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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Anodenräume und Kathodenräume aufweisenden Brennstoffzellenstapel, wobei die Anodenräume stromauf des Brennstoffzellenstapels zur Versorgung mit Brennstoff mit einer Anodenzufuhrleitung strömungsmechanisch verbunden sind, wobei die Anodenräume stromab des Brennstoffzellenstapels mit einer Anodenabgasleitung strömungsmechanisch verbunden sind, und wobei der Brennstoffzellenstapel einen Flüssigwasseranschluss für eine direkte Flüssigwasserzufuhr an den Brennstoffzellenstapel umfasst.
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Brennstoffzellensysteme dienen zur Bereitstellung elektrischer Energie aus einer elektrochemischen Reaktion, sodass diese alternativ oder auch ergänzend zur Versorgung eines Elektromotors, insbesondere auch im Rahmen der Bereitstellung von E-Mobilität geeignet sind. Brennstoffzellensysteme finden daher auch Verwendung in Kraftfahrzeugen, in denen die Leistungsanforderungen über einen weiten Bereich variieren können. Um die in einem Brennstoffzellenstapel zusammengefassten Brennstoffzellen möglichst effizient betreiben zu können und um eine hohe Leistungsdichte für einen Brennstoffzellenstapel zu erreichen, ist es notwendig, die die Anode von der Kathode trennende Membran ausreichend zu befeuchten, da eine mit Feuchtigkeit gesättigte Membran einen besseren Protonentransport vorweist. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Membran gleichmäßig befeuchtet ist, wozu beispielsweise in der
US 5,952,119 A ein Docht in die der Anode benachbarte Gasdiffusionslage eingenäht ist. Dieser Docht kann dabei mittels einer über die Anodenzufuhrleitung eingebrachten Flüssigkeit befeuchtet werden. Einer gleichmäßigeren Verteilung der Flüssigkeit innerhalb des Brennstoffzellenstapels dienen auch die Lösungen der
US 8,614,030 B2 und der
US 7.592,087 B2 .
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, das ein verbessertes Feuchtemanagement besitzt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass in die Anodenabgasleitung ein Wasserabscheider eingebunden ist, um Flüssigwasser aus dem den Brennstoffzellenstapel verlassenden Fluid abzuscheiden, und dass ein Abfluss des Wasserabscheiders derart strömungsmechanisch mit dem Flüssigwasseranschluss des Brennstoffzellenstapels verbunden ist, dass zumindest ein Teil der Flüssigkeit aus dem Wasserabscheider in den Brennstoffzellenstapel einbringbar ist.
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Damit ist der Vorteil verbunden, dass kein gesondertes Reservoir für Flüssigkeit mehr bereitgestellt werden muss, da die anodenseitig ohnehin anfallende Flüssigkeit, die aus einem Anodenkreislauf auszutragen ist, zur Befeuchtung der Membran Verwendung findet. Durch die unmittelbare Verbindung des Abflusses des Wasserabscheiders und des Flüssigwasseranschlusses des Brennstoffzellenstapels ist zudem ein kompakterer Systemaufbau gegeben.
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Da sich das Kathodengas, insbesondere die Luft, beim Verdichten mittels eines Verdichters sehr stark aufheizt und diese typischerweise sehr trocken ist, ist es von Vorteil, wenn der Flüssigwasseranschluss des Brennstoffzellenstapels strömungsmechanisch mit den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels verbunden ist.
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Zur Regulierung der Feuchte im Brennstoffzellenstapel ist es zusätzlich von Vorteil, wenn ein Abscheiderventil zur Einstellung der dem Brennstoffzellenstapel zugeführten Menge an Flüssigwasser vorhanden ist. Je nach Einbaulage des Brennstoffzellenstapels in das Brennstoffzellensystem oder in das Brennstoffzellenfahrzeug ist es von Vorteil, wenn das Abscheiderventil zwischen dem Abfluss des Wasserabscheiders und dem Flüssigwasseranschluss des Brennstoffzellenstapels angeordnet ist. Alternativ oder auch ergänzend ist es möglich, dass das Abscheiderventil auch in einer stromab des Brennstoffzellenstapels vorhandenen Abwasserleitung angeordnet ist.
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Um die Komplexität des Brennstoffzellenstapels zu reduzieren, ist es von Vorteil, wenn die Abwasserleitung in eine Kathodenabgasleitung mündet. Somit ist das Brennstoffzellensystem mit lediglich einer Abgasleitung ausgestattet, sofern anodenseitig ein Anodenkreislauf oder eine Anodenrezirkulation vorhanden sind und sofern der Wasserabscheider selbst zum Spülen (purgen) des Anodenkreislaufs genutzt wird. In letzterem Falle wird also über den Wasserabscheider nicht nur Flüssigwasser abgegeben, sondern bei dessen vollständigen Entleeren ist dann auch das sich im Anodenkreislauf befindliche Gasgemisch über die Leitung zum Flüssigwasseranschluss durch den Brennstoffzellenstapel, und anschließend über die Abwasserleitung in die Kathodenabgasleitung geführt.
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Um die Flüssigkeit gleichmäßig innerhalb des Brennstoffzellenstapels verteilen zu können ist es sinnvoll, wenn diese durch Bipolarplatten geleitet wird, die zwischen sich die Membranelektrodenanordnungen der Brennstoffzellen einschließen. In diesem Zusammenhang ist es daher von Vorteil, wenn die Kathodenräume und die Anodenräume durch Strömungskanäle umfassende Flussfelder einer Bipolarplatte gebildet sind, und wenn den Strömungskanälen zumindest eines der Flussfelder hygroskopisches Trennelement zur Bildung mindestens eines Wasserkanals zugeordnet ist, der strömungsmechanisch mit dem Flüssigwasseranschluss verbunden ist. Mittels des hygroskopischen Trennelements, beispielsweise einer hygroskopischen Platte, ist es möglich, dass das Flüssigwasser im Trennelement aufgenommen und dann kontinuierlich und homogen an die das Trennelement bestreichende Gasströmung abgegeben wird, wobei es sich dabei vorzugsweise um die Strömung des Kathodengases handelt. Das hygroskopische Trennelement ist dabei aus einem hygroskopischen Material gebildet, das vorzugsweise Calciumsilikat umfasst.
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Ist ein Flüssigwasserkanal vorhanden, so kann dieser zu einem Sammler der Bipolarplatten geführt werden, der strömungmechanisch mit der Abwasserleitung des Brennstoffzellensystems verbunden ist. Mit anderen Worten gelangt die über den Flüssigwasseranschluss eintretende Flüssigkeit über den Verteiler in den Flüssigwasserkanal oder die mehreren Flüssigwasserkanäle der Bipolarplatte, die dann in einem Sammler der Bipolarplatte münden, welche strömungsmechanisch mit der Abwasserleitung des Brennstoffzellensystems verbunden ist.
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Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, dass die Bipolarplatte sammlerfrei gebildet ist, sodass auch auf die Abwasserleitung verzichtet werden kann, nämlich dann, wenn die Bipolarplatte über eine geeignete Speichermöglichkeit für das ihr zugeführte Flüssigwasser verfügt. Hierzu ist beispielsweise in die Strömungskanäle zumindest eines der Flussfelder mindestens ein Einleger aus hygroskopischem Material eingebracht, der seinerseits strömungsmechanisch mit dem Flüssigwasseranschluss verbunden ist. Die über den Flüssigwasseranschluss eingebrachte Flüssigkeit wird dann auf den Einleger gegeben, der diese aufgrund seiner Kapillarität aufsaugt und zumindest zeitweise speichert. Auch hier kommt als hygroskopisches Material Calciumsilikat in Betracht.
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Um innerhalb des Brennstoffzellenstapels eine gleichmäßige Verteilung der eingebrachten Flüssigkeit auf die einzelnen Bipolarplatten zu ermöglichen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in einen aus einer Mehrzahl von übereinander gestapelten Verteilern gebildeten Flüssigwasserheader ein Verteilerelement, zum Beispiel ein Lochblech, eingebracht ist.
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Zur Vergleichmäßigung der Befeuchtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zur homogenen Flüssigwasserverteilung mindestens eine hygroskopische Verteilerstruktur in den Verteiler und/oder in einen aus einer Mehrzahl von übereinandergestapelten Verteilern gebildeten Flüssigwasserheader ragt. Der in den Verteiler ragende Teil ist dabei ausgelegt, aufgrund seiner Kapillarität vorbeiströmende Flüssigkeit aufzusaugen und in den aktiven Bereich der Brennstoffzelle zu transportieren, wo diese zur Befeuchtung der Membran genutzt wird.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems,
- 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Brennstoffzellensystems,
- 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Brennstoffzellensystems,
- 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Brennstoffzellensystems,
- 5 eine schematische Darstellung einer Brennstoffzelle eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems mit einer zwischen zwei Bipolarplatten angeordneten Membranelektrodenanordnung,
- 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Brennstoffzelle eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems mit einer zwischen zwei Bipolarplatten angeordneten Membranelektrodenanordnung,
- 7 eine Draufsicht auf eine Bipolarplatte eines erfindungsgemäßen B ren nstoffzell ensystems,
- 8 eine Draufsicht auf eine weitere Bipolarplatte eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
- 9 eine Schnittansicht eines Brennstoffzellenstapels eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
- 10 eine Schnittansicht eines weiteren Brennstoffzellenstapels eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, und
- 11 eine Draufsicht auf eine weitere Bipolarplatte eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems.
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In 1 ist schematisch ein Brennstoffzellensystem 1 gezeigt. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 11, der eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Brennstoffzellen 2 aufweist. Die Reihenschaltung der Brennstoffzellen 2 ist in der 1 nur schematisch angedeutet. Das Brennstoffzellensystem 1 ist mittels eines Fahrzeugsteuergeräts als Teil eines nicht näher dargestellten Brennstoffzellenfahrzeugs elektrisch verbunden.
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Jede der Brennstoffzellen 2 umfasst eine Anode und eine Kathode sowie eine die Anode von der Kathode trennende ionenleitfähige, insbesondere protonenleitfähige Membran. Die Membran ist aus einem lonomer, vorzugsweise einem sulfonierten Tetrafluorethylen-Polymer (PTFE) oder einem Polymer der perfluorierten Sulfonsäure (PFSA) gebildet. Alternativ kann die Membran als eine Hydrocarbon-Membran gebildet sein.
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Den Anoden und/oder den Kathoden kann zusätzlich ein Katalysator beigemischt sein, wobei die Membranen vorzugsweise auf ihrer ersten Seite und/oder auf ihrer zweiten Seite mit einer Katalysatorschicht aus einem Edelmetall oder aus Gemischen umfassend Edelmetalle wie Platin, Palladium, Ruthenium oder dergleichen beschichtet sind, die als Reaktionsbeschleuniger bei der Reaktion der jeweiligen Brennstoffzelle 2 dienen.
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Über Anodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 11 wird den Anoden Brennstoff (z.B. Wasserstoff) zugeführt. In einer Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) werden an der Anode Brennstoff oder Brennstoffmoleküle in Protonen und Elektronen aufgespaltet. Die Membran lässt die Protonen (z.B. H+) hindurch, ist aber undurchlässig für die Elektronen (e-). An der Anode erfolgt dabei die folgende Reaktion: 2H2 → 4H+ + 4e- (Oxidation/Elektronenabgabe). Während die Protonen durch die Membran zur Kathode hindurchtreten, werden die Elektronen über einen externen Stromkreis an die Kathode oder an einen Energiespeicher geleitet.
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Über Kathodenräume innerhalb des Brennstoffzellenstapels 11 kann den Kathoden Kathodengas (z.B. Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Luft) zugeführt werden, so dass kathodenseitig die folgende Reaktion stattfindet: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (Reduktion/Elektronenaufnahme).
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Die Anodenräume sind vorliegend über eine Anodenzufuhrleitung 12 mit einem den Brennstoff bereitstellenden Brennstoffspeicher 13 verbunden. Nicht verbrauchter Brennstoff wird über die Anodenabgasleitung 8 vom Brennstoffzellenstapel 11 abgeführt, wobei in die Anodenabgasleitung 8 ein Wasserabscheider 4 integriert ist, der ausgebildet ist, Flüssigwasser aus dem aus dem Brennstoffzellenstapel 11 austretenden Fluid abzuscheiden und ggfs. zumindest zeitweise zu speichern. Vorliegend bildet die Anodenabgasleitung 4 eine Anodenrezirkulationsleitung 14, mit welcher an den Anoden nicht abreagierter Brennstoff den Anodenräumen stromauf des Brennstoffzellenstapels 11 erneut zugeführt werden kann. Hierbei ist der Anodenrezirkulationsleitung 14 beispielsweise ein Rezirkulationsgebläse 6 zugeordnet bzw. fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung 14 eingekoppelt. Zur Regelung der Zufuhr des Brennstoffes ist der Anodenzufuhrleitung 12 ein Brennstoffstellglied 15 zugeordnet bzw. in der Anodenzufuhrleitung 12 angeordnet. Dieses Brennstoffstellglied 15 ist vorzugsweise als ein Druckregelventil gebildet. Stromaufwärts des Druckregelventils ist ein Wärmetauscher 16 in Form eines Rekuperators zur (Vor-)Erwärmung oder Konditionierung des Brennstoffes angeordnet.
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Luft- oder kathodenseitig ist ein Verdichter 17 vorhanden, der vorliegend Umgebungsluft ansaugt und verdichtet. Aufgrund dieser Verdichtung erhöht sich die Temperatur des angesaugten Kathodengases, so dass es über eine Verdichterleitung 18 zunächst an einen Ladeluftkühler 19 geleitet wird, um es wieder auf eine gewünschte Temperatur herunter zu kühlen. Das vorliegend gezeigte Brennstoffzellensystem 1 ist befeuchterfrei ausgebildet. Es besteht aber dennoch die Möglichkeit, dem Ladeluftkühler 19 ein Befeuchter nachzuschalten, um das Kathodengas vorzubefeuchten, bevor es in den Brennstoffzellenstapel 11 eingebracht wird. Stromab des Brennstoffzellenstapels 11 ist eine Kathodenabgasleitung 21 vorhanden, über welche das verbleibende Kathodenabgas und ggfs. Produktwasser aus dem Brennstoffzellensystem 1 ausgeleitet wird.
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Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, wird durch den Wasserabscheider 4 anodenseitig anfallendes Wasser des Anodenkreislaufs 3 gesammelt.
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Ein Abfluss 23 des Wasserabscheiders 4 ist vorliegend derart strömungsmechanisch mit einem Flüssigwasseranschluss 20 des Brennstoffzellenstapels 11 verbunden, dass zumindest ein Teil, vorzugsweise die komplette Flüssigkeit aus dem Wasserabscheider 4 in den Brennstoffzellenstapel 11 eingebracht werden kann. Dabei ist bei den gezeigten Brennstoffzellensystemen 1 der Flüssigwasseranschluss 20 strömungsmechanisch mit den Kathodenräumen des Brennstoffzellenstapels 11 verbunden, um die über die Kathodenzufuhrleitung 9 bereitgestellte Luft zu befeuchten.
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Um die Menge der zu dem Brennstoffzellenstapel 11 zugeführten Flüssigkeit einstellen zu können, verweisen die Brennstoffzellensysteme nach 2 bis 4 auf die Möglichkeit des Einsatzes eines Abscheiderventils 5. Die Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems 1 nach 2 unterscheidet sich also von demjenigen der 1 lediglich durch den Einsatz eines Abscheiderventils 5, das sich zwischen dem Abfluss 23 des Wasserabscheiders 4 und dem Flüssigwasseranschluss 20 des Brennstoffzellenstapels 11 befindet. Das Brennstoffzellensystem eins nach 3 unterscheidet sich von demjenigen nach 1 und 2 dadurch, dass das Abscheiderventil 5 stromab des Brennstoffzellenstapels 11 erst in einer Abwasserleitung 25 angeordnet ist. Das Brennstoffzellensystem 1 nach 4 unterscheidet sich von demjenigen nach 3 dadurch, dass die Abwasserleitung 25 in die Kathodenabgasleitung 21 mündet, sodass die Flüssigkeit zusammen mit dem Kathodenabgas über die Kathodenabgasleitung 21 aus dem Brennstoffzellensystem 1 ausgeführt werden kann.
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Der innere Aufbau des Brennstoffzellenstapels 11 ist schematisch anhand der 5 und 6 zu erkennen. Hierbei sind zwei Bipolarplatten 26 vorhanden, die zwischen sich eine Membranelektrodenanordnung einschließen. Die in der Figur nach oben offenen Strömungskanäle 27 sind dabei ausgelegt, Brennstoff zu transportieren, wobei die in den Figuren nach unten ausgerichteten Strömungskanäle 28 für den Transport des Kathodengases ausgelegt sind. Zwischen den beiden zur Bipolarplatte 26 verbundenen Unipolarplatten sind vorliegend zusätzlich ein Kühlmittelflussfeld oder Strömungskanäle für Kühlmittel vorhanden.
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Während beim Beispiel nach 5 den Strömungskanälen 28 bzw. dem daraus gebildeten Flussfeld ein hygroskopisches Trennelement 30 zugewiesen ist, ist beim Beispiel nach 6 in die entsprechenden Strömungskanäle 28 ein Einleger 31 aus hygroskopischem Material eingebracht. Der Einleger 31 und das Trennelement 30 sind dabei vorzugsweise aus Calciumsilikat gebildet oder umfassen ein solches. Das hygroskopische Trennelement 30 ist dabei derart in die Strömungskanäle 28 des Kathodengasflussfeldes eingebracht oder darauf aufgebracht, dass ein Flüssigwasserkanal 29 ausgebildet ist, der seinerseits strömungsmechanisch mit dem Flüssigwasseranschluss 20 verbunden ist. Da es beim Beispiel nach 6 an einem solchen Flüssigwasserkanal 29 mangelt, ist der Einleger 31 selbst mit dem Flüssigwasseranschluss 20 verbunden, sodass die über diesen zugeführte Flüssigkeit im Einleger 31 gespeichert wird.
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Eine Draufsicht auf eine mögliche Gestaltung der Bipolarplatte 26 nach 5 ist in 7 gezeigt, wobei hier mit durchgezogenem Pfeil der Brennstofffluss über die Bipolarplatte 26, mit punktiertem Pfeil der Fluss des Kathodengases über die Bipolarplatte 26 und mit strichpunktiertem Pfeil der Fluss des Kühlmittels über die Bipolarplatte 26 angedeutet ist. Zusätzlich ist zu erkennen, dass die Bipolarplatte 26 einen mit dem Flüssigwasseranschluss 20 strömungsmechanisch verbundenen Verteiler 32 aufweist. Über diesen Verteiler 32 gelangt die Flüssigkeit dann in die Flüssigwasserkanäle 29. Die Flüssigwasserkanäle 29 ihrerseits münden dann in einem Sammler 36, der strömungsmechanisch mit der Abwasserleitung 25 verbunden ist. Der Eintritt und der nachfolgende Austritt des Flüssigwassers in die oder aus der Bipolarplatte 26 ist mit einem mit Doppellinie gezeichneten Pfeil illustriert.
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In 8 ist eine Bipolarplatte 26 gezeigt, die beispielsweise Flüssigwasserkanäle 29 umfasst, die blind enden. Dabei wird das über die Flüssigwasserkanäle 29 eingebrachte Flüssigwasser mittels des hygroskopischen Trennelements 30 gespeichert und beispielsweise in einen der Reaktantenströme, vorzugsweise in den Kathodengasstrom, eingetragen. Die Bipolarplatte 26 nach 8 kann aber auch bei einer Ausgestaltung Einsatz finden, wie sie in 6 gezeigt ist, sodass die über den Verteiler 32 eingebrachte Flüssigkeit direkt auf die Einleger 31 gebracht und dort zumindest zeitweise gespeichert wird. Anschließend kann die Flüssigkeit homogen vom Einleger 31 an einen der Reaktantenströme, vorzugsweise an den Kathodengasstrom, abgegeben werden.
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In 9 ist ein Brennstoffzellenstapel 11 des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1 gezeigt, der derart ausgerichtet ist, dass die über den Flüssigwasseranschluss 20 eingebrachte Flüssigkeit unter Einfluss der Gravitationskraft durch die übereinander gestapelten Bipolarplatten 26 fließt, sodass überschüssige Flüssigkeit am unteren Ende über die Abwasserleitung 25 wieder austritt. Durch das Übereinanderstapeln der Bipolarplatten 26 und das damit einhergehende Übereinanderstapeln der Verteiler 32 bildet sich ein Flüssigwasserheader 33 aus, in welchem vorliegend ein Verteilerelement 34 zur gleichmäßigeren Flüssigwasserverteilung über den Brennstoffzellenstapel 11 eingebracht ist. Dieses Verteilerelement 34 ist beispielsweise als ein Lochblech gebildet. Da vorliegend auch die Sammler 36 der Bipolarplatte 26 fluchtend zueinander ausgerichtet gestapelt sind, bilden diese einen Sammelheader 37 aus, der das Abfließen der Flüssigkeit über die Abwasserleitung 25 begünstigt. Es ist dabei möglich, dass die Bipolarplatte 26 und die dazwischenliegenden Membranelektrodenanordnungen zwischen Endplatten verspannt sind, wobei vorliegend an ein- und derselben Endplatte sowohl der Flüssigkeitsanschluss 20 als auch die Abwasserleitung 25 vorgesehen sind.
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Der Brennstoffzellenstapel 11 nach 10 unterscheidet sich von demjenigen nach 9 dadurch, dass die Bipolarplatte 26 oder eine der Endplatten des Brennstoffzellenstapels 11 blind gebildet sind, sodass diese ohne eine Abwasserleitung 25 auskommen. Auch hierbei wird über den Flüssigwasseranschluss 20 die Flüssigkeit eingebracht und mit dem Verteilerelement 34 gleichmäßig über den Brennstoffzellenstapel 11 verteilt. Zusätzlich ist zu erkennen, dass jeder der Bipolarplatten 26 eine hygroskopische Verteilerstruktur 35 zugeordnet ist. Diese hygroskopische Verteilerstruktur 35 ragt in den Verteiler 31 bzw. in den Flüssigwasserheader 33.
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In 11 ist eine Draufsicht auf eine solche Bipolarplatte 26 zu erkennen, die ohne einen Sammler 36 gebildet ist, die aber eintrittsseitig beim Verteiler 32 deutlich den Überstand des hygroskopischen Materials, welches die hygroskopische Verteilerstruktur 35 bildet, erkennen lässt. Die hygroskopische Verteilerstruktur 35 überstreicht dabei anteilig auch den Einlass des Kathodengases, sodass die über den Verteiler 32 eingebrachte Flüssigkeit durch die hygroskopische Verteilerstruktur 35 gleichmäßig in das Kathodengas eingetragen wird.
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Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem 1 zeichnet sich im Ergebnis durch einen sehr kompakten Systemaufbau aus, da das anodenseitig anfallende Wasser zur Befeuchtung der Membranen, insbesondere des Kathodengases innerhalb des Brennstoffzellenstapels 11 genutzt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Brennstoffzellensystem
- 2
- Brennstoffzelle
- 3
- Anodenkreislauf
- 4
- Wasserabscheider
- 5
- Abscheiderventil
- 6
- Rezirkulationsgebläse
- 7
- Reservoir
- 8
- Anodenabgasleitung
- 9
- Kathodenzufuhrleitung
- 10
- Kommunikationsverbindung
- 11
- Brennstoffzellenstapel
- 12
- Anodenzufuhrleitung
- 13
- Brennstoffspeicher
- 14
- Anodenrezirkulationsleitung
- 15
- Brennstoffstellglied
- 16
- Wärmetauscher
- 17
- Verdichter
- 18
- Verdichterleitung
- 19
- Ladeluftkühler
- 20
- Flüssigwasseranschluss
- 21
- Kathodenabgasleitung
- 22
- Abgasleitung
- 23
- Abfluss
- 25
- Abwasserleitung
- 26
- Bipolarplatte
- 27
- Strömungskanal (Anodengas)
- 28
- Strömungskanal (Kathodengas)
- 29
- Flüssigwasserkanal (Strömungskanal)
- 30
- hygroskopisches Trennelement
- 31
- Einleger
- 32
- Verteiler
- 33
- Flüssigwasserheader
- 34
- Verteilerelement (z.B. Lochblech)
- 35
- hygroskopische Verteilerstruktur
- 36
- Sammler
- 37
- Sammelheader
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5952119 A [0002]
- US 8614030 B2 [0002]
- US 7592087 B2 [0002]
