid remains in this area, without being entrained by the supply air or exhaust air undesirable. Alternatively, in the intended use deepest area with the valve device may also be a liquid separator, as it is occasionally present anyway in the supply air line and / or the exhaust air line.

Durch die erfindungsgemäßen Ventileinrichtungen in dem Brennstoffzellensystem wird die Lebensdauer der Brennstoffzelle verlängert und/oder eine Verbesserung der Starteigenschaften der Brennstoffzelle erzielt, wenn die Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts liegen. Beide Anwendungsfälle treten insbesondere bei Fahrzeugen sehr häufig auf, da hier einerseits immer mit Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts gerechnet werden muss, und da andererseits durch ein sehr häufiges Abstellen und Starten des Brennstoffzellensystems sowohl die Problematik eines sogenannten Gefrierstarts als auch die Problematik der Degradation der Brennstoffzelle aufgrund eingedrungener Luft eine entscheidende Rolle spielen. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem kann daher insbesondere in Fahrzeugen sehr gut eingesetzt werden.By means of the valve devices according to the invention in the fuel cell system, the service life of the fuel cell is extended and / or an improvement in the starting characteristics of the fuel cell is achieved when the temperatures are below freezing point. Both applications are particularly common in vehicles very often, since on the one hand always with ambient temperatures below freezing must be expected, and there on the other hand by a very frequent stopping and starting the fuel cell system both the problem of a so-called freeze start and the problem of degradation of the fuel cell due invaded air play a crucial role. The fuel cell system according to the invention can therefore be used very well, especially in vehicles.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung sowie eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments and further developments of the valve device according to the invention and a fuel cell system according to the invention will become apparent from the remaining dependent claims and will become apparent from the embodiment, which is described below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein Brennstoffzellensystems in einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung in einem Fahrzeug; 1 a fuel cell system in a possible embodiment according to the invention in a vehicle;

2 eine erste mögliche Ausführungsform einer Ventileinrichtung gemäß der Erfindung; 2 a first possible embodiment of a valve device according to the invention;

3 eine zweite mögliche Ausführungsform einer Ventileinrichtung gemäß der Erfindung; und 3 a second possible embodiment of a valve device according to the invention; and

4 eine dritte mögliche Ausführungsform einer Ventileinrichtung gemäß der Erfindung. 4 a third possible embodiment of a valve device according to the invention.

In der Darstellung der 1 ist sehr stark schematisiert ein Brennstoffzellensystem 1 zu erkennen. Dieses ist in einem prinzipmäßig angedeuteten Fahrzeug 2 angeordnet und soll in diesem Fahrzeug zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung eingesetzt werden. Den Kern des Brennstoffzellensystems 1 bildet eine Brennstoffzelle 3, welche als sogenannter PEM-Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenstack ausgebildet ist. Der Brennstoffzellenstapel umfasst eine Vielzahl von Einzelzellen, welche jeweils einen Anodenraum und einen Kathodenraum aufweisen. Rein beispielhaft ist in der Darstellung der 1 einer der Anodenräume 4 und einer der Kathodenräume 5 dargestellt und mit einem entsprechenden Bezugszeichen versehen. Zwischen dem Anodenraum 4 und dem Kathodenraum 5 ist dabei eine Protonenaustauschmembran 6 angedeutet. Die Brennstoffzelle 3 weist außerdem einen Wärmetauscher 7 auf, welcher zur Abfuhr von in der Brennstoffzelle 3 entstehender Abwärme von einem Kühlmedium in einem Kühlkreislauf 8 durchströmt wird. Das Kühlmedium in dem Kühlkreislauf 8 wird über eine Kühlmittelfördereinrichtung 9 umgewälzt und führt über einen Kühler 10 Abwärme an die Umgebung des Fahrzeugs. Der Kühlkreislauf 8 ist dabei sehr stark schematisiert dargestellt. Er wird typischerweise noch weitere Komponenten umfassen bzw. weitere Komponenten kühlen. Auch ist ein Bypass um den Kühler 10 allgemein bekannt und üblich, über welchen die Temperatur des Kühlmediums beeinflusst werden kann und über welchen der Kühler beispielsweise beim Start des Brennstoffzellensystems umgangen werden kann, um eine schnelle Aufheizung der Brennstoffzelle zu ermöglichen. All dies ist für die hier vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung, sodass hierauf nicht weiter eingegangen wird.In the presentation of the 1 is very highly schematized a fuel cell system 1 to recognize. This is in a vehicle indicated in principle 2 arranged and should be used in this vehicle to provide electrical drive power. The core of the fuel cell system 1 forms a fuel cell 3 , which is designed as a so-called PEM fuel cell stack or fuel cell stack. The fuel cell stack comprises a multiplicity of individual cells which each have an anode space and a cathode space. Purely by way of example is in the representation of 1 one of the anode rooms 4 and one of the cathode rooms 5 represented and provided with a corresponding reference numeral. Between the anode room 4 and the cathode compartment 5 is a proton exchange membrane 6 indicated. The fuel cell 3 also has a heat exchanger 7 on, which for the removal of in the fuel cell 3 resulting waste heat from a cooling medium in a cooling circuit 8th is flowed through. The cooling medium in the cooling circuit 8th is via a coolant conveyor 9 circulated and passes over a cooler 10 Waste heat to the environment of the vehicle. The cooling circuit 8th is shown very strongly schematized. It will typically include other components or cool other components. Also is a bypass around the radiator 10 generally known and customary, via which the temperature of the cooling medium can be influenced and over which the cooler can be bypassed for example when starting the fuel cell system to allow rapid heating of the fuel cell. All of this is of secondary importance to the present invention, so will not be discussed further.

Dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 11 über eine Druckregel- und Dosiereinrichtung 12 zudosiert. Nach dem Durchströmen des Anodenraums 4 liegt typischerweise ein Abgas vor, welches beispielsweise nachverbrannt oder im Kreislauf zurückgeführt wird. All dies ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und für die hier erläuterte Erfindung von untergeordneter Bedeutung. In der Darstellung der 1 ist daher lediglich eine Abgasleitung 13 aus dem Anodenraum 4 angedeutet.The anode compartment 4 the fuel cell 3 becomes hydrogen from a compressed gas storage 11 via a pressure regulating and metering device 12 added. After flowing through the anode compartment 4 typically there is an exhaust gas which is, for example, post-combusted or recirculated. All this is known from the general state of the art and of minor importance to the invention described here. In the presentation of the 1 is therefore only an exhaust pipe 13 from the anode compartment 4 indicated.

Dem Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 wird Luft als Sauerstofflieferant über eine Luftfördereinrichtung 14 zugeführt. Die Luft strömt nach der Luftfördereinrichtung 14 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Ventileinrichtung 15 in den Kathodenraum 5. Auch hier wären weitere Komponenten wie beispielsweise Ladeluftkühler, Befeuchter oder dergleichen denkbar und sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Auch diese Details sind für die hier vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung, sodass hierauf nicht näher eingegangen wird. Die Ventileinrichtung 15 liegt dabei in einer Zuluftleitung 16, idealerweise unmittelbar vor dem Kathodenraum 5. Die Zuluftleitung 16 verläuft dabei teilweise außerhalb der Brennstoffzelle und über ein gewisses Wegstück auch innerhalb der Brennstoffzelle 3, wobei die Ventileinrichtung 15 sowohl außerhalb als auch in die Brennstoffzelle 3 integriert ausgeführt sein kann.The cathode compartment 5 the fuel cell 3 Air becomes an oxygen supplier via an air conveyor 14 fed. The air flows to the air conveyor 14 in the embodiment shown here via a valve device 15 in the cathode compartment 5 , Again, other components such as intercooler, humidifier or the like would be conceivable and are known from the general state of the art. These details are of minor importance to the present invention, so will not be discussed further here. The valve device 15 lies in an air supply line 16 , ideally immediately in front of the cathode compartment 5 , The supply air line 16 runs partially outside of the fuel cell and over a certain distance also within the fuel cell 3 , wherein the valve means 15 both outside and in the fuel cell 3 can be executed integrated.

Abluft aus dem Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 gelangt über eine Abluftleitung 17 aus dem System. Auch her sind weitere Komponenten aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, beispielsweise ein Wasserabscheider, eine nachgeschaltete Turbine oder dergleichen. Auch dies spielt für die hier vorliegende Erfindung keine Rolle, weshalb hierauf nicht näher eingegangen wird. Im Bereich der Abluftleitung 17 ist, vergleichbar zur Ventileinrichtung 15, eine Ventileinrichtung 18, welche ebenfalls sowohl außerhalb als auch innerhalb der Brennstoffzelle 3 angeordnet sein kann, und welche vorzugsweise unmittelbar nach dem Kathodenraum 5 platziert ist, angeordnet. Die Ventileinrichtungen 15, 18 können dabei beispielsweise beide vorhanden und in derselben Bauart und Funktionsweise ausgeführt sein, oder es kann auch lediglich eine der beiden Ventileinrichtungen 15, 18 vorhanden sein. Außerdem ist es denkbar, dass die Ventileinrichtungen 15, 18 beide vorhanden und in unterschiedlicher Art und Weise ausgeführt sind.Exhaust air from the cathode compartment 5 the fuel cell 3 passes through an exhaust duct 17 from the system. Her other components are known from the general state of the art, for example, a water separator, a downstream turbine or the like. Again, this does not matter for the present invention, which is why will not be discussed further. In the area of the exhaust air line 17 is, comparable to the valve device 15 , a valve device 18 which also both outside and inside the fuel cell 3 may be arranged, and which preferably immediately after the cathode compartment 5 is placed. The valve devices 15 . 18 For example, both may be present and designed in the same design and operation, or it may be just one of the two valve devices 15 . 18 to be available. Moreover, it is conceivable that the valve devices 15 . 18 both are present and executed in different ways.

In der Darstellung der 1 ist außerdem zu erkennen, dass die Ventileinrichtung 15 über eine Verbindungsleitung 25 mit dem Kühlkreislauf 8 in Verbindung steht, sodass Kühlmedium in den Bereich der Ventileinrichtung 15 gelangen kann. Dies wäre prinzipiell auch bei der Ventileinrichtung 18 genauso möglich, wobei zur Vereinfachung der Darstellung auf eine Anbindung der Ventileinrichtung 18 an den Kühlkreislauf 8 verzichtet worden ist, diese ist jedoch denkbar und möglich und gemäß einer später noch beschriebenen Ausführungsform auch vorgesehen.In the presentation of the 1 it can also be seen that the valve device 15 over a connecting line 25 with the cooling circuit 8th communicates so that cooling medium in the area of the valve device 15 can get. This would also be the case with the valve device 18 just as possible, to simplify the presentation on a connection of the valve device 18 to the cooling circuit 8th has been omitted, but this is conceivable and possible and also provided according to an embodiment described later.

In der Darstellung der 2 ist eine erste mögliche Ausführungsform einer Ventileinrichtung 15, 18 gemäß der Erfindung zu erkennen. Die Ventileinrichtung 15, 18 weist eine Klappe 19 als Ventilkörper auf. Die Klappe 19 ist außerhalb eines Leitungselements 20 der Zuluftleitung 16 und/oder der Abluftleitung 17 mit einem Fortsatz 21 versehen, welcher in einem Druckraum 22 beweglich ist. Der Fortsatz ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel direkt mit der Klappe 19 fest verbunden und liegt auf der gegenüberliegenden Seite einer Drehachse 23 den als Ventilkörper genutzten Klappe 19. In der Darstellung der 2 ist eine erste Position durchgezogen und eine zweite Position in gestrichelter Ausführungsform dargestellt. Über ein Federelement 24 als elastisches Rückstellelement ist der Fortsatz 21 der Klappe 19 so mit einer Wandung des Druckraums 22 verbunden, dass die Klappe 19 von der Feder 24 in ihre geschlossene durchgezogen dargestellte Stellung bewegt wird. Kommt es nun zu einer Druckbeaufschlagung des Druckraums 22, welcher über eine Verbindungsleitung 25 in fluidischer Verbindung mit dem Kühlkreislauf 8 steht, dann baut sich in dem Druckraum, in der Darstellung der 2 rechts des Fortsatzes 21, ein entsprechender Druck auf, welcher den Fortsatz 21 entgegen der Kraft der Feder 24 drückt. Durch die Druckbeaufschlagung öffnet sich die Klappe 19 und der Weg für eine Luftströmung durch das Leitungselement 20 wird freigegeben. Über diesen Aufbau ist es also möglich, immer dann, wenn in dem Kühlkreislauf 8 Kühlmedium gefördert wird, über die Verbindungsleitung 25 den Druckraum 22 mit Kühlmedium zu beaufschlagen, sodass in diesem Fall gegen die Kraft der Feder 24 die Klappe 19 geöffnet wird. Wird der Kühlkreislauf abgeschaltet, dann baut sich der Druck in dem Druckraum 22 zumindest mittelfristig ab und über die Feder 24 wird die Klappe 19 wieder in ihre geschlossene Stellung bewegt.In the presentation of the 2 is a first possible embodiment of a valve device 15 . 18 to recognize according to the invention. The valve means 15 . 18 has a flap 19 as a valve body. The flap 19 is outside of a conduit element 20 the supply air line 16 and / or the exhaust duct 17 with an extension 21 provided, which in a pressure room 22 is mobile. The extension is in the embodiment shown here directly with the flap 19 firmly connected and lies on the opposite side of a rotation axis 23 the valve used as valve body 19 , In the presentation of the 2 a first position is drawn through and a second position shown in dashed form. About a spring element 24 as an elastic return element is the extension 21 the flap 19 so with a wall of the pressure chamber 22 connected that flap 19 from the spring 24 is moved to its closed position shown in solid. Does it now come to a pressurization of the pressure chamber 22 , which via a connecting line 25 in fluid communication with the cooling circuit 8th stands, then builds in the pressure room, in the representation of the 2 right of the extension 21 , a corresponding pressure on which the extension 21 against the force of the spring 24 suppressed. By applying pressure, the flap opens 19 and the path for air flow through the conduit element 20 will be released. With this structure, it is possible, whenever in the cooling circuit 8th Cooling medium is conveyed, via the connecting line 25 the pressure room 22 To apply cooling medium, so in this case against the force of the spring 24 the flap 19 is opened. If the cooling circuit is switched off, then the pressure builds up in the pressure chamber 22 at least in the medium term from and to the spring 24 will shut up 19 moved back to its closed position.

Werden nun zwei derartige Ventileinrichtungen 15, 18 gemäß der Darstellung in 2 sowohl in der Zuluftleitung 16 als auch in der Abluftleitung 17 eingesetzt, so kann erreicht werden, dass das Brennstoffzellensystem 1 im Stillstand einen gegenüber der Umgebung verschlossenen Kathodenraum 5 aufweist. Hierdurch wird die Diffusion von Sauerstoff von der Kathodenseite auf die Anodenseite der Protonenaustauschmembran 6 verhindert oder zumindest auf die gegebenenfalls noch im Kathodenraum 5 befindliche Restmenge an Sauerstoff eingeschränkt. Die eingangs beschriebenen Probleme lassen sich hierdurch vermeiden.Will now be two such valve devices 15 . 18 as shown in 2 both in the supply air line 16 as well as in the exhaust air line 17 used, it can be achieved that the fuel cell system 1 at standstill a sealed against the environment cathode space 5 having. As a result, the diffusion of oxygen from the cathode side to the anode side of the proton exchange membrane 6 prevented or at least on the possibly still in the cathode compartment 5 Restricted residual amount of oxygen limited. The problems described above can be avoided thereby.

Eine alternative Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 1 könnte es dabei auch vorsehen, dass lediglich eine der Ventileinrichtungen 15, 18 in dieser Art ausgebildet ist, während die andere, bevorzugt die Ventileinrichtung 18, als Rückschlagventil bzw. Rückschlagklappe ausgebildet ist. Auch hierdurch würde bereits eine deutliche Reduktion des durch die Protonenaustauschmembran 6 diffundierten Sauerstoffs erzielt. Im Prinzip reicht es auch aus, eine der Ventileinrichtungen, beispielsweise die Ventileinrichtung 15, in dem Brennstoffzellensystem anzuordnen, da auch hierdurch bereits der Luftaustausch durch die Zuluftleitung 16, die Abluftleitung 17 und den Kathodenraum 5 entsprechend eingeschränkt wird.An alternative embodiment of the fuel cell system 1 It could also provide that only one of the valve devices 15 . 18 is formed in this way, while the other, preferably the valve means 18 , is designed as a check valve or check valve. This would also already a significant reduction of the through the proton exchange membrane 6 achieved diffused oxygen. In principle, it is also sufficient, one of the valve devices, such as the valve device 15 to arrange in the fuel cell system, as well as this already the air exchange through the supply air 16 , the exhaust pipe 17 and the cathode compartment 5 is restricted accordingly.

In der Darstellung der 3 ist eine alternative Ausführungsform der Ventileinrichtung 15, 18 zu erkennen. Auch hier ist wieder das bereits angesprochene Leitungselement 20 dargestellt. Die Ventileinrichtung 15, 18 nutzt als Ventilkörper auch in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Klappe 19, welche hier beispielhaft ihre Drehachse 23 in der Mitte des Strömungsquerschnitts aufweist. Über ein Zahnrad 29 und eine Zahnstange 27 lässt sich eine lineare Bewegung eines Kolbens 28 in eine Drehbewegung der Klappe 19 umsetzen. Der Kolben 28 ist über die Rückstellfeder 24 in der Darstellung der 3 typischerweise nach oben gedrückt, um analog zur Darstellung in 2 die Klappe 19 in ihrem geschlossenen Zustand zu halten. Oberhalb des Kolbens 28 befindet sich in dem Ausführungsbeispiel der 3 der Druckraum 22, welcher wiederum über die Verbindungsleitung 25 mit dem Kühlkreislauf 8 verbunden ist.In the presentation of the 3 is an alternative embodiment of the valve device 15 . 18 to recognize. Again, the already mentioned line element is again 20 shown. The valve device 15 . 18 uses as valve body also in the 3 illustrated embodiment a flap 19 , which exemplifies their axis of rotation 23 having in the middle of the flow cross-section. About a gear 29 and a rack 27 can be a linear movement of a piston 28 in a rotational movement of the flap 19 implement. The piston 28 is about the return spring 24 in the presentation of the 3 typically pushed up to analogous to the representation in 2 the flap 19 to keep in their closed state. Above the piston 28 is in the embodiment of the 3 the pressure room 22 , which in turn via the connecting line 25 with the cooling circuit 8th connected is.

Die Funktionalität entspricht im Wesentlichen der in der Darstellung der 2 auftretenden Funktionalität. Im Betrieb des Brennstoffzellensystems wird der Kühlkreislauf 8 betrieben und in dem Druckraum 22 liegt das unter Druck stehende Kühlmedium vor. Es bewegt den Kolben 28 in der Darstellung der 3 nach unten und überträgt damit die lineare Bewegung der Zahnstange 27 auf das Zahnrad 29, welches seine Rotation auf die Klappe 19 überträgt und diese entsprechend öffnet. Wird der Kühlkreislauf 8 abgeschaltet und der Druck in dem Druckraum 22 nimmt ab, dann wird die Rückstellfeder 24 den Kolben 28 wieder nach oben drücken und zusammen mit dem Kolben 28 die Zahnstange 27. Diese bewegt über das Zahnrad 29 die Klappe 19 wieder zurück in ihre geschlossene Stellung, was bei dieser Ausführung der Ventileinrichtung 15, 18 die Normalstellung ist. Auch hierdurch kann lediglich im Betrieb des Brennstoffzellensystems 1, wenn der Kühlkreislauf 8 betrieben wird, ein Öffnen der Klappe 19 erzielt werden, sodass die Anwendung der Ventileinrichtung 15, 18 in der Ausgestaltung gemäß 3 der in der in der Ausgestaltung gemäß 2 entspricht. Im Gegensatz zur Ausgestaltung gemäß 2, in der alle zur Bewegung der Klappe 19 benötigten Elemente außerhalb des Leitungselements 20 angeordnet sind, sind bei der Ausführungsform gemäß 3 die Getriebestange 27 und das Zahnrad 29 als Getriebeelement innerhalb des Leitungselements 20 angeordnet. Da sie mit der Strömung beispielsweise von Luft zu der Brennstoffzelle 3 in Kontakt kommen ist darauf zu achten, dass eine Kontamination der Zuluft über Schmiermittel oder dergleichen unterbleibt. Diese Problematik ist bei der in 2 beschriebenen Ausführungsvariante nicht gegeben.The functionality essentially corresponds to that in the representation of 2 occurring functionality. During operation of the fuel cell system, the cooling circuit 8th operated and in the pressure room 22 is the pressurized cooling medium before. It moves the piston 28 in the presentation of the 3 down and thus transmits the linear movement of the rack 27 on the gear 29 His turn on the flap 19 transfers and opens it accordingly. Will the cooling circuit 8th shut off and the pressure in the pressure chamber 22 decreases, then the return spring 24 the piston 28 push back up and together with the piston 28 the rack 27 , This moves over the gear 29 the flap 19 back to its closed position, which in this embodiment of the valve device 15 . 18 the normal position is. Also, this can only during operation of the fuel cell system 1 when the cooling circuit 8th is operated, opening the door 19 be achieved, so that the application of the valve device 15 . 18 in the embodiment according to 3 in the in the embodiment according to 2 equivalent. In contrast to the embodiment according to 2 in which all move the flap 19 required elements outside of the line element 20 are arranged in the embodiment according to 3 the gear rod 27 and the gear 29 as a transmission element within the conduit element 20 arranged. For example, with the flow of air to the fuel cell 3 make sure that there is no contamination of the supply air via lubricant or the like. This problem is at the in 2 described variant not given.

In der Darstellung der 4 ist eine alternative Ausführungsform der Ventileinrichtung 15, 18 zu erkennen. Diese dient einem etwas anderen Zweck. In dem Brennstoffzellensystem 1 kann sie vorzugsweise als Ventileinrichtung 18 oder auch als zweite Ventileinrichtung 18 in der Abluftleitung 17 eingesetzt sein. Das Leitungselement 20 kann dafür, wie in der Darstellung der 4 angedeutet, einen Bogen bzw. Knick 30 aufweisen, welcher den im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefsten Teil der Abluftleitung 17 und idealerweise des Kathodenraums 5 und der Zuluftleitung 16 ausbilden sollte. Beim Abschalten des Brennstoffzellensystems 1 kommt es zu einer Auskondensation von Wasser. Da sich eine vergleichsweise große Menge an Feuchtigkeit und Produktwasser im Bereich der Brennstoffzelle 3, und hier insbesondere im Bereich des Kathodenraums 5, befindet, wird in diesem Bereich besonders viel Feuchtigkeit auskondensieren und damit besonders viel flüssiges Kondensat anfallen. Um zu verhindern, dass dieses flüssige Kondensat einfriert und beispielsweise die Abluftleitung 17 bei einem eventuellen Wiederstart der Brennstoffzelle 3 blockiert, kann es nun vorgesehen sein, dass die Abluftleitung 17 den gezeigten Knick 30 an ihrer im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefsten Stelle aufweist. Im Bereich dieses Knicks wird sich dann das in der Darstellung der 4 mit 31 bezeichnete Kondensat ansammeln. Über eine Klappe 19 als Ventilkörper der Ventileinrichtung 18 kann nun analog zur Darstellung in 3 über ein Zahnrad 29 und eine Zahnstange 27 mit einem Kolben 28 und einer Rückstellfeder 24 ein Öffnen dieser Klappe 19 bewirkt werden, sodass das Kondensat ablaufen kann. Während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 1 wird durch den Abluftstrom typischerweise die Feuchtigkeit und die Flüssigkeit mit aus dem Brennstoffzellensystem 1 gefördert. Ein Zustand, in welchem im Bereich des Knicks 30 Kondensat abgelassen werden soll, tritt damit typischerweise nur dann auf, wenn das Brennstoffzellensystem 1 abgeschaltet ist. In diesem Zustand ist, wie bereits mehrfach erwähnt, dann typischerweise auch der Kühlkreislauf 8 abgeschaltet, die Kühlmittelfördereinrichtung 9 fördert also kein Kühlmittel durch den Kühlkreislauf 8. Dementsprechend ist der Aufbau hier genau umgekehrt, wie bei den bisher beschriebenen Ventileinrichtungen 15, 18 ausgeführt. Der Kolben 28 wird zusammen mit der Zahnstange 27 über die Rückstellfeder 24 typischerweise so positioniert, dass die Klappe 19, wie hier gestrichelt dargestellt, geöffnet ist. Erst wenn auf den Druckraum 22 des Kolbens 28 ein entsprechender Druck wirkt, schiebt der Kolben 28 über die Zahnstange 27 und das Zahnrad 29 die Klappe in die hier durchgezogen dargestellte geschlossene Stellung. Dies ist immer dann der Fall, wenn die Druckkammer 22 Druck von dem Kühlmedium in den Kühlkreislauf 8 erfährt, welcher über die Verbindungsleitung 25 wiederum mit dem Druckraum 22 verbunden ist. Die Ventileinrichtung 18 in der Darstellung gemäß 4 öffnet also die Klappe immer dann, wenn das Brennstoffzellensystem 1 bzw. sein Kühlkreislauf 8 nicht in Betrieb ist und schließt die Klappe 19 immer dann, wenn das Brennstoffzellensystem 1 bzw. sein Kühlkreislauf 8 in Betrieb ist. Die Abluftleitung 17 bleibt also im Betrieb verschlossen, wird jedoch beim Abstellen des Brennstoffzellensystems 1 über die Ventileinrichtung 15, 18 entsprechend geöffnet, sodass anfallendes Kondensat ablaufen kann.In the presentation of the 4 is an alternative embodiment of the valve device 15 . 18 to recognize. This serves a slightly different purpose. In the fuel cell system 1 it can preferably as a valve device 18 or as a second valve device 18 in the exhaust duct 17 be used. The pipe element 20 can for it, as in the representation of the 4 indicated, a bow or kink 30 have, which in the intended use deepest part of the exhaust duct 17 and ideally the cathode compartment 5 and the supply air line 16 should train. When switching off the fuel cell system 1 it comes to a condensation of water. As a comparatively large amount of moisture and product water in the fuel cell 3 , and in particular in the area of the cathode compartment 5 , is located in this area to condense out a lot of moisture and thus accumulate particularly much liquid condensate. To prevent this liquid condensate from freezing and, for example, the exhaust air line 17 in case of a possible restart of the fuel cell 3 blocked, it may now be provided that the exhaust duct 17 the shown kink 30 has at its lowest point in the intended use. In the area of this Knicks will then be in the representation of the 4 With 31 accumulate designated condensate. Over a flap 19 as a valve body of the valve device 18 can now analogously to the representation in 3 over a gear 29 and a rack 27 with a piston 28 and a return spring 24 an opening of this flap 19 be effected so that the condensate can drain. During operation of the fuel cell system 1 By the exhaust air flow is typically the moisture and the liquid from the fuel cell system 1 promoted. A condition in which in the area of the bend 30 Condensate is to be discharged, thus typically occurs only when the fuel cell system 1 is switched off. In this state, as already mentioned several times, then typically also the cooling circuit 8th switched off, the coolant conveyor 9 So promotes no coolant through the cooling circuit 8th , Accordingly, the structure is exactly the reverse here, as in the previously described valve devices 15 . 18 executed. The piston 28 gets along with the rack 27 over the return spring 24 typically positioned so that the flap 19 , as shown here by dashed lines, is open. Only when on the pressure room 22 of the piston 28 a corresponding pressure acts, pushes the piston 28 over the rack 27 and the gear 29 the flap in the closed position shown here pulled through. This is always the case when the pressure chamber 22 Pressure from the cooling medium in the cooling circuit 8th learns which via the connecting line 25 again with the pressure chamber 22 connected is. The valve device 18 in the illustration according to 4 So open the flap whenever the fuel cell system 1 or its cooling circuit 8th not in operation and shuts the flap 19 always when the fuel cell system 1 or its cooling circuit 8th is in operation. The exhaust duct 17 So remains closed during operation, but when parking the fuel cell system 1 over the valve device 15 . 18 opened accordingly, so that accumulating condensate can drain.

Für beide Bauarten und Einsatzarten der Ventileinrichtung 15, 18, also sowohl für den Zustand im Normalfall geschlossen als auch für den Zustand im Normalfall geöffnet, kann über eine Drosseleinrichtung im Bereich der Verbindungsleitung 25 ein verzögertes Ansprechen gegenüber dem Starten bzw. Abstellen des Kühlmedienstroms in dem Kühlkreislauf 8 realisiert werden. Hierdurch kann es beispielsweise möglich werden, beide Technologien im selben Brennstoffzellensystem 1 einzusetzen, wenn diese so ausgestaltet sind, dass eine Ventileinrichtung 18 in der Abluftleitung 17 doppelt vorhanden ist, wobei die erste Ventileinrichtung 18 in Strömungsrichtung nach dem Kathodenraum 5 so ausgebildet ist, dass diese nach einer gewissen Zeit ihre normalerweise geschlossene Stellung erreicht, während in Strömungsrichtung danach eine Ventileinrichtung angeordnet ist, welche sofort mit dem Abstellen des Kühlkreislaufs in die geöffnete Stellung geht. Dann ist es möglich, dass Kondensat noch eine vergleichsweise lange Zeit aus dem Kathodenraum 5 abfließen kann, wonach die andere Ventileinrichtung 18 die Abluftleitung 17 entsprechend verschließt, um so dafür zu sorgen, dass trotz der geöffneten Klappe 19 im Bereich der als normalerweise geöffnet ausgebildeten Ventileinrichtung 18 zum Kondensat ableiten eine entsprechende Verhinderung des Eindringens von Sauerstoff bzw. Luft erzielt wird, und damit die Lebensdauer der Brennstoffzelle 3 verlängert werden kann.For both types and types of use of the valve device 15 . 18 , So open both for the state normally closed and for the state normally open, can via a throttle device in the region of the connecting line 25 a delayed response to the starting or stopping of the cooling medium flow in the cooling circuit 8th will be realized. This makes it possible, for example, both technologies in the same fuel cell system 1 use, if they are designed so that a valve device 18 in the exhaust duct 17 is double, wherein the first valve means 18 in the flow direction to the cathode compartment 5 is formed so that it reaches its normally closed position after a certain time, while in the flow direction thereafter a valve device is arranged, which goes immediately with the shutdown of the cooling circuit in the open position. Then it is possible that condensate still a comparatively long time from the cathode compartment 5 can drain, after which the other valve device 18 the exhaust duct 17 closes accordingly, so as to ensure that, despite the open flap 19 in the region of the normally open valve device 18 to drain the condensate a corresponding prevention of the ingress of oxygen or air is achieved, and thus the life of the fuel cell 3 can be extended.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Ventileinrichtung (15, 18) für ein Brennstoffzellensystem (1), mit wenigstens einer Brennstoffzelle (3) und einem die Brennstoffzelle (3) kühlenden Kühlmedium in einem Kühlkreislauf (8), mit einem Ventilkörper (19), welcher über ein Betätigungselement für den Ventilkörper entgegen der Kraft eines elastischen Rückstellelements (24) bewegbar ist, wobei das Betätigungselement einen mit Druck betätigbaren Kolben (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (28) mit Kühlmedium der Brennstoffzelle (3) zur Betätigung beaufschlagt ist.Valve device ( 15 . 18 ) for a fuel cell system ( 1 ), with at least one fuel cell ( 3 ) and a fuel cell ( 3 ) cooling cooling medium in a cooling circuit ( 8th ), with a valve body ( 19 ), which via an actuating element for the valve body against the force of an elastic return element ( 24 ) is movable, wherein the actuating element is a pressure-actuated piston ( 28 ), characterized in that the piston ( 28 ) with cooling medium of the fuel cell ( 3 ) is acted upon for actuation. Ventileinrichtung (15, 18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (28) über ein Getriebeelement mit dem Ventilkörper (19) verbunden ist.Valve device ( 15 . 18 ) according to claim 1, characterized in that the piston ( 28 ) via a transmission element with the valve body ( 19 ) connected is. Ventileinrichtung (15, 18) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebeelement eine Zahnstange (27) und ein Zahnrad (29) umfasst.Valve device ( 15 . 18 ) according to claim 2, characterized in that the gear element is a rack ( 27 ) and a gear ( 29 ). Ventileinrichtung (15, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Rückstellelement als Feder (24) ausgebildet und im Bereich des Kolbens (28) angeordnet ist.Valve device ( 15 . 18 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the elastic return element as spring ( 24 ) and in the region of the piston ( 28 ) is arranged. Brennstoffzellensystem (1) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (3) und einem die Brennstoffzelle (3) kühlenden Kühlmedium in einem Kühlkreislauf (8), mit wenigstens einer Ventileinrichtung (15, 18) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 im Bereich einer Zuluftleitung (16) und/oder einer Abluftleitung (17), wobei der Kolben (28) mit dem Kühlmedium des Kühlkreislaufs (8) in Fluidverbindung steht.Fuel cell system ( 1 ) with at least one fuel cell ( 3 ) and a fuel cell ( 3 ) cooling cooling medium in a cooling circuit ( 8th ), with at least one valve device ( 15 . 18 ) according to one of claims 1 to 4 in the region of a supply air line ( 16 ) and / or an exhaust duct ( 17 ), the piston ( 28 ) with the cooling medium of the cooling circuit ( 8th ) is in fluid communication. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (15, 18) in einem Zustand ohne Druck des Kühlmediums geschlossen ausgebildet ist, wobei die Ventileinrichtung (15, 18) im Bereich der Zuluftleitung (16) und/oder der Abluftleitung (17) angeordnet ist.Fuel cell system ( 1 ) according to claim 5, characterized in that the valve device ( 15 . 18 ) is formed closed in a state without pressure of the cooling medium, wherein the valve device ( 15 . 18 ) in the area of the supply air line ( 16 ) and / or the exhaust duct ( 17 ) is arranged. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (15, 18) in der Zuluftleitung (16) oder der Abluftleitung (17) angeordnet ist, wobei in der jeweils anderen Leitung (17, 16) ein Rückschlagventil angeordnet ist, welches nur in Strömungsrichtung der Luft im Betrieb der Brennstoffzelle (3) durchströmbar istFuel cell system ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the valve device ( 15 . 18 ) in the supply air line ( 16 ) or the exhaust duct ( 17 ), wherein in the respective other line ( 17 . 16 ) a check valve is arranged, which only in the flow direction of the air during operation of the fuel cell ( 3 ) can be flowed through Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (15, 18) im Zustand ohne Druck des Kühlmediums offen ausgebildet ist, wobei die Ventileinrichtung (17, 18) im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefsten Bereich (30) der Zuluftleitung (16) und/oder der Abluftleitung (17) angeordnet ist.Fuel cell system ( 1 ) according to claim 5, 6 or 7, characterized in that the valve device ( 15 . 18 ) in the state without pressure of the cooling medium is open, wherein the valve device ( 17 . 18 ) in the intended use lowest range ( 30 ) of the supply air line ( 16 ) and / or the exhaust duct ( 17 ) is arranged. Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefste Bereich der Zuluftleitung (16) und/oder der Abluftleitung (17) als Bogen oder bevorzugt als Knick (30) in dem Leitungselement (20) oder als Flüssigkeitsabscheider ausgebildet ist.Fuel cell system ( 1 ) according to claim 8, characterized in that in the intended use deepest portion of the supply air line ( 16 ) and / or the exhaust duct ( 17 ) as a bow or preferably as a kink ( 30 ) in the conduit element ( 20 ) or is designed as a liquid separator. Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverbindung zwischen dem Kühlkreislauf (8) und dem Kolben (28) eine Drossel aufweist.Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 5 to 9, characterized in that the fluid connection between the cooling circuit ( 8th ) and the piston ( 28 ) has a throttle.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017214723A1 (en) * 2017-08-23 2019-02-28 Audi Ag Flow channel and fuel cell system
DE102021116702A1 (en) 2021-06-29 2022-12-29 Audi Aktiengesellschaft Multi-way valve device, coolant circuit and method for controlling a multi-way valve device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109107790B (en) * 2018-10-19 2020-08-25 东北石油大学 Double-chamber valve for adjusting flow division ratio of cyclone separator

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4418132A1 (en) 1994-05-25 1996-04-18 Stober & Morlock Hydraulic stop, deflection etc. flap drive

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5664759A (en) * 1996-02-21 1997-09-09 Aeroquip Corporation Valved coupling for ultra high purity gas distribution systems
JP4711193B2 (en) * 2004-12-15 2011-06-29 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
AT502353B1 (en) * 2006-06-29 2007-07-15 Avl List Gmbh Combined humidifier and heat exchanger unit for e.g. proton exchange membrane-fuel cell, has feed line with branch lines that are conducted across heat exchanger integrated into coolant circuit of low-temperature fuel cell
JP5598249B2 (en) * 2010-10-21 2014-10-01 アイシン精機株式会社 Fuel cell system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4418132A1 (en) 1994-05-25 1996-04-18 Stober & Morlock Hydraulic stop, deflection etc. flap drive

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017214723A1 (en) * 2017-08-23 2019-02-28 Audi Ag Flow channel and fuel cell system
DE102021116702A1 (en) 2021-06-29 2022-12-29 Audi Aktiengesellschaft Multi-way valve device, coolant circuit and method for controlling a multi-way valve device

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