DE102015001862A1

DE102015001862A1 - Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015001862A1
Application number: DE102015001862.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Ecker
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2015-08-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1), umfassend
– eine Abgasleitung (3),
– wenigstens ein Brennstoffzellenmodul (2) und
– eine Zerstäubungsdüse (6), die in einem Bereich der Abgasleitung (3) angeordnet ist, wobei die Zerstäubungsdüse (6) über eine Ansaugleitung (8) mit einem Sammelbehälter (5) gekoppelt ist, in welchem ein von einem Abgas des wenigstens einen Brennstoffzellenmoduls (2) abgeschiedenes Wasser sammelbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zerstäubungsdüse (6) über eine weitere Leitung (9) mit einem Druckluftbehälter (7) zum Zuführen einer Druckluft gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der DE 10 2009 051 476 A1 ist ein Brennstoffzellensystem beschrieben, welches wenigstens eine Brennstoffzelle aufweist. Eine Luftfördereinrichtung fördert Zuluft zu einem Kathodenraum der Brennstoffzelle. Das Brennstoffzellensystem ist mit einer Turbine zum Entspannen eines Abluftstroms aus dem Bereich des Kathodenraums und einem Brenner zur Erwärmung des Abluftstroms vor der Turbine versehen. Dabei ist ein Wärmetauscher vorgesehen, welcher von der Abluft der Turbine einerseits und dem Abluftstrom in Strömungsrichtung vor dem Brenner andererseits durchströmt ist. Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist eine Düse vorgesehen, mittels welcher flüssiges Wasser in der Abluft zerstäubt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Fahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Fahrzeug umfasst eine Abgasleitung, wenigstens ein Brennstoffzellenmodul und eine Zerstäubungsdüse, die in einem Bereich der Abgasleitung angeordnet ist, wobei die Zerstäubungsdüse über eine Ansaugleitung mit einem Sammelbehälter gekoppelt ist, in welchem ein von einem Abgas des wenigstens einen Brennstoffzellenmoduls abgeschiedenes Wasser sammelbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Zerstäubungsdüse über eine weitere Leitung mit einem Druckluftbehälter zum Zuführen einer Druckluft gekoppelt ist.
Mittels des derart ausgebildeten Fahrzeugs kann die Zerstäubungsdüse im Fahrbetrieb zuverlässig mit Druckluft versorgt werden, so dass das Wasser aus dem Sammelbehälter als Aerosol in die äußere Fahrzeugumgebung abführbar ist, wodurch ein Benetzen einer Fahrbahn durch flüssiges Wasser vermieden oder zumindest verringerbar ist. Die Zuführung von Druckluft aus einem Druckluftbehälter ermöglicht dabei eine auf den Betrieb des Brennstoffzellenmoduls angepasste und zuverlässig regulierbare Zuführung von Druckluft. Das für einen Betrieb des Fahrzeugs erforderliche Brennstoffzellenmodul ist dabei besonders bauraumsparend in dem Fahrzeug anordenbar, da zu einer Zerstäubung des Wassers aus dem Abgas des Brennstoffzellenmoduls Druckluft aus einem vorzugsweise bereits in dem Fahrzeug angeordneten Druckluftbehälter verwendet wird. Somit sind neben der bauraumsparenden Anordnung des Brennstoffzellenmoduls auch Herstellungskosten und ein Montageaufwand gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verringert. Des Weiteren ist der Druckluftbehälter auf sehr einfache Art und Weise mit der Zerstäubungsdüse verbindbar, wobei übliche Druckluftleitungen verwendbar sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Die einzige 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs 1, welches ein Brennstoffzellenmodul 2, eine Abgasleitung 3, einen Wasserabscheider 4, einen Sammelbehälter 5, eine Zerstäubungsdüse 6 und einen Druckluftbehälter 7 umfasst. Das Fahrzeug 1 ist somit insbesondere als ein mit Brennstoffzellen angetriebenes Kraftfahrzeug, z. B. ein Lastkraftwagen oder ein Kraftomnibus, ausgebildet.
Zur Erzeugung einer elektrischen Energie für eine nicht gezeigte Antriebseinheit des Fahrzeugs 1 und/oder zum Temperieren des Fahrzeugs 1 ist das Brennstoffzellenmodul 2 vorgesehen. Das Brennstoffzellenmodul 2 ist beispielsweise als eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle ausgebildet und umfasst eine Mehrzahl von Brennstoffzelleneinheiten, die zu mindestens einem Brennstoffzellenstapel zusammengefasst sind.
Die Brennstoffzelleneinheiten umfassen dabei jeweils einen Kathodenraum und einen Anodenraum, welche durch eine Membran voneinander separiert sind. Dem Kathodenraum wird dabei als Reaktant Luft und dem Anodenraum Wasserstoff über nicht gezeigte Zuführleitungen zugeführt, wobei mittels der Reaktanten in der jeweiligen Brennstoffzelleneinheit chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei entsteht u. a. ein Abgasstrom, insbesondere ein Kathodenabgasstrom, welcher über die Abgasleitung 3 an eine äußere Fahrzeugumgebung A abgeführt wird.
Der Kathodenabgasstrom weist chemisch reinen Wasserdampf und gegebenenfalls Stickoxide auf, wobei Letztere bei hohen Temperaturen im Brennstoffzellenmodul 2 durch den dort angeordneten Stickstoff aus der Luft gebildet werden.
In dem Kathodenabgasstrom enthaltenes flüssiges Wasser, wie z. B. Tröpfchen, wird mittels des Wasserabscheiders 4 abgeschieden, welcher in der Abgasleitung 3 angeordnet ist. Bei dem Wasserabscheider 4 handelt es sich vorzugsweise um einen mechanischen Wasserabscheider (Ringabscheider, Tröpfchenabscheider, Sedimenter oder ein ähnlicher geeigneter Typ eines Wasserabscheiders). Das abgeschiedene Wasser wird anschließend in den Sammelbehälter 5 weitergeleitet, wobei der Wasserabscheider 4 beispielsweise einen trichterförmigen Ausgang aufweist, mittels welchem das Kondensat in den Sammelbehälter 5 fließen kann.
Prinzipiell ist es bevorzugt, nur etwaiges ohnehin bereits vorhandenes flüssiges Wasser aus dem Kathodenabgasstrom abzuscheiden und nicht etwa zusätzliches Wasser aus der Feuchte des Kathodenabgasstromes durch Kondensation, da der mit der Zerstäubung verbundene Aufwand umso geringer ist, je weniger flüssiges Wasser zerstäubt werden muss.
Der Sammelbehälter 5 weist einen wasserdurchlässigen Bereich auf, welcher als ein Überlauf zum Ableiten von überschüssigem Kondensat oder Wasser vorgesehen ist. Das überschüssige Wasser wird dabei in eine Umgebung des Sammelbehälters 5, z. B. in die äußere Fahrzeugumgebung A, abgeführt.
Weiterhin ist der Sammelbehälter 5 mit der Zerstäubungsdüse 6 über eine Ansaugleitung 8 verbunden, wobei mittels der Zerstäubungsdüse 6 das in dem Sammelbehälter 5 enthaltene Kondensat mittels Unterdruck angesaugt und anschließend in die äußere Fahrzeugumgebung A zerstäubt wird. Die Zerstäubungsdüse 6 ist dabei in einer Abzweigung der Abgasleitung 3 angeordnet, wobei eine Ausgangsöffnung der Zerstäubungsdüse 6 der äußeren Fahrzeugumgebung A zugewandt ist. Die Anordnung der Zerstäubungsdüse 6 in einem Abzweig der Abgasleitung 3 und damit in unmittelbarer Nähe der Abgasleitung 3 ist dabei erforderlich oder zumindest vorteilhaft, um ein Gefrieren des Wassers in der Ansaugleitung 8 und in der Zerstäubungsdüse 6 zu vermeiden.
Die Zerstäubungsdüse 6 ist beispielsweise als eine Venturi-Düse oder als eine Zweistoffdüse ausgebildet, mittels welcher das über die Ansaugleitung 8 angesaugte Wasser in die äußere Fahrzeugumgebung A zerstäubt wird. Damit kann verhindert oder zumindest verringert werden, dass flüssiges Wasser auf eine Fahrbahn abgeleitet wird, welches insbesondere bei tiefen Umgebungstemperaturen gefrieren kann und damit ein nachfolgender Verkehr aufgrund von Fahrbahnglätte gefährdet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu ist das zerstäubte Wasser oder ein Teil des zerstäubten Wassers dem Kathodenabgasstrom der Abgasleitung 3 wieder zuführbar, wobei dieses gemeinsam mit dem Kathodenabgasstrom in die äußere Fahrzeugumgebung A abgeführt wird.
Als gasförmiges Treibmittel für die Zerstäubungsdüse 6 wird Druckluft verwendet, welche im Druckluftbehälter 7 enthalten ist. Der Druckluftbehälter 7 ist dabei mittels einer weiteren Leitung 9 mit der Zerstäubungsdüse 6 gekoppelt, wobei zur Regelung der Druckluft ein Ventil 10 in der weiteren Leitung 9 angeordnet ist, das mittels einer Steuereinheit 11 zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung steuerbar ist. Das Ventil 10 ist somit ein aktiv steuerbares Ventil 10. Im Betrieb des Fahrzeugs 1 ist das Ventil 10 vorzugsweise kontinuierlich geöffnet. Bei der Steuereinheit 11 kann es sich hierbei um ein separates Steuergerät zur Steuerung des Ventils 10 oder um ein Steuergerät des Fahrzeugs 1 handeln, welches weitere Fahrzeugfunktionen überwacht und/oder steuert und/oder regelt.
Der Druckluftbehälter 7 weist ein Gehäuse auf, welches beispielsweise als ein Hohlzylinder ausgebildet ist, in welchem komprimierte Luft enthalten ist. Das Gehäuse ist z. B. aus einem metallischen Werkstoff, einem Kunststoff oder als Hybrid aus Kunststoff und Metall gebildet. Alternativ ist es auch möglich, dass der Druckluftbehälter 7 als ein integraler Bestandteil einer Karosserie des Fahrzeugs 1 ausgebildet ist, wobei die entsprechende Karosserie ein Hohlprofil zur Aufnahme komprimierter Luft aufweist.
Darüber hinaus ist der Druckluftbehälter 7 im gezeigten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Fahrzeugs 1 mit einer weiteren Fahrzeugkomponente 12 verbunden. Die weitere Fahrzeugkomponente 12 ist beispielsweise eine pneumatische Bremsvorrichtung des Fahrzeugs 1, wobei mittels Zuführung von Druckluft eine Bremsung zur Geschwindigkeitsreduzierung des Fahrzeugs 1 aktivierbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist die weitere Fahrzeugkomponente 12 eine Verbrennungskraftmaschine, welche einen Abgasturbolader umfasst, wobei der Verbrennungskraftmaschine Druckluft für eine Vorverdichtung einer Ansaugluft zugeführt wird.
Dadurch, dass der Druckluftbehälter 7 sowohl mit der Zerstäubungsdüse 6 als auch mit wenigstens einer weiteren Fahrzeugkomponente 12 gekoppelt ist, ist das Fahrzeug 1 besonders bauraumsparend und kosteneffizient herstellbar.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Brennstoffzellenmodul
3: Abgasleitung
4: Wasserabscheider
5: Sammelbehälter
6: Zerstäubungsdüse
7: Druckluftbehälter
8: Ansaugleitung
9: weitere Leitung
10: Ventil
11: Steuereinheit
12: weitere Fahrzeugkomponente
A: äußere Fahrzeugumgebung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009051476 A1 [0002]

Claims

Fahrzeug (1), umfassend – eine Abgasleitung (3), – wenigstens ein Brennstoffzellenmodul (2) und – eine Zerstäubungsdüse (6), die in einem Bereich der Abgasleitung (3) angeordnet ist, wobei die Zerstäubungsdüse (6) über eine Ansaugleitung (8) mit einem Sammelbehälter (5) gekoppelt ist, in welchem ein von einem Abgas des wenigstens einen Brennstoffzellenmoduls (2) abgeschiedenes Wasser sammelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsdüse (6) über eine weitere Leitung (9) mit einem Druckluftbehälter (7) zum Zuführen einer Druckluft gekoppelt ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftbehälter (7) mit wenigstens einer weiteren Fahrzeugkomponente (12) zur Erzeugung mindestens einer weiteren Fahrzeugfunktion gekoppelt ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftbehälter (7) mit einer pneumatischen Bremsvorrichtung gekoppelt ist, wobei als weitere Fahrzeugfunktion eine Bremsung aktivierbar ist.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftbehälter (7) mit einem Ventil (10) zur Steuerung der Druckluft aus dem Druckluftbehälter (7) gekoppelt ist, wobei das Ventil (10) in der weiteren Leitung (9) angeordnet ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (10) mittels einer Steuereinheit (11) zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossen Stellung steuerbar ist.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsdüse (6) in einer Abzweigung der Abgasleitung (3) angeordnet ist, wobei eine Ausgangsöffnung der Zerstäubungsdüse (6) einer äußeren Fahrzeugumgebung (A) zugewandt ist.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerstäubungsdüse (6) eine Venturi-Düse ist.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasleitung (3) ein Wasserabscheider (4) angeordnet ist, mittels welchem Wasser von einem Abgas des wenigstens einen Brennstoffzellenmoduls (2) abscheidbar ist.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelbehälter (5) zumindest einen wasserdurchlässigen Bereich aufweist, mittels welchem überschüssiges Wasser an eine Umgebung des Sammelbehälters (5) abführbar ist.