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Die Erfindung betrifft eine Befeuchtungsanordnung für ein Brennstoffzellensystem, welche einen Befeuchter umfasst. Der Befeuchter dient dem Befeuchten eines Oxidationsmittels, welches im Betrieb des Brennstoffzellensystems einem Brennstoffzellenstapel desselben zugeführt wird. Die Befeuchtungsanordnung umfasst auch eine Umgehungsleitung zum Umgehen des Befeuchters und eine Verstelleinrichtung zum zumindest partiellen Versperren oder Freigeben der Umgehungsleitung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Befeuchtungsanordnung.
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Bei Brennstoffzellensystemen stellt der Gefrierstart oder der Start bei niedrigen Umgebungstemperaturen eine Herausforderung dar. Um das Brennstoffzellensystem im eingefrorenen Zustand so schnell wie möglich starten zu können, ist man bestrebt, die Befeuchtung des Brennstoffzellenstapels bei niedriger Umgebungstemperatur möglichst gering zu halten. Dies hat zur Folge, dass vergleichsweise wenig Wasser in die Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels gelangt, solange der Brennstoffzellenstapel noch gefroren ist bzw. eine sehr niedrige Temperatur aufweist. Dadurch wird verhindert, dass das aus der Befeuchtung stammende und in den Brennstoffzellenstapel eingetragene Wasser im Brennstoffzellenstapel auskondensiert bzw. anfriert und so die zur Zuführung von Oxidationsmittel, insbesondere von Luft, zu dem Brennstoffzellenstapel vorgesehenen Strömungskanäle blockiert. Ein solches Blockieren der Strömungskanäle kann nämlich den Start des Brennstoffzellensystems verhindern oder zumindest erschweren.
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Die mittels des Befeuchters bewirkte Befeuchtung des Oxidationsmittels, welches dem Brennstoffzellenstapel zugeführt wird, sollte also bei kalten Außentemperaturen oder Umgebungstemperaturen möglichst gering gehalten werden, damit nicht zu viel Wasser in den Brennstoffzellenstapel gelangt. Andererseits ist es notwendig, für eine ausreichende Befeuchtung des Brennstoffzellenstapels zu sorgen, damit die Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM), welche die Kathoden von den Anoden der Brennstoffzellen des Brennstoffzellenstapels trennt, nicht austrocknet und dadurch an Funktionstüchtigkeit einbüßt. Im Hinblick auf eine optimale Funktionalität und Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels ist somit eine ausreichende Befeuchtung zu gewährleisten. Es wird daher angestrebt, abhängig von der Umgebungstemperatur jeweils eine optimale Befeuchtung des Oxidationsmittels sicherzustellen.
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Die
US 2007/0087238 A1 beschreibt ein Brennstoffzellensystem mit einem Befeuchter zum Befeuchten der einem Brennstoffzellenstapel zugeführten Zuluft. Stromaufwärts des Befeuchters zweigt von einer in diesen einmündenden Zuführleitung für das Oxidationsmittel eine Umgehungsleitung ab, welche stromabwärts des Befeuchters wieder in eine von dem Befeuchter zu dem Brennstoffzellenstapel führende Leitung einmündet. In der Umgehungsleitung ist als Verstelleinrichtung ein Ventil vorgesehen. Dieses Ventil wird von einem Steuergerät angesteuert, und zwar in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur.
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Ein solches Brennstoffzellensystem ist vergleichsweise aufwändig, da das Steuergerät Messwerte eines Temperatursensors verarbeiten und entsprechend das Ventil ansteuern muss.
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Derartige Brennstoffzellensysteme mit beispielsweise einer elektrisch verstellbaren Klappe als Ventil in der Umgehungsleitung sind zudem vergleichsweise teuer, da ein elektrischer Ansteuermechanismus zum Verstellen der Klappe bereitgestellt werden muss. Durch das Ansteuern einer solchen elektrisch verstellbaren Klappe wird die gewünschte Befeuchtung eingestellt, indem ein Teilstrom des Oxidationsmittels durch den Befeuchter geführt und ein anderer Teilstrom über die Umgehungsleitung an dem Befeuchter vorbeigeleitet wird. Nachteilig an einer elektrisch angetriebenen Klappe sind nicht nur die vergleichsweise hohen Kosten, sondern auch die Tatsache, dass diese zur Verstellung elektrische Energie benötigt.
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Des Weiteren ist zur Ansteuerung einer solchen Klappe eine entsprechend aufwändig zu entwickelnde Software und Betriebsstrategie vonnöten. Die Software muss nämlich dafür sorgen, dass in Abhängigkeit von der Außentemperatur die Klappe entsprechend angesteuert wird. Des Weiteren ist ein Temperatursensor erforderlich, um die Außentemperatur zu erfassen. Messwerte des Temperatursensors müssen von dem Steuergerät eingelesen und ausgewertet werden. Auch dies bringt einen unerwünschten Aufwand und Kosten für den Sensor mit sich. Der eingelesene Messwert der Temperatur wird dann von der Betriebssoftware des Steuergeräts verarbeitet und so ein entsprechender Einstellwert für die Klappe bereitgestellt. In einem solchen Fall der Verwendung einer elektrisch angetriebenen Klappe und eines Temperatursensors ist der Aufwand auch deswegen vergleichsweise groß, da Entwicklungskosten für die Software anfallen, ein Softwareeingang und ein Softwareausgang zum Ansteuern der Klappe vorzusehen sind und am Steuergerät ein Anschluss für den Temperatursensor erforderlich ist. Es ist daher wünschenswert, diesen Aufwand zu verringern.
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Alternativ kann die Befeuchtung des Brennstoffzellenstapels so eingestellt werden, dass stets eine vergleichsweise geringe Befeuchtung stattfindet. Die Befeuchtungsmenge ist hierbei optimiert für einen Kaltstart oder Gefrierstart des Brennstoffzellensystems. Dies hat jedoch den Nachteil, dass bei einer höheren Betriebstemperatur die Befeuchtung nicht optimal ist. Eine solche Betriebsstrategie kann die Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenstapels und möglicherweise auch dessen Lebensdauer verringern.
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Die
DE 10 2008 007 174 A1 beschreibt ein Brennstoffzellensystem, bei welchem als passive Steuerung ein Wachselement vorgesehen ist. Hierbei ist eine Stange innerhalb des Wachses positioniert, welche mit einem Sperrventil gekoppelt ist. Mit dem Sperrventil lässt sich eine Rohrleitung für aus einem Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems abgeführtes Kathodenabgas versperren. Ein das Wachs enthaltendes Behältnis ist in einer Kühlmittelleitung angeordnet. Je nach Temperatur des Kühlmittels wird also das Sperrventil mehr oder weniger weit geschlossen und so der Druck im Brennstoffzellenstapel und mit diesem die Feuchte im Brennstoffzellenstapel eingestellt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Befeuchtungsanordnung der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Befeuchtungsanordnung zu schaffen, welche bzw. welches eine besonders einfache und kostengünstige Einstellung der Befeuchtung des Oxidationsmittels ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Befeuchtungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Befeuchtungsanordnung umfasst ein Dehnstoffelement, welches dem Betätigen der Verstelleinrichtung dient. Das Dehnstoffelement umfasst ein Behältnis, in welchem ein Dehnstoff aufgenommen ist. Hierbei ist ein von dem Dehnstoff eingenommenes Volumen in Abhängigkeit von einer Temperatur veränderbar. Durch das Vorsehen des Dehnstoffelements ist es also möglich, die Verstelleinrichtung passiv, nämlich in Abhängigkeit von der Temperatur zu betätigen. Dadurch kann auf aufwändige Bauteile wie einen Temperatursensor, ein Steuergerät und eine elektrisch ansteuerbare Verstelleinrichtung verzichtet werden. Es wird nämlich lediglich die durch eine Änderung der Temperatur bewirkte Änderung des Volumens des Dehnstoffs zum Betätigen der Verstelleinrichtung genutzt. So kann auf besonders einfache Art und Weise sichergestellt werden, dass die Befeuchtung des Brennstoffzellenstapels optimal an die bestehenden Rahmenbedingungen, insbesondere an die Temperatur, angepasst ist. Durch die damit einhergehende Vereinfachung der Befeuchtungsanordnung wird auch eine Kostensenkung erreicht, da auf aufwändige Komponenten verzichtet wird. Das Dehnstoffelement ersetzt nämlich einen elektrischen Antrieb, einen Temperatursensor und ein Steuergerät.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Behältnis zumindest bereichsweise in einem Zulufttrakt der Befeuchtungsanordnung angeordnet, über welchen dem Befeuchter Zuluft als Oxidationsmittel zuführbar ist. Durch Anordnen des Behältnisses an oder in dem Zulufttrakt, über welchen die Zuluft dem Befeuchter zugeführt wird, ist nämlich eine besonders einfache temperaturabhängige Steuerung der Verstelleinrichtung mittels des Dehnstoffelements realisierbar. Durch die Kopplung des Behältnisses mit dem Zulufttrakt kann nämlich dafür gesorgt werden, dass das Behältnis mit Umgebungsluft beaufschlagt wird. Dann sorgt die Temperatur der Umgebungsluft für die Veränderung des Volumens des Dehnstoffs. So kann besonders rasch und einfach beim Befeuchten der Zuluft die gerade vorliegende Temperatur der Umgebungsluft berücksichtigt werden.
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Dies gilt insbesondere, wenn das Behältnis zumindest bereichsweise in einer Ansaugleitung des Zulufttrakts angeordnet ist, über welche einem Verdichter des Zulufttrakts zu verdichtende Umgebungsluft zuführbar ist. In der Ansaugleitung liegt nämlich im Betrieb des Brennstoffzellensystems Umgebungsluft vor, welche über diese Ansaugleitung aus der Umgebung angesaugt wird. Wenn das Behältnis nun an dieser Ansaugleitung oder zumindest bereichsweise in die Ansaugleitung hineinragend angeordnet ist, so kann eine besonders direkte Beaufschlagung des Behältnisses mit der Umgebungsluft sichergestellt werden. So wird erreicht, dass je nach Temperatur der Umgebungsluft die Verstelleinrichtung entsprechend angesteuert und falls erforderlich durch entsprechendes Umgehen des Befeuchters die Feuchte der dem Brennstoffzellenstapel zugeführten Zuluft eingestellt wird.
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Bevorzugt ist das Dehnstoffelement derart ausgelegt, dass bei einer ersten Umgebungstemperatur ein überwiegender Anteil der Zuluft durch die Umgehungsleitung und bei einer zweiten Umgebungstemperatur, welche größer ist als die erste Umgebungstemperatur, ein überwiegender Anteil der Zuluft durch den Befeuchter strömt. Bei niedriger Außentemperatur oder Umgebungstemperatur wird also die Verstelleinrichtung so eingestellt, dass ein Großteil der Zuluft über die Umgehungsleitung strömt und am Befeuchter vorbeigeleitet wird. Ist die Außentemperatur hingegen hoch, so wird zumindest ein Großteil des Massenstroms der Zuluft durch den Befeuchter geleitet. So kann bei niedriger Außentemperatur verhindert werden, dass unerwünscht viel Feuchte in den Brennstoffzellenstapel gelangt, welche dort kondensieren oder gar gefrieren könnte. Im Gegenzug wird jedoch bei hoher Außentemperatur für eine ausreichende Befeuchtung der Membranen im Brennstoffzellenstapel gesorgt.
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Bevorzugt ist hierbei das Dehnstoffelement derart ausgelegt, dass bei einer ersten Umgebungstemperatur unterhalb des Gefrierpunkts der überwiegende Anteil der Zuluft durch die Umgehungsleitung strömt. So ist bei einem Gefrierstart sichergestellt, dass vergleichsweise wenig Wasser in den Brennstoffzellenstapel eingetragen wird, sodass eine Blockade von Oxidationsmittelkanälen im Brennstoffzellenstapel verhindert ist.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Dehnstoffelement dazu ausgelegt ist, bei Umgebungstemperaturen im Bereich der ersten Umgebungstemperatur ein stärkeres Verstellen der Verstelleinrichtung zu bewirken als bei Umgebungstemperaturen im Bereich der zweiten Umgebungstemperatur. Mit anderen Worten erfolgt in einem tiefen Temperaturbereich eine besonders starke Änderung der Stellung der Verstelleinrichtung je Temperatureinheit, während bei einer höheren Umgebungstemperatur Änderungen der Umgebungstemperatur eine weniger starke Änderung der Stellung der Verstelleinrichtung bewirken. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass es insbesondere im tiefen Temperaturbereich wichtig ist sicherzustellen, dass nicht zu viel Wasser in den Brennstoffzellenstapel gelangt.
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Eine besonders einfache Auslegung des Dehnstoffelements lässt sich erreichen, wenn dieses ein mit der Verstelleinrichtung gekoppeltes Stellelement umfasst.
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Das Behältnis des Dehnstoffelements kann als Dehnstoff ein Wachs, ein Paraffin, ein Öl oder ein Metall aufweisen. Derartige Dehnstoffe lassen nämlich besonders gut das Einstellen signifikanter Volumenänderungen zu, welche insbesondere durch einen Phasenübergang des Dehnstoffs bei einer Temperaturänderung bewirkt sein können.
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Das Behältnis kann auch zumindest bereichsweise in einer Kühlmittelleitung angeordnet sein, über welche der Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems mit einem Kühlmittel beaufschlagbar ist. Dann wird die Befeuchtung des Brennstoffzellenstapels in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels und somit in Abhängigkeit von der Temperatur des Brennstoffzellenstapels selber aufwandsarm gesteuert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Befeuchtungsanordnung für ein Brennstoffzellensystem wird ein Oxidationsmittel für einen Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems zumindest teilweise einem zum Befeuchten des Oxidationsmittels ausgebildeten Befeuchter zugeführt. Zusätzlich oder alternativ wird das Oxidationsmittels zumindest teilweise unter Umgehung des Befeuchters durch eine Umgehungsleitung geleitet. Mittels einer Verstelleinrichtung wird die Umgehungsleitung zumindest partiell versperrt oder freigegeben. Hierbei wird die Verstelleinrichtung mittels eines Dehnstoffelements betätigt, welches ein einen Dehnstoff aufweisendes Behältnis umfasst. Ein von dem Dehnstoff eingenommenes Volumen verändert sich hierbei in Abhängigkeit von einer Temperatur. Ein solches Verfahren ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Einstellung der Befeuchtung des dem Brennstoffzellenstapel zugeführten Oxidationsmittels.
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Die für die erfindungsgemäße Befeuchtungsanordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Befeuchtungsanordnung und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 ausschnittsweise ein Brennstoffzellensystem, bei welchem die einem Brennstoffzellenstapel zuführbare Zuluft wahlweise durch einen Befeuchter oder über eine Bypassleitung um den Befeuchter herumgeführt werden kann, wobei zum Betätigen einer die Bypassleitung versperrenden Klappe ein Wachsventil vorgesehen ist, dessen Wachspatrone in einer Ansaugleitung für die Zuluft angeordnet ist; und
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2 ausschnittsweise ein Brennstoffzellensystem, bei welchem die Wachspatrone in einer Kühlmittelleitung angeordnet ist.
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Ein in 1 ausschnittsweise gezeigtes Brennstoffzellensystem 10 für ein Fahrzeug umfasst einen Brennstoffzellenstapel 12, von welchem vorliegend lediglich ein Kathoderaum 14 gezeigt ist. Dem Kathodenraum 14 wird als Oxidationsmittel Umgebungsluft zugeführt. Diese Umgebungsluft wird über eine Luftansaugleitung 16 eines Zulufttrakts angesaugt und mittels eines im Zulufttrakt angeordneten Verdichters 18 verdichtet. Dem Verdichter 18 ist ein Ladeluftkühler 20 nachgeschaltet. Vom Ladeluftkühler 20 führt eine Leitung 22 hin zu einem Befeuchter 24.
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Über eine Verbindungsleitung 26 ist der Befeuchter 24 ausgangsseitig mit einem Einlass in den Kathodenraum 14 gekoppelt. Der Befeuchter 24, welcher vorliegend über eine Kathodenabgasleitung 28 mit dem Produktwasser enthaltenden Abgas des Kathodenraums 14 als Befeuchtungsmedium beaufschlagt wird, sorgt dafür, dass eine Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) des Brennstoffzellenstapels 12 nicht durch Austrocknung geschädigt wird.
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Etwa bei einem Gefrierstart bzw. bei einem Start des Brennstoffzellensystems 10 bei sehr niedriger Umgebungstemperatur sollte jedoch vermieden werden, dass zu viel Feuchte in den Kathodenraum 14 gelangt. Andernfalls kann nämlich Wasser in dem Kathodenraum 14 auskondensieren oder gefrieren und so die Zuführung von Luft zu der Protonen leitenden Polymer-Elektrolyt-Membran des Brennstoffzellenstapels 12 erschweren oder unterbinden.
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Daher ist vorliegend eine Umgehungsleitung oder Bypassleitung 30 vorgesehen, welche von der Leitung 22 stromaufwärts des Befeuchters 24 abzweigt und stromabwärts des Befeuchters 24 in die Verbindungsleitung 26 einmündet. Wenn die verdichtete und gekühlte Zuluft über die Bypassleitung 30 dem Kathodenraum 14 zuströmt, so unterbleibt das Befeuchten der Zuluft. Je nach der Größe des durch die Bypassleitung 30 bzw. durch den Befeuchter 24 geleiteten Teilstroms der Zuluft kann so die Befeuchtung des Brennstoffzellenstapels 12 wie gewünscht eingestellt werden. Hierfür ist in der Bypassleitung 30 als Verstelleinrichtung eine Klappe 32 vorgesehen.
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Diese Klappe 32 wird vorliegend mittels eines Dehnstoffelements betätigt, welches auch als Dehnstoffarbeitselement bezeichnet wird. Als Beispiel für ein solches Dehnstoffelement ist in 1 ein Wachsventil 34 schematisch gezeigt. Das Wachsventil 34 umfasst eine Wachspatrone, also ein Behältnis 36, welches den Dehnstoff, vorliegend also Wachs 38, enthält.
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Dieses Behältnis 36 ist bei dem in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem 10 in der Luftansaugleitung 16 angeordnet. Somit ändert sich bei einer Änderung der Temperatur der angesaugten Umgebungsluft auch die Temperatur des Wachses 38. Dies geht mit einer Volumenänderung des Wachses 38 einher, welche insbesondere durch einen Phasenübergang des Wachses 38 bedingt sein kann.
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Die Volumenänderung des Wachses 38 wird mittels eines Stellelements wie etwa einer in 1 beispielhaft gezeigten Schubstange 40 auf die Klappe 32 übertragen. So ist eine passive Steuerung des durch die Bypassleitung 30 strömenden Teilstroms realisiert. Die Wachspatrone, also das mit dem Wachs 38 gefüllte Behältnis 36, wird nämlich mit der Umgebungsluft beaufschlagt. Je nach Temperatur der Umgebungsluft sorgt also das Wachsventil 34 für eine Betätigung der Klappe 32, wodurch die beiden Teilströme, nämlich der am Befeuchter 24 vorbeigeleitete Teilstrom der Zuluft bzw. der durch den Befeuchter 24 hindurchgeleitete Teilstrom der Zuluft, eingestellt werden.
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Das Wachsventil 34 ist bevorzugt so ausgelegt, dass bei niedriger Außentemperatur die Klappe 32 so verstellt wird, dass ein Großteil der Zuluft am Befeuchter 24 vorbeigeleitet wird. Ist die Außentemperatur hingegen hoch, so wird der Großteil des Luftmassenstroms durch den Befeuchter 24 hindurch geleitet. Die Kennlinie des Wachsventils 34 ist hierbei so ausgelegt, dass stets die optimale Befeuchtung des Kathodenraums 14 sichergestellt ist.
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Bevorzugt ist der Verstellmechanismus so ausgelegt, dass bei tiefer Umgebungstemperatur eine starke Änderung der Stellung der Klappe 32 erfolgt und ab einer bestimmten, höheren Temperatur die Änderung der Stellung der Klappe 32 in geringerem Maße von der Änderung der Temperatur der Umgebungsluft abhängt.
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Durch das Vorsehen des Wachsventils 34 anstelle eines elektrisch angetriebenen Stellers zum Verstellen der Klappe 32 kann vorliegend sowohl auf den elektrischen Antrieb als auch auf ein Steuergerät verzichtet werden, welchem zudem Messwerte eines Temperatursensors zugeführt werden müssten, welcher die Umgebungstemperatur erfasst. Die Verwendung des Dehnstoffelements, im Beispiel des Wachsventils 34, anstelle eines elektrischen Antriebs und eines Steuergeräts, vereinfacht also das Brennstoffzellensystem 10 und trägt somit zur Kostensenkung bei.
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Bei dem in 2 gezeigten Brennstoffzellensystem 10 erfolgt die Ansteuerung der Klappe 32 ebenfalls über das Wachsventil 34, also unter Verzicht auf ein Steuergerät und ein aktives Ansteuern der Klappe 32. Im Wesentlichen entspricht daher das in 2 gezeigte Brennstoffzellensystem 10 dem in 1 gezeigten Brennstoffzellensystem 10. Es ist lediglich das Behältnis 36 mit dem Wachs 38 nicht in der Luftansaugleitung 16 angeordnet, sondern in einer Kühlmittelleitung 42.
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Durch die Einbindung des Wachsventils 34 in den zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels 12 vorgesehenen Kühlmittelkreis kann die Befeuchtung des Kathodenraums 14 in Abhängigkeit von der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 eingestellt werden. Das Wachsventil 34, welches in der Kühlmittelleitung 42 des (ansonsten nicht näher gezeigten) Kühlmittelkreises des Brennstoffzellenstapels 12 angeordnet ist, verändert also die Stellung der Klappe 32 entsprechend der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12. Es wird so je nach Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels 12 die optimale Befeuchtung desselben eingestellt.
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Das vorliegend beispielhaft als Wachsventil 34 gezeigte Dehnstoffelement kann auch als Thermostatventil oder Paraffinventil ausgebildet sein.
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Des Weiteren ist es möglich, die mit Bezug auf die 1 und die 2 beschriebenen Möglichkeiten zur Ansteuerung der Klappe 32 zu kombinieren. So kann etwa der am Befeuchter 24 durch die Bypassleitung 30 vorbeigeleitete Teilstrom der Zuluft sowohl in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur als auch in Abhängigkeit von der Temperatur des Brennstoffzellenstapels 12 eingestellt werden.
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Es kann auch in der Luftansaugleitung 16 das Behältnis 36 eines ersten Wachsventils 34 angeordnet sein, mittels welchem die Klappe 32 wie mit Bezug auf die 1 beschrieben angesteuert wird, wobei in der Kühlmittelleitung 42 das Behältnis eines zweiten (nicht gezeigten) Wachsventils angeordnet ist, welches eine weitere in der Bypassleitung 30 angeordnete (nicht gezeigte) Klappe ansteuert. Es liegen dann also in der Bypassleitung 30 zwei Klappen vor, die in Abhängigkeit von der Temperatur der Luft in der Luftansaugleitung 16 einerseits und in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels in der Kühlmittelleitung 42 andererseits, also jeweils passiv, betätigt werden.
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Darüber hinaus ist es möglich, ein und dieselbe Klappe 32 mittels zweier Wachsventile 34 anzusteuern, deren jeweilige Behältnisse 36 in der Luftansaugleitung 16 einerseits und der Kühlmittelleitung 42 andererseits angeordnet sind.
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Die Klappe 32 kann des Weiteren für ein Versperren oder Freigeben der Bypassleitung 30 sorgen, wenn die Klappe 32 in der Leitung 22 angeordnet ist, welche vom Ladeluftkühler 20 zum Befeuchter 24 führt. Dann ist lediglich die Betätigung der Klappe 32 mittels der Schubstange 40 so auszulegen, dass bei niedriger Außentemperatur ein Verstellen der Klappe 32 dafür sorgt, dass die Klappe 32 die Leitung 22 zumindest teilweise versperrt. Dadurch wird dann ein Großteil der Zuluft am Befeuchter 24 vorbeigeleitet. Ist die Außentemperatur hingegen hoch, so wird auch bei dieser Variante der Anordnung der Klappe 32 der Großteil des Luftmassenstroms durch den Befeuchter 24 hindurch geleitet, indem die Klappe 32 die Leitung 22 freigibt.
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Eine entsprechende passive Steuerung ist auch möglich bei der Anordnung mehrerer seriell hintereinander angeordneter Klappen 32 in der Leitung 22, welche in Abhängigkeit von der Temperatur der Umgebungsluft in der Luftansaugleitung 16 einerseits und der Temperatur des Kühlmittels in der Kühlmittelleitung 42 andererseits angesteuert werden oder beim Ansteuern ein und derselben Klappe 32 in der Leitung 22 in Abhängigkeit von den genannten Temperaturen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Brennstoffzellensystem
- 12
- Brennstoffzellenstapel
- 14
- Kathodenraum
- 16
- Luftansaugleitung
- 18
- Verdichter
- 20
- Ladeluftkühler
- 22
- Leitung
- 24
- Befeuchter
- 26
- Verbindungsleitung
- 28
- Kathodenabgasleitung
- 30
- Bypassleitung
- 32
- Klappe
- 34
- Wachsventil
- 36
- Behältnis
- 38
- Wachs
- 40
- Schubstange
- 42
- Kühlmittelleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2007/0087238 A1 [0004]
- DE 102008007174 A1 [0009]
