DE102017215260A1 - Flap valve arrangement for a fuel cell system and fuel cell system with flap valve arrangement - Google Patents

Flap valve arrangement for a fuel cell system and fuel cell system with flap valve arrangement Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klappenventilanordnung (50) zum Steuern eines durch eine Leitung (60) eines Brennstoffzellensystems (100) geführten Gasstroms. Darin deckt ein flächig ausgedehntes und beweglich gelagertes Klappenblatt (51) einen Querschnitt der Leitung (60) in einer Schließstellung ab und gibt diesen in einer Offenstellung frei. Das Klappenblatt (51) weist eine in Schließstellung aufwärts weisende Hauptoberfläche (52) mit zumindest einer Vertiefung (54) auf. Ferner Gegenstand der Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem (100) mit solch einer Klappenventilanordnung (50) sowie ein Brennstoffzellensystem (100) mit einem in Einbaulage der Klappenventilanordnung aufwärts weisenden und unmittelbar an das Klappenblatt (51) angrenzenden Oberflächenabschnitt (70), der zumindest eine Vertiefung (71) sowie zumindest einen stetig abfallenden Pfad zwischen dem Klappenblatt (51) und einem tiefsten Punkt (72) der Vertiefung (71) aufweist.

Figure DE102017215260A1_0000
The present invention relates to a flapper valve assembly (50) for controlling a gas flow through a conduit (60) of a fuel cell system (100). Therein covers a flat extended and movably mounted damper blade (51) from a cross section of the line (60) in a closed position and releases it in an open position. The damper blade (51) has a main surface (52) pointing upwards in the closed position and having at least one depression (54). The invention further relates to a fuel cell system (100) with such a flap valve arrangement (50) and a fuel cell system (100) with a surface section (70) which points upwards in the installed position of the flap valve arrangement and directly adjoins the flap blade (51). 71) and at least one continuous sloping path between the damper blade (51) and a lowest point (72) of the recess (71).
Figure DE102017215260A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Klappenventilanordnung für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere eine vereisungssichere Klappenventilanordnung. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einer Klappenventilanordnung.The invention relates to a flap valve arrangement for a fuel cell system, in particular an icing-proof flap valve arrangement. Moreover, the invention relates to a fuel cell system with a flapper valve assembly.

Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser zum Erzeugen elektrischer Energie. Hierfür weisen Brennstoffzellen als Kernkomponente eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA - membrane electrode assembly) mit einer Membran-Elektroden-Einheit auf. Letztere wird durch eine protonenleitende Membran, PEM, gebildet, an der beidseitig katalytische Elektroden angeordnet sind. Dabei trennt die Membran den der Anode zugeordneten Anodenraum und den der Kathode zugeordneten Kathodenraum voneinander und isoliert diese elektrisch. Auf den nicht der Membran zugewandten Seiten der Elektroden können zudem Gasdiffusionslagen angeordnet sein.Fuel cells use the chemical conversion of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells as a core component to a membrane-electrode assembly (MEA - membrane electrode assembly) with a membrane electrode assembly. The latter is formed by a proton-conducting membrane, PEM, on which catalytic electrodes are arranged on both sides. In this case, the membrane separates the anode space associated with the anode and the cathode space associated with each other from the cathode and electrically isolated. In addition, gas diffusion layers can be arranged on the non-membrane-facing sides of the electrodes.

Im Betrieb der Brennstoffzelle wird ein wasserstoffhaltiger Brennstoff der Anode zugeführt, an der eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen erfolgt. Über die elektrolytische Membran erfolgt ein wassergebundener oder wasserfreier Transport der Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird ein sauerstoffhaltiges Betriebsmedium zugeführt, sodass dort eine Reduktion von O2 zu O2 - unter Aufnahme der Elektronen erfolgt. Diese Sauerstoffanionen reagieren im Kathodenraum mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser.During operation of the fuel cell, a hydrogen-containing fuel is supplied to the anode, at which an electrochemical oxidation of H 2 to H + takes place with release of electrons. Via the electrolytic membrane, a water-bound or water-free transport of the protons H + from the anode space into the cathode space takes place. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line. The cathode is supplied with an oxygen-containing operating medium, so that there is a reduction of O 2 to O 2 - taking the electrons. These oxygen anions react in the cathode compartment with the protons transported across the membrane to form water.

Ein Brennstoffzellenstapel ist in der Regel durch eine Vielzahl in einem Stapel (stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den Membran-Elektroden-Anordnungen sind üblicherweise Bipolarplatten angeordnet, die eine Versorgung der einzelnen MEA mit den Reaktanten und einer Kühlflüssigkeit sicherstellen sowie als elektrisch leitfähiger Kontakt zu den Membran-Elektroden-Anordnungen fungieren.As a rule, a fuel cell stack is formed by a multiplicity of MEAs arranged in a stack (stack), the electrical powers of which accumulate. Bipolar plates are usually arranged between the membrane-electrode assemblies, which ensure a supply of the individual MEA with the reactants and a cooling liquid and act as an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies.

Die Versorgung des Brennstoffzellenstapels mit seinen Betriebsmedien, also dem Anodenbetriebsgas (zum Beispiel Wasserstoff), dem Kathodenbetriebsgas (zum Beispiel Luft) und dem Kühlmittel, erfolgt über Hauptversorgungskanäle, die den Stapel in seiner gesamten Stapelrichtung durchsetzen und von denen die Betriebsmedien über die Bipolarplatten den Einzelzellen zugeführt werden. In jeder Membran-Elektroden-Anordnung und jeder Bipolarplatte sind für jedes Betriebsmedium mindestens zwei solcher Hauptversorgungskanäle vorhanden, einer zur Zuführung und einer zur Abführung des jeweiligen Betriebsmediums.The supply of the fuel cell stack with its operating media, ie the anode operating gas (for example hydrogen), the cathode operating gas (for example air) and the coolant, via main supply channels that enforce the stack in its entire stacking direction and of which the operating media on the bipolar plates, the single cells be supplied. In each membrane-electrode assembly and each bipolar plate at least two such main supply channels are available for each operating medium, one for the supply and one for discharging the respective operating medium.

Um den Brennstoffzellenstapel insgesamt mit den Betriebsmitteln zu versorgen, weist das Brennstoffzellensystem eine Anodenversorgung zum Zu- und Abführen des Anodenbetriebsmittels, eine Kathodenversorgung zum Zu- und Abführen des Kathodenbetriebsmittels und einen Kühlmittelkreislauf auf. Die Anodenversorgung umfasst eine Anodenversorgungsleitung zum Zuführen des Anodenbetriebsmittels zum Brennstoffzellenstapel und eine Anodenabgasleitung. Es ist zudem üblich, zumindest eine Rezirkulationsleitung in der Anodenversorgung des Brennstoffzellensystems anzuordnen, um in dem anodenseitigen Abgas des Brennstoffzellenstapels enthaltenen Wasserstoff erneut dem Stapel zuzuführen. Die Kathodenversorgung umfasst eine Kathodenversorgungsleitung zum Zuführen des Kathodenbetriebsmittels zum Brennstoffzellenstapel und eine Kathodenabgasleitung. Die Leitungen der Anodenversorgung, Kathodenversorgung und des Kühlmittelkreislaufs sind mit den entsprechenden Hauptversorgungskanälen des Brennstoffzellenstapels fluidführend verbunden.In order to supply the fuel cell stack as a whole with the operating means, the fuel cell system has an anode supply for supplying and discharging the anode operating means, a cathode supply for supplying and discharging the cathode operating medium, and a coolant circuit. The anode supply includes an anode supply line for supplying the anode resource to the fuel cell stack and an anode exhaust gas line. It is also customary to arrange at least one recirculation line in the anode supply of the fuel cell system, in order to supply the hydrogen contained in the anode-side exhaust gas of the fuel cell stack again to the stack. The cathode supply includes a cathode supply line for supplying the cathode resource to the fuel cell stack and a cathode exhaust gas line. The lines of the anode supply, cathode supply and the coolant circuit are fluidly connected to the corresponding main supply channels of the fuel cell stack.

In den gasführenden Leitungen der Anodenversorgung und/oder der Kathodenversorgung sind Klappenventile angeordnet, um den durch die jeweilige Leitung geführten Gasstrom zu steuern. Diese Klappenventile sind dabei im Wesentlichen wie Drosselklappen ausgebildet und weisen in der Regel eine Ventilklappe (Klappenblatt) auf. Die Ventilklappe kann von einer Schließstellung, in der sie einen Querschnitt der Gasleitung im Wesentlichen vollständig abdeckt, in eine Offenstellung, in der sie den Querschnitt der Gasleitung im Wesentlichen vollständig freigibt, überführt werden.In the gas-carrying lines of the anode supply and / or the cathode supply flap valves are arranged to control the guided gas flow through the respective line. These flap valves are designed substantially like throttle valves and usually have a valve flap (damper blade) on. The valve flap can be transferred from a closed position, in which it covers a cross section of the gas line substantially completely, into an open position, in which it essentially completely releases the cross section of the gas line.

Gängige PEM müssen mit einer Mindestmembranfeuchte betrieben werden um optimale Wirkungsgrade zu erzielen, weswegen das Kathodenbetriebsmedium vor Eintritt in den Stapel in der Regel befeuchtet wird. Aufgrund dessen und der Wasserproduktion im Stapel selbst, fällt am Austritt des Brennstoffzellenstapels flüssiges Wasser an. Dieses flüssige Wasser wird entlang der Wandung der Leitungen geführt und im Betrieb des Brennstoffzellensystems mittels Wasserabscheidern gesammelt. Während einer Abschaltprozedur des Stapels erfolgt üblicherweise ein Trocknen der Wasserabscheider und der Leitungen. Im abgeschalteten Brennstoffzellensystem kann sich jedoch weiteres Kondensat bilden, beispielsweise durch nächtliche Abkühlung der Atmosphäre. Dieses Kondensat kann sich an den Klappenventilen des Systems sammeln und dort, in Abhängigkeit der Außentemperatur, gefrieren. Beim Start des Systems können dann Funktionsstörungen der vereisten Klappe auftreten.Common PEM must be operated with a minimum membrane moisture to achieve optimal efficiencies, which is why the cathode operating medium is moistened before entering the stack usually. Due to this and the water production in the stack itself, liquid water drops at the outlet of the fuel cell stack. This liquid water is guided along the wall of the lines and collected during operation of the fuel cell system by means of water separators. During a shutdown procedure of the stack is usually carried out a drying of the water and the lines. In the switched-off fuel cell system, however, further condensate can form, for example, by nocturnal cooling of the atmosphere. This condensate can collect on the flap valves of the system and freeze there, depending on the outside temperature. When the system starts malfunctions of the icy flap may occur.

Derartige Funktionsstörungen können zu Fehlfunktionen und Schädigungen des Brennstoffzellensystems können. Aus dem Stand der Technik sind daher bereits Lösungen bekannt, um vereiste Klappenventile zu enteisen. Such malfunctions can lead to malfunctions and damage to the fuel cell system. Therefore, solutions are already known from the prior art for defrosting iced flap valves.

Die DE 10 2008 058 716 A1 offenbart eine Ventilanordnung für ein Brennstoffzellensystem mit einer metallischen Ventilklappe, die je nach Position einen Gasstrom durch eine Leitung zulassen oder blockieren kann. Um zwischen der Ventilklappe und der Leitung gebildetes Eis zu schmelzen, ist nahe der Leitung ein Solenoid angeordnet, um die Ventilklappe induktiv zu erwärmen. Diese und andere Klappenheizungen sind nicht in der Lage, ein Einfrieren der Klappen von vorneherein zu verhindern. Zudem erfordert das Aufheizen der Klappenventile zusätzliche Zeit und Energie beim Systemstart.The DE 10 2008 058 716 A1 discloses a valve assembly for a fuel cell system having a metallic valve flap which, depending on position, can allow or block gas flow through a conduit. In order to melt ice formed between the valve flap and the conduit, a solenoid is disposed near the conduit to inductively heat the valve flap. These and other flap heaters are unable to prevent freezing of the flaps from the outset. In addition, the heating of the flap valves requires additional time and energy at system startup.

Die DE 10 2013 011 373 A1 offenbart Spritzschutzelemente, die in den Leitungen eines Brennstoffzellensystem angeordnete bewegliche Teile vor Flüssigkeitsbenetzung schützen sollen. Alternativ wird zum Befeuchten eingesetztes Wasser in einer von den beweglichen Teilen abgewandten Richtung in die Leitungen gespritzt. Diese Lösung schützt jedoch nicht vor durch Kondensat gebildeten Vereisungen.The DE 10 2013 011 373 A1 discloses splash guard elements which are intended to protect moving parts disposed in the lines of a fuel cell system from liquid wetting. Alternatively, water used for moistening is injected into the lines in a direction away from the moving parts. However, this solution does not protect against icing formed by condensate.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu mindern oder zu überwinden und eine frostgeschützte Klappenventilanordnung sowie ein Brennstoffzellensystem mit einer frostgeschützten Klappenventilanordnung bereitzustellen.The invention is based on the object to mitigate or overcome the disadvantages of the prior art and to provide a frost-protected flap valve assembly and a fuel cell system with a frost-protected flap valve assembly.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Klappenventilanordnung zum Steuern eines durch eine Leitung eines Brennstoffzellensystems geführten Gasstroms. Die erfindungsgemäße Klappenventilanordnung weist ein flächig ausgedehntes und beweglich gelagertes Klappenblatt auf, das einen Querschnitt der Leitung in einer Schließstellung abdeckt, bevorzugt vollständig abdeckt und besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig abdeckt, und in einer Offenstellung frei gibt, bevorzugt vollständig frei gibt und besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig frei gibt.This object is achieved by a flap valve arrangement for controlling a gas flow guided through a line of a fuel cell system. The flap valve arrangement according to the invention has a flatly extended and movably mounted damper blade which covers a cross-section of the conduit in a closed position, preferably completely covers and particularly preferably substantially completely covers, and releases in an open position, preferably completely free and particularly preferably substantially completely free.

Bevorzugt ist das Klappenblatt monolithisch ausgeführt und exakt an einen Querschnitt der Leitung angepasst. Alternativ weist das Klappenblatt einen Grundkörper und eine den Grundkörper umlaufende, elastische Dichtung auf, welche einen Bereich zwischen der Leitung und einem Umfang des Grundkörpers in der Schließstellung des Klappenblatts zumindest im Wesentlichen fluiddicht verschließt. Bevorzugt ist der Grundköper des Klappenblatts zumindest teilweise aus einem Metall oder einem duroplastischen Kunststoff gefertigt. Ferner bevorzugt ist das Klappenblatt auf einer Klappenwelle angeordnet, bevorzugt drehfest angeordnet, und mittels dieser zwischen der Schließstellung und der Offenstellung schwenkbar. Die Klappenwelle ist bevorzugt durch eine Wandung der Leitung hindurchgeführt und mit entsprechenden Dichtmitteln versehen.Preferably, the damper blade is designed monolithic and adapted exactly to a cross section of the line. Alternatively, the damper blade has a main body and an elastic seal surrounding the main body, which at least substantially fluid-tightly closes a region between the duct and a circumference of the main body in the closed position of the damper blade. Preferably, the base body of the damper blade is at least partially made of a metal or a thermosetting plastic. Further preferably, the damper blade is arranged on a flap shaft, preferably arranged rotationally fixed, and by means of this pivotable between the closed position and the open position. The flap shaft is preferably passed through a wall of the conduit and provided with corresponding sealing means.

Die Leitung ist entweder Teil der Klappenventilanordnung oder Teil des Brennstoffzellensystems. Ist die Leitung Teil des Brennstoffzellensystems umfasst die Klappenventilanordnung im Wesentlichen das Klappenblatt inklusive Lagerelemente, die Mittel zum Verlagern des Klappenblatts sowie Dichtmittel. Als Teil der Klappenventilanordnung ist die Leitung bevorzugt ein Ventilgehäuse, das zum Einsetzen in eine Leitung eines Brennstoffzellensystems ausgebildet ist und hierfür beispielsweise einen ersten Anschlussstutzen, einen zweiten Anschlussstutzen und ein die Stutzen verbindendes Leitungsstück enthält. Bevorzugt ist das Klappenblatt dann innerhalb des Leitungsstücks angeordnet.The conduit is either part of the flapper valve assembly or part of the fuel cell system. If the conduit is part of the fuel cell system, the flap valve assembly essentially comprises the damper blade including bearing elements, the means for displacing the damper blade and sealing means. As part of the flap valve arrangement, the line is preferably a valve housing which is designed for insertion into a line of a fuel cell system and for this purpose contains, for example, a first connecting piece, a second connecting piece and a line piece connecting the connecting piece. Preferably, the damper blade is then disposed within the conduit section.

Das Klappenblatt weist eine in der Schließstellung, und bevorzugt in der Einbaulage der Klappenventilanordnung im Brennstoffzellensystem, aufwärts weisende erste Hauptoberfläche sowie eine der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche auf. Aufwärts weisend bezeichnet dabei, dass eine Summe oder eine Integration über alle Normalenvektoren der ersten Hauptoberfläche in einem Summennormalenvektor resultiert, der in einem Raumwinkelbereich von 45 Grad, bevorzugt von 30 Grad und besonders bevorzugt von 15 Grad um eine lotrecht aufwärts weisende Richtung zeigt. Lotrecht aufwärts bedeutet dabei der örtlichen Richtung der Schwerebeschleunigung entgegengesetzt.The damper blade has a first main surface pointing upwards in the closed position, and preferably in the installed position of the damper valve arrangement in the fuel cell system, and a second main surface lying opposite the first main surface. In this case, pointing upward indicates that a sum or an integration over all normal vectors of the first main surface results in a summation normal vector which points in a solid angle direction of 45 degrees, preferably 30 degrees and more preferably 15 degrees. Vertical upwards means opposite to the local direction of gravitational acceleration.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die erste Hauptoberfläche zumindest eine Vertiefung auf. Die erfindungsgemäße Klappenventilanordnung bewirkt somit vorteilhaft, dass sich auf dem Klappenblatt oder an den Wänden der Leitung sammelndes Kondensat nicht in einem Kontaktbereich von Klappenblatt und Leitung sammeln kann. Stattdessen rinnt das anfallende Kondensat in die Vertiefung der ersten Hauptoberfläche und gefriert gegebenenfalls dort. Selbst im Fall von Vereisungen bleibt das Klappenblatt somit voll beweglich. Bevorzugt sind die Mittel zum Verlagern des Klappenblatts so ausgelegt, dass sie das Klappenblatt auch mit Eisbeladung zuverlässig bewegen können. In der Vertiefung gefrorenes Kondensat kann im normalen Betrieb des Brennstoffzellensystems abgetaut und über die Leitung abgeführt werden.According to the present invention, the first main surface has at least one recess. The flap valve arrangement according to the invention thus advantageously has the effect that condensate collecting on the damper blade or on the walls of the duct can not collect in a contact region of damper blade and duct. Instead, the resulting condensate runs into the recess of the first main surface and freezes there if necessary. Even in the case of icing the damper blade thus remains fully mobile. Preferably, the means for displacing the damper blade are designed so that they can reliably move the damper blade with ice loading. Frozen condensate in the depression can be defrosted during normal operation of the fuel cell system and removed via the line.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Klappenventilanordnung weist die erste Hauptoberfläche zumindest einen stetig abfallenden Pfad zwischen zumindest einem Punkt ihres Umfangs und einem tiefsten Punkt der Vertiefung auf. Stetig ist dabei nicht im streng mathematischen zu verstehen, sondern bezeichnet lediglich, dass die erste Hauptoberfläche an jedem Punkt jeder Verbindung von einem Punkt ihres Umfangs zu dem tiefsten Punkt der Vertiefung einen negativen Anstieg (Gefälle) aufweist. Somit ist gewährleistet, dass flüssiges Wasser stets in Richtung der Vertiefung rinnt. In a preferred embodiment of the flap valve assembly, the first major surface has at least one continuous sloping path between at least one point of its circumference and a lowest point of the recess. Steady is there not strictly mathematical, but merely means that the first major surface has a negative slope (slope) at each point of each connection from a point of its circumference to the lowest point of the depression. This ensures that liquid water always runs in the direction of the depression.

Besonders bevorzugt weist die erste Hauptoberfläche eine konkave Form auf, insbesondere eine um den tiefsten Punkt rotationssymmetrische konkave Form. Alternativ ist eine asymmetrische konkave Form so an die Ausrichtung eines Summennormalenvektors der ersten Hauptoberfläche angepasst, dass kondensiertes flüssiges Wasser in einer Schließstellung des Klappenblatts zuverlässig in die Vertiefung rinnt und in einer Offenstellung des Klappenblatts zuverlässig aus der Vertiefung ausgebracht wird. Ebenfalls bevorzugt weist die zweite Hauptoberfläche eine konvexe Form auf. Alternativ bevorzugt ist das Klappenblatt als Zylindersegment mit ebener Grundfläche (zweite Hauptoberfläche) und konkaver Deckfläche (erste Hauptoberfläche) ausgeführt.Particularly preferably, the first main surface has a concave shape, in particular a concave shape rotationally symmetrical around the lowest point. Alternatively, an asymmetrical concave shape is adapted to the alignment of a sum normal vector of the first major surface such that condensed liquid water reliably drains into the recess in a closed position of the valve blade and is reliably ejected from the recess in an open position of the valve. Also preferably, the second major surface has a convex shape. Alternatively preferably, the damper blade is designed as a cylinder segment with a flat base surface (second main surface) and concave top surface (first main surface).

Alternativ zur konkaven Form der ersten Hauptoberfläche weist diese zwischen ihrem Umfang und dem tiefsten Punkt der Vertiefung eine Mehrzahl von Segmenten auf. Jedes Segment weist einen negativen Anstieg wie obenstehend beschrieben auf. Stärke und Ausrichtung des negativen Anstiegs kann jedoch zwischen einzelnen Segmenten variieren. Bevorzugt nimmt der negative Anstieg in radialer Richtung einwärts zunächst zu und dann ab, so dass die Vertiefung insgesamt eine Glockenform aufweist.As an alternative to the concave shape of the first main surface, it has a plurality of segments between its circumference and the lowest point of the depression. Each segment has a negative slope as described above. However, the magnitude and orientation of the negative slope may vary between individual segments. Preferably, the negative increase in the radial direction increases inwardly first and then from, so that the recess has a total bell shape.

Ebenfalls bevorzugt weisen Segmente der ersten Hauptoberfläche in Umfangsrichtung, eines beispielsweise kreisförmigen Klappenblatts, einen negativen Anstieg auf. Somit rinnt Kondensat zunächst in Umfangsrichtung entlang des Gefälles und anschließend gesammelt in Richtung des tiefsten Punkts der Vertiefung. Ferner bevorzugt weist die erste Hauptoberfläche eine Mehrzahl von Vertiefungen auf, wobei ein stetig abfallender Pfad zwischen jedem Punkt des Umfangs des Klappenblatts und einem tiefsten Punkt zumindest einer Vertiefung existiert.Also preferably, segments of the first major surface in the circumferential direction, for example, a circular valve leaf, a negative increase. Thus, condensate first runs in the circumferential direction along the slope and then collected in the direction of the lowest point of the depression. Further preferably, the first major surface has a plurality of depressions, with a steadily decreasing path existing between each point of the perimeter of the valve blade and a lowest point of at least one well.

In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klappenventilanordnung weist die erste Hauptoberfläche des Klappenblatts eine hydrophile Beschichtung auf. Somit ist das Ansammeln von Wasser, sei es durch Zufluss oder durch Kondensation, im Bereich der ersten Hauptoberfläche des Klappenblatts begünstigt. Ebenfalls bevorzugt weist eine innere Oberfläche der Leitung zumindest im Bereich des Klappenblatts, insbesondere in einem Bereich über der ersten Hauptoberfläche des Klappenblatts, eine hydrophobe Beschichtung auf. Somit wird das Abgleiten von Flüssigkeit von der inneren Leitungsoberfläche zum Klappenblatt und dessen Vertiefung begünstigt. Die Leitung und/oder das Klappenblatt, insbesondere dessen Grundkörper, bestehen zumindest teilweise aus einem metallischen oder duroplastischen Material. Dem Fachmann sind für diese Materialien geeignete hydrophile oder hydrophobe Beschichtungen bekannt.In a likewise preferred embodiment of the flap valve arrangement according to the invention, the first main surface of the flap blade has a hydrophilic coating. Thus, the accumulation of water, whether by inflow or by condensation, is favored in the region of the first main surface of the damper blade. Also preferably, an inner surface of the conduit, at least in the region of the damper blade, in particular in a region above the first main surface of the damper blade, a hydrophobic coating on. Thus, the sliding of liquid from the inner pipe surface to the damper blade and its recess is favored. The line and / or the damper blade, in particular its base body, at least partially made of a metallic or thermosetting material. The person skilled in the art is aware of suitable hydrophilic or hydrophobic coatings for these materials.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel, einer Vielzahl von Brennstoffzellen, einer Kathodenversorgung, und einer in der Kathodenversorgung oder der Anodenversorgung angeordneten erfindungsgemäßen Klappenventilanordnung wie obenstehend beschrieben. Bevorzugt weist die erste Hauptoberfläche des Klappenblatts in der Einbaulage der Klappenventilanordnung in dem Brennstoffzellensystem aufwärts.The invention likewise provides a fuel cell system with a fuel cell stack, a multiplicity of fuel cells, a cathode supply, and a flap valve arrangement according to the invention arranged in the cathode supply or the anode supply, as described above. Preferably, the first main surface of the damper blade in the installed position of the damper valve assembly in the fuel cell system upwards.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel, einer Vielzahl von Brennstoffzellen, einer Kathodenversorgung und einer Anodenversorgung. Das Brennstoffzellensystem weist ferner eine Klappenventilanordnung zum Steuern eines durch eine Leitung der Kathodenversorgung oder der Anodenversorgung geführten Gasstroms auf. Die Klappenventilanordnung weist ein flächig ausgedehntes und beweglich gelagertes Klappenblatt auf, das einen Querschnitt dieser Leitung in einer Schließstellung abdeckt, bevorzugt vollständig abdeckt, und besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig abdeckt, und das einen Querschnitt dieser Leitung in einer Offenstellung frei gibt, bevorzugt vollständig frei gibt und besonders bevorzugt im Wesentlichen vollständig frei gibt.Likewise provided by the invention is a fuel cell system with a fuel cell stack, a plurality of fuel cells, a cathode supply and an anode supply. The fuel cell system further includes a flapper valve assembly for controlling a gas flow passing through a conduit of the cathode supply or the anode supply. The flap valve assembly has a flat extended and movably mounted damper blade which covers a cross section of this line in a closed position, preferably completely covers, and particularly preferably substantially completely covers, and which releases a cross section of this line in an open position, preferably completely free and most preferably substantially completely free.

Erfindungsgemäß weist ein in Einbaulage der Klappenventilanordnung in dem Brennstoffzellensystem aufwärts weisender und unmittelbar an das Klappenblatt der Klappenventilanordnung angrenzender Oberflächenabschnitt der Leitung zumindest eine Vertiefung auf. Diese Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere für Einbaulagen von Klappenventilen geeignet, in denen weder die erste noch die zweite Hauptoberfläche des Klappenblatts in Schließstellung aufwärts weist, wie beispielsweise bei im Wesentlichen horizontal orientierten Leitungen.According to the invention, a surface section of the line pointing upward in the installation position of the flap valve arrangement in the fuel cell system and directly adjoining the flap leaf of the flap valve arrangement has at least one depression. This embodiment of the invention is particularly suitable for mounting positions of flap valves, in which neither the first nor the second main surface of the valve leaf in the closed position faces upwards, such as in substantially horizontally oriented lines.

Der Oberflächenabschnitt weist zumindest einen stetig abfallenden Pfad zwischen dem Klappenblatt und einem tiefsten Punkt der Vertiefung auf. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem hat somit den Vorteil, das sich auf dem Klappenblatt oder an den Wänden der Leitung sammelndes Kondensat nicht in einem Kontaktbereich von Klappenblatt und Leitung sammeln kann. Stattdessen rinnt das anfallende Kondensat in die Vertiefung des aufwärts weisenden Oberflächenabschnitts und gefriert gegebenenfalls dort. Somit bleibt das Klappenblatt selbst im Fall von Vereisungen voll beweglich. In der Vertiefung befindliches, gefrorenes Kondensat wird im normalen Betrieb des Brennstoffzellensystem abgetaut und kann mittels des Gasstroms aus der Vertiefung ausgetragen werden. Alternativ weist der Oberflächenabschnitt ein Ablaufventil auf oder ist selbst ein beweglich gelagertes isoliertes Bauteil.The surface portion has at least one continuous sloping path between the damper blade and a lowest point of the recess. The fuel cell system according to the invention thus has the advantage that condensate collecting on the damper blade or on the walls of the duct can not collect in a contact region of damper blade and duct. Instead, the resulting condensate runs into the depression of the upwardly facing surface section and freezes there if necessary. Thus, the damper blade itself remains in Case of icing fully mobile. Frozen condensate located in the depression is defrosted during normal operation of the fuel cell system and can be discharged from the depression by means of the gas flow. Alternatively, the surface portion on a drain valve or is itself a movably mounted insulated component.

Aufwärts weisend bezeichnet dabei, dass eine Summe oder eine Integration über alle Normalenvektoren des Oberflächenabschnitts in einem Summennormalenvektor resultiert, der in einem Raumwinkelbereich von 45 Grad, bevorzugt von 30 Grad, besonders bevorzugt von 15 Grad um eine lotrecht aufwärts weisende Richtung zeigt. Lotrecht aufwärts bedeutet dabei der örtlichen Richtung der Schwerebeschleunigung entgegengesetzt. Der stetig abfallende Pfad ist nicht als stetig im mathematischen Sinn zu verstehen. Stetig abfallend bezeichnet lediglich, dass der Oberflächenabschnitt an jedem Punkt jeder Verbindung seines unmittelbar an das Klappenblatt angrenzenden Randbereichs hin zu dem tiefsten Punkt der Vertiefung einen negativen Anstieg aufweist. Somit ist gewährleistet, dass flüssiges Kondensat in Richtung der Vertiefung rinnt.In this case, pointing upward indicates that a sum or an integration over all normal vectors of the surface section results in a summation normal vector which points in a solid angle direction of 45 degrees, preferably 30 degrees, particularly preferably 15 degrees. Vertical upwards means opposite to the local direction of gravitational acceleration. The steadily descending path is not to be understood as continuous in the mathematical sense. Continuously sloping merely means that the surface portion has a negative slope at each point of each connection of its edge region immediately adjacent to the damper blade towards the lowest point of the depression. This ensures that liquid condensate flows in the direction of the recess.

Besonders bevorzugt weist der Oberflächenabschnitt eine konkave Form auf. Alternativ zur konkaven Form des Oberflächenabschnitts kann dieser zwischen seinem unmittelbar an das Klappenblatt angrenzenden Randbereich und dem tiefsten Punkt der Vertiefung eine Mehrzahl von Segmenten aufweisen. Jedes Segment weist einen negativen Anstieg auf. Stärke und Ausrichtung des negativen Anstiegs können zwischen einzelnen Segmenten variieren. Ebenfalls bevorzugt weist die erste Hauptoberfläche eine Mehrzahl von Vertiefungen auf, wobei jeweils ein stetig abfallender Pfad zwischen jedem Punkt eines unmittelbar an das Klappenblatt angrenzenden Randbereichs des Oberflächenabschnitts und dem tiefsten Punkt zumindest einer Vertiefung existiert.Particularly preferably, the surface portion has a concave shape. As an alternative to the concave shape of the surface portion, it may have a plurality of segments between its edge region immediately adjacent to the damper blade and the lowest point of the depression. Each segment has a negative slope. Strength and orientation of the negative slope may vary between individual segments. Also preferably, the first major surface has a plurality of depressions, each having a steadily decreasing path between each point of an edge region of the surface portion immediately adjacent to the valve leaf and the lowest point of at least one depression.

Ebenfalls bevorzugt ist der Oberflächenabschnitt der Leitung, analog zum Klappenblatt selbst, beweglich gelagert und von einer Offenstellung in eine Schließstellung überführbar. In Schließstellung schließt der Oberflächenabschnitt bündig und fluiddicht mit der restlichen inneren Oberfläche der Leitung ab. In der Offenstellung fließt in der Vertiefung gesammeltes Kondensat in ein außerhalb der Leitung angeordnetes Reservoir oder an die Umwelt ab.Also preferably, the surface portion of the line, analogous to the damper blade itself, movably mounted and transferred from an open position to a closed position. In the closed position, the surface section is flush and fluid-tight with the remaining inner surface of the line. In the open position, condensate collected in the depression flows into a reservoir located outside the conduit or to the environment.

Ebenfalls bevorzugt weist das unmittelbar an den Oberflächenabschnitt des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems angrenzende Klappenblatt eine hydrophobe Beschichtung auf. Somit wird das Abgleiten von Flüssigkeitstropfen von dem Klappenblatt in die Vertiefung des Oberflächenabschnitts begünstigt. Ebenfalls bevorzugt weist der Oberflächenabschnitt, zumindest im Bereich der Vertiefung, eine hydrophile Beschichtung auf. Somit ist das Ansammeln von Wasser, sei es durch Zufluss oder durch Kondensation, im Bereich der Vertiefung begünstigt. Die Leitung und/oder das Klappenblatt, insbesondere dessen Grundkörper, sind aus einem metallischen und/oder duroplastischen Materialien gebildet. Dem Fachmann sind für diese Materialien geeignete hydrophile oder hydrophobe Beschichtungen bekannt.Likewise preferably, the damper blade immediately adjacent to the surface section of the fuel cell system according to the invention has a hydrophobic coating. Thus, slippage of liquid droplets from the damper blade into the recess of the surface portion is promoted. Also preferably, the surface portion, at least in the region of the recess, on a hydrophilic coating. Thus, the accumulation of water, whether by inflow or by condensation, favors in the region of the depression. The line and / or the damper blade, in particular its base body, are formed from a metallic and / or thermosetting materials. The person skilled in the art is aware of suitable hydrophilic or hydrophobic coatings for these materials.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist die den Oberflächenabschnitt aufweisende Leitung Teil der Klappenventilanordnung. Besonders bevorzugt ist die den Oberflächenabschnitt aufweisende Leitung Teil eines Ventilgehäuses, das zum Einsetzen in eine Leitung des Brennstoffzellensystems ausgebildet ist. Das Ventilgehäuse weist bevorzugt einen ersten Anschlussstutzen, einen zweiten Anschlussstutzen und ein die Stutzen verbindendes Leitungsstück auf, wobei der Oberflächenabschnitt in dem Leitungsstück angeordnet ist. Ebenfalls bevorzugt ist die den Oberflächenabschnitt aufweisende Leitung Teil des Brennstoffzellensystems aber nicht der Klappenventilanordnung. Die Klappenventilanordnung umfasst dann im Wesentlichen das Klappenblatt, eine durch eine Leitungswandung hindurchgeführte Klappenwelle und entsprechende Dichtungsmittel. Der Oberflächenabschnitt ist dann unmittelbar angrenzend an die Klappenventilanordnung angeordnet. According to one embodiment of the fuel cell system according to the invention, the line having the surface portion is part of the flap valve arrangement. Particularly preferably, the line having the surface portion is part of a valve housing, which is designed for insertion into a line of the fuel cell system. The valve housing preferably has a first connecting piece, a second connecting piece and a piece of pipe connecting the connecting piece, wherein the surface portion is arranged in the line piece. Also preferably, the line having the surface portion is part of the fuel cell system but not the flapper valve assembly. The flapper valve assembly then essentially comprises the damper blade, a flapper shaft passed through a conduit wall, and corresponding sealing means. The surface portion is then disposed immediately adjacent the flapper valve assembly.

Besonders bevorzugt weist die Vertiefung des Klappenblatts der oben beschriebenen Klappenventilanordnung sowie die Vertiefung des Oberflächenabschnitts des oben beschriebenen Brennstoffzellensystem ein Volumen auf, das an eine im abgeschalteten Brennstoffzellenstapel nach einer Abschalt- und/oder Trocknungsprozedur maximal zu erwartende Menge Kondensat angepasst ist. Insbesondere weist die Vertiefung ein Volumen auf, das zum Aufnehmen einer im abgeschalteten Brennstoffzellenstapel nach einer Abschalt- und Trocknungsprozedur maximal zu erwartenden Menge Kondensat angepasst ist. Die Menge im abgeschalteten Brennstoffzellenstapel nach einer Abschalt- und/oder Trocknungsprozedur maximal zu erwartenden Kondensats hängt dabei von einer Vielzahl von Faktoren ab. Diese Faktoren umfassen beispielsweise den Betriebszustand des Brennstoffzellensystem vor dem Abschalten, die Außentemperatur sowie die relative Luftfeuchtigkeit der umgebenden Außenluft. In der Praxis ist die maximal zu erwartende Menge Kondensat für ein gegebenes Brennstoffzellensystem für den Fachmann ohne weiteres, beispielsweise anhand von Versuchen in einem Prüfstand bestimmbar.Particularly preferably, the recess of the damper blade of the above-described flap valve assembly and the recess of the surface portion of the fuel cell system described above, a volume which is adapted to a maximum in the disconnected fuel cell stack after a shutdown and / or drying procedure amount of condensate. In particular, the depression has a volume which is adapted to receive a maximum amount of condensate expected in the switched-off fuel cell stack after a switch-off and drying procedure. The amount in the switched-off fuel cell stack after a shutdown and / or drying procedure maximum expected condensate depends on a variety of factors. These factors include, for example, the operating state of the fuel cell system before shutdown, the outside temperature and the relative humidity of the surrounding outside air. In practice, the maximum amount of condensate expected for a given fuel cell system is easily determinable by a person skilled in the art, for example on the basis of experiments in a test stand.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics. The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless in individual cases executed differently, combined with advantage with each other.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Klappenventilanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 4 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of a fuel cell system according to the prior art;
  • 2 a schematic representation of a flap valve assembly according to an embodiment of the invention;
  • 3 a schematic representation of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention; and
  • 4 a schematic representation of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.

1 zeigt ein insgesamt mit 100 bezeichnetes Brennstoffzellensystem gemäß dem Stand der Technik. Das Brennstoffzellensystem 100 ist Teil eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, das einen Elektrotraktionsmotor aufweist, der durch das Brennstoffzellensystem 100 mit elektrischer Energie versorgt wird. 1 shows a total of 100 designated fuel cell system according to the prior art. The fuel cell system 100 is part of a not further illustrated vehicle, in particular an electric vehicle having an electric traction motor, by the fuel cell system 100 is supplied with electrical energy.

Das Brennstoffzellensystem 100 umfasst als Kernkomponente einen Brennstoffzellenstapel 10, der eine Vielzahl von in Stapelform angeordneten Einzelzellen 11 aufweist, die durch abwechselnd gestapelte Membran-Elektroden-Anordnungen (MEA) 14 und Bipolarplatten 15 ausgebildet werden (siehe Detailausschnitt). Jede Einzelzelle 11 umfasst somit jeweils eine MEA 14 mit einer hier nicht näher dargestellten ionenleitfähigen Polymerelektrolytmembran sowie beidseits daran angeordneten katalytischen Elektroden. Diese Elektroden katalysieren die jeweilige Teilreaktion der Brennstoffumsetzung. Die Anoden- und Kathodenelektrode sind als Beschichtung auf der Membran ausgebildet und weisen ein katalytisches Material auf, beispielsweise Platin, das auf einem elektrisch leitfähigen Trägermaterial großer spezifischer Oberfläche, beispielsweise einem kohlenstoffbasierten Material, geträgert vorliegt.The fuel cell system 100 comprises as a core component a fuel cell stack 10 containing a plurality of stacked single cells 11 having alternately stacked membrane-electrode assemblies (MEAs) 14 and bipolar plates 15 be formed (see detail). Every single cell 11 thus includes one MEA each 14 with an ion-conducting polymer electrolyte membrane (not shown here) and catalytic electrodes arranged on both sides. These electrodes catalyze the respective partial reaction of the fuel conversion. The anode and cathode electrodes are formed as a coating on the membrane and comprise a catalytic material, for example platinum, supported on an electrically conductive substrate of high specific surface area, for example a carbon based material.

Wie in der Detaildarstellung der 1 gezeigt, ist zwischen einer Bipolarplatte 15 und der Anode ein Anodenraum 12 ausgebildet und ist zwischen der Kathode und der nächsten Bipolarplatte 15 der Kathodenraum 13 ausgebildet. Die Bipolarplatten 15 dienen der Zuführung der Betriebsmittel in die Anoden- und Kathodenräume 12, 13 und stellen ferner die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Brennstoffzellen 11 her. Optional können Gasdiffusionslagen zwischen den Membran-Elektroden-Anordnungen 14 und den Bipolarplatten 15 angeordnet sein.As in the detailed representation of the 1 is shown between a bipolar plate 15 and the anode an anode compartment 12 is formed and is between the cathode and the next bipolar plate 15 the cathode compartment 13 educated. The bipolar plates 15 serve to supply the resources in the anode and cathode spaces 12 . 13 and further provide the electrical connection between the individual fuel cells 11 ago. Optionally, gas diffusion layers may be interposed between the membrane-electrode assemblies 14 and the bipolar plates 15 be arranged.

Um den Brennstoffzellenstapel 10 mit den Betriebsmitteln zu versorgen, weist das Brennstoffzellensystem 100 einerseits eine Anodenversorgung 20 und andererseits eine Kathodenversorgung 30 auf.To the fuel cell stack 10 to supply with the resources, the fuel cell system 100 on the one hand, an anode supply 20 and on the other hand, a cathode supply 30 on.

Die Anodenversorgung 20 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems 100 umfasst einen Anodenversorgungspfad 21, welcher der Zuführung eines Anodenbetriebsmittels (dem Brennstoff), beispielsweise Wasserstoff, in die Anodenräume 12 des Brennstoffzellenstapels 10 dient. Zu diesem Zweck verbindet der Anodenversorgungspfad 21 einen Brennstoffspeicher 23 mit einem Anodeneinlass des Brennstoffzellenstapels 10. Das Einstellen des Einspeisedrucks des Anodenbetriebsmediums in die Anodenräume 12 des Brennstoffzellenstapels 10 erfolgt über ein Dosierventil 27.1. Die Anodenversorgung 20 umfasst ferner einen Anodenabgaspfad 22, der das Anodenabgas aus den Anodenräumen 12 über einen Anodenauslass des Brennstoffzellenstapels 10 abführt.The anode supply 20 of in 1 shown fuel cell system 100 includes an anode supply path 21 which feeds an anode resource (the fuel), for example hydrogen, into the anode spaces 12 of the fuel cell stack 10 serves. For this purpose, the anode supply path connects 21 a fuel storage 23 with an anode inlet of the fuel cell stack 10 , Adjusting the feed pressure of the anode operating medium into the anode compartments 12 of the fuel cell stack 10 via a metering valve 27.1 , The anode supply 20 further includes an anode exhaust path 22 containing the anode exhaust gas from the anode chambers 12 via an anode outlet of the fuel cell stack 10 dissipates.

Darüber hinaus weist die Anodenversorgung 20 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems 100 eine Rezirkulationsleitung 24 auf, welche den Anodenabgaspfad 22 mit dem Anodenversorgungspfad 21 verbindet. Die Rezirkulation von Brennstoff ist üblich, um den überstöchiometrisch eingesetzten Brennstoff dem Brennstoffzellenstapel 10 zurückzuführen. In der Rezirkulationsleitung 24 sind eine Rezirkulationsfördereinrichtung 25, vorzugsweise ein Rezirkulationsgebläse, sowie ein Klappenventil 27.2 angeordnet.In addition, the anode supply points 20 of in 1 shown fuel cell system 100 a recirculation line 24 on which the anode exhaust path 22 with the anode supply path 21 combines. The recirculation of fuel is common to the over-stoichiometric fuel used in the fuel cell stack 10 due. In the recirculation line 24 are a recirculation conveyor 25 , preferably a recirculation fan, as well as a flapper valve 27.2 arranged.

In der Anodenversorgung 22 des Brennstoffzellensystems ist ferner ein Wasserabscheider 26 verbaut, um das aus der Brennstoffzellenreaktion entstehende Produktwasser abzuleiten. Ein Ablass des Wasserabscheiders kann mit der Kathodenabgasleitung 32, einem Wassertank oder einer Abgasanlage verbunden sein.In the anode supply 22 The fuel cell system is further a water separator 26 installed to dissipate the product water resulting from the fuel cell reaction. A drain of the water separator can with the cathode exhaust gas line 32 be connected to a water tank or an exhaust system.

Die Kathodenversorgung 30 des in 1 gezeigten Brennstoffzellensystems 100 umfasst einen Kathodenversorgungspfad 31, welcher den Kathodenräumen 13 des Brennstoffzellenstapels 10 ein sauerstoffhaltiges Kathodenbetriebsmittel zuführt, insbesondere Luft, die aus der Umgebung angesaugt wird. Die Kathodenversorgung 30 umfasst ferner einen Kathodenabgaspfad 32, welcher das Kathodenabgas (insbesondere die Abluft) aus den Kathodenräumen 13 des Brennstoffzellenstapels 10 abführt und dieses gegebenenfalls einer nicht dargestellten Abgasanlage zuführt.The cathode supply 30 of in 1 shown fuel cell system 100 includes a cathode supply path 31 which is the cathode spaces 13 of the fuel cell stack 10 supplies an oxygen-containing cathode resource, in particular air which is drawn in from the environment. The cathode supply 30 further includes a cathode exhaust path 32 , which the cathode exhaust gas (in particular the exhaust air) from the cathode compartments 13 of the fuel cell stack 10 dissipates and optionally this feeds an exhaust system, not shown.

Zur Förderung und Verdichtung des Kathodenbetriebsmittels ist in dem Kathodenversorgungspfad 31 ein Verdichter 33 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verdichter 33 als ein hauptsächlich elektromotorisch angetriebener Verdichter 33 ausgestaltet, dessen Antrieb über einen mit einer entsprechenden Leistungselektronik 35 ausgestatteten Elektromotor 34 erfolgt.For conveying and compressing the cathode operating means is in the cathode supply path 31 a compressor 33 arranged. In the illustrated embodiment, the compressor 33 as a mainly electric motor driven compressor 33 designed, the drive via a with a corresponding power electronics 35 equipped electric motor 34 he follows.

Das in 1 gezeigte Brennstoffzellensystem 100 weist ferner ein stromaufwärts des Verdichters 33 in der Kathodenversorgungsleitung 31 angeordnetes Befeuchtermodul 39 auf. Das Befeuchtermodul 39 ist einerseits so in dem Kathodenversorgungspfad 31 angeordnet, dass es von dem Kathodenbetriebsgas durchströmbar ist. Andererseits ist es so in dem Kathodenabgaspfad 32 angeordnet, dass es von dem Kathodenabgas durchströmbar ist. Ein Befeuchter 39 weist typischerweise eine Mehrzahl von wasserdampfpermeablen Membranen auf, die entweder flächig oder in Form von Hohlfasern ausgebildet sind. Dabei wird eine Seite der Membranen von dem vergleichsweise trockenen Kathodenbetriebsgas (Luft) überströmt und die andere Seite von dem vergleichsweise feuchten Kathodenabgas (Abgas). Getrieben durch den höheren Partialdruck an Wasserdampf in dem Kathodenabgas kommt es zu einem Übertritt von Wasserdampf über die Membran in das Kathodenbetriebsgas, das auf diese Weise befeuchtet wird.This in 1 shown fuel cell system 100 further includes an upstream of the compressor 33 in the cathode supply line 31 arranged humidifier module 39 on. The humidifier module 39 on the one hand is in the cathode supply path 31 arranged so that it can be flowed through by the cathode operating gas. On the other hand, it is so in the cathode exhaust path 32 arranged so that it can be flowed through by the cathode exhaust gas. A humidifier 39 typically has a plurality of water vapor permeable membranes formed either flat or in the form of hollow fibers. In this case, one side of the membranes is overflowed by the comparatively dry cathode operating gas (air) and the other side by the comparatively moist cathode exhaust gas (exhaust gas). Driven by the higher partial pressure of water vapor in the cathode exhaust gas, there is a transfer of water vapor across the membrane in the cathode operating gas, which is moistened in this way.

Das Brennstoffzellensystem 100 weist ferner einen die Kathodenversorgungsleitung stromaufwärts und stromabwärts des Befeuchters 39 miteinander verbindenden Befeuchterbypass 37 mit einem darin angeordneten Klappenventil als Bypassstellmittel 38 auf. Ferner sind Klappenventile 27.3 und 27.4 stromaufwärts des Brennstoffzellenstapels 10 in der Anodenversorgungsleitung 31 beziehungsweise stromabwärts des Brennstoffzellenstapels 10 in der Anodenabgasleitung 32 angeordnet.The fuel cell system 100 further includes a cathode supply line upstream and downstream of the humidifier 39 interconnecting humidifier bypass 37 with a flap valve disposed therein as a bypass actuator 38 on. Furthermore, flap valves 27.3 and 27.4 upstream of the fuel cell stack 10 in the anode supply line 31 or downstream of the fuel cell stack 10 in the anode exhaust gas line 32 arranged.

Verschiedene weitere Einzelheiten der Anoden- und Kathodenversorgung 20, 30 sind in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Beispielsweise kann die Anodenabgasleitung 22 in die Kathodenabgasleitung 32 münden, sodass das Anodenabgas und das Kathodenabgas über eine gemeinsame Abgasanlage abgeführt werden. Various other details of the anode and cathode supply 20 . 30 are in 1 not shown for reasons of clarity. For example, the anode exhaust line 22 into the cathode exhaust gas line 32 lead, so that the anode exhaust gas and the cathode exhaust gas are discharged via a common exhaust system.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Klappenventilanordnung 50 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die in 2 gezeigte Klappenventilanordnung 50 ist beispielsweise in dem Klappenventil 27.5 realisiert, das in der Rezirkulationsleitung 24 der Anodenversorgung 20 angeordnet ist. 2 shows a schematic representation of a flap valve assembly 50 according to an embodiment of the invention. In the 2 shown flap valve assembly 50 is for example in the flap valve 27.5 realized that in the recirculation line 24 the anode supply 20 is arranged.

Die Klappenventilanordnung 50 weist ein Klappenblatt 51 auf, das in einer Leitung 60 des Brennstoffzellensystems 100, beispielsweise der Rezirkulationsleitung 24, angeordnet ist. Alternativ kann es sich bei der Leitung auch um ein Leitungsstück eines Ventilgehäuses (nicht dargestellt) handeln, wobei das Ventilgehäuse mittels eines ersten und zweiten Anschlussstücks in eine Leitung des Brennstoffzellensystems 100, beispielsweise die Rezirkulationsleitung 24, integriert ist.The flapper valve assembly 50 has a damper blade 51 on that in a pipe 60 of the fuel cell system 100 , For example, the recirculation line 24 , is arranged. Alternatively, the line can also be a line section of a valve housing (not shown), the valve housing being connected by means of a first and second connection piece into a line of the fuel cell system 100 , For example, the recirculation line 24 , is integrated.

Das Klappenblatt 51 ist beweglich gelagert und kann mittels einer Klappenwelle 57 und eines Stellmotors 58 zwischen einer Offenstellung (nicht dargestellt) und einer Schließstellung verlagert werden. Wie in 2 dargestellt, überdeckt das Klappenblatt 51 in der Schließstellung den Querschnitt der Leitung 60 vollständig. Durch eine Drehung um die Klappenwelle 57 kann das Klappenblatt in die Offenstellung überführt werden, in der es im Wesentlichen parallel zur Bildebene ausgerichtet ist.The damper blade 51 is movably mounted and can by means of a flap shaft 57 and a servomotor 58 be moved between an open position (not shown) and a closed position. As in 2 represented covers the damper blade 51 in the closed position, the cross section of the line 60 Completely. By a rotation around the flap shaft 57 For example, the damper blade can be moved to the open position in which it is aligned substantially parallel to the image plane.

Das Klappenblatt 51 weist eine erste Hauptoberfläche 52 und eine der ersten Hauptoberfläche 52 gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche 53 auf. Die erste Hauptoberfläche 52 weist in der Schließstellung des Klappenblatts 51 und in der Einbaulage der Klappenventilanordnung 50 im Brennstoffzellensystem 100 aufwärts. Die in 2 dargestellte erste Hauptoberfläche 52 weist zudem eine konkave Form und somit eine über die gesamte Breite der Leitung 60 ausgebildete Vertiefung 54 auf.The damper blade 51 has a first main surface 52 and one of the first main surface 52 opposite second major surface 53 on. The first main surface 52 points in the closed position of the valve leaf 51 and in the installation position of the flap valve assembly 50 in the fuel cell system 100 upwards. In the 2 illustrated first main surface 52 also has a concave shape and thus one over the entire width of the line 60 trained deepening 54 on.

Aufgrund der konkaven Form der ersten Hauptoberfläche 52 besteht zwischen jedem Punkt eines Umfangs 55 der ersten Hauptoberfläche 52 und einem tiefsten Punkt 56 der Vertiefung 54 ein stetig abfallender Pfad. Kondensat 80, das sich an der inneren Oberfläche der Leitung 60 oder direkt auf der ersten Oberfläche 52 des Klappenblatts 51 abscheidet, rinnt entlang eines solchen stetig abfallenden Pfads in Richtung des tiefsten Punkts 56 der Vertiefung 54.Due to the concave shape of the first main surface 52 exists between every point of a scope 55 the first main surface 52 and a lowest point 56 the depression 54 a steadily sloping path. condensate 80 , which adhere to the inner surface of the pipe 60 or directly on the first surface 52 of the valve leaf 51 separates, runs along such a steadily sloping path towards the lowest point 56 the depression 54 ,

Oberhalb der ersten Hauptoberfläche 52 des Klappenblatts 51 angeordnete Abschnitte der inneren Oberfläche der Leitung 60 weisen eine hydrophobe Beschichtung auf, um das Abgleiten von Kondensat 80 in Richtung der ersten Hauptoberfläche 52 zu unterstützen. Ferner weist die erste Hauptoberfläche 52 eine hydrophile Beschichtung auf, um das Ansammeln von Kondensat 80 in der Vertiefung 54 zu begünstigen.Above the first main surface 52 of the valve leaf 51 arranged portions of the inner surface of the conduit 60 have a hydrophobic coating to prevent the drainage of condensate 80 towards the first main surface 52 to support. Furthermore, the first main surface has 52 a hydrophilic coating on the accumulation of condensate 80 in the depression 54 to favor.

Somit wird das Kondensat 80 weg von einem Kontaktbereich zwischen Klappenblatt 51 und Leitung 60 geleitet und somit weg vom Umfang 55 der ersten Hauptoberfläche 52. Das Klappenblatt 51 bleibt daher voll beweglich, selbst wenn das Kondensat 80 in der Vertiefung 54 gefriert.Thus, the condensate 80 away from a contact area between damper blade 51 and direction 60 guided and thus away from the scope 55 the first main surface 52 , The damper blade 51 therefore remains fully mobile, even if the condensate 80 in the depression 54 freezes.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Brennstoffzellensystem 100 weist eine Leitung 60 sowie ein in der Leitung 60 angeordnetes Klappenventil mit einem Klappenblatt 51 auf. Das Klappenventil kann beispielsweise als Ventil 27.3 in der Kathodenversorgungsleitung 31 des Stapels 10 realisiert sein. 3 shows a schematic representation of a fuel cell system 100 according to an embodiment of the invention. The fuel cell system 100 has a line 60 as well as one in the line 60 arranged flap valve with a damper blade 51 on. The flap valve can for example as a valve 27.3 in the cathode supply line 31 of the pile 10 be realized.

Das Klappenblatt 51 ist drehfest auf einer schematisch dargestellten Klappenwelle 57 gelagert und mittels dieser und dem Stellmotor 58 zwischen einer Offenstellung (nicht dargestellt) und einer Schließstellung schwenkbar. Wie in 3 dargestellt, überdeckt das Klappenblatt einen Querschnitt der Leitung 60 in der Schließstellung vollständig. Das Klappenblatt 51 und dessen Hauptoberflächen sind in der Schließstellung vertikal orientiert.The damper blade 51 is rotatably on a schematically illustrated flap shaft 57 stored and by means of this and the servomotor 58 between an open position (not shown) and a closed position pivotally. As in 3 illustrated, the damper blade covers a cross section of the line 60 completely in the closed position. The damper blade 51 and its main surfaces are oriented vertically in the closed position.

Der in 3 dargestellte Abschnitt der Leitung 60 kann ein integraler Bestandteil einer Leitung des Brennstoffzellensystems 100 sein, beispielsweise der Anodenversorgungsleitung 31. Eine Klappenventilanordnung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 100 umfasst dann im Wesentlichen das Klappenblatt 51, die Klappenwelle 57, den Stellmotor 58 und entsprechende Dichtmittel (nicht dargestellt).The in 3 illustrated section of the line 60 can be an integral part of a fuel cell system 100 be, for example, the anode supply line 31 , A flap valve arrangement of the fuel cell system according to the invention 100 then essentially comprises the damper blade 51 , the flap shaft 57 , the servomotor 58 and corresponding sealing means (not shown).

Der in 3 dargestellte Abschnitt der Leitung 60 kann jedoch auch ein integraler Bestandteil einer Klappenventilanordnung sein, die in eine Leitung des Brennstoffzellensystems 100, beispielsweise die Anodenversorgungsleitung 31, eingepasst ist. Die eingepasste Klappenventilanordnung kann dann ein Ventilgehäuse mit einem ersten Anschlussstück, einem zweiten Anschlussstück und einem die Anschlussstücke verbindenden Leitungsstück aufweisen. In diesem Fall ist der dargestellte Abschnitt der Leitung 60 Teil dieses Leitungsstücks und die ersten und zweiten Anschlussstücke (nicht dargestellt) sind in der Anodenversorgungsleitung 31 angeordnet.The in 3 illustrated section of the line 60 However, it may also be an integral part of a flapper valve assembly that is in a conduit of the fuel cell system 100 , For example, the anode supply line 31 , is fitted. The fitted flap valve arrangement may then comprise a valve housing having a first connection piece, a second connection piece and a line piece connecting the connection pieces. In this case, the section shown is the line 60 Part of this line piece and the first and second fittings (not shown) are in the anode supply line 31 arranged.

In jedem Fall weist die Leitung 60 einen Oberflächenabschnitt 70 auf, der unmittelbar an das Klappenblatt 51 angrenzt und in der Einbaulage der Klappenventilanordnung in dem Brennstoffzellensystem 100 aufwärts weist. Der Oberflächenabschnitt 70 weist eine Vertiefung 71 auf, die gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform eine konkave Form hat und sich somit über die gesamte Breite des Oberflächenabschnitts 70 erstreckt.In any case, the line points 60 a surface section 70 on, directly to the damper blade 51 adjoins and in the installation position of the flap valve assembly in the fuel cell system 100 points upwards. The surface section 70 has a recess 71 on, according to the in 3 embodiment shown has a concave shape and thus over the entire width of the surface portion 70 extends.

Da die Vertiefung 71 unmittelbar an das Klappenblatt 51 angrenzt, existiert zumindest ein stetig abfallender Pfad zwischen dem Klappenblatt 51 und einem tiefsten Punkt 72 der Vertiefung 71. Entlang dieses zumindest einen stetig abfallenden Pfads rinnt Kondensat 80, das sich an einer dem Oberflächenabschnitt 70 zugewandten Hauptoberfläche des Klappenblatts 51 oder direkt in dem Oberflächenabschnitt 70 abscheidet, in Richtung des tiefsten Punkts 72 der Vertiefung 71.Because the recess 71 directly to the damper blade 51 adjacent, exists at least one steadily sloping path between the damper blade 51 and a lowest point 72 the depression 71 , Along this at least one steadily sloping path runs condensate 80 that attaches to one of the surface section 70 facing major surface of the valve leaf 51 or directly in the surface section 70 separates, towards the lowest point 72 the depression 71 ,

Die dem Oberflächenabschnitt 70 zugewandte Hauptoberfläche des Klappenblatts 51 weist eine hydrophobe Beschichtung auf, um das Abgleiten von Kondensat 80 in Richtung des Oberflächenabschnitts 70 zu unterstützen. Ferner weist der Oberflächenabschnitt 70 eine hydrophile Beschichtung auf, um das Ansammeln von Kondensat 80 in der Vertiefung 71 zu begünstigen.The surface section 70 facing main surface of the valve leaf 51 has a hydrophobic coating to prevent the drainage of condensate 80 in the direction of the surface section 70 to support. Furthermore, the surface section 70 a hydrophilic coating on the accumulation of condensate 80 in the depression 71 to favor.

Somit wird das Kondensat 80 weg von einem Kontaktbereich zwischen Klappenblatt 51 und Leitung 60 geleitet und das Klappenblatt 51 bleibt voll beweglich, selbst wenn das Kondensat 80 in der Vertiefung 71 gefriert. Im Betrieb des Brennstoffzellenstapels 10 wird das Kondensat 80 mittels eines in der Leitung 60 geführten Gasstroms aus der Vertiefung 71 ausgetragen. Thus, the condensate 80 away from a contact area between damper blade 51 and direction 60 passed and the damper blade 51 remains fully mobile, even if the condensate 80 in the depression 71 freezes. During operation of the fuel cell stack 10 becomes the condensate 80 by means of one in the line 60 guided gas flow from the well 71 discharged.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Das Brennstoffzellensystem 100 weist eine Leitung 60 sowie ein in der Leitung 60 angeordnetes Klappenventil mit einem Klappenblatt 51 auf. Das Klappenventil kann beispielsweise als Ventil 27.3 in der Kathodenversorgungsleitung 31 des Stapels 10 realisiert sein. Bereits mit Bezug zu 3 erläuterte Aspekte des Brennstoffzellensystems 100 beziehungsweise der Klappenventilanordnung werden in der Beschreibung von 4 nicht wiederholt. 4 shows a schematic representation of a fuel cell system 100 according to a further embodiment of the invention. The fuel cell system 100 has a line 60 as well as one in the line 60 arranged flap valve with a damper blade 51 on. The flapper valve may, for example, as a valve 27.3 in the cathode supply line 31 of the pile 10 be realized. Already related to 3 explained aspects of the fuel cell system 100 or the flap valve assembly are in the description of 4 not repeated.

Das in 4 gezeigte Brennstoffzellensystem 100 unterscheidet sich von dem in 3 gezeigtem, indem der Oberflächenabschnitt 70 der Leitung 60 ebenfalls als schwenkbare Klappe ausgebildet ist. Insbesondere ist Oberflächenabschnitt 70 drehfest auf der Klappenwelle 77 angeordnet und mittels dem Stellmotor 78 zwischen einer Offenstellung (nicht dargestellt) und einer Schließstellung schwenkbar. Anstelle von zwei Stellmotoren 58, 78 kann auch ein gemeinsamer Stellmotor verwendet werden, der über entsprechende Getriebe mit den Klappen 51, 70 verbunden ist.This in 4 shown fuel cell system 100 is different from the one in 3 shown by the surface section 70 the line 60 is also designed as a hinged flap. In particular, surface section 70 rotatably on the flap shaft 77 arranged and by means of the servomotor 78 between an open position (not shown) and a closed position pivotally. Instead of two servomotors 58 . 78 It is also possible to use a common positioning motor with corresponding valves and the flaps 51 . 70 connected is.

In der Schließstellung schließt der schwenkbare Oberflächenabschnitt 70 bündig und fluiddicht mit der restlichen inneren Oberfläche der Leitung 60 ab. In der Offenstellung wird eine Öffnung zwischen Oberflächenabschnitt 70 und der restlichen inneren Oberfläche der Leitung 60 gebildet. Somit kann in der Offenstellung Kondensat 80, das sich in der Schließstellung in der Vertiefung 71 angesammelt hat, aus der Leitung 60 ausgebracht werden.In the closed position, the pivotable surface section closes 70 flush and fluid tight with the remaining inner surface of the pipe 60 from. In the open position, an opening between the surface portion 70 and the remaining inner surface of the conduit 60 educated. Thus, in the open position condensate 80 that is in the closed position in the recess 71 has accumulated, out of the pipe 60 be applied.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008058716 A1 [0010]DE 102008058716 A1 [0010]
  • DE 102013011373 A1 [0011]DE 102013011373 A1 [0011]

Claims (10)

Klappenventilanordnung (50) zum Steuern eines durch eine Leitung (60) eines Brennstoffzellensystems (100) geführten Gasstroms, aufweisend ein flächig ausgedehntes und beweglich gelagertes Klappenblatt (51), das einen Querschnitt der Leitung (60) in einer Schließstellung abdeckt und in einer Offenstellung frei gibt, wobei das Klappenblatt (51) eine in Schließstellung aufwärts weisende erste Hauptoberfläche (52) mit zumindest einer Vertiefung (54) aufweist.A flap valve assembly (50) for controlling a gas flow passing through a conduit (60) of a fuel cell system (100) a flatly extended and movably mounted damper blade (51) which covers a cross-section of the duct (60) in a closed position and releases it in an open position, wherein the damper blade (51) has a first main surface (52) pointing upwards in the closed position and having at least one depression (54). Klappenventilanordnung (50) nach Anspruch 1, wobei die erste Hauptoberfläche (52) zumindest einen stetig abfallenden Pfad zwischen zumindest einem Punkt ihres Umfangs (55) und einem tiefsten Punkt (56) der Vertiefung (54) aufweist.Flap valve arrangement (50) according to Claim 1 wherein the first major surface (52) has at least one continuous sloping path between at least one point of its periphery (55) and a lowest point (56) of the depression (54). Klappenventilanordnung (50) nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine der ersten Hauptoberfläche (52) gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche (53), wobei die erste Hauptoberfläche (52) eine konkave Form aufweist und/oder die zweite Hauptoberfläche (53) eine konvexe Form aufweist.Flap valve arrangement (50) according to Claim 1 or 2 , further comprising a second major surface (53) opposite the first major surface (52), the first major surface (52) having a concave shape and / or the second major surface (53) having a convex shape. Klappenventilanordnung (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Klappenblatt (51) auf einer Klappenwelle (57) drehfest angeordnet und mittels dieser zwischen der Schließstellung und der Offenstellung schwenkbar ist.Flap valve arrangement (50) according to one of the preceding claims, wherein the damper blade (51) on a flap shaft (57) rotatably disposed and pivotable by means of this between the closed position and the open position. Klappenventilanordnung (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Hauptoberfläche (52) eine hydrophile Beschichtung aufweist und/oder eine innere Oberfläche der Leitung (60) zumindest im Bereich des Klappenblatts (51) eine hydrophobe Beschichtung aufweist.Flap valve arrangement (50) according to one of the preceding claims, wherein the first main surface (52) has a hydrophilic coating and / or an inner surface of the conduit (60) at least in the region of the damper blade (51) has a hydrophobic coating. Brennstoffzellensystem (100), aufweisend einen Brennstoffzellenstapel (10) mit einer Vielzahl von Brennstoffzellen (11), einer Kathodenversorgung (30) und einer Anodenversorgung (20); und eine in der Kathodenversorgung (30) oder der Anodenversorgung (20) angeordnete Klappenventilanordnung (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.A fuel cell system (100) comprising a fuel cell stack (10) having a plurality of fuel cells (11), a cathode supply (30) and an anode supply (20); and a flap valve arrangement (50) arranged in the cathode supply (30) or the anode supply (20) according to one of the Claims 1 to 5 , Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 6, wobei die erste Hauptoberfläche (52) des Klappenblatts (51) in Einbaulage der Klappenventilanordnung (50) aufwärts weist.Fuel cell system (100) after Claim 6 wherein the first main surface (52) of the damper blade (51) faces upward in the installed position of the damper valve assembly (50). Brennstoffzellensystem (100), aufweisend einen Brennstoffzellenstapel (10) mit einer Vielzahl von Brennstoffzellen (11), einer Kathodenversorgung (30) und einer Anodenversorgung (20); eine Klappenventilanordnung zum Steuern eines durch eine Leitung (60) der Kathodenversorgung (30) oder der Anodenversorgung (20) geführten Gasstroms mit einem flächig ausgedehnten und beweglich gelagerten Klappenblatt (51), das einen Querschnitt der Leitung (60) in einer Schließstellung abdeckt und in einer Offenstellung frei gibt, wobei ein in Einbaulage der Klappenventilanordnung aufwärts weisender und unmittelbar an das Klappenblatt (51) angrenzender Oberflächenabschnitt (70) der Leitung (60) zumindest eine Vertiefung (71) und zumindest einen stetig abfallenden Pfad zwischen dem Klappenblatt (51) und einem tiefsten Punkt (72) der Vertiefung (71) aufweist.Fuel cell system (100), comprising a fuel cell stack (10) having a plurality of fuel cells (11), a cathode supply (30) and an anode supply (20); a flap valve arrangement for controlling a gas flow guided through a line (60) of the cathode supply (30) or the anode supply (20) with a flatly extended and movably mounted damper blade (51) which covers a cross section of the duct (60) in a closed position and in an open position, wherein a surface portion (70) of the conduit (60) facing upward in the installed position of the flap valve assembly and immediately adjacent to the damper blade (51) has at least one depression (71) and at least one continuous sloping path between the damper blade (51) and a lowest point (72 ) of the recess (71). Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 8, wobei das Klappenblatt (51) eine hydrophobe Beschichtung aufweist und/oder der Oberflächenabschnitt (70) eine hydrophile Beschichtung aufweist.Fuel cell system (100) after Claim 8 wherein the damper blade (51) has a hydrophobic coating and / or the surface portion (70) has a hydrophilic coating. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Vertiefung (54, 71) ein Volumen aufweist, das an eine im abgeschalteten Brennstoffzellenstapel nach einer Abschalt- und/oder Trocknungsprozedur maximal zu erwartende Menge Kondensat (80) angepasst ist..Fuel cell system (100) according to one of Claims 6 to 9 wherein the depression (54, 71) has a volume which is adapted to a maximum amount of condensate (80) to be expected in the switched-off fuel cell stack after a switch-off and / or drying procedure.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022033813A1 (en) * 2020-08-13 2022-02-17 Robert Bosch Gmbh Fuel cell system and valve for regulating oxygen in a fuel cell system

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4074889A (en) * 1975-02-28 1978-02-21 Honeywell G.M.B.H. Rotary valve
US5934645A (en) * 1995-06-12 1999-08-10 Tyco Flow Control, Inc. Rotary valve with pressure energized seal
US20020146607A1 (en) * 2001-04-09 2002-10-10 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Back pressure control apparatus for fuel cell system
US20070257224A1 (en) * 2006-05-03 2007-11-08 Sotralentz Packaging S. A.S Drain valve for pallet-type container
DE102007039466A1 (en) * 2006-08-24 2008-03-27 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Fuel cell valve with hydrophobically improved surface
DE102007028296A1 (en) * 2007-06-20 2008-04-17 Daimler Ag Polymer electrolyte membrane fuel cell system operating device for vehicle, has blocking unit arranged in discharge line that is guided away from cathode space of fuel cell, and another blocking unit arranged in supply line
DE102008030068A1 (en) * 2007-06-28 2009-01-22 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Control valve with improved inner surface
DE102008058716A1 (en) 2007-11-27 2009-06-18 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Back pressure valve with inductively heated flap
US20090162730A1 (en) * 2007-12-25 2009-06-25 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha Gas-liquid separator for fuel cell system
JP2012104409A (en) * 2010-11-11 2012-05-31 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
DE102014203991A1 (en) * 2013-03-11 2014-09-11 Ford Global Technologies, Llc Fuel cell rinsing line
DE102013011373A1 (en) 2013-07-09 2015-01-15 Daimler Ag Device for introducing liquid water into a gas stream
US20150311547A1 (en) * 2014-04-23 2015-10-29 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell cathode balance of plant freeze strategy
DE102015200187A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Continental Automotive Gmbh Valve device in a motor vehicle and method of manufacture

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4074889A (en) * 1975-02-28 1978-02-21 Honeywell G.M.B.H. Rotary valve
US5934645A (en) * 1995-06-12 1999-08-10 Tyco Flow Control, Inc. Rotary valve with pressure energized seal
US20020146607A1 (en) * 2001-04-09 2002-10-10 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Back pressure control apparatus for fuel cell system
US20070257224A1 (en) * 2006-05-03 2007-11-08 Sotralentz Packaging S. A.S Drain valve for pallet-type container
DE102007039466A1 (en) * 2006-08-24 2008-03-27 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Fuel cell valve with hydrophobically improved surface
DE102007028296A1 (en) * 2007-06-20 2008-04-17 Daimler Ag Polymer electrolyte membrane fuel cell system operating device for vehicle, has blocking unit arranged in discharge line that is guided away from cathode space of fuel cell, and another blocking unit arranged in supply line
DE102008030068A1 (en) * 2007-06-28 2009-01-22 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Control valve with improved inner surface
DE102008058716A1 (en) 2007-11-27 2009-06-18 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Back pressure valve with inductively heated flap
US20090162730A1 (en) * 2007-12-25 2009-06-25 Toyota Boshoku Kabushiki Kaisha Gas-liquid separator for fuel cell system
JP2012104409A (en) * 2010-11-11 2012-05-31 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
DE102014203991A1 (en) * 2013-03-11 2014-09-11 Ford Global Technologies, Llc Fuel cell rinsing line
DE102013011373A1 (en) 2013-07-09 2015-01-15 Daimler Ag Device for introducing liquid water into a gas stream
US20150311547A1 (en) * 2014-04-23 2015-10-29 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell cathode balance of plant freeze strategy
DE102015200187A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Continental Automotive Gmbh Valve device in a motor vehicle and method of manufacture

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022033813A1 (en) * 2020-08-13 2022-02-17 Robert Bosch Gmbh Fuel cell system and valve for regulating oxygen in a fuel cell system

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