DE102015012222A1 - Abgassystem für ein Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Abgassystem für ein Brennstoffzellensystem (2), mit einer Anodenabgasleitung (13), welche direkt, oder mittelbar über eine Einmündung in eine Kathodenabluftleitung (7), in die Umgebung führt, mit einer Aufteilung in eine erste Abgaszweigleitung (15) und eine zweite Abgaszweigleitung (16), mit wenigstens einer Ventileinrichtung (17, 18, 21), welche dafür ausgelegt ist, den Abgasstrom zwischen der ersten Abgaszweigleitung (15) und der zweiten Abgaszweigleitung (16) aufzuteilen, ferner mit einem Zwischenvolumen (19) in der zweiten Abgaszweigleitung (16), welches einen wasserstoffadsorbierenden oder wasserstoffspeichernden Stoff aufweist. Das erfindungsgemäße Abgassystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abgaszweigleitung (16) in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Zwischenvolumen frei von einer Ventileinrichtung ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgassystem für ein Brennstoffzellensystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
  • Abgassysteme für Brennstoffzellensysteme, insbesondere für Brennstoffzellensysteme, welche elektrische Antriebsleistung in einem Fahrzeug bereitstellen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Unabhängig davon, wie die Brennstoffzelle auf ihrer Anodenseite betrieben wird, beispielsweise mit einem sogenannten Anodenkreislauf oder mit einer direkten Durchströmung der Anode, fällt, zumindest von Zeit zu Zeit, Abgas aus der Anodenseite an. Dieses Abgas wird immer eine gewisse Menge an Restwasserstoff aufweisen. Es wird daher typischerweise mit der Abluft aus der Kathodenseite verdünnt in die Umgebung abgegeben. In bestimmten Situationen kann die Wasserstoffkonzentration in dem Anodenabgas nun höher sein als sonst. Wenn in dieser Situation gleichzeitig ein vergleichsweise geringer Volumenstrom an Luft durch die Kathode strömt, kann dies zu einer erhöhten Wasserstoffkonzentration in dem Gesamtabgas führen, was unerwünscht ist und hinsichtlich der Sicherheit kritisch sein kann.
  • Die DE 11 2004 001 483 T5 schlägt deshalb ein Abgassystem mit einem Zwischenvolumen vor, welches zur Speicherung von Abgas vorgesehen werden kann. Das Anodenabgas wird dann in diesem Zwischenvolumen eingeschlossen und in entsprechend kritischen Phasen, beispielsweise bei einem geringen Volumenstrom an Luft durch die Kathodenseite, nicht in die Umgebung abgegeben. Der Nachteil des Aufbaus besteht darin, dass das Zwischenvolumen vergleichsweise groß ausfallen muss, insbesondere bei Fahrzeugen, welche überwiegend im Stadtverkehr bewegt werden und deshalb sehr häufig Situationen ausgesetzt sind, in denen ein Teillastbetrieb erfolgt und die Durchströmung der Kathodenseite mit Luft entsprechend gering ist.
  • Eine Verbesserung hinsichtlich des benötigten Bauraums für das Zwischenvolumen ergibt sich aus der gattungsgemäßen DE 100 44 407 A1 . Der Aufbau weist hier zwei getrennte Wege für das Abgas auf, welche über ein Dreiwegeventil auswählbar sind. Einer der Wege führt direkt zum Abgasauslass, der andere führt über einen Wasserabscheider und ein Zwischenvolumen als Gasspeicher. Um den für das Zwischenvolumen benötigten Bauraum zu reduzieren, ist dabei in dem Zwischenvolumen ein Hydridbildner angeordnet, sodass Wasserstoff in Form eines Metallhydrids in dem Zwischenvolumen gespeichert wird. Hierdurch lässt sich eine größere Menge an wasserstoffhaltigem Abgas bei kleinerem Bauvolumen als in der zuerst genannten Schrift speichern.
  • In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass auch dieser Aufbau hinsichtlich des benötigten Bauvolumens immer noch vergleichsweise aufwändig ist.
  • Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht daher in der Angabe eines Abgassystems für ein Brennstoffzellensystem, welches gegenüber dem genannten gattungsgemäßen Stand der Technik weiter verbessert ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgassystem mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 6 ist außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Abgassystems in einem Fahrzeug angegeben. Auch hinsichtlich des Verfahrens ergeben sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen aus den abhängigen Unteransprüchen.
  • Das erfindungsgemäße Abgassystem für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Brennstoffzellensystem, welches Antriebsleistung in einem Fahrzeug liefert, weist also vergleichbar zum gattungsgemäßen Stand der Technik zwei Abgaszweigleitungen und wenigstens eine Ventileinrichtung auf, welche dafür ausgelegt ist, den Abgasstrom zwischen der ersten und der zweiten Abgaszweigleitung aufzuteilen. Die Ventileinrichtung kann dabei als 3/2-Wegeventil vergleichbar wie im Stand der Technik ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, in jeder der Zweigleitungen eine Ventileinrichtung oder in einer der Abgaszweigleitungen eine Blende und in der anderen eine Ventileinrichtung vorzusehen. Die Ventileinrichtungen können dabei sowohl proportional ausgelegt sein, als auch als pulsierend angetriebene Auf/Zu-Ventile.
  • In der zweiten Abgaszweigleitungen ist ein Zwischenvolumen angeordnet, welches einen wasserstoffspeichernden oder wasserstoffadsorbierenden Stoff aufweist. Erfindungsgemäß ist es nun so, dass die zweite Abgaszweigleitung in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Zwischenvolumen frei von einer Ventileinrichtung ist. Der Erfinder hat nämlich erkannt, dass ein Zwischenvolumen mit einem wasserstoffspeichernden Stoff oder einem wasserstoffadsorbierenden Stoff bei sehr kleinem Bauvolumen auch in der Art eines „Wasserstofffilters” eingesetzt werden kann. Wird das mit einer gewissen Menge an Wasserstoff beladene Anodenabgas durch dieses Zwischenvolumen hindurchgeleitet, dann lagert sich zumindest ein Teil des in dem Abgas befindlichen Wasserstoffs an dem wasserstoffspeichernden oder wasserstoffadsorbierenden Stoff an. Die Konzentration an Wasserstoff in dem Abgas nach dem Zwischenvolumen lässt sich so signifikant verringern. Dabei ist keine Zwischenspeicherung eines Abgasvolumens für eine gewisse Zeit notwendig, sodass der Aufbau außerordentlich effizient hinsichtlich des Bauraums realisiert werden kann. Im Normalbetrieb strömt das Abgas dann über die andere erste Abgaszweigleitung ab.
  • Ist der den wasserstoffspeichernden oder den wasserstoffadsorbierenden Stoff mit Wasserstoff voll beladen, dann kann er, beispielsweise bei zügiger Fahrt des Fahrzeugs und entsprechend hohem Volumenstrom an Kathodenabluft durch eine entsprechende Durchströmung mit dem Anodenabgas regeneriert werden. In dieser Zeit treten dann höhere Wasserstoffemissionen auf, welche durch den in dieser Situation höheren Luftstrom durch die Kathode jedoch entsprechend verdünnt werden, sodass diese unkritisch in die Umgebung abgegeben werden können. Anschließend wird das Abgas vorteilhafterweise wieder ausschließlich durch die andere Abgaszweigleitung in die Umgebung abgegeben, sodass der „Wasserstofffilter” für die nächste Situation, in welcher die Wasserstoffemissionen in die Umgebung reduziert oder vermieden werden sollen, wieder zur Verfügung steht.
  • Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abgassystems ist es dabei vorgesehen, dass im Bereich des Zwischenvolumens eine elektrische Heizeinrichtung und/oder ein Wärmetauscher vorgesehen ist. Über eine solche Heizeinrichtung oder einen Wärmetauscher, welcher von einem erwärmten Medium, beispielsweise dem Kühlwasser des Brennstoffzellensystems durchströmt werden kann, ist eine Erwärmung des Zwischenvolumens möglich. Eine solche Erwärmung, insbesondere mit gleichzeitiger Durchspülung des Zwischenvolumens mit einem entsprechenden Volumenstrom, ermöglicht dies eine ideale Regeneration des wasserstoffspeichernden oder wasserstoffadsorbierenden Stoffs. Dabei erfolgt eine Abgabe des zuvor gespeicherten oder adsorbierten Wasserstoffs in den Volumenstrom und somit in einer Betriebssituation des Brennstoffzellensystems, in welcher dies unkritisch ist, in die Umgebung.
  • Nun ist es so, dass die Menge an Wasserstoff in dem das Zwischenvolumen durchströmenden Abgas bei der Regeneration des Stoffs in dem Zwischenvolumen von Bedeutung ist. Wenn ausschließlich wasserstoffhaltiges Abgas zur Regeneration des Stoffs in dem Zwischenvolumen eingesetzt wird, funktioniert dies prinzipiell, kann jedoch eine vergleichsweise lange Zeit dauern, bis die Regeneration vollständig abgeschlossen ist und bedarf gegebenenfalls der zusätzlichen Zufuhr von Wärme, was, je nach Betriebssituation, einen zusätzlichen Energieaufwand erzeugen kann, welcher unerwünscht ist. Aus diesem Grund kann es gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abgassystems auch vorgesehen sein, dass eine Kathodenzuluftleitung oder Kathodenabluftleitung des Brennstoffzellensystems mit der Abgasleitung oder der zweiten Abgaszweigleitung mit dem Zwischenvolumen in Strömungsrichtung vor dem Zwischenvolumen über eine Spülluftleitung mit einer Ventileinrichtung verbindbar ist. Dieser Aufbau ermöglicht die Zufuhr von Luft aus der Kathodenseite, entweder aus der Zuluftleitung oder besonders bevorzugt aus der Abluftleitung in das Abgassystem. Über die Spülluftleitung kann beispielsweise immer dann, wenn der Stoff in dem Zwischenvolumen regeneriert wird, Luft zugeführt werden. Der zusätzliche Volumenstrom an Luft, oder je nach Aufbau gegebenenfalls auch ausschließlich dieser Volumenstrom, während das Abgas selbst durch die erste Abgaszweigleitung abgeführt wird, kann dann zu einer sehr zügigen und effektiven Regeneration des wasserstoffspeichernden oder wasserstoffadsorbierenden Stoffs genutzt werden, insbesondere wenn gleichzeitig ohnehin anfallende Abwärme des Brennstoffzellensystems, beispielsweise über eine Wärmetauscher zwischen dem Zwischenvolumen und dem Kühlwasser des Brennstoffzellensystems, zugeführt wird.
  • Ein entsprechendes Verfahren zum Ableiten von Abgas aus einem Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug sieht nun die Nutzung des erfindungsgemäßen Abgassystems vor. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Abgas in Abhängigkeit der Fahrsituation des Fahrzeugs ganz oder vermehrt über die erste oder die zweite Abgaszweigleitung abgeleitet. Der Anteil an Abgas durch die erste Abgaszweigleitung und die zweite Abgaszweigleitung und damit durch das den wasserstoffspeichernden oder wasserstoffadsorbierenden Stoff aufweisende Zwischenvolumen wird also entsprechend der Fahrsituation eingestellt. Je nachdem, ob das Brennstoffzellensystem gerade gestartet oder abgeschaltet wird, ob die elektrische Leistung des Brennstoffzellensystems einen Sprung nach oben oder nach unten erfahren hat, oder dergleichen, kommt es zu unterschiedlichen zu erwartenden Mengen an Wasserstoff in dem anodenseitigen Abgas und gleichzeitig zu unterschiedlichen zu erwartenden Mengen an Abluft auf der Kathodenseite. In kritischen Situationen, also wenn keine ausreichende Verdünnung des Wasserstoffs, beispielsweise aufgrund seiner hohen Konzentration und/oder des geringen Volumenstroms an Abluft, zu erwarten ist, kann die Konzentration an Wasserstoff in dem Abgas über den Stoff in dem Zwischenvolumen entsprechend reduziert werden, indem das Abgas über die zweite Abgaszweigleitung abströmt.
  • Dementsprechend kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Falle einer Wasserstoffkonzentration über einem vorgegebenen Grenzwert die Ableitung über die zweite Abgaszweigleitung erfolgen, um Wasserstoff aus dem Abgas zu speichern und/oder zu adsorbieren. Dies kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens insbesondere bei geringer Fahrgeschwindigkeit und/oder geringem Luftstrom durch die Brennstoffzelle erfolgen.
  • Im umgekehrten Fall, wenn der Stoff in dem Zwischenvolumen wieder regeneriert werden soll, kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass im Falle einer niedrigen Wasserstoffkonzentration und/oder bei hoher Fahrgeschwindigkeit und/oder hoher Luftmenge das Abgas zur Regeneration des Stoffs in dem Zwischenvolumen durch die zweite Abgaszweigleitung und das Zwischenvolumen geleitet wird.
  • Im regulären Normalbetrieb wird die erste Abgaszweigleitung verwendet, da die beiden beschriebenen Fälle Sonderfälle in der einen oder anderen Richtung darstellen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Idee kann zur Regeneration des Stoffs in dem Zwischenvolumen auch Luft durch das Zwischenvolumen geleitet werden, insbesondere wenn eine Spülluftleitung in dem oben beschriebenen Sinne vorhanden ist.
  • Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht es ferner vor, dass immer dann, wenn der Stoff in dem Zwischenvolumen regeneriert, der gespeicherte oder adsorbierte Wasserstoff also freigegeben bzw. desorbiert wird, dem Zwischenvolumen Wärme zugeführt wird. Durch diese Wärme wird die Abgabe von Wasserstoff und damit die Regeneration des Stoffs in dem Zwischenvolumen beschleunigt und verbessert, sodass der Stoff zur Aufnahme von frischem Wasserstoff in der nächsten Situation, in der dies erforderlich ist, wieder vollständig zur Verfügung steht.
  • Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Abgassystems und des Verfahrens ergeben sich aus den weiteren abhängigen Unteransprüchen und außerdem aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
  • Dabei zeigen:
  • 1 ein prinzipmäßig angedeutetes Brennstoffzellensystem mit einem Abgassystem gemäß der Erfindung in einem Fahrzeug; und
  • 2 eine alternative Ausführungsform des Abgassystems gemäß der Erfindung.
  • In der Darstellung der 1 ist sehr stark schematisiert ein Fahrzeug 1 angedeutet, welches mit einem schematisch dargestellten Brennstoffzellensystem 2 ausgestattet sein soll, das die Antriebsleistung für das Fahrzeug zumindest teilweise bereitstellt. Den Kern des Brennstoffzellensystems 2 bildet dabei eine mit 3 bezeichnete Brennstoffzelle, welche einen Anodenbereich 4 und einen Kathodenbereich 5 aufweist. Dem Kathodenbereich 5 wird Luft über eine Luftfördereinrichtung 6 zugeführt. An Sauerstoff abgereicherte Abluft gelangt über eine mit 7 bezeichnete Abluftleitung in die Umgebung. Weitere Komponenten wie beispielsweise eine Abluftturbine, Befeuchter und dergleichen sind dem Fachmann geläufig, sodass auf eine Darstellung hier verzichtet wird.
  • Die Anodenseite des Brennstoffzellensystems 2 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel so aufgebaut, dass dem Anodenbereich 4 Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 8 über ein Dosier- und Regelventil 9 zugeführt wird. Der nicht verbrauchte Wasserstoff gelangt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über einen sogenannten Anodenkreislauf 10 über eine Rezirkulationsleitung 11 und eine beispielhaft als Gebläse angedeutete Rezirkulationsfördereinrichtung 12 zurück und wird vermischt mit dem frischen Wasserstoff dem Anodenbereich 4 erneut zugeführt. Eine Alternative für die Rezirkulationsfördereinrichtung 12 wäre beispielsweise eine Gasstrahlpumpe oder es kann auch die Kombination einer Gasstrahlpumpe und eines Gebläses eingesetzt werden. Dieser Aufbau des Anodenkreislaufs 10, welcher typischerweise noch über einen Wasserabscheider verfügt, ist dem Fachmann dabei geläufig, sodass hierauf nicht weiter eingegangen werden muss. Das Abgas aus dem Anodenkreislauf 10 muss nun beispielsweise zeitabhängig oder in Abhängigkeit einer Konzentration abgegeben werden. Hierfür ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine mit 13 bezeichnete Abgasleitung vorgesehen, welche ein sogenanntes Purgeventil 14 aufweist. Anstelle des Purgeventils 14 könnte auch eine Blende eingesetzt werden. Alternativ zu diesem Aufbau mit dem Anodenkreislauf 10 wäre selbstverständlich auch die Verwendung einer Brennstoffzelle 3 ohne einen derartigen Kreislauf denkbar. Die Abgasleitung 13 wäre dann ebenso vorhanden, auf das Purgeventil 14 konnte verzichtet werden.
  • In dem Abgassystem des Brennstoffzellensystems 2 verzweigt sich die Abgasleitung 13 nun in eine erste Abgaszweigleitung 15 und eine zweite Abgaszweigleitung 16. Beide Abgaszweigleitungen 15, 16 verfügen in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über jeweils eine Ventileinrichtung 17, 18. Hierdurch ist möglich, je nach Stellung der Ventileinrichtung 17, 18 die Durchströmung der beiden Abgaszweigleitungen 15, 16 einzustellen. Die Ventileinrichtungen 17, 18 können dabei sowohl als Proportionalventile als auch – ggf. als pulsiert betriebene – Auf/Zu-Ventile ausgeführt sein. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel münden beide Abgaszweigleitungen 15, 16 letztlich in die Abluftleitung 7 und sorgen so dafür, dass durch die Abluft aus dem Kathodenbereich 5 das Abgas, welches immer auch eine gewisse Restmenge an Wasserstoff enthält, verdünnt wird, bevor es in die Umgebung gelangt. Alternativ dazu wäre auch eine direkte Abfuhr in die Umgebung prinzipiell denkbar.
  • In der zweiten Abgaszweigleitung 16 ist nun ein mit 19 bezeichnetes Zwischenvolumen angeordnet. Das Zwischenvolumen 19 weist in seinem inneren einen nicht explizit erkennbaren Stoff auf, welcher in der Lage ist, Wasserstoff zu speichern oder zu adsorbieren. Der Stoff kann beispielsweise ein Hydridbildner sein, welcher beim Kontakt mit Wasserstoff einen Hydrid – insbesondere einen Metallhydrid – bildet und so den Wasserstoff speichert. Derartige Hydridbildner sind von Metallhydridspeichern für Wasserstoff allgemein bekannt. Bei dem Stoff kann es sich ergänzend oder alterativ hierzu auch um einen Stoff handeln, welcher Wasserstoff adsorbiert. Ein solcher Stoff, welcher Wasserstoff adsorbiert, kann beispielsweise Kohlenstoff sein, welcher in Form von irregulären Nanopartikeln vorliegt. Auch dies ist dem Fachmann soweit bekannt. In Strömungsrichtung des Zwischenvolumens 19 befindet sich dabei keine weitere Ventileinrichtung. Anders als im Stand der Technik dient das Zwischenvolumen 19 also nicht zur Zwischenspeicherung des Abgases an sich, sondern nur als eine Art „Wasserstofffilter”, welcher während der Durchströmung mit dem Abgas Wasserstoff aus dem Abgas bindet und entsprechend speichert bzw. adsorbiert. Die Konzentration des Wasserstoffs in dem Abgas wird so beim Durchströmen des Zwischenvolumens 19 verringert.
  • Nun kann es entsprechend vorgesehen werden, dass das wasserstoffhaltige Abgas der Anodenseite des Brennstoffzellensystems 2 über die erste Abgaszweigleitung 15 und die Abluftleitung 7 in die Umgebung abgegeben wird, solange die Wasserstoffkonzentration entsprechend niedrig und/oder der Volumenstrom an Abluft ausreichend groß ist, um eine Verdünnung auf eine unkritische Wasserstoffkonzentration sicherzustellen. In bestimmten Situationen beispielsweise nach dem Starten des Brennstoffzellensystems oder bei einem Betrieb mit geringer Leistung und dementsprechend geringem Volumenstrom an Abluft kann es nun zu Situationen kommen, in denen die Wasserstoffemissionen an die Umgebung eine kritische Konzentration erreichen. In dieser Situation kann das Abgas nun ganz oder zum größten Teil über die zweite Abgaszweigleitung 16 und das Zwischenvolumen 19 strömen. Dieses erfüllt seine Funktion als Wasserstofffilter und adsorbiert und/oder speichert in dem Abgas enthaltenen Wasserstoff. Die Konzentration an Wasserstoff in dem Abgas wird hierdurch so weit reduziert, dass eine bei der Abgabe in die Umgebung unkritische Konzentration an Wasserstoff sichergestellt werden kann. Der gespeicherte oder adsorbierte Wasserstoff muss dann in anderen Situationen, beispielsweise bei schnellerer Fahrt des Fahrzeugs 1 oder entsprechend hoher Leistung des Brennstoffzellensystems und damit einhergehendem hohem Volumenstrom an Abluft wieder regeneriert werden. Hierfür wird das Abgas mit vergleichsweise wenig Wasserstoff durch das Zwischenvolumen geleitet, in welchem der wasserstoffspeichernde oder wasserstoffadsorbierende Stoff vollständig mit Wasserstoff beladen ist. In dieser Situation kommt es dann zu einer Abgabe von Wasserstoff, welcher mit dem Abgasstrom in die Umgebung gelangt. Um diese Regeneration des Stoffs in dem Zwischenvolumen 19 zu verbessern, ist in der Darstellung der 1 ein elektrischer Heizer 20 angedeutet, über welchen während der Regeneration das Zwischenvolumen 19 beheizt werden kann.
  • In der Darstellung der 2 ist eine alternative Ausführungsform des Abgassystems des Brennstoffzellensystems zu erkennen. Wiederum ist die mit 13 bezeichnete Abgasleitung zu erkennen, welche sich in die erste Abgaszweigleitung 15 und die zweite Abgaszweigleitung 16 aufteilt. Anstelle der beiden Ventileinrichtungen 17, 18 ist hier ein einziges 3/2-Wegeventil angeordnet und mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet. In der zweiten Abgaszweigleitung 16 befindet sich wieder das mit 19 bezeichnete Zwischenvolumen, mit dem wasserstoffspeichernden oder wasserstoffadsorbierenden Stoff. Die Funktionalität des Aufbaus ist insoweit bei der Reduktion der Wasserstoffemissionen dieselbe. Auch hier führen die beiden Abgaszweigleitungen 15, 16 in die Abluftleitung 7. Anstelle des elektrischen Heizers 20 aus der Darstellung in 1 weist das Zwischenvolumen 19 in der Darstellung der 2 nun einen mit 22 bezeichneten Wärmetauscher auf, welcher bei Bedarf von erwärmtem Kühlwasser des Brennstoffzellensystems 2 durchströmt werden kann. Das Kühlwasser kann insbesondere nach dem Durchströmen der Brennstoffzelle 3 selbst durch den Wärmetauscher 22 strömen, um so das Zwischenvolumen 19 und den in ihm enthaltenen Stoff bei der Regeneration zu erwärmen. Um eine möglichst geringe Konzentration an Wasserstoff in dem Gasstrom zur Regeneration des Stoffs in dem Zwischenvolumen 19 sicherzustellen, ist bei dem Aufbau gemäß 2 eine Spülluftleitung 23 vorgesehen, welche über eine Ventileinrichtung 24 aus der Abluftleitung 7 abzweigt. Bei geöffneter Ventileinrichtung 24 kann so zur Regenration des Stoffs in dem Zwischenvolumen 19 Abluft über die Spülluftleitung 23 in die zweite Abgaszweigleitung 16 geleitet werden. Das Abgas kann entweder verdünnt werden oder wird durch eine geeignete Stellung der Ventileinrichtung 21 über die erste Abgaszweigleitung 15 abgeführt. Die Regeneration des Stoffs in dem Zwischenvolumen 19 kann dann, insbesondere wiederum unter Wärmezufuhr, mittels eines Durchspülens mit Abluft, welche über die Spülluftleitung 23 aus der Abluftleitung 7 abgezweigt wird, erfolgen. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, die Spülluftleitung 23 mit der Luftzuleitung zwischen dem Kathodenbereich 5 und der Luftfördereinrichtung entsprechend zu verbinden.
  • Die beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich dabei beliebig untereinander kombinieren, beispielsweise durch einen Austausch der Ventileinrichtungen 17, 18 und des 3/2-Wegeventils 21, der Verwendung der Spülluftleitung 23 und der Art der Beheizung des Zwischenvolumens über den elektrischen Heizer 20 oder den Wärmetauscher 22. All dies ist für den Fachmann anhand der beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele und ihrer sich naheliegend ergebenden Kombinationen ersichtlich.
  • Wie beschrieben kann der Aufbau vorzugsweise bei einem Brennstoffzellensystem 2 in einem Fahrzeug 1 eingesetzt werden. Jedoch auch bei stationären Brennstoffzellensystemen ist ein Abgassystem im Sinne der hier beschriebenen Erfindung sinnvoll anwendbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 112004001483 T5 [0003]
    • DE 10044407 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Abgassystem für ein Brennstoffzellensystem (2), mit einer Anodenabgasleitung (13), welche direkt, oder mittelbar über eine Einmündung in eine Kathodenabluftleitung (7), in die Umgebung führt, mit einer Aufteilung in eine erste Abgaszweigleitung (15) und eine zweite Abgaszweigleitung (16), mit wenigstens einer Ventileinrichtung (17, 18, 21), welche dafür ausgelegt ist, den Abgasstrom zwischen der ersten Abgaszweigleitung (15) und der zweiten Abgaszweigleitung (16) aufzuteilen, ferner mit einem Zwischenvolumen (19) in der zweiten Abgaszweigleitung (16), welches einen wasserstoffadsorbierenden oder wasserstoffspeichernden Stoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Abgaszweigleitung (16) in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Zwischenvolumen frei von einer Ventileinrichtung ist.
  2. Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Zwischenvolumens eine elektrische Heizeinrichtung (20) und/oder ein Wärmetauscher (22) vorgesehen ist.
  3. Abgassystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (22) zur Durchströmung mit Kühlmittel eines das Abgassystem aufweisenden Brennstoffzellensystems ausgebildet ist.
  4. Abgassystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kathodenzuluftleitung oder Kathodenabluftleitung (7) des das Abgassystem aufweisenden Brennstoffzellensystems (2) mit der Abgasleitung (13) oder der zweiten Abgaszweigleitung (16) in Strömungsrichtung vor dem Zwischenvolumen (19) über eine Spülluftleitung (23) mit einer Ventileinrichtung (24) verbindbar ist.
  5. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der den wasserstoffspeichernden oder wasserstoffadsorbierende Stoff in dem Zwischenvolumen Hybridbildner und/oder irreguläre Kohlenstoffnanopartikel aufweist.
  6. Verfahren zum Ableiten von Abgas aus einem Brennstoffzellensystem (2) in einem Fahrzeug (1), mit einem Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas in Abhängigkeit einer Fahrsituation des Fahrzeugs (1) ganz oder vermehrt über die erste oder die zweite Abgaszweigleitung (15, 16) abgeleitet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Wasserstoffkonzentration über einen vorgegebenen Grenzwert und/oder geringer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder einer geringen Luftmenge durch die Brennstoffzelle (3) die Ableitung des Abgases über die zweite Abgaszweigleitung (16) erfolgt, um Wasserstoff aus dem Abgas zu speichern oder zu adsorbieren.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Wasserstoffkonzentration unter einem vorgegebenen Grenzwert und/oder bei hoher Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder großer Luftmenge durch die Brennstoffzelle (3) die Ableitung des Abgases zur Regeneration des Stoffs in dem Zwischenvolumen (19) durch das Zwischenvolumen (19) geleitet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regeneration des Stoffs in dem Zwischenvolumen (19) Luft oder Abluft durch das Zwischenvolumen (19) geleitet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während der Regeneration des Stoffs in dem Zwischenvolumen (19) dem Zwischenvolumen (19) Wärme zugeführt wird.
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