DE102013225062A1 - Wasserstoffzuführvorrichtung eines brennstoffzellensystems - Google Patents

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Abstract

Eine Wasserstoffzuführvorrichtung des Brennstoffzellensystems enthält einen Wasserstofftank und eine Druckablassleitung. Der Wasserstofftank ist zum Speichern von Hochdruckwasserstoff vorgesehen. Eine Wasserstoffversorgungsleitung, die mit einem Stapel verbunden ist, ist in dem Wasserstofftank angeordnet. Ein Drucksteuerventil, das zum Steuern des Wasserstoffdrucks einer Anode des Stapels vorgesehen ist, ist in der Wasserstoffversorgungsleitung angeordnet. Die Druckablassleitung weist ein Druckbegrenzungsventil auf und ist an der Anode des Stapels und einem mit demselben verbundenen Weg angeordnet. Die Druckablassleitung ist mit einer Luftversorgungsleitung des Stapels verbunden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Das vorliegende erfinderische Konzept betrifft eine Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems und genauer eine Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems, bei dem ein Wasserstoffauslass eines Druckbegrenzungsventils mit einer Luftversorgungsleitung oder einer Luftauslassleitung verbunden ist.
  • HINTERGRUND
  • Im Allgemeinen enthält ein Brennstoffzellensystem einen Brennstoffzellenstapel zum Erzeugen von elektrischer Energie, eine Wasserstoffzuführvorrichtung zum Zuführen von Wasserstoff, der Brennstoff ist, zum Brennstoffzellenstapel, und eine Luftzuführvorrichtung zum Zuführen von Luft, die zur elektrochemischen Reaktion erforderlich ist, zum Brennstoffzellenstapel. Das Brennstoffzellensystem enthält auch ein Wärme-Wasser-Managementsystem zum Beseitigen von reagierter Wärme bzw. Reaktionswärme (reacted heat) des Brennstoffzellenstapels zur Außenseite des Systems, Steuern einer Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels und Durchführen einer Wasser-Managementfunktion, und eine Steuerung zum Steuern eines allgemeinen Betriebs des Brennstoffzellensystems.
  • Hier enthält die Wasserstoffzuführvorrichtung einen Wasserstofftank, einen Hochdruck-/Niederdruckregler, eine Wasserstoffrückführungsvorrichtung und Ähnliches.
  • Hochdruckwasserstoff wird in dem Wasserstofftank gespeichert und der Wasserstofftank ist mit dem Brennstoffzellenstapel durch eine Wasserstoffversorgungsleitung verbunden.
  • Zudem ist ein Drucksteuerventil zum Dekomprimieren des Hochdruckwasserstoffs, um den Druck aufzuweisen, der in dem Brennstoffzellensystem erfordert wird, und Zuführen des dekomprimierten Wasserstoffs in der Wasserstoffversorgungsleitung installiert.
  • Hier kann das Drucksteuerventil als Druckregler oder Stromventil ausgebildet sein.
  • Indessen wird der in dem Wasserstofftank gespeicherte Wasserstoff mit einem hohen Druck auf einen angemessenen Druck dekomprimiert während derselbe durch das Drucksteuerventil strömt, um dem Brennstoffzellenstapel zugeführt zu werden. In diesem Fall wird der Wasserstoff, wenn eine Störung auftritt oder eine interne Leckage in dem Drucksteuerventil erzeugt wird, dem Brennstoffzellenstapel in einem Zustand zugeführt, in dem der Wasserstoff nicht ausreichend dekomprimiert ist, so dass der Brennstoffzellenstapel gestört werden kann.
  • Wenn der vorbestimmte Druck oder ein höherer Druck an den Brennstoffzellenstapel angelegt wird, indem ferner das Druckbegrenzungsventil an einer Seite einer Anode des Brennstoffzellenstapels (z. B. zwischen dem Drucksteuerventil und dem Brennstoffzellenstapel) montiert wird, wird folglich Überschusswasserstoff zu einem Motorraum oder zur Umgebung abgelassen.
  • In diesem Fall wird ein Abreißdruck des Druckbegrenzungsventils durch einen Druckunterschied zwischen dem Druck in dem Brennstoffzellenstapel und dem Druck einer Stelle, an der der Wasserstoff abgelassen wird, bestimmt und kann im Allgemeinen ausgelegt sein höher als der Betriebsdruck des Brennstoffzellenstapels zu sein.
  • Wenn der Wasserstoff zum Motorraum abgegeben wird, kann jedoch die zuvor erwähnte Technologie die relevante Bestimmung in Bezug auf ein Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug nicht erfüllen, und wenn der Wasserstoff zur Umgebung abgelassen wird, werden zusätzlich ein Kanal und ein Strömungsweg zum Ablassen des Wasserstoffgases zur Umgebung erfordert und rufen dadurch Probleme einer Kostenerhöhung und Packungsherabsetzung hervor.
  • Da der Betriebsdruck des Brennstoffzellenstapels zunimmt, nimmt ferner der Abreißdruck des Druckbegrenzungsventils zu. Folglich gibt es stärkere Bedenken in Bezug auf Probleme eines steigenden Grenzwertes, durch den Überdruck an den Brennstoffzellenstapel ohne das Ablassen des Wasserstoffs durch das Druckbegrenzungsventils angelegt wird, und einer Beschädigung des Brennstoffzellenstapels.
  • Die obigen Informationen, die in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen nur zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds des erfinderischen Konzepts und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Das vorliegende erfinderische Konzept erfolgte in einem Bestreben eine Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems mit den Vorteilen des Schützens des Brennstoffzellenstapels vor Überdruck-Wasserstoff durch Verringern des Abreißdrucks eines Druckbegrenzungsventils, Sicherstellens der Sicherheit und Erfüllens der relevanten Bestimmung in Bezug auf das Ablassen eines Wasserstoffgases zu liefern.
  • Ein Aspekt des vorliegenden erfinderischen Konzepts betrifft eine Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems mit einem Wasserstofftank und einer Druckablassleitung. Der Wasserstofftank ist zum Speichern eines Hochdruckwasserstoffs vorgesehen. Eine Wasserstoffversorgungsleitung, die mit einem Stack bzw. Stapel verbunden ist, ist in dem Wasserstofftank angeordnet. Ein Drucksteuerventil, das zum Steuern des Wasserstoffdrucks einer Anode des Stapels vorgesehen ist, ist in der Wasserstoffversorgungsleitung angeordnet. Die Druckablassleitung weist ein Druckbegrenzungsventil auf und ist an der Anode des Stapels und einem Weg, der mit demselben verbunden ist, installiert. Die Druckablassleitung ist mit einer Luftversorgungsleitung des Stapels verbunden.
  • Ein Gebläse und eine Befeuchtungsvorrichtung können in der Luftversorgungsleitung angeordnet sein und die Druckablassleitung kann mit der Luftversorgungsleitung zwischen dem Gebläse und der Befeuchtungsvorrichtung verbunden sein.
  • Die Druckablassleitung kann mit der Luftversorgungsleitung zwischen der Befeuchtungsvorrichtung und dem Stapel verbunden sein.
  • Ein anderer Aspekt des vorliegenden erfinderischen Konzepts umfasst eine Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems mit einem Wasserstofftank und einer Druckablassleitung. Der Wasserstofftank ist zum Speichern von Hochdruckwasserstoff vorgesehen. Eine Wasserstoffversorgungsleitung, die mit einem Stapel verbunden ist, ist in dem Wasserstofftank angeordnet. Ein Drucksteuerventil, das zum Steuern des Wasserstoffdrucks einer Anode des Stapels vorgesehen ist, ist in der Wasserstoffversorgungsleitung angeordnet. Die Druckablassleitung weist ein Druckbegrenzungsventil auf und ist an der Anode des Stapels und einem mit demselben verbundenen Weg angeordnet und die Druckablassleitung ist mit einer Auslassleitung an einer Auslassseite des Stapels verbunden.
  • Die Auslassleitung kann vorgesehen sein, um das Auslassen über eine Befeuchtungsvorrichtung durchzuführen.
  • Die Druckablassleitung kann mit der Auslassleitung zwischen dem Stapel und der Befeuchtungsvorrichtung derart verbunden sein, dass Wasserstoff zur Auslassleitung zwischen dem Stapel und der Befeuchtungsvorrichtung abgelassen wird.
  • Die Druckablassleitung kann mit der Auslassleitung an einem hinteren Ende einer Befeuchtungsvorrichtung derart verbunden sein, dass Wasserstoff zur Auslassleitung an dem hinteren Ende einer Befeuchtungsvorrichtung abgelassen wird.
  • Das Drucksteuerventil kann zumindest einen Druckregler, ein Stromventil und/oder einen Injektor enthalten.
  • Nach dem vorliegenden erfinderischen Konzept ist es möglich den Überdruck, der an den Brennstoffzellenstapel angelegt ist, vor dem Öffnen des Druckbegrenzungsventils durch Verringern des Abreißdrucks des Druckbegrenzungsventils zu verringern und zu verhindern, dass der Brennstoffzellenstapel aufgrund des Überdrucks beschädigt wird.
  • Zudem wird der durch das Druckbegrenzungsventil abgelassene Wasserstoff mit Überdruck bzw. Überdruck-Wasserstoff zur Rückseite des Fahrzeugs durch die Luftversorgungsleitung und die Auslassleitung abgelassen, damit es möglich ist die Sicherheit im Vergleich zu dem Ablassen des Wasserstoffs zum Motorraum oder der Seite des Fahrzeugs zu verbessern.
  • Zudem weist das vorliegende erfinderische Konzept einen Vorteil in einem Aspekt einer Packung auf und es ist möglich die Kosten zu verringern und die relevante Bestimmung in Bezug auf das Ablassen eines Wasserstoffgases zu erfüllen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorangehenden und andere Merkmale des erfinderischen Konzeptes werden aus einer genaueren Beschreibung der Ausführungsformen des erfinderischen Konzeptes offensichtlich sein, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind, in denen sich ähnliche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten auf ähnliche oder gleiche Teile beziehen können. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, wobei stattdessen Wert auf das Veranschaulichen der Prinzipien der Ausführungsformen des erfinderischen Konzepts gelegt wird.
  • 1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems nach einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts.
  • 2 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems nach einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts.
  • 3 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts.
  • 4 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts.
  • 5 ist ein Graph, der einen Abreißdruck eines Druckbegrenzungsventils nach den beispielhaften Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung werden nur bestimmte beispielhafte Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts einfach zur Veranschaulichung gezeigt und beschrieben. Wie jemand mit technischen Fähigkeiten erkennen würde, können die beschriebenen Ausführungsformen auf viele verschiedene Weisen modifiziert werden ganz ohne von dem Wesen oder Bereich des vorliegenden erfinderischen Konzepts abzuweichen. Folglich gelten die Zeichnungen und Beschreibung als veranschaulichender Art und nicht beschränkend. Überall in der Beschreibung bezeichnen ähnliche Bezugsnummern ähnliche Elemente. In der detaillierten Beschreibung werden Ordnungszahlen zum Unterscheiden von Bestandteilen mit den gleichen Begriffen verwendet und haben keine spezifischen Bedeutungen.
  • Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben werden.
  • 1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems nach einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts und 2 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems nach einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts. 3 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts und 4 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts.
  • Die Wasserstoffzuführvorrichtung 2 des Brennstoffzellensystems nach den beispielhaften Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts, die in den 1 und 2 veranschaulicht sind, kann zum Ablassen eines Überschusswasserstoffs eines Druckbegrenzungsventils 12, das in einer Wasserstoffversorgungsleitung 6 zwischen einem Wasserstofftank 4 und einem Stapel 10 installiert ist, zu einer Luftversorgungsleitung 20 des Stapels 10 vorgesehen sein.
  • Die Wasserstoffzuführvorrichtung 2 des Brennstoffzellensystems nach einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann den Wasserstofftank 4, die Wasserstoffversorgungsleitung 6, ein Drucksteuerventil 8, eine Druckablassleitung 14 oder 14a (siehe 2) und das Druckbegrenzungsventil 12 enthalten.
  • Die Wasserstoffzuführvorrichtung kann zum Zuführen von Wasserstoff, der Brennstoff ist, zu dem Brennstoffzellenstapel 10 dienen.
  • Der Brennstoffzellenstapel 10 kann als Stromerzeugungsanordnung ausgebildet sein, in der eine Vielzahl von Elementarzellen kontinuierlich angeordnet ist, und jede Elementarzelle ist als eine Brennstoffzelle enthalten, die eine Einheit zum Erzeugen von elektrischer Energie durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Luft ist.
  • Die Elementarzelle kann eine Membran-Elektroden-Anordnung und Separatoren enthalten, die jeweils in engem Kontakt mit beiden Seiten der Membran-Elektroden-Anordnung angeordnet sind.
  • In diesem Fall kann der Separator ähnlich einer Platte mit einer Leitfähigkeit und Kanälen geformt sein. Durch die Kanäle werden die Brennstoffströmung bzw. Luftströmung zu einer nahen Kontaktfläche der Membran-Elektroden-Anordnung gebildet.
  • Ferner kann die Membran-Elektroden-Anordnung mit einer Anodenelektrode (Anode) in einer Oberfläche und einer Luftelektrode (Kathode) in der anderen Oberfläche versehen sein und eine Struktur aufweisen, bei der eine Elektrolytmembran zwischen der Anode und der Kathode ausgebildet ist.
  • Die Anode kann dazu dienen, dass der durch den Kanal des Separators zugeführte Wasserstoff einer Oxidationsreaktion unterzogen wird, um den Wasserstoff in Elektronen und Wasserstoffionen zu spalten, und die Elektrolytmembran kann fungieren, um die Wasserstoffionen zur Kathode zu bewegen.
  • Ferner dient die Kathode dazu, dass die Elektronen und Wasserstoffionen, die von der Anode empfangen werden, und der Sauerstoff, der in der Luft enthalten ist, die durch den Kanal des Separators aufgenommen wird, einer Reduktionsreaktion unterzogen werden, um Wasser und Wärme zu erzeugen.
  • Die Wasserstoffzuführvorrichtung 2 kann mit der Anode des Brennstoffzellenstapels 10 durch die Wasserstoffversorgungsleitung 6 verbunden sein und die Luftzuführvorrichtung 3 kann mit der Kathode des Brennstoffzellenstapels 10 durch die Luftversorgungsleitung 20 verbunden sein.
  • Die Luftzuführvorrichtung 3 kann ein Gebläse 16, eine Befeuchtungsvorrichtung 18 und die Luftversorgungsleitung 20 enthalten.
  • Die durch das Gebläse 16 eingeleitete Luft kann der Kathode des Brennstoffzellenstapels 10 durch die Befeuchtungsvorrichtung 18 zugeführt werden.
  • Ferner kann der Wasserstoff, der in dem Brennstoffzellenstapel 10 nicht zur Reaktion gebracht wird, durch eine Auslassleitung 22 abgelassen werden.
  • Der Wasserstofftank 4 der Wasserstoffzuführvorrichtung 2 nach einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann Hochdruckwasserstoff speichern.
  • Die Wasserstoffversorgungsleitung 6 kann zwischen dem Wasserstofftank 4 und dem Brennstoffzellenstapel 10 verbunden sein.
  • Ferner kann das Drucksteuerventil 8 zum Dekomprimieren des Hochdruckwasserstoffs, der von dem Wasserstofftank 4 zugeführt wird, in der Wasserstoffversorgungsleitung 6 installiert sein.
  • Das Drucksteuerventil 8 kann einen Druckregler, ein Stromventil und ein Ventil zum Steuern des Drucks eines Fluids, wie beispielsweise ein Injektor, enthalten.
  • Der Druckregler kann den Hochdruckwasserstoff auf einen angemessenen Druck dekomprimieren und das Stromventil kann durch Steuern der Menge der Wasserstoffzuführung zulassen, dass nur die vorbestimmte Menge an Wasserstoff dem Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird.
  • Ferner kann die Druckablassleitung 14 oder 14a (siehe 1), in der das Druckbegrenzungsventil 12 installiert ist, mit der Wasserstoffversorgungsleitung 6 zwischen dem Drucksteuerventil 8 und dem Brennstoffzellenstapel 10 verbunden sein.
  • Das Druckbegrenzungsventil 12 kann installiert sein, um zu verhindern, dass der Brennstoffzellenstapel 10 gestört wird, wenn eine Störung in dem Drucksteuerventil 8 auftritt oder eine Leckage und Ähnliches in der Wasserstoffversorgungsleitung 6 erzeugt wird, so dass der Wasserstoff dem Brennstoffzellenstapel 10 in einem Zustand zugeführt wird, in dem der Wasserstoff nicht ausreichend dekomprimiert ist.
  • Das Druckbegrenzungsventil 12 kann vorgesehen sein, um geöffnet zu werden, wenn der Wasserstoff einen vorbestimmten Druck oder höher aufweist.
  • Der Abreißdruck des Druckbegrenzungsventils 12 kann durch einen Druckunterschied zwischen dem Druck in dem Brennstoffzellenstapel 10 und dem Druck der Stelle, zu der der Überschusswasserstoff durch das Druckbegrenzungsventil 12 abgelassen wird, bestimmt werden.
  • Folglich wird in einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts der Überschusswasserstoff zur Luftversorgungsleitung 20 abgelassen, damit der Abreißdruck des Druckbegrenzungsventils 12 durch einen Unterschied zwischen dem Betriebsdruck der Anode und dem Betriebsdruck der Kathode des Brennstoffzellenstapels 10 bestimmt werden kann.
  • Wenn das Druckbegrenzungsventil 12 geöffnet ist, kann Überdruck-Wasserstoff durch die Druckablassleitung 14 oder 14a abgelassen werden und die Druckablassleitung 14 oder 14a nach der beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts, die in den 1 und 2 veranschaulicht ist, kann mit der Luftversorgungsleitung 20 verbunden sein, so dass der Überdruck-Wasserstoff durch die Luftversorgungsleitung 20 abgelassen wird.
  • Wie in 1 veranschaulicht, kann die Druckablassleitung 14 auch mit der Luftversorgungsleitung 20 zwischen dem Gebläse 16 und der Befeuchtungsvorrichtung 18 verbunden sein.
  • Die Druckablassleitung 14, die in 1 veranschaulicht ist, kann mit einem hinteren Ende des Gebläses 16 und einem vorderen Ende der Befeuchtungsvorrichtung 18 verbunden sein, damit der Wasserstoff, wenn der Überdruck in dem Brennstoffzellenstapel 10 angelegt wird, zum hinteren Ende des Gebläses 16 durch das Druckbegrenzungsventil 12 abgelassen wird.
  • Wie in 2 veranschaulicht, kann die Druckablassleitung 14a ferner mit der Luftversorgungsleitung 20 zwischen der Befeuchtungsvorrichtung 18 und dem Brennstoffzellenstapel 10 verbunden sein.
  • Die Druckablassleitung 14a, die in 2 veranschaulicht ist, kann in einem Luftströmungsweg an dem hinteren Ende der Befeuchtungsvorrichtung 18 und in dem Brennstoffzellenstapel 10 angeordnet sein, damit die Länge des Verbindungsströmungswegs kurz ist, wobei dadurch eine hervorragende Leistung bei einem Aspekt der Packung und Kostenverringerung erzielt wird.
  • Nun wird in Bezug auf die 3 und 4 eine Wasserstoffzuführvorrichtung 2a eines Brennstoffzellensystems nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts beschrieben werden. Nachstehend wird eine detaillierte Beschreibung der gleichen Bestandteile wie jene der Wasserstoffzuführvorrichtung 2 des Brennstoffzellensystems nach der beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts, die in den 1 und 2 beschrieben ist, ausgelassen werden und die gleichen Bezugsnummern bezeichnen die gleichen Bestandteile.
  • Die Wasserstoffzuführvorrichtung 2a des Brennstoffzellensystems nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts, die in den 3 und 4 veranschaulicht ist, kann derart konfiguriert sein, dass das Druckbegrenzungsventil 12, das in der Wasserstoffversorgungsleitung 6 zwischen dem Wasserstofftank 4 und dem Brennstoffzellenstapel 10 installiert ist, Überschusswasserstoff zur Auslassleitung 22 ablässt.
  • Die Wasserstoffzuführvorrichtung 2a des Brennstoffzellensystems nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann den Wasserstofftank 4, die Wasserstoffversorgungsleitung 6, ein Drucksteuerventil 8, eine Druckablassleitung 15 (siehe 3) oder 15a (siehe 4) und das Druckbegrenzungsventil 12 enthalten.
  • Die Auslassleitung 22 der Wasserstoffzuführvorrichtung 2a des Brennstoffzellensystems nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden erfinderischen Konzepts kann vorgesehen sein, um das Auslassen durch die Befeuchtungsvorrichtung 18 durchzuführen.
  • Die Druckablassleitung 15 oder 15a kann derart vorgesehen sein, dass der Wasserstoff zu der Auslassleitung 22 zwischen dem Brennstoffzellenstapel 10 und der Befeuchtungsvorrichtung 18 abgelassen wird, wie in 3 veranschaulicht, und kann auch derart vorgesehen sein, dass der Wasserstoff zur Auslassleitung 22 zwischen dem Brennstoffzellenstapel 10 und der Befeuchtungsvorrichtung 18 abgelassen wird, wie in 4 veranschaulicht ist.
  • 5 ist ein Graph, der den Abreißdruck des Druckbegrenzungsventils nach beispielhaften Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts veranschaulicht.
  • Nun wird in Bezug auf 5 ein Vergleich zwischen dem Abreißdruck der Druckbegrenzungsventile 12 der Wasserstoffzuführvorrichtungen 2 und 2a der Brennstoffzellensysteme nach den beispielhaften Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts und dem Abreißdruck, wenn der Wasserstoff zur Umgebung abgelassen wird, beschrieben werden.
  • In Bezug auf 5 ist ersichtlich, dass ein Unterschied zwischen dem Betriebsdruck der Anode und dem Betriebsdruck der Kathode des Brennstoffzellenstapels 10 nahezu konstant ist und der Abreißdruck des Druckbegrenzungsventils (PRV) 12, wenn der Wasserstoff zur Umgebung abgelassen wird, festgelegt ist höher als der jeweilige Betriebsdruck der Anode und der Kathode zu sein.
  • Die Linie „A” in 5 repräsentiert den Abreißdruck des Druckbegrenzungsventils 12 der Wasserstoffzuführvorrichtung 2, die in 1 veranschaulicht ist, die Linie „B” in 5 repräsentiert den Abreißdruck des Druckbegrenzungsventils 12 der Wasserstoffzuführvorrichtung 2, die in 2 veranschaulicht ist, und die Linie „C” in 5 repräsentiert den Abreißdruck des Druckbegrenzungsventils 12 der Wasserstoffzuführvorrichtung 2, die in den 3 und 4 veranschaulicht ist.
  • Wie in 5 veranschaulicht, ist ersichtlich, dass die Wasserstoffzuführvorrichtungen 2 und 2a nach beispielhaften Ausführungsformen den Abreißdruck des Druckbegrenzungsventils 12 im Vergleich zu dem Abreißdruck des Druckbegrenzungsventils 12, wenn der Wasserstoff zur Umgebung abgelassen wird, erheblich verringern können.
  • Folglich senkt sich ein Grenzwert, bei dem Überdruck an den Brennstoffzellenstapel 10 ohne das Ablassen von Wasserstoff durch das Druckbegrenzungsventil 12 angelegt wird, wobei folglich eine Beschädigung des Brennstoffzellenstapels 10 verringert wird.
  • Zudem kann der Überdruck-Wasserstoff, der durch die Druckablassleitung 14, 14a, 15 oder 15a abgelassen wird, zu der Rückseite eines Fahrzeugs durch die Luftversorgungsleitung 20 und die Auslassleitung 22 abgelassen werde, wobei dadurch ein Vorteil der verbesserten Sicherheit im Vergleich zum Ablassen des Wasserstoffs zum Motorraum oder zu der Seite des Fahrzeugs erzielt wird.
  • Zwar wurde dieses erfinderische Konzept in Verbindung damit beschrieben, was derzeit als praktische beispielhafte Ausführungsformen gilt, aber es sollte klar sein, dass das erfinderische Konzept nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen decken soll, die innerhalb des Wesens und Bereiches der beiliegenden Ansprüche enthalten sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 2, 2a
    Wasserstoffzuführvorrichtung
    4
    Wasserstofftank
    6
    Wasserstoffversorgungsleitung
    8
    Drucksteuerventil
    10
    Brennstoffzellenstapel
    12
    Druckbegrenzungsventil
    14, 14a, 15, 15a
    Druckablassleitung
    16
    Gebläse
    18
    Befeuchtungsvorrichtung
    20
    Luftversorgungsleitung
    22
    Auslassleitung

Claims (9)

  1. Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems aufweisend: einen Wasserstofftank, der zum Speichern von Hochdruckwasserstoff vorgesehen ist, wobei eine Wasserstoffversorgungsleitung, die mit einem Stapel verbunden ist, in dem Wasserstofftank angeordnet ist, und ein Drucksteuerventil, das zum Steuern des Wasserstoffdrucks einer Anode des Stapels vorgesehen ist, in der Wasserstoffversorgungsleitung angeordnet ist; und eine Druckablassleitung, die ein Druckbegrenzungsventil aufweist und an der Anode des Stapels und einem mit demselben verbundenen Weg angeordnet ist, wobei die Druckablassleitung mit einer Luftversorgungsleitung des Stapels verbunden ist.
  2. Wasserstoffzuführvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: ein Gebläse und eine Befeuchtungsvorrichtung in der Luftversorgungsleitung angeordnet sind und die Druckablassleitung mit der Luftversorgungsleitung zwischen dem Gebläse und der Befeuchtungsvorrichtung verbunden ist.
  3. Wasserstoffzuführvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: ein Gebläse und eine Befeuchtungsvorrichtung in der Luftversorgungsleitung angeordnet sind und die Druckablassleitung mit der Luftversorgungsleitung zwischen der Befeuchtungsvorrichtung und dem Stapel verbunden ist.
  4. Wasserstoffzuführvorrichtung eines Brennstoffzellensystems aufweisend: einen Wasserstofftank, der zum Speichern von Hochdruckwasserstoff vorgesehen ist, wobei eine Wasserstoffversorgungsleitung, die mit einem Stapel verbunden ist, in dem Wasserstofftank angeordnet ist, und ein Drucksteuerventil, das zum Steuern des Wasserstoffdrucks einer Anode des Stapels vorgesehen ist, in der Wasserstoffversorgungsleitung angeordnet ist; und eine Druckablassleitung, die ein Druckbegrenzungsventil aufweist und an der Anode des Stapels und einem mit demselben verbundenen Weg angeordnet ist, wobei die Druckablassleitung mit einer Auslassleitung an einer Auslassseite des Stapels verbunden ist.
  5. Wasserstoffzuführvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Auslassleitung vorgesehen ist, um das Auslassen über eine Befeuchtungsvorrichtung durchzuführen.
  6. Wasserstoffzuführvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Druckablassleitung mit der Auslassleitung zwischen dem Stapel und der Befeuchtungsvorrichtung derart verbunden ist, dass Wasserstoff zur Auslassleitung zwischen dem Stapel und der Befeuchtungsvorrichtung abgelassen wird.
  7. Wasserstoffzuführvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Druckablassleitung mit der Auslassleitung an einem hinteren Ende der Befeuchtungsvorrichtung derart verbunden ist, dass Wasserstoff zur Auslassleitung an dem hinteren Ende der Befeuchtungsvorrichtung abgelassen wird.
  8. Wasserstoffzuführvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Drucksteuerventil zumindest ein Element aus der Gruppe enthält, die aus einem Druckregler, einem Stromventil und einem Injektor besteht.
  9. Wasserstoffzuführvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Drucksteuerventil zumindest ein Element aus der Gruppe enthält, die aus einem Druckregler, einem Stromventil und einem Injektor besteht.
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