DE102016011135A1

DE102016011135A1 - Liquid separator for a fuel cell system

Info

Publication number: DE102016011135A1
Application number: DE102016011135.6A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Beutler; Hans-Jörg Heidrich; Matthias Jesse; Armin Mütschele; Jörg Osten-Fabeck; Sven Schmalzriedt
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-09-15
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2018-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsabscheider (17) für ein Brennstoffzellensystem (2) mit einer Abscheidekammer, welche einen im bestimmungsgemäßen Einsatz unteren Bereich (23) aufweist, in welchem sich die Flüssigkeit sammelt, mit einem im bestimmungsgemäßen Einsatz oberen Bereich (22), in welchem sich im Normalbetrieb des Flüssigkeitsabscheider keine Flüssigkeit sammelt, mit einer Abströmöffnung (28) am bestimmungsgemäßen Einsatz unteren Ende des unteren Bereichs (23), und mit einer Rohrleitung (24), welche mit ihrem einen oberen Ende (25) im oberen Bereich mündet (22). Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsabscheider ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmöffnung (28) über ein erstes Ventilelement (18) freigebbar und verschließbar ist, wobei ein dem im oberen Bereich (22) mündenden Ende (25) der Rohrleitung gegenüberliegendes unteres Ende (26) der Rohrleitung (24) über ein zweites Ventilelement (27) verschließbar und freigebbar ist.The invention relates to a liquid separator (17) for a fuel cell system (2) having a separation chamber which has a lower region (23) in the intended use, in which the liquid collects, with an upper region (22) in the intended use no liquid collects during normal operation of the liquid separator, with a discharge opening (28) at the intended use lower end of the lower portion (23), and with a pipe (24) which opens at its upper end (25) in the upper region (22 ). The liquid separator according to the invention is characterized in that the outflow opening (28) is releasable and closable via a first valve element (18), wherein a lower end (26) of the pipeline opposite the upper end (22) of the end (25) of the pipeline ( 24) is closable and releasable via a second valve element (27).

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsabscheider für ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung eines derartigen Flüssigkeitsabscheiders.The invention relates to a liquid separator for a fuel cell system according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to the use of such a liquid separator.

Ein gattungsgemäßer Flüssigkeitsabscheider ist aus der US 2014/0377671 A1 bekannt. Beim dortigen Flüssigkeitsabscheider ist es so, dass dieser einen Abströmbereich für das abgeschiedene Wasser aufweist. Diese Abgabe von abgeschiedenem Wasser wird im Allgemeinen als Drain bezeichnet. Die Rohrleitung für das Wasser ist dabei in der Art eines Siphon gebogen ausgebildet, um so für den Fall der Eisbildung das Eis im unteren Bereich des Siphon zu sammeln. Zentral in dieser Leitung liegt eine weitere Rohrleitung, deren oberes Ende in dem Flüssigkeitsabscheider oberhalb des typischerweise auftretenden Flüssigkeitsspiegels endet. Das andere Ende endet dann innerhalb der Rohrleitung für den Drain, sodass Drain und Purge, also die Abgabe von Gasen, über eine einzige Ventileinrichtung angesteuert werden können. Der Aufbau erlaubt auch im eingefrorenen Zustand zumindest einen Purge, da durch die getrennten Leitungen im Normalfall lediglich die Leitung für den Drain durch Eis blockiert werden wird.A generic liquid separator is from the US 2014/0377671 A1 known. The local liquid separator is such that it has a discharge area for the separated water. This discharge of separated water is commonly referred to as drain. The pipe for the water is designed bent in the manner of a siphon, so as to collect in the case of ice formation, the ice in the lower part of the siphon. Centrally located in this line is another pipeline whose upper end terminates in the liquid separator above the typically occurring liquid level. The other end then ends within the pipeline for the drain, so that drain and purge, so the release of gases, can be controlled via a single valve device. The structure also allows at least one purge in the frozen state, since normally only the line for the drain will be blocked by ice due to the separate lines.

Der Aufbau ist durch die siphonartige Ausgestaltung der Rohrleitung vergleichsweise komplex und weist einen hohen Bauraumbedarf auf. Ein gravierender Nachteil des Aufbaus besteht darin, dass parallel zum Ablassen von Wasser immer auch Gas durch die weitere Rohrleitung gelangt. Mit dem Öffnen des Ventils strömen also Gas und Wasser gleichzeitig ab. Die Menge an Gas, welche aus dem System abströmt, wird also durch die Menge an angesammeltem Wasser bestimmt. Dies kann gravierende Nachteile hinsichtlich der Betriebsstrategie haben. Insbesondere kann nicht zuerst das Wasser und dann eine geeignete gegebenenfalls sehr kleine Menge an Gas gezielt abgelassen werden. Solange Wasser vorhanden ist, wird immer auch Gas abströmen. Im Endeffekt führt dies zu einer unnötig großen Abströmung von Wasserstoff beim Einsatz im Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems. Dadurch wird einerseits Wasserstoff verschwendet und andererseits werden Emissionen in der Umgebung des Brennstoffzellensystems geschaffen, welche so eigentlich unerwünscht sind.The structure is relatively complex due to the siphon-like design of the pipeline and has a high space requirement. A serious disadvantage of the structure is that parallel to the discharge of water and gas always passes through the other pipeline. With the opening of the valve so gas and water flow off simultaneously. The amount of gas flowing out of the system is thus determined by the amount of accumulated water. This can have serious disadvantages in terms of operating strategy. In particular, it is not possible first to purposely discharge the water and then a suitable, if appropriate, very small amount of gas. As long as there is water, gas will always escape. In the end, this leads to an unnecessarily large outflow of hydrogen when used in the anode circuit of a fuel cell system. As a result, on the one hand hydrogen is wasted and on the other hand emissions are created in the environment of the fuel cell system, which are actually undesirable.

Die Idee der hier vorliegenden Erfindung ist es, einen derartigen Flüssigkeitsabscheider hinsichtlich seiner Funktionalität und Ansteuerbarkeit weiter zu verbessern und diesen kompakter auszuführen.The idea of the present invention is to further improve such a liquid separator in terms of its functionality and controllability and to make this more compact.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Flüssigkeitsabscheider mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Flüssigkeitsabscheiders ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 9 ist außerdem eine besonders bevorzugte Verwendung dieses Flüssigkeitsabscheiders angegeben.This object is achieved by a liquid separator with the features in claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the liquid separator result from the dependent claims. In claim 9, a particularly preferred use of this liquid separator is also indicated.

Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsabscheider ist es so, dass zusätzlich zu der Abströmöffnung, vergleichbar wie im gattungsgemäßen Stand der Technik, eine Rohrleitung vorhanden ist, die mit ihrem oberen Ende in einem oberen Bereich des Flüssigkeitsabscheiders, welcher oberhalb des Bereichs, in dem sich die Flüssigkeit normalerweise sammelt, liegt, endet. Erfindungsgemäß ist es so, dass die Abströmöffnung für den regulären Betrieb über ein erstes Ventilelement freigebbar und verschließbar ist, während das Ende der Rohrleitung, welches dem oberen Ende gegenüberliegt, über ein zweites Ventilelement freigebbar und verschließbar ist. Dieser Aufbau erlaubt einen gemeinsamen Drain/Purge über das erste Ventilelement im regulären Betrieb des Brennstoffzellensystems. Über dieses Ventilelement kann, so wie es auch bisher gemäß dem allgemeinen Stand der Technik üblich ist, ein Betrieb mit Drain und Purge in der gewünschten Art und Weise erfolgen. Die zweite Ventileinrichtung an der Rohrleitung kommt nur dann zur Anwendung, wenn es hinsichtlich der Betriebssituation erforderlich ist. Im Allgemeinen ist dies dann der Fall, wenn Wasser oder eine andere Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsabscheider eingefroren ist und somit die Abströmöffnung blockiert. In diesem Fall kann über das zweite Ventilelement die Rohrleitung geöffnet werden, sodass durch die Rohrleitung zumindest Gas aus dem Flüssigkeitsabscheider abgeblasen werden kann.In the case of the liquid separator according to the invention, in addition to the outflow opening, similar to the generic state of the art, there is a pipeline which, with its upper end, is located in an upper region of the liquid separator which is above the region in which the liquid normally is collects, lies, ends. According to the invention, it is so that the outflow opening for regular operation via a first valve element is releasable and closable, while the end of the pipe, which is opposite to the upper end, via a second valve element is releasable and closable. This structure allows a common drain / purge via the first valve element in regular operation of the fuel cell system. By way of this valve element, as has hitherto been customary in accordance with the general state of the art, operation with drain and purge can take place in the desired manner. The second valve device on the pipeline is only used if it is necessary with regard to the operating situation. In general, this is the case when water or other liquid is frozen in the liquid separator and thus blocks the discharge opening. In this case, the pipeline can be opened via the second valve element, so that at least gas can be blown out of the liquid separator through the pipeline.

Dies ist insbesondere für Anwendungen von entscheidender Bedeutung, bei welchen ein grundsätzlicher Betrieb auch bei eingefrorenem System möglich sein muss. Dies gilt beispielsweise für Brennstoffzellensysteme, welche in Fahrzeugen eingesetzt werden. Bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts kann der Flüssigkeitsabscheider, aus welchem heraus Gas und Flüssigkeiten in die Umgebung abgegeben werden sollen, eingefroren sein. In diesem Fall kann über das zweite Ventilelement die Rohrleitung geöffnet werden, sodass zumindest Gas abgelassen werden kann. Insbesondere beim Einsatz in einem Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems ist dies sehr wichtig, um ausreichend Wasserstoff in die Brennstoffzelle zu bekommen und diese starten zu können.This is particularly important for applications in which a basic operation must be possible even with a frozen system. This applies, for example, to fuel cell systems which are used in vehicles. At temperatures below freezing, the liquid separator from which gas and liquids are to be discharged into the environment may be frozen. In this case, the pipe can be opened via the second valve element, so that at least gas can be discharged. In particular, when used in an anode circuit of a fuel cell system, this is very important in order to get enough hydrogen in the fuel cell and to be able to start this.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Idee sind die beiden Ventilelemente zu einer Ventileinrichtung integriert ausgebildet. Dies macht den Aufbau nochmals kompakter und erlaubt in einer integrierten Ventileinrichtung durch die beiden Ventilelemente weiterhin die getrennte Ansteuerung der Abströmöffnung und der Rohrleitung in der für den Betrieb des Brennstoffzellensystems benötigten Art und Weise.According to an advantageous development of the idea, the two valve elements are formed integrated into a valve device. This makes the structure even more compact and allows in an integrated valve device through the two valve elements continue the separate control of the outflow opening and the pipe in the for the Operation of the fuel cell system required manner.

Gemäß einer weiteren außerordentlich günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung der Idee wird in der Ventileinrichtung die Abströmöffnung über einen gemeinsamen Ventilschieber der beiden Ventilelemente in einer ersten Position verschlossen und in einer zweiten Position des Ventilschiebers ganz geöffnet. Die Rohrleitung endet mit ihrem unteren Ende dabei so im Bereich des Ventilschiebers, dass diese sowohl in der ersten als auch in der zweiten Position des Ventilschiebers verschlossen ist, und dass diese in einer dritten Position des Ventilschiebers freigebbar ist. Durch den einen Ventilschieber kann so eine getrennte Ansteuerung der Abströmöffnung und der Rohrleitung erzielt werden. Je nach Aufbau kann der Ventilschieber dabei entsprechend komplex gestaltet sein, beispielsweise als zylinderförmiges Element, durch welches gegebenenfalls eine Öffnung oder eine Ringnut verläuft.According to a further extremely favorable and advantageous embodiment of the idea, the outflow opening is closed in the valve device via a common valve spool of the two valve elements in a first position and completely opened in a second position of the valve spool. The pipeline ends with its lower end in the area of the valve slide in such a way that it is closed both in the first and in the second position of the valve slide, and that it can be released in a third position of the valve slide. By a valve spool so a separate control of the outflow opening and the pipe can be achieved. Depending on the structure, the valve slide can be made correspondingly complex, for example, as a cylindrical element through which optionally an opening or an annular groove extends.

Gemäß einer sehr günstigen Weiterbildung dieser Idee ist es nun ferner vorgesehen, dass die Rohrleitung in der dritten Position des Ventilschiebers zusätzlich zur Abströmöffnung freigebbar ist. Dieser Aufbau ist außerordentlich einfach und effizient. Der Ventilschieber kann beispielsweise als Zylinder ausgebildet werden. In seiner ersten Position gibt er keine der Öffnungen frei. In seiner zweiten Position gibt er die Abströmöffnung ganz frei, und wird er noch weiter zurückgezogen in eine dritte Position, gibt er zusätzlich zur Abströmöffnung die Rohrleitung frei, um im Falle einer eingefrorenen Abströmöffnung ein Ablassen von Gas durch die Rohrleitung zu ermöglichen. Dieser Aufbau ist außerordentlich einfach und kompakt und lässt sich dementsprechend kostengünstig und robust ausführen.According to a very favorable development of this idea, it is now further provided that the pipeline can be released in the third position of the valve slide in addition to the outflow opening. This setup is extremely simple and efficient. The valve spool can be formed, for example, as a cylinder. In his first position, he does not release any of the openings. In its second position, it releases the discharge opening completely, and if it is retracted even further into a third position, it releases the pipeline in addition to the outflow opening, in order to allow gas to be discharged through the pipeline in the case of a frozen outflow opening. This construction is extremely simple and compact and can therefore be carried out inexpensively and robustly.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dieser Idee ist es ferner vorgesehen, dass die Rohrleitung mit ihrem unteren Ende an zwei im bestimmungsgemäßen Einsatz oberhalb und unterhalb voneinander liegenden Öffnungen in den Bereich des Ventilschiebers mündet. Diese Ausgestaltung mit zwei übereinander liegenden Öffnungen, welche jeweils in den Bereich des Ventilschiebers münden, hat dabei den Vorteil, dass für den Fall, dass wider Erwarten dennoch Flüssigkeit in die Rohrleitung gelangt und einfriert, diese aufgrund der Schwerkraft typischerweise nach ganz unten fließen wird. Bei einer geringen Menge an Wasser friert dann nur der untere Bereich und damit die untere der beiden Öffnungen ein. Die obere bleibt – bei konstruktiv ausreichenden Abstand der Öffnungen – weiterhin offen, sodass durch das oberer Ende und die obere der beiden Öffnungen am unteren Ende in der Position drei des Ventilschiebers Gas wie gewünscht abströmen kann, auch falls in der Rohrleitung wider Erwarten Wasser eingefroren ist. Durch die zweite untere Öffnung kann dann nach dem Auftauen auch Wasser und Eis wieder aus der Rohrleitung entfernt werden, sodass Wasser und Eis sich hier nicht über mehrere Starts des Brennstoffzellensystems hinweg kumulieren können.In a further advantageous embodiment of this idea, it is further provided that the pipe opens with its lower end to two in the intended use above and below each other openings in the region of the valve spool. This embodiment with two superimposed openings, each of which opens into the region of the valve slide, has the advantage that, in the event that, contrary to expectation, liquid nevertheless enters the pipeline and freezes, it will typically flow to the bottom due to gravity. With a small amount of water then freezes only the lower area and thus the lower of the two openings. The upper remains - with structurally sufficient distance between the openings - still open, so that through the upper end and the upper of the two openings at the lower end in position three of the valve spool gas can escape as desired, even if in the pipeline contrary to expectations water is frozen , After defrosting, water and ice can then be removed from the pipeline through the second lower opening so that water and ice can not accumulate over several starts of the fuel cell system.

Eine weitere Ausgestaltung sieht es ferner vor, dass die Schieber in mehrere Positionen zwischen der ersten und der zweiten Position zur Steuerung der abströmenden Medienmenge bewegbar ist. Im regulären Betrieb kann durch ein kontinuierliches Verschieben des Schiebers von der ersten zur zweiten Position oder dem Verschieben des Schiebers in mehreren diskreten Positionen zwischen der ersten und der zweiten Position eine Steuerung der Menge an abströmendem Medium realisiert werden, sofern dies sinnvoll und notwendig ist.A further embodiment further provides that the slide is movable in a plurality of positions between the first and the second position for controlling the outflowing amount of media. In regular operation, by continuously shifting the spool from the first to the second position or moving the spool in a plurality of discrete positions between the first and second positions, control of the amount of outflowing medium can be realized, as appropriate and necessary.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Idee sieht es darüber hinaus vor, dass die Rohrleitung aus einem hydrophoben Material ausgebildet ist oder zumindest an ihrem inneren Querschnitt ein hydrophobes Material, insbesondere in Form einer Beschichtung, aufweist. Eine solche hydrophobe Ausgestaltung oder Beschichtung der Rohrleitung kann dabei helfen, dass sich im Bereich der Rohrleitung kein Wasser ansammeln kann, welches im Falle von Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts dann einfrieren könnte. Lässt sich dies aufgrund der Betriebssituationen nicht gänzlich vermeiden, dann kann es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung auch vorgesehen sein, dass die Rohrleitung eine elektrische Beheizung aufweist. Die Rohrleitung lässt sich so über eine elektrische Beheizung auftauen, um diese auch im gänzlich gefrorenen Zustand des Flüssigkeitsabscheiders schnell verwendbar zu machen. Anders als das prinzipiell natürlich auch denkbare Auftauen des gesamten Flüssigkeitsabscheiders über eine elektrische Beheizung kann das Auftauen der Rohrleitung schnell und effizient erfolgen, da diese ein sehr viel kleineres Volumen als der gesamte Flüssigkeitsabscheider aufweist und dementsprechend sehr viel schneller und mit weniger Leistung zu beheizen bzw. aufzutauen ist.A further advantageous embodiment of the idea further provides that the pipeline is formed from a hydrophobic material or at least at its inner cross section has a hydrophobic material, in particular in the form of a coating. Such a hydrophobic configuration or coating of the pipeline can thereby help that no water can accumulate in the region of the pipeline, which could then freeze in the case of temperatures below freezing. If this can not be completely avoided on account of the operating situations, then according to a further advantageous embodiment it can also be provided that the pipeline has electrical heating. The pipeline can be thawed by an electric heating in order to make them quickly usable even in the fully frozen state of the liquid separator. Unlike the principle, of course conceivable thawing of the entire liquid via an electric heating thawing of the pipeline can be done quickly and efficiently, as this has a much smaller volume than the entire liquid and accordingly much faster and with less power to heat or is thawing.

Wie bereits erwähnt ist der Flüssigkeitsabscheider für ein Brennstoffzellensystem vorgesehen. Eine besonders günstige und vorteilhafte Verwendung kann dabei der Einsatz in einem Brennstoffzellensystem sein, welches zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung in einem Fahrzeug dient. Der Flüssigkeitsabscheider kann hier insbesondere in einem sogenannten Anodenkreislauf des Brennstoffzellensystems angeordnet werden. Gerade hier und beim Einsatz in einem Fahrzeug ist es besonders wichtig, dass der Aufbau auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts sicher und zuverlässig funktioniert. Dies bedeutet für den Start eines Brennstoffzellensystems nicht unbedingt, dass bereits Wasser ausgetragen werden muss. Allerdings ist es notwendig, dass die gesamte Brennstoffzelle mit Wasserstoff versorgt ist, um diese starten zu können. Ein Anodenkreislauf, bei welchem ein Abblasen von Gas aus dem Anodenkreislauf, beispielsweise wenn hier inertes Gas vorliegt, nicht möglich ist, könnte nicht sinnvoll gestartet werden, da der nachströmende Wasserstoff von diesem Gas am Eindringen in die Brennstoffzelle gehindert wird. Die besonders bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsabscheiders in diesem Zusammenhang ermöglich nun jedoch auch beim eingefrorenen Flüssigkeitsabscheider einen solchen Betrieb, da durch die Rohrleitung Gas in jedem Fall abströmen kann und so das Nachströmen von Wasserstoff problemlos möglich wird.As already mentioned, the liquid separator is provided for a fuel cell system. A particularly favorable and advantageous use may be the use in a fuel cell system, which serves to provide electrical drive power in a vehicle. The liquid separator can be arranged here in particular in a so-called anode circuit of the fuel cell system. Especially here and when used in a vehicle, it is particularly important that the structure works safely and reliably even at temperatures below freezing. For the start of a fuel cell system, this does not necessarily mean that water has to be discharged. Indeed It is necessary that the entire fuel cell is supplied with hydrogen in order to start it. An anode circuit in which a blow-off of gas from the anode circuit, for example, when inert gas is present, is not possible, could not be started meaningful, since the inflowing hydrogen is prevented by this gas from entering the fuel cell. However, the particularly preferred application of the liquid separator according to the invention in this connection now also makes such operation possible in the frozen liquid separator, since gas can flow off through the pipeline in any case and thus the afterflow of hydrogen is possible without problems.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Flüssigkeitsabscheiders und seiner Verwendung ergeben sich außerdem aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the liquid separator and its use also result from the exemplary embodiment, which is described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug in einer schematischen Darstellung; 1 a fuel cell system in a vehicle in a schematic representation;

2 eine erste mögliche Ausführungsform eines Flüssigkeitsabscheiders gemäß der Erfindung; 2 a first possible embodiment of a liquid separator according to the invention;

3 eine zweite mögliche Ausführungsform eines Flüssigkeitsabscheiders gemäß der Erfindung in einer ersten Position einer integrierten Ventileinrichtung; 3 a second possible embodiment of a liquid separator according to the invention in a first position of an integrated valve device;

4 eine Ausführungsform des Flüssigkeitsabscheiders gemäß 3 in einer zweiten Position der integrierten Ventileinrichtung; 4 an embodiment of the liquid separator according to 3 in a second position of the integrated valve device;

5 eine Ausführungsform des Flüssigkeitsabscheiders gemäß 3 in einer dritten Position der integrierten Ventileinrichtung; und 5 an embodiment of the liquid separator according to 3 in a third position of the integrated valve device; and

6 eine Darstellung analog zur 5 in einer alternativen Ausgestaltung des Flüssigkeitsabscheiders. 6 a representation analogous to 5 in an alternative embodiment of the liquid separator.

In der 1 ist ein Fahrzeug 1 prinzipmäßig angedeutet. In dem Fahrzeug 1 befindet sich ein Brennstoffzellensystem 2, welches zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung für das Fahrzeug 1 genutzt werden soll. Den Kern des Brennstoffzellensystems 2 bildet dabei eine mit 3 bezeichnete Brennstoffzelle, welche als Stapel von Einzelzellen beispielsweise in PEM-Technologie aufgebaut sein soll. Dieser Brennstoffzelle 3 wird über eine Luftfördereinrichtung 4, welche vorzugsweise als Strömungsverdichter ausgebildet sein kann, Luft über eine Zuluftleitung 5 zugeführt. Die Luft gelangt in einen Kathodenraum 6 der Brennstoffzelle 3, welcher innerhalb der Brennstoffzelle 3 beispielhaft angedeutet ist. Über eine Abluftleitung 7 gelangt die Abluft dann in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zu einer mit 8 bezeichneten Abluftturbine und von dort in die Umgebung. Zwischen der Zuluftleitung und der Abluftleitung kann dabei ein Gas/Gas-Befeuchter 34 in an sich bekannter Art und Weise angeordnet sein. Die heiße und trockene Zuluft in der Zuluftleitung 5 wird in diesem Befeuchter 34 durch die feuchte Abluft in der Abluftleitung 7 befeuchtet. Die Zuluftleitung 5 lässt sich außerdem mit der Abluftleitung 7 über eine Bypassleitung 9 mit einem Bypassventil 10 verbinden. Dieser Aufbau aus Bypassleitung 9 und Bypassventil 10 wird auch als Systembypass bezeichnet und ist so aus dem Stand der Technik ebenfalls grundlegend bekannt.In the 1 is a vehicle 1 indicated in principle. In the vehicle 1 is a fuel cell system 2 which is used to provide electrical drive power to the vehicle 1 should be used. The core of the fuel cell system 2 forms one with 3 designated fuel cell, which should be constructed as a stack of single cells, for example in PEM technology. This fuel cell 3 is via an air conveyor 4 , which may be preferably designed as a flow compressor, air via an air supply line 5 fed. The air enters a cathode compartment 6 the fuel cell 3 which is inside the fuel cell 3 is indicated by way of example. Via an exhaust air line 7 then the exhaust air in the embodiment shown here with a 8th designated exhaust air turbine and from there into the environment. In this case, a gas / gas humidifier can be connected between the supply air line and the exhaust air line 34 be arranged in a conventional manner. The hot and dry supply air in the supply air line 5 will in this humidifier 34 through the moist exhaust air in the exhaust air line 7 moistened. The supply air line 5 can also be with the exhaust duct 7 via a bypass line 9 with a bypass valve 10 connect. This construction of bypass line 9 and bypass valve 10 is also referred to as a system bypass and is also well known in the art.

Die Luftfördereinrichtung 4 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über eine gemeinsame Welle mit der Abluftturbine 8 und einer elektrischen Maschine 11 verbunden. Dieser Aufbau wird auch als elektrischer Turbolader (ETC) oder motorunterstützter Turbolader bezeichnet. Die Funktionalität ist die, dass die Luftfördereinrichtung 4 die Luft als Sauerstofflieferant für die Brennstoffzelle 3 zur Verfügung stellt. Bei vorliegender Abluft in der Abluftleitung 7 kann durch ein Entspannen der Abluft in der Abluftturbine 8 ein Teil der Energie aus der Abluft zurückgewonnen werden. Diese kann zum Antrieb der Luftfördereinrichtung 4 unterstützend verwendet werden. Die restliche notwendige Antriebsleistung liefert typischerweise die elektrische Maschine 11. Kommt es in bestimmten Situationen dazu, dass im Bereich der Abluftturbine 8 mehr Leistung zurückgewonnen wird als von der Luftfördereinrichtung 4 benötigt wird, dann kann die elektrische Maschine 11 auch generatorisch betrieben werden.The air conveyor 4 is in the embodiment shown here via a common shaft with the exhaust air turbine 8th and an electric machine 11 connected. This design is also referred to as an electric turbocharger (ETC) or engine-assisted turbocharger. The functionality is that the air conveyor 4 the air as an oxygen supplier for the fuel cell 3 provides. If there is exhaust air in the exhaust air line 7 can by relaxing the exhaust air in the exhaust air turbine 8th a part of the energy can be recovered from the exhaust air. This can be used to drive the air conveyor 4 be used supportively. The remaining necessary drive power typically supplies the electrical machine 11 , Does it happen in certain situations that in the exhaust air turbine 8th more power is recovered than from the air conveyor 4 is needed, then the electric machine 11 also be operated as a generator.

Die Anodenseite der Brennstoffzelle 3 mit einem angedeuteten Anodenraum 12 wird mit Wasserstoff versorgt. Dieser stammt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem mit 13 bezeichneten Druckgasspeicher und wird über ein Regel- und Dosierventil 14 sowie eine Gasstrahlpumpe 15 dem Anodenraum 12 zugeführt. Nicht verbrauchter Restwasserstoff gelangt zusammen mit inerten Gasen, welche in dem gespeicherten Wasserstoff vorhanden waren oder welche vom Kathodenraum 6 in den Anodenraum 12 diffundiert sind, sowie zusammen mit entstandenem Produktwasser aus dem Kathodenraum 12 über eine Rezirkulationsleitung 16 zurück zu der Gasstrahlpumpe 15. In der Gasstrahlpumpe 15 sorgt der frische über das Dosierventil 14 zugeführte Wasserstoff dafür, dass durch Unterdruckeffekte und durch Impulsaustausch das Gasgemisch in der Rezirkulationsleitung 16 angesaugt und vermischt mit dem frischen Wasserstoff wieder zurück zum Anodenraum 12 gefördert wird. Dieser Aufbau ist soweit ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt und wird als Anodenkreislauf bezeichnet.The anode side of the fuel cell 3 with an indicated anode compartment 12 is supplied with hydrogen. This comes in the embodiment shown here from a with 13 designated compressed gas storage and is a regulating and metering valve 14 and a gas jet pump 15 the anode compartment 12 fed. Unused residual hydrogen passes together with inert gases which were present in the stored hydrogen or which are from the cathode compartment 6 in the anode compartment 12 are diffused, and together with resulting product water from the cathode compartment 12 via a recirculation line 16 back to the gas jet pump 15 , In the gas jet pump 15 freshness is ensured by the dosing valve 14 supplied hydrogen for that by negative pressure effects and by pulse exchange, the gas mixture in the recirculation line 16 sucked in and mixed with the fresh hydrogen back to the anode compartment 12 is encouraged. This structure is also known from the prior art and is referred to as an anode circuit.

In der Rezirkulationsleitung 16, und hier insbesondere an der im bestimmungsgemäßen Einsatz tiefsten Stelle der Anodenseite des Brennstoffzellensystems 2 befindet sich ein mit 17 bezeichneter Wasserabscheider. Dieser Wasserabscheider dient dazu, flüssiges Wasser aus dem in der Rezirkulationsleitung 16 strömenden Gasstrom abzuscheiden und zu sammeln. Während des regulären Betriebs des Brennstoffzellensystems 2 wird dieses Wasser von Zeit zu Zeit durch ein Öffnen eines Ablassventils 29 über eine Ablassleitung 19 abgelassen. Da immer auch eine gewisse Menge an Wasserstoff und inerten Gasen mit abgelassen werden, mündet die Ablassleitung 19 in die Abluftleitung 7. Sie kann dabei vor oder nach der Abluftturbine 8 in die Abluftleitung 7 münden. Um die Abluftturbine 8 vor Tröpfchen, welche die schnell laufende Turbine sehr leicht beschädigen könnten, zu schützen, kann sie in idealer Weise, so wie es in dem Ausführungsbeispiel auch dargestellt ist, in Strömungsrichtung der Abluft nach der Abluftturbine 8 in die Abluftleitung 7 münden. Ferner könnte in der Abluftleitung 7 ein weiterer Wasserabscheider in Strömungsrichtung der Abluft vor der Abluftturbine 8 vorgesehen sein. Dieser ist dem Fachmann jedoch allgemein bekannt, sodass auf eine Darstellung entsprechend verzichtet worden ist. In the recirculation line 16 , and here in particular at the lowest point of the anode side of the fuel cell system in the intended use 2 is one with 17 designated water separator. This water separator serves to liquid water from the in the recirculation line 16 to separate and collect flowing gas stream. During regular operation of the fuel cell system 2 This water is from time to time by opening a drain valve 29 via a drainage line 19 drained. Since always a certain amount of hydrogen and inert gases are drained, the drain line opens 19 in the exhaust duct 7 , You can do this before or after the exhaust air turbine 8th in the exhaust duct 7 lead. To the exhaust air turbine 8th Before droplets, which could easily damage the high-speed turbine, to protect, it can ideally, as shown in the embodiment, in the flow direction of the exhaust air to the exhaust air turbine 8th in the exhaust duct 7 lead. Furthermore, could in the exhaust duct 7 Another water separator in the flow direction of the exhaust air before the exhaust air turbine 8th be provided. However, this is generally known to the person skilled in the art, so that an illustration has accordingly been dispensed with.

Der Wasserabscheider 17 kann dabei nun insbesondere wie nachfolgend erläutert ausgestaltet sein. In der Darstellung der 2 ist dieser Wasserabscheider 17 zu erkennen. Die Rezirkulationsleitung 16 führt über eine Eintrittsleitung 20 von schräg oben im bestimmungsgemäßen Einsatz in den eigentlichen Wasserabscheider 17. Über eine Austrittsleitung 21 gelangt das von flüssigem Wasser befreite Gas dann zur Gasstrahlpumpe 15 und zurück zum Anodenraum 12. Der Wasserabscheider 17 weist dabei einen im bestimmungsgemäßen Einsatz in Richtung der Schwerkraft g oben liegenden oberen Bereich 22 und einen unteren Bereich 23 auf, in welchem sich die Flüssigkeit, hier das Wasser, sammelt. Wie bereits in der Darstellung der 1 angedeutet, ist ein Ablassventil 29 mit einem ersten Ventilelement 28 vorgesehen, welches die Ablassleitung 19 öffnet und verschließt, um die abgelassenen Medien in den Bereich der Abluftleitung 7 zu leiten. Der Wasserabscheider 17 weist nun ferner eine Rohrleitung 24 auf, welche auch als Kapillare bezeichnet werden könnte. Die Rohrleitung 24 hat ein oberes Ende 25, welches im oberen Bereich 22 und damit typischerweise in einem Bereich, in dem keine Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsabscheider vorliegt, endet. Das untere Ende 26 ist über ein zweites Ventilelement 27 ebenfalls mit der Ablassleitung 19 verbunden.The water separator 17 can now be configured in particular as explained below. In the presentation of the 2 is this water separator 17 to recognize. The recirculation line 16 leads via an entrance line 20 obliquely from above in the intended use in the actual water separator 17 , Via a discharge line 21 The gas freed from liquid water then passes to the gas jet pump 15 and back to the anode room 12 , The water separator 17 in this case has an upper area which is located in the intended use in the direction of gravity g above 22 and a lower area 23 in which the liquid, here the water, collects. As already in the representation of the 1 indicated, is a drain valve 29 with a first valve element 28 provided, which is the drain line 19 opens and closes to the drained media in the area of the exhaust duct 7 to lead. The water separator 17 now also has a pipeline 24 which could also be called a capillary. The pipeline 24 has an upper end 25 which is in the upper area 22 and thus typically ends in an area where there is no liquid in the liquid separator. The lower end 26 is via a second valve element 27 also with the drainage pipe 19 connected.

Im regulären Betrieb des Brennstoffzellensystems 2 wird es nun so sein, dass sowohl das Ablassen von Flüssigkeit als auch das Abblasen von Gas aus der Rezirkulationsleitung 16 über das Ventilelement 28 erfolgt. Lediglich dann, wenn das Wasser im unteren Bereich 23 des Wasserabscheiders 17 beispielsweise nach einer längeren Stillstandsphase des Fahrzeugs 1 bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts eingefroren ist, ist eine solche Funktionalität nicht möglich. Nun kann jedoch im Anodenraum 12 der Brennstoffzelle 3 inertes Gas vorliegen, was das Einströmen von Wasserstoff in den Anodenraum 12 behindert. Damit ist kein Start der Brennstoffzelle 3 möglich, bevor der Wasserabscheider 17 aufgetaut ist. Für diesen Fall kann nun jedoch das zweite Ventilelement 27 geöffnet werden. Dadurch, dass die Rohrleitung 24 mit ihrem oberen Ende 25 im oberen Bereich 22 des Wasserabscheiders 17 endet, kann Gas aus der Rezirkulationsleitung 16 hier abströmen, auch wenn der untere Bereich 23 des Wasserabscheiders 17 mit Eis blockiert ist. Hierdurch ist ein Start des Brennstoffzellensystems 2 und damit des Fahrzeugs 1 möglich. Im Laufe des Betriebs wird der Wasserabscheider 17 dann auftauen, sodass für den regulären Betrieb wiederum das Ventilelement 28 in der an sich bekannten Art und Weise Verwendung finden kann.In regular operation of the fuel cell system 2 it will now be so that both the discharge of liquid and the blowing off of gas from the recirculation line 16 over the valve element 28 he follows. Only if the water is in the lower area 23 of the water separator 17 for example, after a longer standstill phase of the vehicle 1 is frozen at temperatures below freezing, such functionality is not possible. Now, however, in the anode compartment 12 the fuel cell 3 inert gas, which is the inflow of hydrogen into the anode compartment 12 with special needs. This is not a start of the fuel cell 3 possible before the water separator 17 thawed. For this case, however, now the second valve element 27 be opened. By doing that, the pipeline 24 with her upper end 25 in the upper area 22 of the water separator 17 ends, can gas from the recirculation line 16 drain out here, even if the lower area 23 of the water separator 17 is blocked with ice. This is a start of the fuel cell system 2 and thus the vehicle 1 possible. During operation, the water separator 17 then thaw, so again for the regular operation, the valve element 28 can be used in the manner known per se.

In der Darstellung der 3 ist der Wasserabscheider 17 nochmals in einer alternativen Ausführungsvariante zu erkennen. Auch hier ist ein unterer Bereich 23 und ein oberer Bereich 22, in welchem das obere Ende 25 der Rohrleitung 24 liegt, vorgesehen. Eine am unteren Abschnitt des unteren Bereichs 23 liegende Abströmöffnung 18 wird in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel – analog zur Darstellung in 1 – über eine einzige integrierte Ventileinrichtung 29, welche die Funktion der Ventilelemente 28 und 27 in sich vereint, angesteuert. In der Darstellung der 3 ist dazu ein Ventilschieber 30 in einer ersten Position dargestellt. Der Ventilschieber 30 verschließt die Abströmöffnung 18. Gleichzeitig mündet das untere Ende 26 der Rohrleitung 24 im Bereich des Ventilschiebers 30 und wird von diesem in seiner ersten Position ebenfalls verschlossen.In the presentation of the 3 is the water separator 17 to recognize again in an alternative embodiment. Again, this is a lower area 23 and an upper area 22 in which the upper end 25 the pipeline 24 is located, provided. One at the lower section of the lower section 23 lying outflow opening 18 is in the embodiment shown here - analogous to the representation in 1 - via a single integrated valve device 29 which the function of the valve elements 28 and 27 united, driven. In the presentation of the 3 is a valve spool 30 shown in a first position. The valve spool 30 closes the discharge opening 18 , At the same time the lower end opens 26 the pipeline 24 in the area of the valve spool 30 and is also closed by him in his first position.

In der Darstellung der 4 ist derselbe Aufbau nochmals dargestellt. Hier ist der Ventilschieber 30 in seiner zweiten Position zu erkennen. Er gibt dabei die Abströmöffnung 18 komplett frei, sodass Wasser und, sobald das Wasser abgeströmt ist, ihm folgend Gas durch die Ventileinrichtung 29 in die Ablassleitung 19 gelangen und entsprechend aus dem Brennstoffzellensystem 2 abströmen können. Ein Wechsel zwischen diesen beiden in 3 und 4 gezeigten Positionen eins und zwei des Ventilschiebers 30 wird typischerweise der reguläre Betrieb des Wasserabscheiders 17 bzw. seiner Ventileinrichtung 29 sein. Dabei sind selbstverständlich Zwischenstellungen des Ventilschiebers 30 oder ein kontinuierliches Verschieben denkbar, um die Menge an über die Ablassleitung 19 abströmenden Medien anzusteuern, falls dies gewünscht und notwendig ist.In the presentation of the 4 the same structure is shown again. Here is the valve spool 30 to recognize in its second position. He gives it the discharge opening 18 Completely free, so that water and, as soon as the water has flowed, following him gas through the valve device 29 into the drainage pipe 19 arrive and accordingly from the fuel cell system 2 can flow out. A change between these two in 3 and 4 shown positions one and two of the valve spool 30 typically becomes the regular operation of the water separator 17 or its valve device 29 be. In this case, of course, intermediate positions of the valve spool 30 or a continuous shifting conceivable to the amount of over the drain line 19 to control outflowing media, if desired and necessary.

In der Darstellung der 5 ist derselbe Aufbau nochmals zu erkennen. Die Temperaturen sollen nun unterhalb des Gefrierpunkts liegen, sodass im unteren Bereich 23 Eis vorliegt. Der Ventilschieber 30 befindet sich nun in einer dritten Stellung. Die Abströmöffnung 18 ist zwar vollständig freigegeben, durch das Eis im unteren Bereich 23 des Wasserabscheiders 17 ist diese jedoch gänzlich blockiert. Es kann über die Abströmöffnung 18 also weder Wasser noch Gas aus dem Wasserabscheider 17 in die Ablassleitung 19 strömen. Da dies einen Start der Brennstoffzelle 3 verhindern würde, weil kein Wasserstoff in den Anodenraum 12 nachströmen kann, kann über die hier dargestellte dritte Stellung des Ventilschiebers 30 nun das untere Ende 26 der Rohrleitung 24 freigegeben werden. Hierdurch kann Gas aus dem oberen Bereich 22 des Wasserabscheiders 17 über die Rohrleitung 24 abströmen. So wird ein Start des Brennstoffzellensystems 2 möglich. Nach einer gewissen Betriebsdauer ist das Eis im unteren Bereich des Wasserabscheiders 17 dann aufgetaut und es kann zum regulären Betrieb zurückgekehrt werden, während der Ventilschieber 30 typischerweise zwischen den Positionen eins und zwei wechseln wird. In the presentation of the 5 the same structure can be seen again. Temperatures should now be below freezing, so in the lower range 23 Ice is present. The valve spool 30 is now in a third position. The discharge opening 18 Although fully released, by the ice in the lower area 23 of the water separator 17 However, this is completely blocked. It can over the outflow opening 18 So neither water nor gas from the water separator 17 into the drainage pipe 19 stream. Because this is a start of the fuel cell 3 would prevent because no hydrogen in the anode compartment 12 can flow, can via the third position of the valve slide shown here 30 now the lower end 26 the pipeline 24 be released. This can cause gas from the upper area 22 of the water separator 17 over the pipeline 24 flow out. This will be the start of the fuel cell system 2 possible. After a certain period of use, the ice is in the lower part of the water separator 17 then thawed and it can be returned to regular operation while the valve spool 30 will typically switch between positions one and two.

Die Rohrleitung 24 selbst kann insbesondere aus einem hydrophoben Material hergestellt sein oder mit einem hydrophoben Material versehen sein, beispielsweise zumindest an ihrer inneren Oberfläche eine hydrophobe Beschichtung aufweisen. Hierdurch kann das Ansammeln von Wasser und die damit zu befürchtende Bildung von Eis in der Rohrleitung 24 weitgehend ausgeschlossen werden. In bestimmten Situationen kann es jedoch gegebenenfalls doch zu einem Eindringen von Wasser und einer Eisbildung in der Rohrleitung 24 kommen. Aufgrund der Schwerkraft g wird das Wasser typischerweise zum unteren Ende 26 der Rohrleitung 24 strömen und sich dort entsprechend sammeln. Eventuelles Eis wird sich dort bilden und diesen Bereich der Rohrleitung 24 gegebenenfalls blockieren. Wie es in der Darstellung der 6 zu erkennen ist, kann die Rohrleitung 24 nun an ihrem unteren Ende 26 insbesondere ganz oder teilweise um ein Rohr 31, in welchem der Ventilschieber 30 läuft, gezogen werden. Wie es in der Darstellung der 6 zu erkennen ist, weist die Rohrleitung 24 nun an dem Rohr 31 an seinem unteren Ende 26 eine obere Öffnung 32 und eine darunter liegende untere Öffnung 33 auf. Beide Öffnungen münden in das Rohrelement 30, in welchem sich der Ventilschieber entsprechend bewegt. Der Ventilschieber 30 gibt also in seiner dritten Position beide Öffnungen 32 und 33 zwischen der Rohrleitung 24 und der Ablassleitung 19 frei. Sollte sich wider Erwarten also doch Eis in der Rohrleitung 24 bilden, so wird dieses typischerweise nach ganz unten strömen und damit die Öffnung 33 blockieren. Die obere der unteren Öffnungen 32 wird typischerweise nicht von dem Eis blockiert werden, da die Menge an eindringendem Wasser in der Rohrleitung 24 erwartungsgemäß sehr klein ist. So kann auch im schlimmsten Fall, dass Wasser in die Rohrleitung 24 eingedrungen und in dieser eingefroren ist, über die obere der beiden Öffnungen 32, 33 ein Abströmen von Gas aus dem oberen Bereich 22 des Wasserabscheiders 17 gewährleistet werden.The pipeline 24 itself may in particular be made of a hydrophobic material or provided with a hydrophobic material, for example have a hydrophobic coating on at least its inner surface. As a result, the accumulation of water and the feared formation of ice in the pipeline 24 be largely excluded. In certain situations, however, it may eventually lead to water penetration and ice formation in the pipeline 24 come. Due to gravity g, the water typically becomes the bottom end 26 the pipeline 24 flow and gather there accordingly. Any ice will form there and this area of the pipeline 24 block if necessary. As it is in the presentation of 6 can be seen, the pipeline can 24 now at its lower end 26 especially wholly or partially around a pipe 31 , in which the valve slide 30 is running, being pulled. As it is in the presentation of 6 it can be seen, points the pipeline 24 now on the pipe 31 at its lower end 26 an upper opening 32 and an underlying lower opening 33 on. Both openings open into the pipe element 30 in which the valve spool moves accordingly. The valve spool 30 So there are both openings in its third position 32 and 33 between the pipeline 24 and the drain line 19 free. Should be contrary to expectations then so ice in the pipeline 24 form, this will typically flow to the bottom and thus the opening 33 To block. The upper of the lower openings 32 typically will not be blocked by the ice, as the amount of water entering the pipe 24 expected to be very small. So even in the worst case, that can get water into the pipeline 24 penetrated and frozen in this, over the top of the two openings 32 . 33 an outflow of gas from the upper area 22 of the water separator 17 be guaranteed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2014/0377671 A1 [0002]

Claims

Liquid separator ( 17 ) for a fuel cell system ( 2 ) with a deposition chamber, which has a lower part in the intended use ( 23 ), in which the liquid collects, with an upper part in the intended use ( 22 ), in which no liquid collects during normal operation of the liquid separator, with a discharge opening ( 28 ) at the intended use lower end of the lower area ( 23 ), and with a pipeline ( 24 ), which with their one upper end ( 25 ) in the upper area ( 22 ); characterized in that the outflow opening ( 28 ) via a first valve element ( 18 ) is releasable and closable, with one in the upper area ( 22 ) end ( 25 ) of the pipeline opposite lower end ( 26 ) of the pipeline ( 24 ) via a second valve element ( 27 ) is lockable and releasable.

Liquid separator ( 17 ) according to claim 1, characterized in that, the two valve elements ( 18 . 27 ) to a valve device ( 29 ) are integrated.

Liquid separator ( 17 ) according to claim 2, characterized in that, in the valve device ( 29 ) the discharge opening ( 28 ) via a common valve slide ( 30 ) in a first position and in a second position of the valve spool ( 30 ) is completely open, the pipeline with its lower end ( 26 ) so in the range of the valve spool ( 30 ) ends, that in both the first and in the second position of the valve spool ( 30 ) is closed, and that in a third position of the valve spool ( 30 ) is releasable.

Liquid separator ( 17 ) according to claim 3, characterized in that, the pipeline ( 24 ) in the third position of the valve spool ( 30 ) in addition to the discharge opening ( 28 ) is releasable.

Liquid separator ( 17 ) according to claim 3 or 4, characterized in that the pipeline ( 24 ) with its lower end ( 26 ) at two in the intended use above and below each other openings ( 32 . 33 ) in the region of the valve spool ( 30 ) opens.

Liquid separator ( 17 ) according to claim 3, 4 or 5, characterized in that the valve spool ( 30 ) is movable to a plurality of positions between the first and second positions for controlling the amount of discharged fluid.

Liquid separator ( 17 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pipeline ( 24 ) is formed of a hydrophobic material, or at least at its inner cross-section of a hydrophobic material, in particular in the form of a coating comprises.

Liquid separator ( 17 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the pipeline ( 24 ) has an electrical heating.

Use of the liquid separator ( 17 ) according to one of claims 1 to 8 in a fuel cell system ( 2 ), which is used to provide electrical drive power in a vehicle ( 1 ) serves.