DE102017221831A1 - Measures for water passage with a fuel cell powered motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Kraftfahrzeug mit mindestens einen Energiewandler 300. Das Kraftfahrzeug umfasst i) mindestens einen Abgaspfad 416; und ii) mindestens eine Einrichtung 600 zum Verschließen des Abgaspfads 416. Die Einrichtung 600 umfasst einen Schwimmer 610, wobei der Schwimmer 610 eingerichtet ist, das Verschließen vom Abgaspfad 416 zu bewirken, falls ein Grenzflüssigkeitspegel erreicht ist. The technology disclosed herein relates to a motor vehicle having at least one energy converter 300. The motor vehicle comprises i) at least one exhaust path 416; and ii) at least one means 600 for closing off the exhaust path 416. The means 600 comprises a float 610, wherein the float 610 is arranged to cause the closure of the exhaust path 416 if a limit liquid level is reached.
Description
Die offenbarte Technologie betrifft ein brennstoffzellenbetriebenes Kraftfahrzeug. Solche Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt. Abhängig von der Fahrzeugarchitektur kann bei einer Wasserdurchfahrt eines brennstoffzellenbetriebenen Kraftfahrzeugs der Fall eintreten, dass Wasser aus der Fahrzeugumgebung entgegen der Strömungsrichtung des Abgases in den Abgaspfad eindringt. Dies kann insbesondere relevant sein, falls Komponenten eines Brennstoffzellensystems unterhalb der maximal zulässigen Wasserstandeslinie bzw. maximal zulässigen Wattiefe (wird auch als Wartlinie bezeichnet) verbaut sind. Diese Komponenten sind vor durch den Abgaspfad eindringendes Wasser aus der Fahrzeugumgebung zu schützen.The disclosed technology relates to a fuel cell powered automobile. Such motor vehicles are known from the prior art. Depending on the vehicle architecture, in the case of a water passage of a fuel cell-powered motor vehicle, the case may occur that water from the vehicle surroundings invades the exhaust gas path in the opposite direction to the flow direction of the exhaust gas. This may be particularly relevant if components of a fuel cell system are installed below the maximum permissible water level line or maximum permissible wading depth (also referred to as wait line). These components must be protected from the environment surrounding the vehicle by the exhaust gas path.
Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, mit den Abgaspfad direkt oder indirekt fluidverbundene Komponenten vor aus der Fahrzeugumgebung während einer Watfahrt eindringendes Wasser zu schützen oder zumindest dessen Auswirkungen zu verringern. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.It is a preferred object of the technology disclosed herein to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to suggest an alternative solution. In particular, it is a preferred object of the technology disclosed herein to protect components directly or indirectly fluidly connected to the exhaust path from water intruding from the vehicle environment during a wade, or at least to reduce its effects. Other preferred objects may result from the beneficial effects of the technology disclosed herein. The object (s) is / are solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims are preferred embodiments.
Die hier offenbarte Technologie betrifft ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Energiewandler. Der mindestens eine Energiewandler ist eingerichtet, die chemische Energie des Brennstoffs in andere Energieformen umzuwandeln, beispielsweise in elektrische Energie und/oder in Bewegungsenergie. Der Energiewandler kann beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder ein Brennstoffzellensystem/ Brennstoffzellenstapel mit mindestens eine Brennstoffzelle sein. Der Energiewandler ist fluidverbunden mit mindestens einen Abgaspfad. Durch den Abgaspfad wird das Abgas aus dem Energiewandler in die Fahrzeugumgebung abgeführt.The technology disclosed herein relates to a motor vehicle having at least one energy converter. The at least one energy converter is set up to convert the chemical energy of the fuel into other forms of energy, for example electrical energy and / or kinetic energy. The energy converter can be, for example, an internal combustion engine or a fuel cell system / fuel cell stack with at least one fuel cell. The energy converter is fluidly connected to at least one exhaust path. Through the exhaust path, the exhaust gas is discharged from the energy converter into the vehicle environment.
Die hier offenbarte Technologie betrifft bevorzugt ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle als Energiewandler. Das Brennstoffzellensystem ist beispielsweise für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge (z.B. Personenkraftwagen, Krafträder, Nutzfahrzeuge) gedacht, insbesondere zur Bereitstellung der Energie für mindestens eine Antriebsmaschine zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. In ihrer einfachsten Form ist eine Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff (z.B. Wasserstoff) und Oxidationsmittel (z.B. Luft, Sauerstoff und Peroxide) in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Ein Brennstoffzellensystem umfasst neben der mindestens einen Brennstoffzelle periphere Systemkomponenten (BOP-Komponenten), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.The technology disclosed herein preferably relates to a fuel cell system having at least one fuel cell as energy converter. The fuel cell system is intended, for example, for mobile applications such as motor vehicles (for example passenger cars, motorcycles, commercial vehicles), in particular for providing the energy for at least one drive machine for locomotion of the motor vehicle. In its simplest form, a fuel cell is an electrochemical energy converter that converts fuel (e.g., hydrogen) and oxidants (e.g., air, oxygen, and peroxides) into reaction products, thereby producing electricity and heat. A fuel cell system comprises, in addition to the at least one fuel cell, peripheral system components (BOP components) which can be used during operation of the at least one fuel cell. As a rule, several fuel cells are combined to form a fuel cell stack or stack.
Das Brennstoffzellensystem umfasst i.d.R. ein Anodensubsystem, das von den brennstoffführenden Bauelementen des Brennstoffzellensystems ausgebildet wird. Hauptaufgabe des Anodensubsystems ist die Heranführung und Verteilung von Brennstoff an die elektrochemisch aktiven Flächen des Anodenraums und die Abfuhr von Anodenabgas.The fuel cell system includes i.d.R. an anode subsystem, which is formed by the fuel-carrying components of the fuel cell system. The main task of the Anodensubsystems is the introduction and distribution of fuel to the electrochemically active surfaces of the anode compartment and the removal of anode exhaust gas.
Das Brennstoffzellensystem umfasst ein Kathodensubsystem. Das Kathodensubsystem wird aus den oxidationsmittelführenden Bauelementen gebildet. Ein Kathodensubsystem kann mindestens eine Strömungsmaschine zum Fördern des Oxidationsmittels (i.d.R. Luft), mindestens einen zum Kathodeneinlass führenden Kathodenzuströmungspfad, mindestens eine vom Kathodenauslass wegführende Kathodenabgaspfad, einen Kathodenraum im Brennstoffzellenstapel, sowie weitere Elemente aufweisen. Hauptaufgabe des Kathodensubsystems ist die Heranführung und Verteilung von Oxidationsmittel an die elektrochemisch aktiven Flächen des Kathodenraums und die Abfuhr von unverbrauchtem Oxidationsmittel.The fuel cell system includes a cathode subsystem. The cathode subsystem is formed from the oxidant-carrying components. A cathode subsystem may comprise at least one turbomachine for conveying the oxidant (i.d.R., air), at least one cathode inlet path leading to the cathode inlet, at least one cathode exhaust path leading away from the cathode outlet, a cathode compartment in the fuel cell stack, and further elements. The main task of the cathode subsystem is the introduction and distribution of oxidant to the electrochemically active surfaces of the cathode compartment and the removal of unconsumed oxidant.
Die Strömungsmaschine ist insbesondere eingerichtet, Luft zu einem Energiewandler zu fördern, insbesondere zu mindestens einer Brennstoffzelle. Die Strömungsmaschine kann insbesondere ein luftgelagerter Turbokompressor, Turboverdichter bzw. Kreiselverdichter sein. Bevorzugt weist der Verdichter einen Arbeits-Drehzahlbereich von ca. 15.000 U/min bis ca. 170.000 U/min, und besonders bevorzugt von ca. 20.000 U/min bis ca. 130.000 U/min auf. Die Strömungsmaschine ist insbesondere eingerichtet, über einen Energiewandler-Zuströmungspfad Luft mindestens einem Energiewandler eines Kraftfahrzeugs zuzuführen. Bevorzugt umfasst die Strömungsmaschine eine Verdichtereinheit mit mindestens einem Verdichterrad und/oder eine Turbineneinheit mit mindestens einem Turbinenrad.The turbomachine is in particular designed to convey air to an energy converter, in particular to at least one fuel cell. The turbomachine may in particular be an air-bearing turbocompressor, turbocompressor or centrifugal compressor. Preferably, the compressor has a working speed range from about 15,000 rpm to about 170,000 rpm, and more preferably from about 20,000 rpm to about 130,000 rpm. The turbomachine is in particular configured to supply air to at least one energy converter of a motor vehicle via an energy converter inflow path. The turbomachine preferably comprises a compressor unit with at least one compressor wheel and / or a turbine unit with at least one turbine wheel.
Die hier offenbarte Technologie umfasst mindestens eine Einrichtung zum Verschluss des Abgaspfads. Die Einrichtung ist eingerichtet, den Abgaspfad des Kraftfahrzeugs derart zu verschließen, dass aus der Fahrzeugumgebung in den Abgaspfad eindringendes Wasser nicht weiter stromaufwärts (bezogen auf die Abgasströmungsrichtung) in den Abgaspfad eindringen kann. Die Einrichtung ist zweckmäßig stromab (bezogen auf die Abgasströmungsrichtung) der zu schützenden Komponenten angeordnet. Die Einrichtung kann insbesondere im Abgaspfad angeordnet sein, insbesondere auch beabstandet vom Auslass des Abgaspfads.The technology disclosed herein includes at least one device for closing the exhaust path. The device is set up to close the exhaust path of the motor vehicle in such a way that water entering the exhaust path from the vehicle surroundings can not penetrate further into the exhaust path upstream of the exhaust gas flow direction. The device is expediently arranged downstream (relative to the exhaust gas flow direction) of the components to be protected. The device can be arranged in particular in the exhaust path, in particular also spaced from the outlet of the exhaust path.
Die Einrichtung kann insbesondere mindestens einen Schwimmer umfassen. Der Schwimmer kann den Verschluss vom Abgaspfad zum Schutz vor von aus der Fahrzeugumgebung her in den Abgaspfad eindringende Flüssigkeit bewirken, falls ein Grenzflüssigkeitspegel, insbesondere im Abgaspfad, erreicht ist. Schwimmer und deren Funktionsprinzip als solche sind bekannt.The device may in particular comprise at least one float. The float can cause the closure of the exhaust path to protect against penetrating from the vehicle environment in the exhaust path liquid, if a Grenzflüssigkeitspegel, in particular in the exhaust path, is reached. Floats and their operating principle as such are known.
Der Flüssigkeitspegel bzw. der Wasserstand bzw. das Flüssigkeitsniveau bzw. das Flüssigkeitslevel (die Begriffe werden im Rahmen der hier offenbarten Technologie als Synonyme aufgefasst) gibt die Höhe der Flüssigkeitsoberfläche (z.B. des zu durchfahrenden Wassers) bezogen auf die Fahrbahn an, wobei die Fahrbahn auch den Boden eines Abstellortes mit umfasst. Der Grenzflüssigkeitspegel ist dabei ein Grenzwert für den Flüssigkeitsspiegel. Der Grenzflüssigkeitspegel ist insbesondere so gewählt, dass vor Erreichen des Grenzflüssigkeitspegels eine Beschädigung von zu schützenden Komponenten durch eindringendes Wasser sicher ausgeschlossen werden kann.The liquid level or the water level or the liquid level or the liquid level (the terms are understood in the context of the technology disclosed here as synonyms) indicates the height of the liquid surface (eg the water to be traversed) relative to the road, the roadway also includes the floor of a Abstellortes with. The limit liquid level is a limit value for the liquid level. The limit liquid level is chosen in particular so that damage to components to be protected can be reliably ruled out by penetrating water before reaching the limit liquid level.
Bevorzugt kann der Schwimmer über eine mechanische Kopplung mit einem Verschluss der Einrichtung gekoppelt sein. Der Verschluss kann eingerichtet sein, den Abgaspfad zu verschließen, falls ein Grenzflüssigkeitspegel erreicht ist. Mit anderen Worten ist der Schwimmer also eingerichtet, den Verschluss der Einrichtung mechanisch zu betätigen, ohne dass es hierzu einer elektrischen Betätigung bedarf. Beispielsweise kann die mechanische Kopplung ein Steuergestänge bzw. eine Kinematik sein. Vorteilhaft an einer solchen passiven Lösung ist, dass sie besonders ausfallsicher ist. Die kinematische Ausgestaltung der mechanischen Kopplung, mittels derer der Verschluss aufgrund der durch die Änderung vom Flüssigkeitspegel verursachten Positionsänderung vom Schwimmer verschlossen wird, ist dem Fachmann bekannt.Preferably, the float may be coupled via a mechanical coupling with a closure of the device. The shutter may be configured to close off the exhaust path if a limit fluid level is reached. In other words, the float is thus set up to actuate the closure of the device mechanically, without requiring electrical actuation for this purpose. For example, the mechanical coupling may be a control linkage or a kinematics. An advantage of such a passive solution is that it is particularly fail-safe. The kinematic design of the mechanical coupling, by means of which the closure is closed by the float due to the change in position caused by the change of the liquid level, is known to the person skilled in the art.
Besonders bevorzugt ist der Einlass von einem Zuströmpfad für Oxidationsmittel/Luft zum mindestens einen Energiewandler in der Einbaulage im Kraftfahrzeug weiter von der Fahrbahn beabstandet als der Auslass vom Abgaspfad. Vorteilhaft ist somit sichergestellt, dass während einer Watfahrt keine Flüssigkeit angesaugt wird.Particularly preferably, the inlet from an inflow path for oxidant / air to the at least one energy converter in the installed position in the motor vehicle is further from the roadway than the outlet from the exhaust path. It is thus advantageously ensured that no liquid is sucked in during a wading movement.
Alternativ oder zusätzlich betrifft die hier offenbarte Technologie ein Kraftfahrzeug mit dem hier offenbarten Energiewandler und mit mindestens einem Abgaspfad, wobei mindestens ein Teilbereich des mindestens einen Abgaspfads in der Einbaulage weiter von der Fahrbahn beabstandet ist als eine Fahrzeugkomponente, die mit dem Abgaspfad fluidverbunden ist, und die vor in den Abgaspfad eindringendes Wasser zu schützen ist. Im Falle eines Brennstoffzellensystems sind die zu schützenden Komponenten i.d.R. Komponenten des Kathodensubsystems, insbesondere die Turbine der Strömungsmaschine, der Brennstoffzellenstapel, der Befeuchter und/oder der Wärmetauscher. Insbesondere ist der mindestens eine Teilbereich der Art im Kraftfahrzeug ausgebildet und angeordnet, dass der mindestens eine Teilbereich in der Einbaulage oberhalb der Watlinie angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist dieser mindestens eine Teilbereich ähnlich ausgebildet wie ein umgekehrtes Syphon. Fährt das Kraftfahrzeug nun durch ein Gewässer, welches die zulässige Wattiefe nicht überschreitet, so kann aufgrund des mindestens einen Teilbereichs oberhalb der Watlinie kein durch den Auslass des Abgaspfads rückwärts in das Kathodensubsystem einströmendes Wasser diesem Teilbereich überqueren und die stromaufwärts vom Teilbereich angeordneten Komponenten sind somit vor eindringendes Schmutzwasser geschützt.Alternatively or additionally, the technology disclosed herein relates to a motor vehicle having the energy converter disclosed herein and having at least one exhaust path, wherein at least a portion of the at least one exhaust path in the installed position is spaced further from the roadway than a vehicle component fluidly coupled to the exhaust path, and which is to be protected from penetrating into the exhaust path water. In the case of a fuel cell system, the components to be protected are i.d.R. Components of the cathode subsystem, in particular the turbine of the turbomachine, the fuel cell stack, the humidifier and / or the heat exchanger. In particular, the at least one subregion of the type is formed and arranged in the motor vehicle such that the at least one subregion is arranged in the installed position above the wading line. In a preferred embodiment, this at least one sub-area is designed similar to an inverted siphon. If the motor vehicle now travels through a body of water which does not exceed the permissible wading depth, then due to the at least one subarea above the wading line no water flowing backwards into the cathode subsystem through the outlet of the exhaust path can cross this subarea and the components disposed upstream of the subarea are present Protected penetrating dirty water.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Drainageleitung als Bypassleitung zum Teilbereich ausgebildet, insbesondere derart, dass durch die Drainageleitung kondensiertes Produktwasser aus den Abgaspfad austragbar ist. Die Drainageleitung zweigt hierzu zweckmäßig stromauf vom mindestens einen Teilbereich vom Abgaspfad ab und mündet stromab vom mindestens einen Teilbereich. Die Drainageleitung ist insbesondere eingerichtet, stromauf vom mindestens einen Teilbereich angesammeltes Produktwasser in einen Bereich stromab vom mindestens einen Teilbereich abzuführen.In a preferred embodiment, a drainage line is designed as a bypass line to the partial area, in particular such that product water condensed through the drainage line can be discharged from the exhaust gas path. For this purpose, the drainage line expediently branches off the exhaust gas path upstream of the at least one subarea and opens downstream of the at least one subarea. The drainage line is in particular configured to discharge product water accumulated upstream of the at least one partial area into a region downstream of the at least one partial area.
Besonders bevorzugt ist die Drainageleitung fluidverbunden mit einem im Abgaspfad ausgebildeten Produktwasser Sammelbereich fluidverbunden. Vorteilhaft kann ferner die Drainageleitung in eine Strahlpumpe münden, die eingerichtet ist, Flüssigkeit aus der Drainageleitung anzusaugen. Strahlpumpen bzw. Saugstrahlpumpe als solche sind bekannt. Sie sind als Venturidüse-Düse ausgebildet. Eine Strahlpumpe umfasst generell ein Rohrstück mit einer Querschnittsverengung, bspw. durch zwei gegeneinander gerichtete Konen, die an der Stelle ihres geringsten Durchmessers vereint sind. An dieser verengten Stelle oder benachbart hierzu endet ein Förderkanal, hier die Drainageleitung. Das Ende des Förderkanals wird vom durch das Rohrstück strömenden Medium (hier das Abgas) umströmt, das als Treibmittel fungiert. Mit einer solchen Strahlpumpe lässt sich vorteilhaft die im Treibmittel enthaltene Strömungsenergie zum Fördern des Fördermediums aus dem Förderkanal nutzen. Eine solche Strahlpumpe ist vergleichsweise günstig, ausfallsicher und benötigt vergleichsweise wenig Platz. Alternativ oder zusätzlich kann der Förderkanal der Strahlpumpe mit einem Produktwasser Sammelbereich von einem Geräuschdämpfer des Abgaspfads fluidverbunden sein, so das Produktwasser über die passiv arbeitende Strahlpumpe ausgetragen werden kann.Particularly preferably, the drainage line is fluidly connected in fluid communication with a product water collecting area formed in the exhaust gas path. Advantageously, furthermore, the drainage line can open into a jet pump which is set up to draw in liquid from the drainage line. Jet pumps or suction jet pump as such are known. They are designed as venturi nozzle. A jet pump generally comprises a pipe section with a cross-sectional constriction, for example by two oppositely directed cones, which are united at the point of their smallest diameter. At this narrowed point or adjacent thereto ends a delivery channel, here the drainage line. The end of the conveying channel is flowed around by the medium flowing through the pipe section (here the exhaust gas), which acts as a propellant. Such a jet pump advantageously makes it possible to utilize the flow energy contained in the blowing agent for conveying the conveying medium out of the conveying channel. Such a jet pump is comparatively cheap, failsafe and requires comparatively little space. Alternatively or additionally, the delivery channel of the jet pump be fluidly connected to a product water collecting area of a noise damper of the exhaust path, so the product water can be discharged through the passively operating jet pump.
Mit anderen Worten schlägt die hier offenbarte Technologie Maßnahmen vor, um die Komponenten eines Brennstoffzellensystems vor eindringendes Wasser zu schützen.In other words, the technology disclosed herein proposes measures to protect the components of a fuel cell system from ingress of water.
Gemäß der hier offenbarten Technologie kann der Wasserstand durch einen Schwimmer erfasst werden. In einer Ausgestaltung ist der Schwimmer selbst ein mechanischer Aktuator, der den Abgaspfad direkt oder indirekt verschließt. Alternativ oder zusätzlich kann der Schwimmer mit einem Sensor ausgestattet sein bzw. einen Sensor mit ausbilden, wobei der Sensor ein Signal generieren kann, welches indikativ ist für den Wasserstand. Alternativ oder zusätzlich kann ein Füllstands-Sensor bzw. Wasserstands-Sensor vorgesehen sein, der den Wasserstand erfasst. Solche Füllstands-Sensoren sind dem Fachmann bekannt.According to the technology disclosed herein, the water level can be detected by a float. In one embodiment, the float itself is a mechanical actuator that closes the exhaust path directly or indirectly. Alternatively or additionally, the float can be equipped with a sensor or form a sensor, wherein the sensor can generate a signal which is indicative of the water level. Alternatively or additionally, a fill level sensor or water level sensor can be provided which detects the water level. Such level sensors are known in the art.
Der Schwimmer bzw. der Wasserstandsensor kann beispielsweise angeordnet sein i) im Abgaspfad selbst, insbesondere im Geräuschdämpfer vom Abgaspfad oder in einem senkrechten Rohrstück stromab einer zu schützenden Komponente; und/oder ii) in einem flüssigkeitsdurchlässigen Gehäuse am Fahrzeugunterboden.The float or the water level sensor can be arranged, for example, i) in the exhaust path itself, in particular in the silencer from the exhaust path or in a vertical pipe section downstream of a component to be protected; and / or ii) in a liquid-permeable housing on the vehicle underbody.
Die Maßnahme zum Schutz der Komponenten vor Wassereintritt kann insbesondere eine passive Maßnahme sein. Beispielsweise kann hierzu eine umgekehrte Syphon-Geometrie im Abgaspfad vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Rückstromventil im Abgaspfad vorgesehen sein, das ein Ausströmen von Abgas in einer Ausströmrichtung ermöglicht, und das ein Eindringen von Wasser aus der Fahrzeugumgebung entgegen der Ausströmrichtung vom Abgas unterbindet. Bevorzugt kann das Rückstromventil hydrophob beschichtete Ventil-Auflageflächen aufweisen. Solche Rückstromventile weisen eine geringere Wahrscheinlichkeit auf, im Winter aufgrund von Frost auszufallen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Schwimmer-betätigte Klappe vorgesehen sein, die durch eindringende Flüssigkeit aus der Fahrzeugumgebung rein mechanisch betätigt wird. Ferner alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Auslass vom Abgaspfad in die Umgebung im Wesentlichen in Richtung der Fahrzeughochachse, also senkrecht zur Fahrbahn angeordnet ist. Sofern der Abgaspfad Abgasrohr ausgebildet ist, kann das Schmutzwasser dann nicht oder schlechter in den Abgaspfad eindringen.The measure for protecting the components from water ingress can be a passive measure in particular. For example, a reverse siphon geometry may be provided in the exhaust path for this purpose. Alternatively or additionally, at least one backflow valve may be provided in the exhaust gas path, which allows outflow of exhaust gas in an outflow direction, and which prevents ingress of water from the vehicle environment against the outflow direction of the exhaust gas. The return flow valve may preferably have hydrophobically coated valve bearing surfaces. Such backflow valves are less likely to fail in winter due to frost. Alternatively or additionally, a float-operated flap may be provided, which is purely mechanically actuated by penetrating liquid from the vehicle environment. Furthermore, alternatively or additionally, it can be provided that the outlet from the exhaust gas path into the environment is arranged substantially in the direction of the vehicle vertical axis, that is to say perpendicular to the roadway. If the exhaust path exhaust pipe is formed, the dirty water can not penetrate or worse in the exhaust path.
Alternativ oder zusätzlich kann das hier offenbarte Kraftfahrzeug aktive Maßnahmen umfassen, die das Eindringen von Wasser aus der Umgebung verhindern oder zumindest verringern. Gemäß der hier offenbarten Technologie kann ein Kraftfahrzeug bzw. ein Verfahren vorgesehen sein, wonach der Massendurchsatz an Gas, insbesondere Abgas, durch den Abgaspfad erhöht wird, falls der Grenzflüssigkeitspegel erreicht wurde. Beispielsweise kann bei Erreichen des Grenzflüssigkeitspegels vorgesehen sein:
- - dass die Drehzahl der Strömungsmaschine erhöht wird;
- - dass eine Energiewandler-Bypassleitung, die stromauf vom Energiewandler abgezweigt und stromab vom Energiewandler mündet, geöffnet bzw. weiter geöffnet wird;
- - das Energiewandler-Absperrventile geschlossen, falls das Eindringen von Wasser in den Energiewandler ansonsten unmittelbar bevorstehen würde;
- - dass das kathodenseitige Stapel-Absperrventil stromab vom Brennstoffzellenstapel zur Reduzierung der Wassereintrittswahrscheinlichkeit stärker verschlossen wird als vor Erreichen des Grenzflüssigkeitspegels; und/oder
- - dass das stöchiometrische Verhältnis λ des Oxidationsmittels erhöht wird.
- - That the speed of the turbomachine is increased;
- - That an energy converter bypass line, which branches off upstream of the energy converter and opens downstream of the energy converter opens or is opened further;
- - the energy converter shut-off valves are closed, if the penetration of water into the energy converter would otherwise be imminent;
- - That the cathode-side stack shut-off valve downstream of the fuel cell stack to reduce the probability of water ingress is more closed than before reaching the Grenzflüssigkeitspegels; and or
- - That the stoichiometric ratio λ of the oxidizing agent is increased.
Das stöchiometrische Verhältnis λ des Oxidationsmittels gibt an, um welchen Faktor mehr Oxidationsmittel bereitgestellt wird, als tatsächlich für die Reaktion an der Kathode notwendig ist. Wird Luft als Oxidationsmittel eingesetzt, kann dieses auch als Luftverhältnis λ bzw. als Luftzahl λ bezeichnet werden. Das Luftverhältnis λ setzt die tatsächlich für die elektrochemische Reaktion in der mindestens einen Brennstoffzelle zur Verfügung stehende Luftmasse mL-tats ins Verhältnis zur mindestens notwendigen stöchiometrischen Luftmasse mL-st, die für eine vollständige elektrochemische Reaktion in der mindestens einen Brennstoffzelle benötigt wird. Es gilt also:
Gleichsam ist eine Kombination von aktiven Maßnahmen und passiven Maßnahmen vorstellbar. Besonders bevorzugt kann die hier offenbarte Technologie ein Verfahren umfassen, wonach eine Einrichtung zum Verschluss des Abgaspfads den Abgaspfad teilweise verschließt und gleichzeitig der Massendurchsatz an Gas durch den Abgaspfad erhöht wird. Im halbverschlossenen Querschnitt der Einrichtung stellt sich somit bei kleinerem Massendurchsatz eine höhere Gasgeschwindigkeit ein, die die Eindringwahrscheinlichkeit vom Schmutzwasser verringert.At the same time, a combination of active measures and passive measures is conceivable. More preferably, the technology disclosed herein may include a method whereby a means for closing the exhaust path partially occludes the exhaust path while increasing the mass flow rate of gas through the exhaust path. In the semi-closed cross-section of the device thus sets at a lower mass flow rate, a higher gas velocity, which reduces the penetration probability of dirty water.
Vorteilhaft kann somit die Gefahr einer Beschädigung von unterhalb der Wartlinie montierten und daher zu schützenden Komponenten, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, und besonders bevorzugt eine Turbine einer Strömungsmaschine, verringert werden. Die hier vorgeschlagenen Maßnahmen lassen sich realisieren ohne allzu große negative Auswirkungen auf Herstellkosten oder Bauraumbedarf. Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht eines Brennstoffzellensystems; -
2 eine schematische Ansicht einer typischen Einbausituation in einem Kraftfahrzeug; -
3 eine weitere schematische Ansicht einer typischen Einbausituation in einem Kraftfahrzeug; und -
4 einen schematischen Ausschnitt aus einemAbgaspfad 415 .
-
1 a schematic view of a fuel cell system; -
2 a schematic view of a typical installation situation in a motor vehicle; -
3 a further schematic view of a typical installation situation in a motor vehicle; and -
4 a schematic section of anexhaust path 415 ,
Die
Die Strömungsmaschine
Ferner gezeigt sind kathodenseitige Stapel-Absperrventile
Die hier gezeigte Strömungsmaschine
In der
Bevorzugt kann im Abgaspfad
- - den Querschnitt zu verringern, falls der Grenzflüssigkeitspegel erreicht ist bzw. falls der Massendurchsatz an Gas im Abgaspfad erhöht wird, um Schmutzwasser am Eindringen zu hindern; und
- - den Querschnitt zu erweitern, falls der Flüssigkeitspegel unterhalb vom Grenzflüssigkeitspegel ist (oder keine Flüssigkeit detektiert wird).
- reduce the cross-section if the limit liquid level is reached or if the mass flow rate of gas in the exhaust path is increased to prevent dirty water from entering; and
- - to expand the cross-section if the liquid level is below the limit liquid level (or no liquid is detected).
Gemäß der hier offenbarten Technologie wird dabei der Abgaspfad
In einer weiteren Ausgestaltung (hier nicht gezeigt) kann vorgesehen sein, dass der Auslass vom Abgaspfad
Die
Das Schmutzwasser H2O dringt durch den Auslass vom Abgaspfad
In der
In der hier dargestellten Position verschließt der Verschluss
Als eine Alternative zur Ausgestaltung gemäß der
Aus Gründen der Leserlichkeit wurde vereinfachend der Ausdruck „mindestens ein(e)“ teilweise weggelassen. Sofern ein Merkmal der hier offenbarten Technologie in der Einzahl bzw. unbestimmt beschrieben ist (z.B. der/ein Abgaspfad, der/ein Zuströmpfad, der/ein Verschluss, der/ein Schwimmer, die/eine Einrichtung, die/eine Drainageleitung, der/ein Teilbereich, die/eine Strahlpumpe, der/ein Geräuschdämpfer, etc.) so soll gleichzeitig auch deren Mehrzahl mit offenbart sein (z.B. der mindestens eine Abgaspfad, der mindestens eine Zuströmpfad, der mindestens eine Verschluss, der mindestens eine Schwimmer, die mindestens eine Einrichtung, die mindestens eine Drainageleitung, der mindestens eine Teilbereich, die mindestens eine Strahlpumpe, der mindestens eine Geräuschdämpfer, etc.).For the sake of legibility, the term "at least one" has been omitted for simplicity. If a feature of the technology disclosed herein is singularly described (eg, the exhaust path, the inflow path, the shutter, the float, the device, the drainage line) Part area, the / a jet pump, the / a noise damper, etc.) so should also be at the same time with its majority disclosed (eg the at least one exhaust path, the at least one inflow, the at least one closure, the at least one float, the at least one device , the at least one drainage line, the at least one partial area, the at least one jet pump, the at least one noise damper, etc.).
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017221831.2A Pending DE102017221831A1 (en) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | Measures for water passage with a fuel cell powered motor vehicle |
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---|---|
DE (1) | DE102017221831A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE8224834U1 (en) * | 1982-09-03 | 1983-02-10 | Krupp Mak Maschinenbau Gmbh, 2300 Kiel | DIVING VALVE FOR EXHAUST PIPES FROM VEHICLES |
WO2009013606A2 (en) * | 2007-07-26 | 2009-01-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell vehicle and control method therefor |
EP2341368A1 (en) * | 2009-12-23 | 2011-07-06 | Valeo Schalter und Sensoren GmbH | Flooding detection system for a vehicle, vehicle with such a flood detection system, use of a parking assistance system as flooding detection system and method for detecting flooding in a vehicle |
-
2017
- 2017-12-04 DE DE102017221831.2A patent/DE102017221831A1/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE8224834U1 (en) * | 1982-09-03 | 1983-02-10 | Krupp Mak Maschinenbau Gmbh, 2300 Kiel | DIVING VALVE FOR EXHAUST PIPES FROM VEHICLES |
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