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Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 zum Zusammenführen eines Spülgases mindestens eines Anodenraumes mit einem Abgas mindestens eines Kathodenraumes einer Brennstoffzelle, sowie ein Brennstoffzellensystem.
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Stand der Technik
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Zur Reduzierung von Kohlendioxidemission werden Fahrzeuge zunehmend mit elektrisch betriebenen Antriebssystemen ausgestattet. Die dazu benötigte elektrische Energie wird hierfür in der Regel aus einem elektrochemischen Speicher bezogen. Alternativ kann die elektrische Energie von einem Brennstoffzellensystem gemäß dem Stand der Technik generiert werden. Ein Brennstoffzellensystem besteht hauptsächlich aus einer Vielzahl von Brennstoffzellen, einer Wasserstoffversorgung, eine Luftversorgung und eine Steuereinheit. In einer Brennstoffzelle wird Wasserstoff einer Anodenseite bzw. einem Anodenraum und Luft einer Kathodenseite bzw. einem Kathodenraum zugeführt. Beide Teile der Brennstoffzelle werden von einer Membran getrennt, die durchlässig für Protonen ist. Somit kann bei einer Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser elektrische Energie erzeugt werden. Während des Betriebes eines solchen Brennstoffzellensystems entstehen auch unerwünschte Abläufe. Beispielsweise diffundiert Wasser ebenfalls in den Anodenraum und mindert dadurch die Effizienz der Brennstoffzelle. Somit sind zur Sicherstellung der Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle Spülvorgänge des Anodenraumes und des Kathodenraumes notwendig. Hierfür können entsprechende Ventile geöffnet und die jeweiligen Räume der Brennstoffzelle mit Wasserstoff bzw. Sauerstoff gespült werden.
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Aus der
DE 11 2006 003 069 T5 ist ein Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle zur Erzeugung elektrischer Energie bekannt. Nach jedem Arbeitsvorgang der Brennstoffzelle erfolgt eine Spülung mit Wasserstoff und Sauerstoff, um den Feuchtigkeitsgehalt innerhalb der Brennstoffzelle zu reduzieren. Das Spülgas wird vor dem Zuführen in die Abgasleitung aufbereitet und anschließend über ein T-Stück in einen Abgasstrom eingeleitet. Bei jedem Spülvorgang kann dennoch eine kleine Menge an Wasserstoff in den Abgasbereich des Brennstoffzellensystems gelangen. Hierdurch kann lokal die Wasserstoffkonzentration derart ansteigen, dass sich ein detonationsfähiges Gasgemisch bildet.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es eine Mischvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem vorzuschlagen, welche die genannten Nachteile beseitigt und die Bildung eines zündfähigen Wasserstoff-Luft-Gemisches in einer Abgasleitung eines Brennstoffzellensystems verhindert. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer derartigen Mischvorrichtung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Mischvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.
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Eine Mischvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem zum Zusammenführen eines Spülgases eines Anodenraumes mit einem Abgas eines Kathodenraumes mindestens einer Brennstoffzelle weist eine Abgasleitung zum Ableiten eines Abgases aus dem Kathodenraum der mindestens einen Brennstoffzelle und eine durch ein Ventil verschließbare Spülleitung auf, die den Anodenraum der mindestens einen Brennstoffzelle mit der Abgasleitung fluidleitend verbindet. Erfindungsgemäß ist ein Mischelement zum Verteilen des Spülgases innerhalb der Abgasleitung mit der Spülleitung koppelbar.
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Hierdurch wird während eines Spülvorgangs das Spülgas aus dem Anodenraum nicht direkt in die Abgasleitung geführt. Bei dem Spülgas handelt es sich vorzugsweise um Wasserstoff. Durch das erfindungsgemäße Mischelement wird das Spülgas kontrolliert in die Abgasleitung geleitet, so dass sich das Spülgas und das Abgas langsam miteinander vermischen können. Insbesondere entsteht hierdurch eine effektive Verdünnung des im Spülgas enthaltenen Wasserstoffes, so dass die Wasserstoffkonzentration in der Abgasleitung stets unterhalb der Konzentration eines detonationsfähigen Gemisches bleibt. Das bedeutet, dass ein kleiner Volumenstrom, der in der Regel Wasserstoff enthält, über die Spülleitung und das Mischelement in einen größeren Volumenstrom, vorzugsweise in die Abgasleitung der Brennstoffzelle selbst oder in eine Abgasleitung eines ganzen Brennstoffzellensystems eingeleitet wird. Durch diese Maßnahme kann die Explosionsgefahr des Brennstoffzellensystems deutlich reduziert werden. Die Abgasleitung kann hierbei als ein Rohr ausgeführt sein und mit dem Kathodenraum mindestens einer Brennstoffzelle direkt verbunden sein. Sie führt insbesondere das Wasser bzw. den Wasserdampf als Reaktionsprodukt der Brennstoffzelle. Die Abgasleitung führt grundsätzlich Luft und damit Sauerstoff aus der Umgebung und kann zusätzlich hierzu Luft bzw. Sauerstoff aus einer Sauerstoffversorgungseinheit aufweisen. Der Kathodenraum kann ebenfalls einem Spülvorgang unterzogen werden, beispielsweise um ein Einfrieren des Kathodenraumes zu verhindern. Hierbei kann das Abgas des Kathodenraumes auch ein Spülgas des Kathodenraumes sein, welches zum großen Teil aus Spülluft bzw. -sauerstoff besteht. Vorteilhafterweise ist die Abgasleitung mehrteilig und beinhaltet einen Mündungsbereich, der die hineinragende Spülleitung und ein an der Spülleitung angeordnetes Mischelement aufweist. Hierdurch kann beispielsweise das Mischelement oder die Spülleitung leicht zugänglich ausgetauscht werden. Einzelne Teile der Abgasleitung können formschlüssig ineinander gesteckt, verschweißt, geklebt oder über Schraub- bzw. Flanschverbindungen miteinander verbunden werden. Die Komponenten können beispielsweise aus einem Metall, einem Kunststoff, einer technischen Keramik oder dergleichen bestehen. Alternativ kann die Spülleitung integral mit der Abgasleitung ausgeführt sein und durch eine Wand der Abgasleitung hindurch ragen und in der Abgasleitung münden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Spülleitung durch Kleben, Schweißen oder Löten mit der Abgasleitung verbunden ist. Alternativ kann die Spülleitung auch durch eine Öffnung in der Abgasleitung geführt und dort kraftschlüssig oder formschlüssig mit der Abgasleitung verbunden werden. Beispielsweise kann die Spülleitung elastisch ausgeführt sein und ein leichtes Übermaß gegenüber der Öffnung in der Wand der Abgasleitung aufweisen, sodass die Spülleitung kraftschlüssig und gasdichtend in die Öffnung hineingepresst werden kann. Innerhalb des Mündungsbereiches der Abgasleitung, kann die Spülleitung vorzugweise derart angewinkelt sein, dass sie parallel zum Verlauf der Abgasleitung ausgerichtet ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung weist das Mischelement mindestens zwei Öffnungen zum Verteilen des Spülgases auf. Durch diese Maßnahme erfolgt das Zusammenführen bzw. das Verteilen oder Vermischen des Spülgases mit dem Abgas durch die mindestens zwei Öffnungen gedrosselt bzw. verlangsamt und es erfolgt eine Aufteilung der Volumenströme auf die an unterschiedlichen Bereichen des Mischelementes angebrachten Öffnungen. Das Mischelement kann beispielsweise als eine Endkappe mit mindestens zwei Öffnungen ausgeführt sein, die mit der Spülleitung endseitig verbunden werden kann. Durch die Anzahl und Größe der Öffnungen kann der Volumenstrom des Spülgases definiert werden. Bevorzugterweise weist das Mischelement einen Abschnitt oder einen Bereich mit Öffnungen auf, die als Bohrungen, Perforationen, Schlitze und dergleichen ausgeführt sein können sowie einen Abschnitt zum Befestigen des Mischelementes an der Spülleitung. Alternativ oder auch zusätzlich kann das Mischelement einen Abschnitt aufweisen, der porös ausgestaltet ist. Beispielsweise können die Wände des Mischelementes aus einem grobkörnig gesinterten Material oder einem offenporigen Schaum bestehen. Die Öffnungen können auch mikro- bzw. makroporös ausgeführt sein. Zusätzlich kann das Mischelement Halteelemente aufweisen, die ein Verrutschen innerhalb der Abgasleitung verhindern bzw. die ein Verbinden des Mischelementes mit der Abgasleitung ermöglichen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung weist das Mischelement eine längliche Ausdehnung entlang der Abgasleitung auf. Hierdurch wird das Zusammenführen bzw. Vermischen beider Gase räumlich verteilt, sodass lokal keine überhöhte Wasserstoffkonzentration entsteht. Vorteilhafterweise ist das Mischelement rohrförmig und endseitig verschlossen. Als Mischelement kann jedoch auch eine beliebige andere Form aufweisen. Insbesondere können die Perforationen oder Bohrungen radial aus dem Mischelement in die Abgasleitung hineinragen und gerichtet sein, sodass das Spülgas beim Verlassen bzw. beim Durchqueren einer Mischelementwand eine Richtung oder ein Drall erfährt wird. Vorteilhafterweise wird das Spülgas in Form einer Vielzahl an turbulenten Strömungen in die Abgasleitung geleitet. Hierdurch kann die Vermischungseffizienz gesteigert werden.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung sind die mindestens zwei Öffnungen zum Verteilen des Spülgases entlang einer Wand des Mischelementes angeordnet. Hierdurch lässt sich das Mischelement besonders einfach herstellen. Die Anordnung der Öffnungen bzw. Perforation kann hierbei gleichmäßig oder ungleichmäßig entlang einer beispielsweise rohrförmigen Wand des Mischelementes ausgeführt sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ist ein Verteilelement an die Spülleitung derart anschließbar, dass das Verteilelement mit mindestens zwei voneinander beabstandeten Verteilarmen die Spülleitung mit der Abgasleitung verbindet. Alternativ ist das Verteilelement an die Spülleitung innerhalb der Abgasleitung anschließbar. Hierdurch kann der Volumenstrom der Spülleitung in mehrere kleinere Volumenströme geteilt werden. Dies kann insbesondere die Vermischung des Spülgases mit dem Abgas des Kathodenraumes verbessern.
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung sind die mindestens zwei Verteilarme des Verteilelementes innerhalb der Abgasleitung jeweils mit einem Mischelement verbindbar. Durch diese Maßnahme können die bereits aufgeteilten Volumenströme zusätzlich gestreut und effizient verteilt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ist in dem Mündungsbereich der Spülleitung in der Abgasleitung ein Sensor zum Messen einer Wasserstoffkonzentration angeordnet. Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme kann hierdurch die Konzentration des Wasserstoffes innerhalb der Abgasleitung überwacht werden. Ein entsprechender Sensor kann beispielsweise ein Wasserstoffmikrosensor sein, der von einer Messelektronik überwacht und ausgelesen werden kann.
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Hierdurch kann beispielsweise ein Warnsignal für den Betreiber des Brennstoffzellensystems generiert werden.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ist das Ventil abhängig von der gemessenen Wasserstoffkonzentration regelbar. Wenn die Konzentration des Wasserstoffes eine definierte Grenze erreicht oder überschreitet kann automatisch das Ventil basierend auf einer Ausgabe der Messelektronik angesteuert und die Spülleitung verschlossen werden, sodass der Spülvorgang unterbrochen wird. Hierdurch wird jegliches Einströmen des Spülgases in die Abgasleitung verhindert.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ist der Volumenstrom des Spülgases zum Abgas durch das Ventil steuerbar. Hierdurch kann alternativ oder auch zusätzlich zu den bereits genannten Maßnahmen der Volumenstrom des Spülgases durch ein regelbares Ventil gesteuert werden. Insbesondere kann hierdurch der Volumenstrom durch die Spülleitung bei Bedarf zusätzlich reduziert werden.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ist das Mischelement zumindest bereichsweise elastisch ausgeführt. Hierdurch kann sich das Mischelement im Falle eines Einfrierens durch den Druck des Spülgases ausdehnen und so eventuelle Eisbildung lockern bzw. aufbrechen. Somit kann ein Gastransport nach einem vollständigen bzw. gasdichten Gefrieren des Mischelementes wieder ermöglicht werden. Vorteilhafterweise besteht das Mischelement aus einem Kunststoff, Elastomer, Silikon oder einem anderen elastischen Material, dass sich bei einem anliegenden Druck ausdehnen kann.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung ist das Mischelement formschlüssig oder stoffschlüssig mit der Spülleitung verbindbar. Bevorzugterweise kann das Mischelement mit der Spülleitung verklebt, verlötet oder verschweißt sein. Insbesondere bei einer elastischen Ausführung des Mischelementes kann es vorteilhaft sein, diesen in bestimmten zeitlichen Abständen wechseln zu können, sodass eine formschlüssige Verbindung dies ermöglichen kann. Beispielsweise kann hierbei das elastische Mischelement endseitig auf die Spülleitung gestülpt werden. Zum sicheren Fixierung des Mischelementes kann auch eine Schelle angebracht werden, die das Mischelement radial gegen eine Wand der Spülleitung presst. Alternativ kann das Mischelement auch ein integraler endseitiger Bestandteil der Spülleitung sein.
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Ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem weist mindestens eine Brennstoffzelle mit einem Anodenraum, der durch eine Membran von einem Kathodenraum getrennt ist, eine Brennstoffversorgung der mindestens einen Brennstoffzelle, eine Sauerstoffversorgung der mindestens einen Brennstoffzelle und eine Mischvorrichtung auf, die ein Zusammenführen eines Spülgases eines Anodenraum mit einem Abgas eines Kathodenraum kontrolliert bzw. regelt. Hierdurch wird eine ungewollte Explosions- oder Brandgefahr durch Sicherstellen einer schnellen Unterschreitung der unteren Zündgrenze eines Wasserstoff-Luft-Gemisches dadurch erreicht, dass ein wasserstoffhaltiges Gas wie beispielsweise ein Spülgas eines Anodenraumes räumlich verteilt in einen sauerstoffhaltigen Abgasstrom eines Kathodenraumes eingeleitet wird. Dieses Ziel kann sowohl durch ein langsames Einleiten des wasserstoffhaltigen Gases mit einem geringen Volumenstrom in eine Abgasleitung als auch durch ein Einleiten des wasserstoffhaltigen Gases durch flächenmäßig verteilte Öffnungen erreicht werden. Durch die Einleitung des Spülgases durch die flächenmäßig verteilten Öffnungen können lokale Wasserstoffkonzentrationen verhindert werden, da das wasserstoffhaltige Gas nicht aus einer einzigen Öffnung der Spülleitung in die Abgasleitung zugeführt wird.
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Ein derartiges Brennstoffzellensystem kann insbesondere vorteilhaft bei Anwendung sein, bei denen ein besonderes Augenmerk auf Brand- und Explosionsschutz gelegt wird, wie beispielsweise bei einem Einsatz unter Tage.
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Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Bren nstoffzellensystems.
- 2 zeigt einen weiter vereinfachten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems aus 1 mit einer Brennstoffzelle.
- 3 stellt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dar.
- 4 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1. Das Brennstoffzellensystem 1 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl an Brennstoffzellen 2 auf, die in Form eines sogenannten Brennstoffzellenstacks 2 ausgeführt sind. Der Brennstoffzellenstack 2 generiert bei einer chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie und Wasser als Reaktionsprodukt. Der besseren Übersicht halber sind Komponenten für die Erzeugung und die Leitung der elektrischen Energie wie beispielsweise Anoden, Kathoden oder elektrische Leiter nicht dargestellt. Die Brennstoffzellen 2 sind über Brennstoffleitungen 4 mit einer Brennstoffversorgung 6 verbunden.
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Die Brennstoffversorgung 6 führt jeder einzelnen Brennstoffzelle 8 in dem Brennstoffzellenstack 2 gasförmigen Wasserstoff zu. Die Brennstoffversorgung 6 ist hierbei ein kryogener Wasserstofftank mit einer nicht gezeigten Heizvorrichtung, die kryogenen Wasserstoff in einen gasförmigen Aggregatzustand überführt.
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Über entsprechende Sauerstoffleitungen 10 sind die Brennstoffzellen 2 mit einer Sauerstoffversorgung 12 verbunden, die die Brennstoffzellen 2 mit gasförmigem Sauerstoff versorgt. Die Sauerstoffversorgung 12 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein kryogener Sauerstoffbehälter. Der kryogene Sauerstoff wird über eine nicht gezeigte Heizvorrichtung in einen gasförmigen Aggregatzustand überführt und in die Brennstoffzellen 2 geleitet. Alternativ kann die Sauerstoffversorgung 12 auch in Form eines Luftverdichters bzw. Kompressors ausgeführt sein, der Luft filtert und unter Druck den Brennstoffzellen 2 zuführt.
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In den Brennstoffzellen 2 wird das Reaktionsprodukt Wasser je nach Art der Brennstoffzellen 2 in flüssiger oder gasförmiger Form durch eine Abgasleitung 14 aus dem Brennstoffzellensystem 1 geleitet.
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Damit die Brennstoffzellen 2 ihre Leistungsfähigkeit aufrechterhalten können, verbindet eine über ein Ventil 16 regelbare Spülleitung 18 die Brennstoffzellen 2 mit der Abgasleitung 14. Die Abgasleitung 14, das Ventil 16 und die Spülleitung 18 sind Teile einer erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 20, die in den weiteren Figuren detaillierter beschrieben wird.
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In der 2 ist ein weiter vereinfachter Ausschnitt des Brennstoffzellensystems 1 aus 1 gezeigt. Es wird zur Verdeutlichung lediglich eine Brennstoffzelle 8 des Brennstoffzellenstacks 2 aus der 1 mit einer Abgasleitung 14 und einer Spülleitung 18 dargestellt.
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Die einzelne Brennstoffzelle 8 besteht aus einem Anodenraum 22 und einem Kathodenraum 24 die von einer teildurchlässigen Membran 26 voneinander getrennt werden. Die Membran 26 ist für Protonen wie beispielsweise Wasserstoffprotonen durchlässig.
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Der Kathodenraum 24 weist eine nicht gezeigte Kathode auf, die über eine Sauerstoffleitung 10 mit gasförmigem Sauerstoff versorgt wird. Dem Kathodenraum 24 kann alternativ auch Umgebungsluft zugeführt werden. Der Anodenraum 22 weist eine nicht gezeigte Anode auf, die über eine Brennstoffleitung 4 bzw. Wasserstoffleitung 4 mit gasförmigem Wasserstoff versorgt wird.
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Während des Betriebes der Brennstoffzelle 8 entstehen in dem Kathodenraum 24 Wasser, das zusammen mit restlichem Sauerstoff in die Abgasleitung 14 geleitet wird. Der restliche Sauerstoff kann hierbei von der Reaktion zur Energieerzeugung übrig geblieben sein. Die Abgasleitung 14 ist hierbei rohrförmig und direkt mit jedem Kathodenraum 24 fluidleitend verbunden. Die Abgasleitung 14 ist in Richtung einer Umgebung offen.
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Neben der erwünschten Reaktion treten auch unerwünschte Abläufe auf, welche entsprechende Abhilfemaßnahmen erfordern. So diffundiert beispielsweise Wasser in den Anodenraum 22 und muss dort regelmäßig abgeleitet werden. Ebenso kann Stickstoff aus der Luft über die Membran 26 vom Kathodenraum 24 zum Anodenraum 22 gelangen und muss von dort abgelassen werden. Zur Ableitung unerwünschter Stoffe bzw. Gase verbindet die Spülleitung 18 den Anodenraum 22 mit der Abgasleitung 14 des Kathodenraumes 24. Das Ventil 16 ist mit der Spülleitung 18 verbunden und kann manuell oder elektrisch betrieben werden, wodurch die Spülleitung 18 verschlossen oder geöffnet werden kann. Bei einem Spülvorgang wird das Ventil 16 geöffnet und der Anodenraum 22 mit Wasserstoff über die Leitung 4 beaufschlagt, sodass Wasserstoff samt unerwünschten Stoffen bzw. Gasen durch die Spülleitung 18 in die Abgasleitung geleitet werden.
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Die Spülleitung 18 mündet hierbei in der Abgasleitung 14 und geht dort in ein Mischelement 28 über, durch das sich das Spülgas langsam und kontrolliert mit dem Abgas in der Abgasleitung 14 vermischen kann.
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Die 3 offenbar eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 20 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Mischvorrichtung 20 weist eine Abgasleitung 14 auf, die auch ein Abschnitt der Abgasleitung 14 sein kann. Der Abschnitt kann somit auch in die Abgasleitung 14 einsetzbar sein.
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In die Abgasleitung 14 ragt durch eine Wand 15 der Abgasleitung 14 die Spülleitung 18 hinein. Die Spülleitung 18 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel rohrförmig ausgeführt und ist stoffschlüssig mit der Wand 15 der Abgasleitung 14 verbunden.
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Die Spülleitung 18 ist innerhalb der Abgasleitung 14 um einen Winkel von 90° gebogen und zeigt weg von der Brennstoffzelle 8 in Richtung einer Abgasleitungsmündung 30, die mit der Umgebungsluft verbunden ist. Endseitig ist die Spülleitung 18 offen. Das Mischelement 28 ist kraftschlüssig mit der Spülleitung 18 verbunden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Mischelement 28 als eine elastische Endkappe ausgeführt, die endseitig auf die Spülleitung 18 gezogen werden kann. Hierzu weist das Mischelement 28 eine zylindrische Form auf, die einseitig offen ist. Das gegenüberliegende Ende des Mischelementes 28 ist mit einer Vielzahl an Öffnungen 32 versehen. Bei einem Spülvorgang gelangt demnach Spülgas durch die Spülleitung 18 in das Mischelement 28 und kann dort durch die Öffnungen 32 in die Abgasleitung 14 strömen. Die Öffnungen 32 verteilen einerseits beim Durchströmen das Spülgas in der Abgasleitung 14 und andererseits reduzieren sie einen Austrittsquerschnitt des Spülgases, sodass eine Vermischung bzw. Verteilung des Spülgases mit dem bzw. in dem Abgasstrom nicht schlagartig geschieht, sondern verzögert wird.
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Das hierbei elastisch ausgeführte Mischelement 28 kann sich im Falle von gefrorenen Öffnungen 32 durch einen Druck des Spülgases in Richtung der Abgasleitungsmündung 30 konvex wölben und somit eine Eisbildung mechanisch auflösen. Durch die gelockerte Eisschicht kann das Spülgas erneut in die Abgasleitung 14 gelangen.
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Die 4 offenbart eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 20 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung 20 erstreckt sich die Spülleitung 18 in die Abgasleitung 14 hinein und weist eine Krümmung auf. Im Anschluss an die Krümmung in Richtung der Abgasleitungsmündung 30 ist endseitig ein Mischelement 28 an der Spülleitung 18 angeordnet.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Mischelement 28 zylinderförmig und aus einem Edelstahl gefertigt. Das Mischelement 28 erstreckt sich in Richtung der Abgasleitungsmündung 30 und ist endseitig integral mit der ebenfalls aus Edelstahl gefertigten Spülleitung ausgestaltet. Eine Mantelfläche des Mischelementes 28 ist aus einem offenporigen Edelstahlschaum 32 hergestellt, sodass das Spülgas durch eine Vielzahl an Poren 32 die als Öffnungen 32 dienen in die Abgasleitung 14 hineingeleitet werden kann. Gemäß dem Ausführungsbeispiel weist die Mischvorrichtung 20 einen Wasserstoffsensor 34 auf, der eine Wasserstoffkonzentration im Bereich des Mischelementes 28 messen kann. Eine Messelektronik 36 kann den Wasserstoffsensor auslesen und auswerten kann. Abhängig von definierten Grenzwerten kann die Messelektronik 36 das elektrische Ventil 16 automatisch schließen oder öffnen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112006003069 T5 [0003]
