DE102015011842A1 - Abluftanlage eines Brennstoffzellensystems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abluftanlage eines Brennstoffzellensystems (2) in einem Fahrzeug (1), mit einer Abluftleitung (17) und einem Sammelbehälter (25), welcher zum Sammeln von in dem Brennstoffzellensystem (2) abgeschiedenen flüssigen Wasser ausgebildet ist, wobei der Sammelbehälter (25) über eine Verbindungsleitung (28) mit der Abluftleitung (17) verbunden ist, wobei die Verbindungsleitung (28) in einem Bereich (27) der Abluftleitung (17) mündet, in welchem zumindest zeitweise während des Betriebs des Brennstoffzellensystems (2) Unterdruck herrscht. Die erfindungsgemäße Abluftanlage ist dadurch gekennzeichnet, dass eine sammelbehälterseitige Einlassöffnung (29) der Verbindungsleitung (28) im Bereich eines Bodens (30) des Sammelbehälters (25) angeordnet ist, wobei die Einlassöffnung (29) um mindestens ein Drittel der Länge (L) des Sammelbehälters (28) in Fahrtrichtung (F) von einer in Fahrtrichtung (F) hinteren Seitenwand (35) des Sammelbehälters (25) beabstandet angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abluftanlage eines Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
  • Eine gattungsgemäße Abluftanlage ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die US 2010/0279191 A1 und die DE 10 2008 053 800 A1 beschreiben einen Aufbau mit einem Sammelbehälter für flüssiges Wasser, welches aus der Abluft und gegebenenfalls dem Abgas eines Brennstoffzellensystems abgeschieden wird. Das flüssige Produktwasser wird in dem Sammelbehälter gesammelt und gelangt, anders als die Abluft und das Abgas, nicht unmittelbar in die Umgebung. Stattdessen ist der Sammelbehälter über eine Verbindungsleitung mit der Abluft-/Abgasleitung verbunden. Bei hohen Volumenströmen an Abluft/Abgas kommt es so dazu, dass selbsttätig flüssiges Wasser aus dem Sammelbehälter angesaugt und in die Umgebung abgegeben wird. Nachteilig dabei ist jedoch, dass das im Sammelbehälter angefallene Flüssigwasser in Abhängigkeit des durch die Abluftanlage strömenden Volumenstroms ausgetragen wird. Dies bedeutet, dass bei einem zunehmenden Volumenstrom mehr Flüssigwasser angesaugt und mit dem Volumenstrom ausgetragen wird. Der Flüssigkeitsaustrag aus dem Sammelbehälter ist damit letztlich abhängig von der Leistung des Brennstoffzellensystems, welche maßgeblich den Volumenstrom an benötigter Luft und damit faktisch auch den Volumenstrom der Abluft und des Abgases bestimmt. Typischerweise ist es aber nun so, dass bereits bei einem stärkeren Beschleunigungsvorgang aus dem Stand oder aus niedrigerer Geschwindigkeit das Brennstoffzellensystem mit hoher Leistung betrieben wird und dementsprechend ein hoher Volumenstrom in der Abluftanlage auftritt. In dieser Situation kommt es dann zu einem erheblichen Austrag von Flüssigwasser. Dies ist jedoch unter Umständen sehr nachteilig, wenn dies beispielsweise bei einem Ampelstart oder Ähnlichem erfolgt. In dieser Situation ist nämlich aufgrund der noch geringen Fahrgeschwindigkeit nicht sichergestellt, dass das Flüssigwasser in ausreichender Weise von dem Fahrzeug wegtransportiert wird, was insbesondere im Stadtverkehr zu einem höchst unerwünschten Wasseraustrag, beispielsweise im Bereich von Kreuzungen und dergleichen, führt. Insbesondere bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts kann dies eine sicherheitskritische Eisbildung begünstigen.
  • Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik wird ferner auf die US 2007/0000702 A1 verwiesen. In dieser Schrift ist ebenfalls ein Sammelbehälter beschrieben. Dieser wird direkt in die Umgebung entleert, wofür ein gegebenenfalls mit einer Ventileinrichtung absperrbares Entwässerungsrohr in dem Sammelbehälter angeordnet ist. Dieses Rohr ist dabei in der in Fahrtrichtung vorderen Seitenwand angeordnet. Das Wasser wird sich aufgrund seiner Trägheit im Falle einer Beschleunigung des Fahrzeugs im hinteren Bereich sammeln und so in dieser Situation nicht in die Umgebung austreten. Gemäß der genannten US-Offenlegungsschrift lassen sich so unerwünschte Spritzer im Bereich des Fahrzeugs reduzieren.
  • Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Abluftanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welche gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Abluftanlage mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Abluftanlage ist es vorgesehen, dass diese vergleichbar wie die Aufbauten im gattungsgemäßen Stand der Technik eine Möglichkeit zur Ansaugung des gesammelten Wassers in die Abluftleitung über das Volumen von Abluft und/oder Abgas des Brennstoffzellensystems in der Abluftleitung ermöglicht. In bestimmten Situationen, insbesondere bei einem Start des stehenden Fahrzeugs, wird eine entsprechend hohe Beschleunigung des Fahrzeugs auftreten und damit einhergehend eine hohe Leistung des Brennstoffzellensystems. In dieser Situation würde nun bei noch geringer Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs vergleichsweise viel Wasser ausgetragen, was zu einer unerwünschten Pfützenbildung führen könnte. Um dies zu verhindern, ist es bei der erfindungsgemäßen Abluftanlage vorgesehen, dass eine sammelbehälterseitige Einlassöffnung der Verbindungsleitung im Bereich eines Bodens des Sammelbehälters angeordnet ist. Dabei ist die Einlassöffnung um mindestens ein Drittel der Länge des Sammelbehälters in Fahrtrichtung von einer in Fahrtrichtung hinteren Seitenwand des Sammelbehälters beabstandet. Die Einlassöffnung der Verbindungsleitung ist also insbesondere in dem in Fahrtrichtung vorderen Bereich bzw. der vorderen Hälfte oder den vorderen zwei Dritteln der Länge des Sammelbehälters in Fahrtrichtung angeordnet. Befindet sich in dem Sammelbehälter nun Wasser, dann wird dieses bei einer kräftigen Beschleunigung des Fahrzeugs aufgrund der Trägheit des Wassers typischerweise in den in Fahrtrichtung hinteren Bereich des Sammelbehälters gedrückt und sammelt sich dort, insbesondere als keilförmige Wasseransammlung. Damit ist im Bereich der Einlassöffnung kein Wasser mehr vorhanden oder allenfalls sehr wenig Wasser, sodass in dieser Situation trotz des hohen Volumenstroms in der Abluftleitung kein oder nur wenig Wasser angesaugt und mit der Abluft in die Umgebung abgegeben wird. Der oben beschriebenen Problematik und dem damit einhergehenden Nachteil ist somit durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Abluftanlage abgeholfen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abluftanlage kann es nun ferner vorgesehen sein, dass der Boden des Sammelbehälters wenigstens eine im bestimmungsgemäßen Einsatz gegen die Horizontale geneigte Bodenplatte aufweist. Eine solche geneigte Bodenplatte, oder gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee wenigstens zwei gegeneinander geneigte Bodenplatten, ermöglichen in sehr vorteilhafter Art und Weise eine annähernd vollständige Entleerung des Sammelbehälters über die an geeigneter Stelle angeordnete Einlassöffnung der Verbindungsleitung. Damit lässt sich eine sehr gute Funktionalität, mit der Möglichkeit, den Sammelbehälter vollständig zu entleeren, erzielen. Dies ist insbesondere hinsichtlich der potenziellen Gefahr eines Einfrierens des Sammelbehälters von entscheidendem Vorteil. Vor allem der Aufbau mit den wenigstens zwei gegeneinander geneigten Bodenplatten ermöglicht einen weiteren Vorteil im Falle eines Einfrierens von in dem Sammelbehälter befindlichem Restwasser, wenn das Fahrzeug bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts abgestellt wird. In diesem Fall ermöglichen die gegeneinander geneigten Bodenplatten ein Ausweichen des gefrierenden Wassers, welches beim Einfrieren sein Volumen entsprechend vergrößert, entlang dieser geneigten Bodenplatten, sodass sich die Belastung der Seitenwände des Behälters reduziert und die Gefahr einer Zerstörung aufgrund des Einfrierens weitgehend ausgeschlossen werden kann.
  • Insbesondere bei dieser Ausgestaltung der Abluftanlage mit einem Sammelbehälter, welcher wenigstens eine geneigte Bodenplatte aufweist, kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee vorgesehen sein, dass die Einlassöffnung der Verbindungsleitung im Bereich des im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefsten Punktes des Bodens des Sammelbehälters angeordnet ist. Durch die wenigstens eine geneigte Bodenplatte entsteht so nämlich ein definierter Bereich, in dem der im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefste Punkt des Bodens liegt, sodass durch eine Anordnung der Einlassöffnung in diesem Bereich eine vollständige Entleerung des Sammelbehälters in jedem Fall gewährleistet ist.
  • Gemäß einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung kann es alternativ dazu auch vorgesehen sein, dass die Einlassöffnung im Bereich einer der geneigten Platten oberhalb des im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefsten Punktes des Bodens des Sammelbehälters angeordnet ist. Eine solche Anordnung ermöglicht eine Entleerung des Sammelbehälters dann nur noch in bestimmten Situationen, beispielsweise wenn eine negative Beschleunigung beim Abbremsen des Fahrzeugs auftritt. Ohne eine Beschleunigung des Fahrzeugs verbleibt dann die Möglichkeit, in dem Sammelbehälter eine gewisse Menge an Wasser anzusammeln, bevor dieses über die Verbindungsleitung beim Auftreten eines Volumenstroms in der Abluftleitung austreten kann. Dies kann vorteilhaft sein, um beispielsweise während eines Ampelstopps das weiterhin auskondensierende und sich ansammelnde Wasser zwischen zu speichern, um so einen Austritt in die Umgebung und in den Bereich der Abluftleitung zu verhindern. Insbesondere kann so ein Volllaufen der Verbindungsleitung verhindert werden. Dies würde bei wieder auftretendem Abluftstrom zu einem Schwall an abgegebenem Wasser führen, auch wenn beschleunigt wird. Dies soll natürlich verhindert werden. In Kombination mit der Tatsache, dass auch bei der nachfolgenden Beschleunigung kein oder nur sehr wenig Wasser über die Abluftleitung angesaugt werden kann, da die Einlassöffnung in Bezug auf die Fahrtrichtung geeignet positioniert ist, entsteht so eine besonders günstige und vorteilhafte Möglichkeit für den Betrieb der Abluftanlage des Brennstoffzellensystems in dem Fahrzeug.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Abluftanlage ergeben sich aus den weiteren abhängigen Unteransprüchen und werden anhand der Ausführungsbeispiele deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
  • Dabei zeigen:
  • 1 ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem und einer Abluftanlage;
  • 2 eine prinzipmäßige Schnittdarstellung durch eine erste mögliche Ausführungsform eines Sammelbehälters der Abluftanlage und seiner Verbindung zur Abluftleitung; und
  • 3 eine mögliche alternative Ausgestaltung eines Sammelbehälters in einer erfindungsgemäßen Abluftanlage.
  • In der Darstellung der 1 ist sehr stark schematisiert ein Fahrzeug 1 mit einem Brennstoffzellensystem 2 dargestellt. Über das Brennstoffzellensystem 2 wird elektrische Leistung bereitgestellt, die über eine Leistungselektronik 3 einen elektrischen Fahrmotor 4 des Fahrzeugs antreibt. Das hier sehr stark vereinfacht und nur schematisch dargestellte elektrische System des Fahrzeugs 1 weist außerdem eine Energiespeichereinrichtung 5 auf, welche beispielsweise als Hochvoltbatterie oder in Form von Hochleistungskondensatoren oder auch als Kombination hiervon ausgebildet werden kann. Über diese Energiespeichereinrichtung kann beispielsweise beim Abbremsen des Fahrzeugs zurückgewonnene elektrische Energie zwischengespeichert werden. Das Brennstoffzellensystem 2 weist eine Brennstoffzelle 6 auf, welche beispielswiese als PEM-Brennstoffzelle ausgebildet ist. Die Brennstoffzelle 6 ist dabei als Stapel von Einzelzellen, als sogenannter Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenstack ausgebildet. Rein beispielhaft ist in der Darstellung der 1 ein gemeinsamer Anodenraum 7, ein gemeinsamer Kathodenraum 8 sowie ein Wärmetauscher 9 zu erkennen. Dem Anodenraum 7 wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 10 über eine Druckregel- und Dosiereinheit 11 zugeführt. In Strömungsrichtung des zugeführten Wasserstoffs nach der Druckregel- und Dosiereinheit 11 strömt dieser durch eine Gasstrahlpumpe 12, in den Anodenraum 7 der Brennstoffzelle 6 ein. Nicht verbrauchter Wasserstoff gelangt über eine sogenannte Rezirkulationsleitung 13, in welcher ein Wasserabscheider 14 angeordnet ist, zurück zu der Gasstrahlpumpe 12 und wird von dieser wieder angesaugt und vermischt mit frischem Wasserstoff dem Anodenraum 7 erneut zugeführt. Dieser Aufbau ist dem Fachmann geläufig und wird auch als Anodenkreislauf bezeichnet. Über den Wasserabscheider wird entstandenes Produktwasser abgeschieden und es kann außerdem, beispielsweise über eine hier nicht dargestellte Ventileinrichtung von Zeit zu Zeit oder in Abhängigkeit von Konzentrationen, Gas aus der Anodenrezirkulation bzw. der Rezirkulationsleitung 13 abgegeben werden. Dies ist von Zeit zu Zeit nötig, um inerte Gase, welche durch die Membranen vom Kathodenraum 8 in den Anodenraum 7 diffundiert sind, und welche in dem gespeicherten Wasserstoff enthalten waren, abzublasen, da ansonsten die Wasserstoffkonzentration mit einer Anreicherung dieser inerten Gase im konstanten Volumen des Anodenkreislaufs absinken würde. Auch dies ist dem Fachmann soweit geläufig. Über eine Abgasleitung 15 strömen Gase und Produktwasser aus dem Wasserabscheider 14 ab und gelangen in den Bereich einer Abluftanlage 16 und hier insbesondere in eine Abluftleitung 17, auf welche später noch näher eingegangen wird.
  • Dem Kathodenraum 7 der Brennstoffzelle 6 wird Luft als Sauerstofflieferant über eine Luftfördereinrichtung 18 zugeführt. Diese Luftfördereinrichtung 18 kann beispielsweise als Strömungsverdichter ausgebildet sein, welcher über einen Luftfilter 19 Umgebungsluft als Sauerstofflieferant ansaugt und verdichtet dem Kathodenraum 8 der Brennstoffzelle 6 zuführt. Dabei sind weitere Komponenten wie beispielsweise Ladeluftkühler und/oder Befeuchter für den Fachmann geläufig, sodass auf eine Darstellung dieser optionalen Bauteile hier verzichtet worden ist. Die an Sauerstoff abgereicherte Abluft gelangt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Abluftturbine 20 in die Abluftleitung 17 und strömt aus dem Fahrzeug 1 in die Umgebung ab. Die Abluftturbine 20 ist zusammen mit einer elektrischen Maschine 21 in Wirkverbindung zu der Luftfördereinrichtung 18 angeordnet, beispielsweise indem diese drei Bauteile auf einer gemeinsamen Welle montiert werden. Dies führt nun dazu, dass die im Bereich der Abluftturbine aus dem Druck und der Temperatur der Abluft zurückgewonnene Energie dem Antrieb der Luftfördereinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann. Die typischerweise zusätzliche benötigte Leistung für den Antrieb der Luftfördereinrichtung wird durch die elektrische Maschine 21 bereitgestellt. In bestimmten Situationen, in denen mehr Leistung im Bereich der Abluftturbine 20 anfällt, als von der Luftfördereinrichtung 18 benötigt wird, kann die elektrische Maschine 21 auch generatorisch betrieben werden und so elektrische Leistung zurückgewinnen, welche dann beispielsweise im Bereich der elektrischen Energiespeichereinrichtung 5 gespeichert werden kann. Dieser Aufbau ist dem Fachmann geläufig und wird typischerweise als sogenannter elektrischer Turbolader oder motorunterstützter Turbolader bezeichnet.
  • Nach diesem Aufbau strömt die Abluft, welche typischerweise mit der Feuchte und dem Produktwasser des Brennstoffzellensystems beladen ist, in die Umgebung. Um eine Schädigung der Abluftturbine 20 durch Flüssigkeit in der Abluft zu verhindern, ist häufig auch im Bereich vor der Abluftturbine 20 bereits ein Wasserabscheider 24 vorgesehen, wobei das im Bereich dieses Wasserabscheiders abgeschiedenes Wasser zusammen mit Wasser aus anderen Bereichen des Brennstoffzellensystems 2, wie zum Beispiel dem Wasserabscheider 14, in einem später noch näher beschriebenen Sammelbehälter 25 gesammelt werden kann.
  • Daneben zeigt das Fahrzeug 1 in 1 außerdem ein stark vereinfachtes Kühlsystem für die Brennstoffzelle 6, welches im Wesentlichen aus einem Fahrzeugkühler 22 besteht, welcher typischerweise in dem in Fahrtrichtung F vorderen Bereich des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Über einen Kühlkreislauf mit einer Kühlmittelfördereinrichtung 23 wird das Kühlmittel umgewälzt und dabei zumindest durch den Wärmetauscher 9 der Brennstoffzelle 6 geleitet. Darüber hinaus können weitere Komponenten gekühlt werden und/oder es können Bypassleitungen und dergleichen zur Beeinflussung der Abkühlung des Kühlmittels vorgesehen sein. All dies ist dem Fachmann für Brennstoffzellensysteme und ihrer Kühlung geläufig, sodass hierauf nicht weiter eingegangen werden muss.
  • In der Darstellung der 2 ist nun die Abluftanlage 16 in einer möglichen Ausführungsform nochmals dargestellt. Die Abluftleitung 17 weist dabei eine Venturidüse 26 auf, welche eine Querschnittsverengung 27 für die sie durchströmende Abluft verursacht. Im Bereich dieser Querschnittverengung 27 mündet eine Verbindungsleitung 28 zwischen dem Sammelbehälter 25 und der Abluftleitung 17. Hierdurch wird durch einen in der Venturidüse 26 entstehenden Unterdruck das Wasser aus dem Sammelbehälter 25 über die Verbindungsleitung 28 angesaugt. Eine Einlassöffnung 29 der Verbindungsleitung 28 ist dabei im Bereich eines Bodens 30 des Sammelbehälters 25 angeordnet. Bei dem Sammelbehälter 25 in der Ausgestaltung gemäß 2 besteht dieser Boden 30 aus zwei Bodenplatten 31, 32, welche gegeneinander und in Fahrtrichtung F geneigt ausgeführt sind. Bei einem normalen Betrieb des Fahrzeugs 1 mit kleinen Beschleunigungen des Fahrzeugs 1 wird sich nun in dem Sammelbehälter 25 angesammeltes Wasser so verhalten, dass es beispielsweise in der durch die mit 33 bezeichnete durchgezogene Linie symbolisierten Wasseroberfläche steht. Die Einlassöffnung 29 ist dann in dem im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefsten Bereich des Sammelbehälters 25 so angeordnet, dass sie das Wasser zwischen den beiden geneigten Bodenplatten 31, 32 ansaugen kann. Hierdurch wird eine gute Entleerung des Sammelbehälters 25 gewährleistet. Außerdem kann im Falle eines Einfrierens durch die geneigten Bodenplatten 31, 32 ein Aufweiten von Seitenwänden 34, 35 des Behälters 25 durch sich bildendes Eis weitgehend ausgeschlossen werden, da dieses Eis sich entlang der Schräge nach oben ausbreiten kann und so keine unmittelbare Krafteinwirkung auf die in Fahrtrichtung vordere Seitenwand 34 und auf die in Fahrtrichtung hintere Seitenwand 35 erzeugt.
  • Die Ansaugung des gesammelten Wassers aus dem Sammelbehälter 25 über die Venturidüse 26 und die Verbindungsleitung 28 erfolgt nun so, dass diese im Wesentlichen in Abhängigkeit des in der Abluftleitung 17 strömenden Abluftstroms, welcher auch Abgase aus dem Bereich der Anode aufweisen kann, erfolgt. In der Praxis führt dies dazu, dass bei größerer Leistung des Brennstoffzellensystems 2 auch eine größere Wassermenge ausgetragen wird. Da bei einer starken Beschleunigung des Fahrzeugs 1, beispielsweise nach einem Ampelstart, ein solcher starker Wasseraustrag trotz der hohen vorliegenden Leistung des Brennstoffzellensystems 2 unerwünscht ist, um eine Beeinträchtigung der Umgebung zu minimieren, ist es nun vorgesehen, dass die Einlassöffnung 29 beabstandet von der in Fahrtrichtung F hinteren Seitenwand 35 angeordnet ist. Kommt es zu einer starken Beschleunigung des Fahrzeugs 1 in Fahrtrichtung F, insbesondere einer starken Beschleunigung aus dem Stand heraus, dann wird das in dem Sammelbehälter 25 vorliegende Wasser aufgrund der Trägheit entgegen der Fahrtrichtung F gegen den Bereich der hinteren Seitenwand 35 sowie der Bodenplatte 31 gedrückt. Es wird sich bei einer Beschleunigung von beispielsweise 1–1,5 m/s2 eine Oberfläche des gesammelten Wassers einstellen, welche in etwa der mit 36 bezeichneten punktierten Linie folgt. Das Wasser gelangt damit nicht mehr in den Bereich der Einlassöffnung, während das Fahrzeug 1 beschleunigt. Trotz des vergleichsweise hohen Volumenstroms durch die Abluftleitung 17 und der damit verbundenen Ansaugung durch die Verbindungsleitung 28 kommt es also zu keinem oder nur einem sehr geringen Austrag an Wasser aus dem Brennstoffzellensystem 2 und damit dem Fahrzeug 1. Die unerwünschte Kontamination der Umgebung, insbesondere bei einem Ampelstart des Fahrzeugs 1, kann somit verhindert werden.
  • Eine weitere Ausführungsform des Sammelbehälters 25 ist in der Darstellung der 3 zu erkennen. Der Sammelbehälter 25 weist auch hier im Bereich seines Bodens 30 zwei gegeneinander geneigte Bodenplatten 31, 32 auf. Die Einlassöffnung 29 der Verbindungsleitung 28, welche in ihrer Gesamtheit nicht dargestellt ist, ist hierbei als Bohrung realisiert. Die Einlassöffnung 29 befindet sich dabei nicht in dem im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefsten Bereich des Sammelbehälters 25, sondern im Bereich einer der geneigten Bodenplatten, hier der geneigten Bodenplatte 32. Sie ist wiederum mindestens ein Drittel der Gesamtlänge L des Sammelbehälters 25 in Fahrtrichtung F von der in Fahrtrichtung hinteren Seitenwand 35 entfernt angeordnet. Punktiert ist wiederum die Wasseroberfläche 36 für den Fall einer Beschleunigung beispielsweise mit 1–1,5 m/s2 dargestellt. Auch hier ist zu erkennen, dass das Wasser in dieser Beschleunigungssituation des Fahrzeugs 1 nicht in den Bereich der Einlassöffnung 29 gelangen kann, sodass während der Beschleunigung kein Wasser oder nur eine minimale Menge an Wasser aus dem Fahrzeug 1 ausgetragen wird. Gleichzeitig ist durch die in Fahrtrichtung vorne liegende längere Ausgestaltung der Bodenplatte 32 im Vergleich zur Bodenplatte 31 ein Aufbau erzielt worden, bei dem im Falle eines Abbremsens, also einer negativen Beschleunigung, beispielsweise mit dem gleichen Betrag von 1–1,5 m/s2 auftritt. Bei der Ausgestaltung gemäß 2 wurde auch in diesem Fall kein Wasser ausgetragen. Dies ist hier jedoch prinzipiell erwünscht, solange ein ausreichender Volumenstrom an Luft durch die Venturidüse 26 strömt. Die Ausgestaltung gemäß 3 wird dem gerecht, indem sich in einem solchen Fall des Abbremsens das Wasser entsprechend der mit 37 bezeichneten gestrichelten Oberfläche des Wassers einstellt. Dieses Wasser kann dann in die in der geneigten Bodenplatte 32 befindliche Einlassöffnung 29 einlaufen und so, wenn ein ausreichender Volumenstrom durch die Venturidüse 26 strömt, in die Umgebung abgegeben. Ist dieses Wasser während des Abbremsens des Fahrzeugs nun gänzlich abgeströmt, dann kann es im Stillstand des Fahrzeugs, beispielsweise während eines Ampelstopps, auch bei abgeschaltetem oder in den Standby- oder Leerlaufbetrieb geschalteten Brennstoffzellensystem 2 dazu kommen, dass sich weiteres Wasser in dem Sammelbehälter 25 ansammelt. Eine Abgabe dieses Wassers während des Stillstands oder als Schwall des in der Verbindungsleitung 28 gesammelten Wassers beim Wiederstart des Brennstoffzellensystems 2 ist unerwünscht. Um dies zu vermeiden ist es nun so, dass die Einlassöffnung 29, wie bereits erwähnt, im bestimmungsgemäßen Einsatz oberhalb des tiefsten Punkts des Sammelbehälters 25 angeordnet ist. Dieses kann sich damit nur beim Abbremsen des Fahrzeugs 1 gänzlich entleeren. Während des Stillstands kann das Wasser sich sammeln und wird bis zu der Menge, welche durch die entsprechend wiederum mit 33 bezeichnete durchgezogene Wasseroberfläche angedeutet ist, in dem Sammelbehälter 25 verbleiben. Bei der Beschleunigung des Fahrzeugs 1 tritt auch hier wieder der oben beschriebene Effekt auf, dass das Wasser sich entlang der mit 36 bezeichneten Oberfläche in Richtung der hinteren Seitenwand 35 bewegt bzw. aufgrund der Trägheit entsprechend verharrt, während der Sammelbehälter 25 sich unter ihm weg bewegt, sodass auch hier während der Beschleunigung kein Wasser ausgetragen wird, unabhängig davon, wie groß der Volumenstrom durch die Abluftleitung 17 ist.
  • 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
    • US 2010/0279191 A1 [0002]
    • DE 102008053800 A1 [0002]
    • US 2007/0000702 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Abluftanlage (16) eines Brennstoffzellensystems (2) in einem Fahrzeug (1), mit einer Abluftleitung (17) und einem Sammelbehälter (25), welcher zum Sammeln von in dem Brennstoffzellensystem (2) abgeschiedenen flüssigen Wasser ausgebildet ist, wobei der Sammelbehälter (25) über eine Verbindungsleitung (28) mit der Abluftleitung (17) verbunden ist, wobei die Verbindungsleitung (28) in einem Bereich (27) der Abluftleitung (17) mündet, in welchem zumindest zeitweise während des Betriebs des Brennstoffzellensystems (2) Unterdruck herrscht, dadurch gekennzeichnet, dass eine sammelbehälterseitige Einlassöffnung (29) der Verbindungsleitung (28) im Bereich eines Bodens (30) des Sammelbehälters (25) angeordnet ist, wobei die Einlassöffnung (29) um mindestens ein Drittel der Länge (L) des Sammelbehälters (28) in Fahrtrichtung (F) von einer in Fahrtrichtung (F) hinteren Seitenwand (35) des Sammelbehälters (25) beabstandet angeordnet ist.
  2. Abluftanlage (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (29) der Verbindungsleitung (28) als Bohrung in dem Boden (30) des Sammelbehälters (25) ausgebildet ist.
  3. Abluftanlage (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsleitung (28) als im Bereich des Bodens (30) des Sammelbehälters (25) mit ihrer Einlassöffnung (29) endendes Leitungselement oder endender Kanal ausgebildet ist.
  4. Abluftanlage (16) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (30) des Sammelbehälters (25) wenigstens eine im bestimmungsgemäßen Einsatz gegen die Horizontale geneigte Bodenplatte (31, 32) aufweist.
  5. Abluftanlage (16) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (30) des Sammelbehälters (25) wenigstens zwei gegeneinander geneigte Bodenplatten (31, 32) aufweist.
  6. Abluftanlage (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (29) im Bereich des im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefsten Punkts des Bodens (30) des Sammelbehälters (25) angeordnet ist.
  7. Abluftanlage (16) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (29) im Bereich eines der geneigten Bodenplatten (32) oberhalb des im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefsten Punkts des Bodens (30) des Sammelbehälters (25) angeordnet ist.
  8. Abluftanlage (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Sammelbehälters (25) zwei in Fahrtrichtung (F) geneigte Bodenplatten (31, 32) aufweist, wobei die in Fahrtrichtung (F) vorne liegende Bodenplatte (32) die mindestens zweifache Länge der in Fahrtrichtung (F) hinten liegenden Bodenplatte (31) aufweist.
  9. Abluftanlage (16) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (29) im Bereich der längeren Bodenplatte (32) vorzugsweise in deren in Fahrtrichtung (F) hinterem Drittel angeordnet ist
  10. Abluftanlage (16) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung im bestimmungsgemäßen Einsatz jeweils 2° bis 10°, bevorzugt 5° bis 7°, gegenüber der Horizontalen beträgt.
DE102015011842.0A 2015-09-10 2015-09-10 Abluftanlage eines Brennstoffzellensystems Withdrawn DE102015011842A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20070000702A1 (en) 2003-08-26 2007-01-04 Naohiro Yoshida Moving body
DE102008053800A1 (de) 2008-10-29 2010-05-06 Daimler Ag Abgasstrang für ein Brennstoffzellensystem sowie ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Austragen von in einem Abgasstrang eines Brennstoffzellensystems angesammelten Flüssigwassers
US20100279191A1 (en) 2009-03-16 2010-11-04 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Fuel cell system

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