DE102014003624A1

DE102014003624A1 - The fuel cell system

Info

Publication number: DE102014003624A1
Application number: DE102014003624.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Bader; Ralf Nüßle; Christine Sonntag
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-09-17
Also published as: WO2015135626A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (3), mit einer Abluftleitung (18) für die Abluft (A) aus einem Kathodenraum (4) der Brennstoffzelle (3) sowie einer Abblasleitung (14) zum Abblasen von Abgas (P) aus einem Anodenraum (5) der Brennstoffzelle (3), mit wenigstens einem Schalldämpfer (19, 19'), mit einem Ablufteinlass (22) und einem Abluftauslass (23) in der Abluftleitung (18), welcher aus einer nach außen verschlossenen äußeren Hülle (20) und einem vom Ablufteinlass (22) zum Abluftauslass (23) durch die gesamte Länge der Hülle (20) verlaufenden Abluftrohr (21) mit Verbindungsöffnungen (24) zu dem Raum (25) innerhalb der äußeren Hülle (20) besteht. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abblasleitung (14) in die Hülle (20) mündet.The invention relates to a fuel cell system (1) having at least one fuel cell (3), an exhaust air line (18) for the exhaust air (A) from a cathode space (4) of the fuel cell (3) and a discharge line (14) for blowing off exhaust gas (14). P) from an anode chamber (5) of the fuel cell (3), with at least one muffler (19, 19 '), with an exhaust air inlet (22) and an exhaust air outlet (23) in the exhaust air duct (18), which is closed to the outside outer shell (20) and an exhaust air pipe (21) extending from the exhaust air inlet (23) to the exhaust air outlet (23) through the entire length of the shell (20) with connection openings (24) to the space (25) within the outer shell (20) , The fuel cell system according to the invention is characterized in that the discharge line (14) opens into the casing (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines solchen Brennstoffzellensystems.The invention relates to a fuel cell system according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art Furthermore, the invention relates to the use of such a fuel cell system.

Brennstoffzellensysteme sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie können insbesondere zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden. Insbesondere bei diesem Anwendungszweck eines Brennstoffzellensystems spielen Lärmemissionen an die Umgebung des Brennstoffzellensystems bzw. des Fahrzeugs eine entscheidende Rolle. Aus diesem Grund ist es bekannt, dass Schalldämpfer eingesetzt werden können, um diese Lärmemissionen in der Abluftanlage des Brennstoffzellensystems, ähnlich wie in einer Abgasanlage eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, zu dämpfen.Fuel cell systems are known from the general state of the art. They can be used in particular for the provision of electrical drive power in electrically driven vehicles. Especially in this application of a fuel cell system noise emissions to the environment of the fuel cell system or the vehicle play a crucial role. For this reason, it is known that mufflers can be used to attenuate these noise emissions in the exhaust system of the fuel cell system, similar to an exhaust system of an internal combustion engine vehicle.

Aus der JP 2009-289581 A ist ein derartiger Schalldämpfer für ein Brennstoffzellensystem bekannt. Der Schalldämpfer ist dabei so aufgebaut, dass Wasser, welches sich im Bereich des Schalldämpfers sammelt, durch die abströmende Abluft entsprechend angesaugt und mit der Abluft in die Umgebung abgegeben werden kann.From the JP 2009-289581 A Such a silencer for a fuel cell system is known. The muffler is constructed so that water, which collects in the region of the muffler, can be sucked in accordance with the outgoing exhaust air and discharged with the exhaust air into the environment.

Neben der Schalldämpfung und dem möglichst dosierten und gleichmäßigen Abgeben von Wasser in die Umgebung des Brennstoffzellensystems spielt auch das Abgeben von wasserstoffhaltigen Abgasen eine entscheidende Rolle. Insbesondere beim Einsatz in Fahrzeugen ist es höchst unerwünscht, dass punktuell, räumlich oder zeitlich hohe Wasserstoffkonzentrationen auftreten. Da Wasserstoffemissionen über die Abgase eines Brennstoffzellensystems grundsätzlich kaum zu vermeiden sind, schlägt daher die JP 2009-238762 A ein System vor, bei dem ein Schalldämpfer mit mehreren Kammern aufgebaut ist. Zwischen Schalldämpfungskammern ist dabei auch eine Verdünnungskammer für Wasserstoff vorgesehen, welche über Verbindungsbohrungen mit einer die Schalldämpfkammern verbindendes Leitungselement in Kommunikation steht. Der Vorteil hierbei ist, dass auch über das Wasserstoffgas verursachte Schallemissionen entsprechend reduziert werden.In addition to the sound damping and the dosed as possible and even discharge of water into the environment of the fuel cell system, the discharge of hydrogen-containing exhaust gases plays a crucial role. Especially when used in vehicles, it is highly undesirable that pointwise, spatially or temporally high hydrogen concentrations occur. Since hydrogen emissions via the exhaust gases of a fuel cell system are basically unavoidable, therefore suggests the JP 2009-238762 A a system in which a silencer is constructed with a plurality of chambers. Between sound-damping chambers, a dilution chamber for hydrogen is also provided, which communicates via connecting bores with a line element connecting the sound-damping chambers. The advantage here is that also via the hydrogen gas caused noise emissions are reduced accordingly.

Der im zuletzt genannten Stand der Technik beschriebene Aufbau eines Schalldämpfers ist für die Schalldämpfung in der Abluft eines Brennstoffzellensystems nicht unbedingt zielführend. Durch die beiden vergleichsweise großen Kammern, welche über ein Leitungselement mit sehr kleinem Leitungsquerschnitt verbunden sind, kommt es zu relativ großen Druckverlusten, welche im Abgasstrom bzw. Abluftstrom des Brennstoffzellensystems nur bedingt erwünscht sind. Ferner sind die über das abgegebene wasserstoffhaltige Abgas aus dem Anodenraum verursachten Schallemissionen minimal, sodass der zu ihrer Dämpfung betriebene Aufwand, welcher den Schalldämpfer entsprechend groß macht, weitgehend unnötig ist.The structure of a silencer described in the last-mentioned prior art is not necessarily effective for the sound attenuation in the exhaust air of a fuel cell system. Due to the two relatively large chambers, which are connected via a line element with a very small line cross section, there are relatively large pressure losses, which are only partially desired in the exhaust stream or exhaust air flow of the fuel cell system. Furthermore, the noise emissions caused by the discharged hydrogen-containing exhaust gas from the anode chamber are minimal, so that the effort expended for their damping, which makes the muffler correspondingly large, is largely unnecessary.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes Brennstoffzellensystems mit einem Schalldämpfer anzugeben, welches insbesondere die oben genannten Nachteile vermeidet.The object of the present invention is now to provide an improved fuel cell system with a silencer, which avoids the above-mentioned disadvantages in particular.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Eine besonders bevorzugte Verwendung eines derartigen Brennstoffzellensystems ist im Anspruch 13 angegeben.This object is achieved by a fuel cell system with the features in claim 1. A particularly preferred use of such a fuel cell system is specified in claim 13.

Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Schalldämpfer ähnlich wie im zuerst genannten Stand der Technik mit einer Außenhülle ausgebildet ist, welche nach außen verschlossen ist. Durch diese Außenhülle läuft vom Ablufteinlass bis zum Abluftauslass durchlaufend ein – insbesondere gerades – Abluftrohr, welches mit Verbindungsöffnungen zur äußeren Hülle versehen, insbesondere perforiert ausgeführt, ist. Dieser Aufbau entspricht soweit auch dem Aufbau, welcher bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren im Abgassystem eingesetzt wird. Ein solcher Schalldämpfer wird auch als Resonator bezeichnet. In den zwischen der Hülle und dem Abluftrohr liegenden Resonanzraum dieses Resonators, letztlich also in die Hülle selbst, mündet bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems die Abblasleitung, über welche Abgas aus einem Anodenraum der Brennstoffzelle direkt oder mittelbar abgeblasen wird. Dieses Abblasen, das sogenannte Purgen, des Abgases kann dabei insbesondere kontinuierlich oder diskontinuierlich, beispielsweise zeitgesteuert, konzentrationsgesteuert oder in Abhängigkeit einer angefallenen Wassermenge in dem Abgas, erfolgen.In the fuel cell system according to the invention, it is provided that the at least one silencer is formed, similar to the first-mentioned prior art, with an outer shell which is closed to the outside. Through this outer shell runs continuously from the exhaust air inlet to the exhaust outlet - especially straight - exhaust pipe, which provided with connecting openings to the outer shell, in particular perforated, is. This structure corresponds as far as the structure which is used in conventional combustion engines in the exhaust system. Such a silencer is also referred to as a resonator. In the lying between the shell and the exhaust pipe resonance chamber of this resonator, ultimately so in the shell itself, opens in the inventive design of the fuel cell system, the discharge line via which exhaust gas is blown directly or indirectly from an anode compartment of the fuel cell. This blow-off, the so-called purge, of the exhaust gas can be effected in particular continuously or discontinuously, for example time-controlled, concentration-controlled or as a function of an accumulated amount of water in the exhaust gas.

Der Aufbau hat dabei den entscheidenden Vorteil, dass er einerseits eine sehr gute Schalldämpfung des in der Abluft vorliegenden Schalls ermöglicht, welche insbesondere auch Schallemissionen, wie sie beispielsweise durch eine in Strömungsrichtung vor dem Schalldämpfer angeordnete Abluftturbine erzeugt werden können, effektiv dämpft. Der Aufbau ist dabei außerordentlich einfach. Durch die Mündung der Abblasleitung in die Hülle verteilt sich der in dem Abgas unweigerlich vorhandene Wasserstoff gleichmäßig in den sogenannten Resonanzraum zwischen dem Abluftrohr und der Hülle und strömt dann langsam und gleichmäßig über die Verbindungsöffnungen in die Abluft. Damit tritt einerseits eine zeitliche Verzögerung und andererseits eine gleichmäßige Verteilung über die gesamte Abluft auf. Punktuell sehr hohe Wasserstoffkonzentrationen lassen sich damit vermeiden. Vielmehr werden am Ausgang des Abluftsystems sehr gleichmäßige, geringe Wasserstoffkonzentrationen auftreten. Auch Wasser, welches gegebenenfalls mit dem Abgas aus dem Anodenraum zusammen in den Resonator gelangt, kann über den Resonanzraum eingebracht werden. Ähnlich wie beim Wasserstoff gilt auch hier, dass sich der Anteil an flüssigem Wasser in der Abluft des Brennstoffzellensystems entsprechend vergleichmäßigt, sodass schlagartig auftretendes austreten von Flüssigwasser, insbesondere in Form eines Schwalls aus der Abluftleitung, effizient verhindert wird.The construction has the decisive advantage that on the one hand it allows a very good sound attenuation of the sound present in the exhaust air, which in particular also effectively muffles sound emissions, such as those that can be generated by an exhaust air turbine arranged in front of the muffler in the flow direction. The structure is extremely simple. Through the mouth of the blow-off in the shell of the inevitably existing in the exhaust gas hydrogen evenly distributed in the so-called resonance space between the exhaust pipe and the shell and then flows slowly and evenly through the connection openings in the exhaust air. Thus, on the one hand occurs a time delay and on the other hand a uniform distribution over the entire exhaust air. Sometimes very high hydrogen concentrations can be avoided. Rather, very uniform, low hydrogen concentrations will occur at the outlet of the exhaust air system. Also, water, which optionally passes together with the exhaust gas from the anode compartment into the resonator, can be introduced via the resonance chamber. Similar to the case of hydrogen, here too, the proportion of liquid water in the exhaust air of the fuel cell system is correspondingly uniform, so that sudden emergence of liquid water, in particular in the form of a surge from the exhaust air line, is efficiently prevented.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist der Raum innerhalb der Hülle dabei in mehrere Abschnitte unterteilt ausgebildet. Eine solche Unterteilung des Raums innerhalb der Hülle, welcher das Abluftrohr mit den Verbindungsöffnungen umgibt, in mehrere Abschnitte bzw. Kammern, bewirkt eine Verbesserung der Schalldämpfung. Die Abblasleitung kann dabei in eine oder auch mehrere der Kammern münden.According to an advantageous development of the fuel cell system according to the invention, the space inside the envelope is divided into several sections. Such a subdivision of the space within the shell, which surrounds the exhaust pipe with the connection openings, into several sections or chambers, causes an improvement of the sound attenuation. The discharge line can open into one or more of the chambers.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es dabei vorgesehen, dass die Abblasleitung in einen der Abschnitte mündet, welcher nicht der in Strömungsrichtung der Abluft letzte Abschnitt ist. Ein solches Einmünden der Abblasleitung in einen der in Strömungsrichtung der Abluft vorderen, zumindest jedoch den vorletzten Abschnitt, ist besonders vorteilhaft, da hierdurch eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Abgases in der Abluft erzielt werden kann.In a very advantageous development of this idea, it is provided that the discharge line opens into one of the sections which is not the last section in the flow direction of the exhaust air. Such a confluence of the discharge line in one of the front in the flow direction of the exhaust air, but at least the penultimate section, is particularly advantageous, since this a uniform distribution of the exhaust gas in the exhaust air can be achieved.

Vorzugsweise ist das Abluftrohr dabei konzentrisch in der Hülle angeordnet. Hierdurch ergibt allseitig um das Abluftrohr herum ein ausreichender Resonanzraum und andererseits kann der in dem Abgas enthaltene Wasserstoff sich in diesem Resonanzraum um das gesamte Abluftrohr herum gleichmäßig verteilen und dann durch die idealerweise gleichmäßig über die Oberfläche verteilten Verbindungsöffnungen in die Abluft einströmen. Unter konzentrisch im Sinne der Erfindung ist dabei jeder Aufbau zu verstehen, bei dem das Abluftrohr im Zentrum des Querschnitts der Hülle angeordnet ist. Dies gilt insbesondere für runde und ovale Hüllen, kann aber auch für andersartige Formen von Hüllen, beispielsweise mehreckige Hüllen oder dergleichen, der Fall sein. Typischerweise befindet sich das Zentrum des Abluftrohrs dann im sogenannten Flächenschwerpunkt des Querschnitts durch die Form der Hülle. Auch dies soll im Sinne der Erfindung als konzentrisch gelten.Preferably, the exhaust pipe is arranged concentrically in the shell. This results in a sufficient resonance chamber around the exhaust pipe around and on the other hand, the hydrogen contained in the exhaust gas can evenly distributed in this resonance chamber to the entire exhaust pipe around and then flow through the ideally uniformly distributed over the surface connecting openings in the exhaust air. Concentric in the sense of the invention is to be understood as any structure in which the exhaust pipe is arranged in the center of the cross section of the shell. This applies in particular to round and oval casings, but may also be the case for other types of casings, for example polygonal casings or the like. Typically, the center of the exhaust pipe is then in the so-called centroid of the cross section through the shape of the shell. Again, this should be considered concentric in the context of the invention.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es nun außerdem vorgesehen sein, dass die Abblasleitung so in die Hülle mündet, dass das durch die Abblasleitung strömende Gas tangential und/oder mit einer Richtungskomponente entgegen der Strömung der Abluft in dem Abluftrohr, in die Hülle einströmt. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige Verteilung und eine besonders gleichmäßige zeitliche Abgabe des Abgases an die Abluft erzielt, auch wenn das Abgas über die Abblasleitung diskontinuierlich, beispielweise von Zeit zu Zeit, abgeblasen wird.In an advantageous development of the fuel cell system according to the invention, it can now also be provided that the discharge line flows into the shell so that the gas flowing through the discharge line flows tangentially and / or with a direction component against the flow of exhaust air in the exhaust pipe into the shell , As a result, a particularly uniform distribution and a particularly uniform timing of the exhaust gas to the exhaust air is achieved, even if the exhaust gas via the blow-off discontinuously, for example, from time to time, blown off.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es nun außerdem nun vorgesehen sein, dass der Schalldämpfer so angeordnet ist, dass die Strömung der Abluft in Richtung der Schwerkraft schräg nach unten erfolgt. Ein solches Abströmen der Abluft in Richtung der Schwerkraft schräg nach unten kann außerordentlich nützlich sein, insbesondere wenn die Abblasleitung in Richtung der Schwerkraft unten in die Hülle mündet. Der Wasserstoff, welcher eine sehr kleine Dichte aufweist, verteilt sich dann nicht nur durch die Strömungsrichtung, mit welcher er in den Resonanzraum zwischen der Hülle und den Abluftrohr eingebracht worden ist, in diesen, sondern unterstützend hierzu auch durch die Schwerkraft. Die gleichmäßige Verteilung des Wasserstoffs im Resonanzraum wird dadurch nochmals begünstigt.According to a very advantageous development of the fuel cell system according to the invention, it may now also be provided that the muffler is arranged so that the flow of exhaust air in the direction of gravity is obliquely downwards. Such downward flow of the exhaust air in the direction of gravity can be extremely useful, especially if the discharge line opens in the direction of gravity down into the shell. The hydrogen, which has a very small density, is then distributed not only by the flow direction, with which it has been introduced into the resonance space between the shell and the exhaust pipe, in this, but also supporting it by gravity. The uniform distribution of hydrogen in the resonance chamber is thereby further favored.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee kann es nun ferner vorgesehen sein, dass der unten liegende Bereich des Abluftrohrs frei von Verbindungsöffnungen ist und lediglich wenigstens eine in Richtung der Schwerkraft oben angeordnete Entwässerungsbohrung im Bereich vor dem Austritt des Abluftrohrs aus der Hülle aufweist. Ein solcher Aufbau trägt der Tatsache Rechnung, dass in dem Abgas aus dem Anodenraum, insbesondere wenn dies sich in einem sogenannten Anodenkreislauf sammelt und von Zeit zu Zeit abgeblasen wird, typischerweise flüssiges Wasser mit enthalten ist bzw. sein kann. Bei dem gemäß der vorteilhaften Weiterbildung beschriebenen Aufbau ist es nun so, dass der untere Bereich des Abluftrohrs keine Verbindungsöffnungen aufweist. Wasser kann sich also im Resonanzraum unten entsprechend sammeln und kann dann über die wenigstens eine Entwässerungsbohrung in das Abgas gelangen. Ist die Entwässerungsbohrung entsprechend klein ausgebildet, dann kann eine noch weiter verbesserte zeitliche Verzögerung der Abgabe des Wassers in die Abluft erreicht werden. Wird beispielsweise diskontinuierlich von Zeit zu Zeit Gas und Wasser in den Resonanzraum abgeblasen, dann würden vergleichsweise hohe Konzentrationen an Wasser in der Abluft auftreten, immer kurz nachdem das Abgas abgeblasen würde. Durch den beschriebenen Aufbau kann dies verhindert werden. Das Wasser sammelt sich im Resonanzraum und wird hier für eine gewisse Zeit zwischengespeichert und über die Entwässerungsbohrung, deren Größe entsprechend angepasst werden kann, langsam und kontinuierlich abgegeben. Idealerweise ist das gesammelte Wasser dabei ganz oder fast ganz abgegeben, wenn beispielsweise der zeitlich gesteuerte nächste Abblaszyklus des Abgases aus einem Anodenkreislauf auftritt, sodass kontinuierlich Wasser in geringer Menge in den Abluftstrom gelangt.In a very advantageous development of this idea, it can now further be provided that the lower area of the exhaust pipe is free of connection openings and only has at least one drainage hole arranged in the direction of gravity above in the area before the exit of the exhaust pipe from the shell. Such a construction takes into account the fact that in the exhaust gas from the anode compartment, especially when it collects in a so-called anode circuit and is blown off from time to time, typically liquid water is included or can be. In the structure described according to the advantageous development, it is now so that the lower region of the exhaust pipe has no connection openings. Water can therefore collect accordingly in the resonance chamber below and can then reach the exhaust gas via the at least one drainage bore. If the drainage hole is designed to be correspondingly small, then a still further improved time delay of the discharge of the water into the exhaust air can be achieved. If, for example, discontinuously from time to time gas and water are blown into the resonance chamber, then comparatively high concentrations of water would occur in the exhaust air, always shortly after the exhaust gas was blown off. By the described construction, this can be prevented. The water collects in the resonance chamber and is cached here for a certain time and through the drainage hole, the size of which can be adjusted accordingly, slowly and delivered continuously. Ideally, the collected water is completely or almost completely discharged, if, for example, the time-controlled next blow-off cycle of the exhaust gas from an anode circuit occurs, so that water continuously enters the waste air stream in a small amount.

In einer weiteren günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es auch vorgesehen sein, dass der Schalldämpfer, in welchen die Abblasleitung mündet, in Strömungsrichtung der Abluft vor einem weiteren Schalldämpfer angeordnet ist. Der Aufbau kann also gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung auch so realisiert sein, dass zwei oder auch mehr Schalldämpfer nacheinander in dem Brennstoffzellensystem angeordnet sind. In diesem Fall würde das Abgas wiederum in den zumindest vorletzten der in dem Brennstoffzellensystem angeordneten Schalldämpfer, insbesondere in den ersten bei der Ausführung mit zwei Schalldämpfern, eingebracht. Hierfür gilt ähnliches wie oben bereits zum Eindüsen in die zumindest vorletzte Kammer bei der Ausgestaltung der Schalldämpfer mit einzelnen Kammern erwähnt worden ist. Grundsätzlich ist es dabei natürlich möglich, die wenigstens zwei Schalldämpfer in dem System gemäß dieser Weiterbildung sowohl mit als auch ohne die einzelnen Abschnitte bzw. Kammern zu realisieren.In a further advantageous embodiment of the fuel cell system according to the invention, it can also be provided that the muffler, in which the discharge line opens, is arranged in the flow direction of the exhaust air in front of a further muffler. The structure can therefore also be realized according to this advantageous development that two or more mufflers are arranged one after the other in the fuel cell system. In this case, the exhaust gas would in turn be introduced into the at least penultimate of the silencers arranged in the fuel cell system, in particular in the first embodiment with two silencers. For this purpose, similar to the above has already been mentioned for injecting into the at least penultimate chamber in the design of the muffler with individual chambers. In principle, it is of course possible to realize the at least two silencers in the system according to this development both with and without the individual sections or chambers.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem lässt sich wie erwähnt besonders einfach und effizient aufbauen. Es kann sehr klein und kompakt realisiert werden und kann dennoch eine sehr gute Schalldämpfung erzielen. Außerdem wird die Abgabe von Abgasen, insbesondere die Abgabe von Wasserstoff in dem Abgas, kontinuierlich und gleichmäßig über die gesamte zur Verfügung stehende Abluftmenge verteilt. Zeitlich und örtlich punktuell hohe Wasserstoffkonzentrationen können so vermieden werden. Vergleichbares gilt für die Abgabe von Wasser, insbesondere in der zuletzt beschriebenen Ausführungsform des Brennstoffzellensystems.As mentioned, the fuel cell system according to the invention can be constructed particularly simply and efficiently. It can be realized very small and compact and can still achieve a very good sound attenuation. In addition, the emission of exhaust gases, in particular the release of hydrogen in the exhaust gas, is continuously and uniformly distributed over the entire available amount of exhaust air. Time and place selectively high hydrogen concentrations can be avoided. The same applies to the delivery of water, in particular in the last-described embodiment of the fuel cell system.

Das Brennstoffzellensystem eignet sich also insbesondere für Anwendungen, in denen auf Emissionen von Lärm, Wasserstoff und Wasser geachtet werden muss, und in denen zumindest kurzzeitige hohe Konzentrationen von Wasser und Wasserstoff bei der Abgabe in die Umgebung vermieden werden müssen. Dies gilt insbesondere für Fahrzeuge, welche sich im öffentlichen Raum bewegen. Die besonders bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist also sein Einsatz in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, in welchem das Brennstoffzellensystem die elektrische Antriebsleistung bereitstellt. Über die Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems kann dabei die Antriebsleistung dem Fahrzeug direkt zur Verfügung gestellt werden oder es kann eine typischerweise parallel zum Brennstoffzellensystem immer vorhandene Batterie, eine sogenannte Traktionsbatterie, welche also elektrische Leistung für den Fahrantrieb bereitstellt, zwischengeladen werden. Insbesondere kann auch in den Fällen, in denen am Brennstoffzellensystem mehr Leistung zur Verfügung steht als von dem Fahrantrieb benötigt wird, beispielsweise weil sich die Fahrleistung gerade dynamisch reduziert hat, anfallende überschüssige Leistung des Brennstoffzellensystems in der Traktionsbatterie eingespeist werden. All dies fällt unter die Bezeichnung „elektrische Antriebsleistung bereitstellen”, im Sinne der Erfindung.The fuel cell system is therefore particularly suitable for applications in which attention must be paid to emissions of noise, hydrogen and water, and in which at least short-term high concentrations of water and hydrogen must be avoided when discharging into the environment. This is especially true for vehicles that move in public spaces. The particularly preferred application of the fuel cell system according to the invention is therefore its use in an electrically driven vehicle in which the fuel cell system provides the electrical drive power. The drive power can be provided directly to the vehicle via the fuel cell of the fuel cell system, or a battery, which is always present in parallel to the fuel cell system, a so-called traction battery, which thus provides electric power for the traction drive, can be temporarily charged. In particular, in cases in which more power is available on the fuel cell system than is required by the traction drive, for example because the driving performance has just reduced dynamically, any excess power of the fuel cell system in the traction battery will be supplied. All this is covered by the term "provide electrical drive power", in the context of the invention.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems sowie seiner Verwendung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the fuel cell system according to the invention and its use will become apparent from the embodiment, which is described below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein prinzipmäßig angedeutetes Brennstoffzellensystem in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung in einem Fahrzeug; 1 a fuel cell system indicated in principle in an embodiment according to the invention in a vehicle;

2 einen Schalldämpfer gemäß der Erfindung in einem dreidimensionalen Schnittbild; 2 a silencer according to the invention in a three-dimensional sectional view;

3 einen Schalldämpfer gemäß der Erfindung in einer alternativen Ausführungsform in einem dreidimensionalen Schnittbild; 3 a silencer according to the invention in an alternative embodiment in a three-dimensional sectional view;

4 ein prinzipmäßig angedeutetes Brennstoffzellensystem in einer alternativen Ausführungsform gemäß der Erfindung; 4 a fuel cell system indicated in principle in an alternative embodiment according to the invention;

5 die Konzentration von Wasser und Wasserstoff im Abgas bei einem direkten Purge und einem Purge in den Schalldämpfer; und 5 the concentration of water and hydrogen in the exhaust gas in a direct purge and a purge in the muffler; and

6 eine alternative Ausführungsform des Schalldämpfers in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem. 6 an alternative embodiment of the muffler in the fuel cell system according to the invention.

In der Darstellung der 1 ist ein Brennstoffzellensystem 1 zu erkennen, welches beispielsweise in einem schematisch angedeuteten Fahrzeug 2 zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung vorgesehen sein kann. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst dabei eine Brennstoffzelle 3, welche als Stapel von PEM-Einzelzellen, als sogenannter Brennstoffzellenstack, ausgebildet sein soll. In diesem Stapel von Einzelzellen sind dabei die Anodenbereiche der Einzelzellen und die Kathodenbereiche der Einzelzellen jeweils untereinander verbunden. Beispielhaft ist dies in der Darstellung der 1 über einen angedeuteten Kathodenraum 4 sowie einen angedeuteten Anodenraum 5 und eine dazwischen angedeutete protonenleitende Membran 6 symbolisiert. Dem Anodenraum 5 des Brennstoffzellensystems 1 wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 7 über ein Druckregel- und Dosierventil 8 zugeführt. Unverbrauchter Wasserstoff gelangt aus dem Anodenraum 5 über einen sogenannten Rezirkulationskreislauf bzw. Anodenkreislauf 9 mit einer Rezirkulationsleitung 10 zurück und wird dem Eingang des Anodenraums 5 erneut zugeführt. Um Druckverluste auszugleichen ist dabei eine Rezirkulationsfördereinrichtung 11 prinzipmäßig angedeutet. Diese kann beispielsweise als Gebläse und/oder als Gasstrahlpumpe ausgebildet sein.In the presentation of the 1 is a fuel cell system 1 to recognize which, for example, in a schematically indicated vehicle 2 can be provided to provide electrical drive power. The fuel cell system 1 includes a fuel cell 3 , which should be designed as a stack of PEM single cells, as a so-called fuel cell stack. In this stack of individual cells, the anode regions of the individual cells and the cathode regions of the individual cells are each interconnected. This is exemplified in the illustration of 1 over an indicated cathode space 4 and an indicated anode compartment 5 and a proton-conducting membrane indicated therebetween 6 symbolizes. The anode compartment 5 of the fuel cell system 1 becomes hydrogen from a compressed gas storage 7 above a pressure regulating and dosing valve 8th fed. Unused hydrogen comes out of the anode compartment 5 via a so-called recirculation circuit or anode circuit 9 with a recirculation line 10 back and becomes the entrance of the anode room 5 fed again. To compensate for pressure losses is a recirculation conveyor 11 indicated in principle. This can be designed for example as a fan and / or as a gas jet pump.

In dem Anodenkreislauf 9 sammelt sich mit der Zeit Wasser und inertes Gas an, welches abgeblasen werden muss, um die Wasserstoffkonzentration in dem Anodenkreislauf aufrecht zu erhalten. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierfür ein Wasserabscheider 12 mit einem Abblasventil 13 und einer Abblasleitung 14 prinzipmäßig angedeutet. Genauso gut könnte das Ablassen von Wasser und Abblasen von Gas – der sogenannte Purge – über getrennte Leitungen erfolgen.In the anode cycle 9 Over time, water and inert gas accumulate which must be vented to maintain the hydrogen concentration in the anode circuit. In the embodiment shown here, this is a water separator 12 with a blow-off valve 13 and a blow-off line 14 indicated in principle. The discharge of water and the blowing off of gas - the so-called purge - could just as easily take place via separate lines.

Dem Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 wird Luft als Sauerstofflieferant über eine Luftfördereinrichtung 15 zur Verfügung gestellt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel soll die Luftfördereinrichtung 15 dabei als Strömungsverdichter ausgebildet sein. Dieser Strömungsverdichter sitzt zusammen mit einer Turbine 16 sowie einer elektrischen Maschine 17 auf einer gemeinsamen Welle. Dieser Aufbau wird auch als elektrischer Turbolader oder ETC (Electric Turbo Charger) bezeichnet. Über die Luftfördereinrichtung 15 wird die Luft entsprechend zur Verfügung gestellt. Sie kann anschließend über optionale nicht dargestellte Ladeluftkühler, Befeuchter oder dergleichen für die Brennstoffzelle 3 aufbereitet werden. Die Abluft aus der Brennstoffzelle 3 gelangt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Abluftleitung 18 direkt, sie kann jedoch in der Praxis ebenfalls über weitere Komponenten wie beispielsweise Befeuchter oder dergleichen strömen, zu der Turbine 16. Im Bereich der Turbine 16 wird die Luft entspannt, sodass die in ihr enthaltene Druckenergie und thermische Energie zumindest teilweise zurückgewonnen werden kann. Dies erfolgt über die Turbine 16, welche die zurückgewonnene Energie unmittelbar über die Welle der Luftfördereinrichtung 15 zur Verfügung stellt. Zusätzliche benötigte Leistung wird über die elektrische Maschine 17 geliefert. Kommt es in bestimmten Situationen zu einem Leistungsüberschuss im Bereich der Turbine 16, dann ist es auch denkbar, die elektrische Maschine 17 generatorisch zu betreiben und elektrische Leistung über sie zurückzugewinnen.The cathode compartment 4 the fuel cell 3 Air becomes an oxygen supplier via an air conveyor 15 made available. In the embodiment shown here, the air conveyor 15 be designed as a flow compressor. This flow compressor sits together with a turbine 16 as well as an electric machine 17 on a common wave. This structure is also referred to as an electric turbocharger or ETC (Electric Turbo Charger). About the air conveyor 15 the air is provided accordingly. It can then via optional charge air cooler, humidifier or the like, not shown for the fuel cell 3 be prepared. The exhaust air from the fuel cell 3 arrives in the embodiment shown here via an exhaust pipe 18 directly, but in practice it can also flow over other components, such as humidifiers or the like, to the turbine 16 , In the area of the turbine 16 the air is released, so that the pressure energy contained therein and thermal energy can be at least partially recovered. This is done via the turbine 16 which the recovered energy directly through the shaft of the air conveyor 15 provides. Additional required power is provided by the electric machine 17 delivered. Does it come in certain situations to a surplus in the turbine area 16 , then it is also conceivable, the electric machine 17 operate as a generator and recover electrical power through it.

Nach der Turbine 16 strömt die Abluft über die Abluftleitung 18 weiter zu einem Schalldämpfer 19, welcher als Abschluss des Abluftstrangs in dem Brennstoffzellensystem 1 ausgebildet ist. Seine Aufgabe besteht primär darin, Schallemissionen, welche insbesondere durch die Turbine 16 verursacht werden, zu dämpfen, um so ein möglichst leisen Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 bzw. des mit ihm ausgestatten Fahrzeugs 2 zu gewährleisten.After the turbine 16 the exhaust air flows via the exhaust air line 18 continue to a silencer 19 , which as completion of the exhaust air line in the fuel cell system 1 is trained. Its primary task is to produce sound emissions, in particular through the turbine 16 caused to damp, so as quiet as possible operation of the fuel cell system 1 or the vehicle equipped with it 2 to ensure.

Der Schalldämpfer 19 in einer ersten möglichen Ausführungsform ist dabei, wie es in der Darstellung der 1 bereits angedeutet und in der Darstellung der 2 detailliert zu erkennen ist, aus einer Hülle 20 ausgebildet, durch welche ein Abluftrohr 21 von einem Ablufteinlass 22 zu einem Abluftauslass 23 verläuft. Die Abluft strömt dabei wie in der in 2 durch die mit A gekennzeichneten Pfeile gezeigt durch den Schalldämpfer 19. Das Abluftrohr 21 weist eine Vielzahl von Verbindungsöffnungen 24 auf, von welchen in der Darstellung der 2 nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Diese Verbindungsöffnungen 24 sind so in dem Abluftrohr 21 ausgebildet, dass dieses beispielsweise perforiert oder aus einem Lochblech hergestellt ist. Sie schaffen eine Verbindung zwischen dem Inneren des Abluftrohrs 21 und dem dieses umgebenden Innenraum bzw. Raum 25 der Hülle 20, welcher auch als Resonanzraum 25 bezeichnet wird, da der Schalldämpfer 19 auch als Resonator bezeichnet werden kann. Durch diesen Aufbau wird eine deutliche Schalldämmung erzielt. Der Aufbau ist soweit beispielsweise aus dem Bereich von Endschalldämpfern in Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren bekannt und üblich.The silencer 19 In a first possible embodiment is, as shown in the illustration of 1 already hinted at and in the representation of the 2 can be seen in detail from a shell 20 formed, through which an exhaust pipe 21 from an exhaust air inlet 22 to an exhaust outlet 23 runs. The exhaust air flows as in the in 2 by the arrows marked A through the muffler 19 , The exhaust pipe 21 has a plurality of connection openings 24 on, in the representation of which 2 only a few are provided with a reference numeral. These connection openings 24 are so in the exhaust pipe 21 designed, for example, that this is perforated or made of a perforated plate. They create a connection between the interior of the exhaust pipe 21 and the surrounding interior or space 25 the shell 20 which also serves as a resonance chamber 25 is referred to as the muffler 19 can also be referred to as a resonator. By this construction, a significant sound insulation is achieved. The structure is so far known and customary, for example, from the field of mufflers in exhaust systems of internal combustion engines.

Bei dem hier beschriebenen Aufbau der Erfindung ist es nun so, dass die Abblasleitung 14 im Bereich wenigstens einer Mündungsöffnung 26 in diesen Resonanzraum 25, also in das Innere der Hülle 20, mündet. Vorzugsweise erfolgt das Eindüsen des mit P bezeichneten Abgases aus der Brennstoffzelle 3 bzw. dem Anodenkreislauf 9 so, dass die Gase sowohl eine Drallbewegung innerhalb des Resonanzraums 25 durchführen, als auch mit einer Richtungskomponente entgegen der Strömungsrichtung des Abgases A in dem Abluftrohr 21 in den Resonanzraum 25 einströmen. Hierdurch wird eine bestmöglichste Verteilung des Wassers und des Abgases P in dem Resonanzraum 25 erzielt. Die Gase und das Wasser gelangen dann über einen längeren Zeitraum gestreckt, auch wenn über die Ventileinrichtung 13 diskontinuierlich von Zeit zu Zeit größere Menge an Abgas und Wasser abgeblasen werden, in den Abluftstrom A. Hierdurch werden Emissionsspitzen des unweigerlich in dem Abgas P befindlichen Wasserstoffs beim Abströmen in die Umgebung verhindert und gleichzeitig wird die Abgabe von flüssigem Wasser, sofern dieses nicht in der wärmeren Abluft A ohnehin verdampft, zeitlich so hinausgezögert, dass eine relativ gleichmäßige Abgabe von Wasser in die Umgebung erfolgt. Hierdurch wird die Gefahr, dass durch einen Schwall von Abwasser die Umgebung benetzt wird, deutlich reduziert.In the structure of the invention described here, it is now so that the discharge line 14 in the region of at least one mouth opening 26 in this resonance chamber 25 that is, inside the shell 20 , flows. Preferably, the injection of the exhaust gas designated P from the fuel cell takes place 3 or the anode circuit 9 such that the gases both swirl within the resonance space 25 perform, as well as with a direction component opposite to the flow direction of the exhaust gas A in the exhaust pipe 21 in the resonance chamber 25 flow. This results in the best possible distribution of the water and the exhaust gas P in the resonance chamber 25 achieved. The gases and water then reach an extended period of time, even though via the valve means 13 In this way, emission peaks of the hydrogen inevitably in the exhaust gas P are prevented from flowing out into the environment and at the same time the discharge of liquid water, if this is not in the warmer exhaust air A anyway vaporized, delayed in time so that a relatively uniform release of water into the environment takes place. As a result, the risk that the environment is wetted by a surge of sewage, significantly reduced.

Eine alternative Ausführungsform des Schalldämpfers 19 ist in der Darstellung der 3 zu erkennen. Der Aufbau entspricht dabei im Wesentlichen dem im Rahmen der 2 beschriebenen Aufbau. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Raum bzw. Resonanzraum 25 durch Zwischenwände 30 in einzelne Abschnitte 25.1, 25.2, 25.3 und 25.4 unterteilt ist. Um eine möglichst ideale Mischung des Abgases P mit der in dem Abluftrohr 21 strömenden Abluft zu erzielen, mündet die Abblasleitung dabei in den in Strömungsrichtung des Abluftstroms A zuerst angeordneten Abschnitt 25.4 des Resonanzraums 25. Er könnte prinzipmäßig genauso gut in einen der anderen Abschnitte 25.1, 25.2, 25.3 münden. Um eine möglichst gute Vermischung zu erreichen ist der hier dargestellte Aufbau jedoch ideal. Zumindest sollte er in den in Strömungsrichtung des Abluftstroms A vorletzten Abschnitt, also in der Darstellung der 3 den Abschnitt 25.2, münden. An alternative embodiment of the muffler 19 is in the representation of 3 to recognize. The structure corresponds essentially to that in the context of 2 described structure. The only difference is that the space or resonance space 25 through partitions 30 into individual sections 25.1 . 25.2 . 25.3 and 25.4 is divided. To a possible ideal mixture of the exhaust gas P with the in the exhaust pipe 21 To achieve flowing exhaust air discharges the discharge line in the first in the flow direction of the exhaust air stream A arranged portion 25.4 of the resonance space 25 , He could in principle just as well in one of the other sections 25.1 . 25.2 . 25.3 lead. However, to achieve the best possible mixing, the structure shown here is ideal. At least it should in the penultimate in the flow direction of the exhaust air flow A section, so in the illustration of 3 the section 25.2 , flow.

Eine alternative Ausführungsform des Brennstoffzellensystems ist in der Darstellung der 4 zu erkennen. Der Aufbau entspricht wiederum, mit Ausnahme des fehlenden Fahrzeugs 2, dem in 1 gezeigten Aufbau. Der Schalldämpfer 19, in welchen die Abblasleitung 14 mündet, ist dabei einer von zwei Schalldämpfern 19, 19', welche in dem Brennstoffzellensystem 1 angeordnet sind. Dabei ist, ähnlich zu den eben gemachten Ausführungen hinsichtlich der Abschnitte 25.1–25.4, der Schalldämpfer 19, in welchen die Abblasleitung 14 mündet, der in Strömungsrichtung erste, oder, falls mehr als zwei Schalldämpfer 19, 19' vorhanden sind, zumindest der in Strömungsrichtung vorletzte dieser Schalldämpfer 19, 19'. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dabei der Schalldämpfer 19 sehr kurz mit nur einem Resonanzraum 25 ausgebildet, der nachfolgende Schalldämpfer 19' mit etwas längerer Bauart und mehreren Abschnitten 25.1, 25.2, 25.3 des Resonanzraums 25. Genauso gut wäre es möglich, in beiden Schalldämpfern 19, 19' den Resonanzraum 25 in einzelne Abschnitte zu unterteilen, oder auch in keinem der beiden.An alternative embodiment of the fuel cell system is shown in the illustration of 4 to recognize. The structure again corresponds, with the exception of the missing vehicle 2 in the 1 shown construction. The silencer 19 in which the discharge line 14 is one of two silencers 19 . 19 ' , which in the fuel cell system 1 are arranged. It is, similar to the just made statements regarding the sections 25.1 - 25.4 , the silencer 19 in which the discharge line 14 opens, the first in the flow direction, or, if more than two mufflers 19 . 19 ' are present, at least the penultimate in the flow direction of this silencer 19 . 19 ' , In the illustrated embodiment is the muffler 19 very short with only one resonance chamber 25 trained, the subsequent muffler 19 ' with a slightly longer design and several sections 25.1 . 25.2 . 25.3 of the resonance space 25 , It would be equally possible in both silencers 19 . 19 ' the resonance chamber 25 subdivided into sections, or neither.

In den beiden Diagrammen der 5 ist die Konzentration beispielsweise des Wasserstoffs im Abgas am Austritt aus dem Brennstoffzellensystem 1 gezeigt. In der 3a oben ist die direkte Abgabe in die Abluftleitung 18 gezeigt, in der 3b die Abgabe in der in 2 beschriebenen Art in den Resonanzraum 25 des Schalldämpfers 19. Deutlich ist zu erkennen, dass bei einer Abgabe zum Zeitpunkt t1 eine Konzentration c1 auftritt, wenn das Abgas P direkt in die Abluftleitung 18 abgeblasen wird. Die Konzentration ist dabei relativ hoch und tritt nur für einen entsprechend kleinen Zeitraum auf. In der Darstellung der 3b ist dagegen die maximale Konzentration von c2 verzeichnet, welche deutlich kleiner als die Konzentration c1 ist. Sie tritt zeitlich etwas später auf, und ist über einen längeren Zeitraum gestreckt, sodass ein Großteil des Wasserstoffs erst zum Zeitpunkt t2 in die Umgebung gelangt. Beim Abgeben in den Schalldämpfer 19 dauert dies bis zu einer Zeit t3 an. Die Konzentration wird also in ihrem Maximalwert verringert und die Emission an Wasserstoff wird gleichmäßiger über einen größeren Zeitraum verteilt. Dies gilt für die Abgabe von Wasser analog.In the two diagrams of 5 is the concentration of, for example, the hydrogen in the exhaust gas exiting the fuel cell system 1 shown. In the 3a above is the direct delivery into the exhaust duct 18 shown in the 3b the levy in the in 2 described type in the resonance chamber 25 of the muffler 19 , It can be clearly seen that a concentration c1 occurs at a discharge at time t1, when the exhaust gas P directly into the exhaust air line 18 is blown off. The concentration is relatively high and occurs only for a correspondingly small period of time. In the presentation of the 3b On the other hand, the maximum concentration of c2 is recorded, which is significantly smaller than the concentration c1. It occurs somewhat later in time, and is stretched over a longer period of time, so that a large part of the hydrogen only enters the environment at time t2. When putting in the muffler 19 this will last until a time t3. The concentration is thus reduced in its maximum value and the emission of hydrogen is distributed more evenly over a longer period of time. This applies analogously to the delivery of water.

Eine weitere mögliche Ausführungsform des Schalldämpfers 19 ist in der Darstellung der 6 zu erkennen. Der Aufbau in 4 ist dabei in Richtung der Schwerkraft g schräg ausgebildet, sodass das Abgas A in Richtung der Schwerkraft g schräg nach unten durch den Schalldämpfer 19 strömt. Das Abluftrohr 21 hat im unteren Bereich keine Verbindungsöffnungen 24, sondern ist in diesem Bereich weitgehend ohne Öffnungen ausgebildet. Das Abgas P gelangt wieder über die Abblasleitung 14 in den Resonanzraum 25 des Schalldämpfers 19. Auch hier könnte der Resonanzraum 25 des Schalldämpfers 19 wiederum in einzelne Abschnitte unterteilt sein, wie dies zuvor, insbesondere im Rahmen der 3, ausgeführt worden ist. Flüssiges Wasser kann sich nun in dem in Richtung der Schwerkraft unten liegenden Bereich ansammeln und wird nur noch zum Teil durch die Verbindungsöffnungen 24 in die Abluftleitung gelangen. Der größte Teil an Wasser sammelt sich, wie es durch die mit 27 bezeichnete Wasseroberfläche dargestellt ist, im unteren Bereich des Resonanzraums 25 an. Der Resonanzraum 25 kann dafür beispielsweise in dem Bereich, in dem das Wasser sich ansammelt, lediglich in Richtung der Schwerkraft g oberhalb des Abluftrohrs 21 realisiert oder über eine Trennwand 29 teilweise als Wassersammelbereich abgetrennt sein. Über wenigstens eine kleine im Bereich des Abluftauslasses 23 gelegene Entwässerungsbohrung 28 oben in dem Abluftrohr 21 gelangt das Wasser, welches sich im Resonanzraum 25 angesammelt hat, nun in den Abluftstrom A. Durch eine geeignete Wahl des Durchmessers und der Anzahl der Entwässerungsbohrung(en) 28 kann die Abgabe des Wassers in die Abluft A gezielt beeinflusst werden, sodass lediglich soviel Wasser zum jeweiligen Zeitpunkt abgegeben wird, wie ohne Schwallbildung von der Abluft A an die Umgebung mitgenommen werden kann. Das restliche Wasser wird solange im Resonanzraum 25 zwischengespeichert und über die entsprechend kleine Entwässerungsbohrung 28 kontinuierlich abgegeben. Die Vergleichmäßigung des austretenden Wassers wird dadurch nochmals gegenüber dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verbessert.Another possible embodiment of the muffler 19 is in the representation of 6 to recognize. The construction in 4 is formed obliquely in the direction of gravity g, so that the exhaust gas A in the direction of gravity g obliquely downward through the muffler 19 flows. The exhaust pipe 21 has no connection openings in the lower area 24 but is largely formed in this area without openings. The exhaust gas P passes again via the discharge line 14 in the resonance chamber 25 of the muffler 19 , Again, the resonance chamber could 25 of the muffler 19 again be divided into sections, as before, especially in the context of 3 , has been executed. Liquid water can now accumulate in the area lying in the direction of gravity and is only partially through the connection openings 24 get into the exhaust pipe. Most of the water accumulates, as it does through the 27 designated water surface is shown in the lower part of the resonance chamber 25 at. The resonance chamber 25 can, for example, in the area where the water accumulates, only in the direction of gravity g above the exhaust pipe 21 realized or via a partition wall 29 partially separated as a water collection area. Over at least a small one in the area of the exhaust air outlet 23 located drainage hole 28 at the top of the exhaust pipe 21 enters the water, which is in the resonance chamber 25 now in the exhaust air stream A. By a suitable choice of the diameter and the number of drainage hole (s) 28 the discharge of the water into the exhaust air A can be selectively influenced, so that only as much water is released at the time, as can be taken without splashing of the exhaust air A to the environment. The remaining water will remain in the resonance chamber 25 cached and the correspondingly small drainage hole 28 delivered continuously. The homogenization of the exiting water is thereby improved again compared to the embodiment described above.

Ein weiterer Vorteil des hier beschriebenen Aufbaus liegt darin, dass die Zuführung des Abgases P insbesondere in Richtung der Schwerkraft g unten erfolgt, sodass der eine geringe Dichte aufweisende Wasserstoff in Richtung der Schwerkraft g nach oben steigt und zusätzlich zu dem Strömungsimpuls durch das schräge und tangentiale Einströmen möglichst gleichmäßig im Resonanzraum 25 verteilt wird und dementsprechend gleichmäßig durch die Verbindungsöffnungen 24 in das Abluftrohr 21 einströmt.A further advantage of the structure described here is that the supply of the exhaust gas P takes place in particular in the direction of gravity g below, so that the low-density hydrogen in the direction of gravity g increases upward and in addition to the flow pulse through the oblique and tangential Inflow as evenly as possible in the resonance chamber 25 is distributed and accordingly evenly through the connection openings 24 in the exhaust pipe 21 flows.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

JP 2009-289581 A [0003]
JP 2009-238762 A [0004]

Claims

Fuel cell system ( 1 ) with at least one fuel cell ( 3 ), with an exhaust duct ( 18 ) for the exhaust air (A) from a cathode compartment ( 4 ) of the fuel cell ( 3 ) as well as a discharge line ( 14 ) for blowing off exhaust gas (P) from an anode space ( 5 ) of the fuel cell ( 3 ), with at least one silencer ( 19 . 19 ' ), with an exhaust air inlet ( 22 ) and an exhaust outlet ( 23 ) in the exhaust duct ( 18 ), which consists of an externally closed outer shell ( 20 ) and one from the exhaust air inlet ( 22 ) to the exhaust outlet ( 23 ) through the entire length of the envelope ( 20 ) extending exhaust pipe ( 21 ) with connection openings ( 24 ) to the room ( 25 ) within the outer shell ( 20 ), characterized in that the discharge line ( 14 ) in the shell ( 20 ) opens.

Fuel cell system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the exhaust pipe ( 21 ) as part of the exhaust air duct ( 18 ) is trained.

Fuel cell system ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the space ( 25 ) within the envelope ( 20 ) into several sections ( 25.1 . 25.2 . 25.3 . 25.4 ) is formed divided.

Fuel cell system ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the discharge line ( 14 ) into one of the sections ( 25.2 . 25.3 . 25.4 ), which does not end in the flow direction of an exhaust air stream (A) last section ( 25.1 ).

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the exhaust pipe ( 21 ) concentrically in the shell ( 20 ) is arranged.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the discharge line ( 14 ) in the case ( 20 ), that through the discharge line ( 14 ) flowing gas (P) tangentially into the shell ( 20 ) flows.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the discharge line ( 14 ) in the case ( 20 ), that through the discharge line ( 14 ) flowing gas (P) with a direction component against the flow of exhaust air (A) in the shell ( 20 ) flows.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the silencer ( 19 . 19 ' ) is arranged so that the flow of the exhaust air (A) takes place in the direction of gravity (g) obliquely downwards.

Fuel cell system ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the lower region of the exhaust pipe ( 21 ) free of connection openings ( 24 ) and only at least one in the direction of gravity (g) top drainage hole ( 28 ) in the area in front of the exhaust outlet ( 23 ) having.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the discharge line ( 14 ) from an anode circuit ( 9 ) of the fuel cell system ( 1 ) branches off, and, in particular via a valve device ( 13 ), to the shell ( 21 ) leads.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the silencer ( 19 ), in which the exhaust duct ( 14 ), in the flow direction of an exhaust air flow (A) in front of another silencer ( 19 ' ) is arranged.

Fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that in the exhaust duct ( 18 ) in the flow direction before the at least one silencer ( 19 . 19 ' ) an exhaust air turbine ( 16 ) is arranged.

Use of a fuel cell system ( 1 ) according to one of claims 1 to 12 in a vehicle ( 2 ) for providing at least a part of the electric drive power.