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Die Erfindung betrifft eine Flussfeldplatte zur Verteilung eines Reaktanten auf eine Elektrode oder auf eine Gasdiffusionslage einer Brennstoffzelle, mit einem Flussfeldkern, der mindestens einen Kanal aufweist.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Brennstoffzelle mit mindestens einer Flussfeldplatte und ein Brennstoffzellensystem mit einem eine Mehrzahl von Brennstoffzellen aufweisenden Brennstoffzellenstapel.
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Brennstoffzellen werden mit befeuchtetem Gas betrieben, um die Protonenleitfähigkeit der Brennstoffzellenmembran und damit die Effizienz der Brennstoffzelle zu steigern. Üblicherweise wird dazu ein Befeuchter eingesetzt, um bei zwei gasförmigen Medien mit einem unterschiedlichen Feuchtegehalt eine Übertragung der Feuchte auf das trockenere Medium bewirken zu können. Derartige Gas/Gas-Befeuchter werden im Kathodenkreislauf zur Versorgung der Kathodenräume des Brennstoffzellenstapels, bei denen die durch den Verdichter angesaugte Luft nicht feucht genug für die Membranelektrodeneinheit ist, verwendet. Die durch den Verdichter bereitgestellte trockene Luft wird befeuchtet, indem sie an einer Seite einer für Wasserdampf durchlässigen Befeuchtermembran vorbeigeführt wird, deren andere Seite mit der feuchten Abluft aus dem Brennstoffzellenstapel bestrichen wird.
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Um eine ausreichende Wasserübertragung durch die Befeuchtermembran des Befeuchters bereitzustellen, müssen derartige Befeuchter vergleichsweise groß ausgebildet sein und benötigen daher viel Bauraum, sowie sie weisen deshalb ein entsprechend hohes Gewicht auf. Außerdem muss genügend flüssiges Wasser für die Befeuchtung bereitgestellt werden.
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Flussfeldplatten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind aus der
US 2011/0229792 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Flussfeldplatte mit darin ausgebildeten Kanälen, wobei die Kanäle mit einer hydrophilen Beschichtung im Bereich des aktiven Bereichs des Brennstoffzellenstapels und einer hydrophobe Beschichtung im Randbereich also im inaktiven Bereich des Brennstoffzellenstapels versehen sind.
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Weiterhin ist die
WO 2011/149442 A1 bekannt, die eine Brennstoffzelle offenbart, deren Gasdiffusionslage hydrophile und nanoporöse Regionen zur Speicherung von Wasser aufweist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flussfeldplatte, eine Brennstoffzelle und ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, die eine effektive Befeuchtung ermöglichen, und die den Einsatz eines Befeuchters mit möglichst geringen Abmessungen begünstigen.
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Diese Aufgabe wird mit einer Flussfeldplatte mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 1, und durch eine Brennstoffzelle mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 7, sowie durch ein Brennstoffzellensystem mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Flussfeldplatte zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Flussfeldkern zumindest teilweise aus einem hydrophilen und/oder hygroskopischen sowie wasserspeichernden, vorzugsweise zusätzlich kapillaraktiven Material gebildet ist, derart, dass die Flüssigkeit eines in dem mindestens einen Kanal strömenden Fluids in dem Flussfeldkern zeitweise speicherbar ist. Dies ermöglicht folglich die Aufnahme von Flüssigkeit durch den Flussfeldkern, die zeitweise Speicherung der Flüssigkeit in dem Flussfeldkern und eine spätere Abgabe der Flüssigkeit aus dem Flussfeldkern. In anderen Worten kann ein in dem Kanal strömender Reaktant mittels Verdampfen des im Flussfeldkern gespeicherten Wassers befeuchtet werden. Das Verdampfen des im Flussfeldkern gespeicherten Wassers kann insbesondere dann erfolgen, wenn keine externe Flüssigwasserzufuhr dem Flussfeldkern oder der Flussfeldplatte zugewiesen ist. Dabei kann der Flussfeldkern selber aus dem hydrophilen und/oder hygroskopischen, vorzugsweise zusätzlich kapillaraktiven Material gebildet sein oder alternativ eine hydrophile und wasserspeichernde Beschichtung aufweisen.
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Das hydrophile, kapillaraktive und wasserspeichernde Material ist dabei vorzugsweise ein hygroskopisches Material, beispielsweise ein Silikat, insbesondere Calciumsilikat, oder ein Zeolith. Alternativ kann das hydrophile und/oder hygroskopische, vorzugsweise zusätzlich kapillaraktive Material auch ein poröser Metallschaum oder ein gesintertes Metall sein.
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Vorzugsweise ist der Flussfeldkern von einem hydrophoben Rahmen umgeben, oder in einer hydrophoben Trägerplatte aufgenommen. Beispielsweise ist der Flussfeldkern in die Trägerplatte eingepresst oder aufgedruckt. Der Rahmen bzw. die Trägerplatte aus den hydrophoben, also nicht wasserleitenden Material, verhindert einen Wassertransport nach außen und dichtet somit ein im Flussfeldkern ausgebildetes Flussfeld gegenüber der Umgebung.
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Die Flussfeldplatte kann als eine Unipolarplatte oder als eine Bipolarplatte gebildet sein. Ist die Flussfeldplatte als eine Unipolarplatte gebildet, so ist der Flussfeldkern nur auf einer Seite der Flussfeldplatte ausgebildet. Ist die Flussfeldplatte als eine Bipolarplatte gebildet, so weisen zwei gegenüberliegende Seiten der Flussfeldplatte jeweils einen Flussfeldkern auf bzw. die Kanäle des Flussfeldkerns sind beidseitig der Flussfeldplatte ausgebildet.
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Zur Bereitstellung eines Flussfelds ist es insbesondere von Vorteil, wenn der Flussfeldkern eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, die durch Trennstege voneinander getrennt sind, und wenn die Trennstege zumindest teilweise aus dem hydrophilen und/oder hygroskopischen, vorzugsweise zusätzlich kapillaraktiven Material gebildet sind. In einer alternativen Ausführungsform können auch lediglich der Kanalboden oder die Trennstege und der Kanalboden aus dem hydrophilen und/oder hygroskopischen, vorzugsweise zusätzlich kapillaraktiven Material gebildet sein.
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Um ein möglichst großes Flussfeld zu erzeugen, und um einen gegebenenfalls zusätzlichen Befeuchter möglichst klein gestalten zu können oder ganz auf ihn verzichten zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Kanäle sich geradlinig und parallel zueinander erstrecken. Die geradlinige Erstreckung der Kanäle sorgt für einen geringen Druckverlust innerhalb der Flussfeldplatte.
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In einer alternativen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Kanäle mindestens eine Umlenkung aufweisen. In anderen Worten können die Kanäle gekrümmt oder abgewinkelt gebildet sein. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Kanäle entlang ihrer Längserstreckungsrichtung in regelmäßigem Abstand zueinander Umlenkungen aufweisen und parallel zueinander angeordnet sind. Mittels der Umlenkungen bilden die Kanäle Flächen, an denen Wassertropfen abgeschieden werden können. Dies erhöht die Abscheiderate und ermöglicht ein effektiveres Zwischenspeichern des Flüssigwassers in dem Flussfeldkern.
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Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn der Flussfeldkern abschnittsweise das hydrophile und/oder hygroskopische, vorzugsweise zusätzlich kapillaraktive Material aufweist. Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der Flussfeldkern einen fluidmechanisch mit dem Kanal verbundenen Einlassbereich aufweist, welcher das hydrophile und/oder hygroskopische, vorzugsweise zusätzlich kapillaraktive Material umfasst. Der Einlassbereich erstreckt sich dabei vorzugsweise um weniger als die Hälfte entlang der Längserstreckung der Kanäle des Flussfeldkerns. Bevorzugt erstreckt sich der Einlassbereich des Flussfeldkerns um weniger als ein Drittel, oder ein Viertel oder ganz besonders bevorzugt um weniger als ein Fünftel entlang der Längserstreckung der Kanäle des Flussfeldkerns. Darüber hinaus kann es auch vorgesehen sein, dass ausschließlich ein Einlass des Einlassbereichs mit dem hydrophilen und/oder hygroskopischen, vorzugsweise zusätzlich kapillaraktiven Material gebildet ist.
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Die Brennstoffzelle zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie eine Membran aufweist, an deren einer Seite eine Anode und an deren der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite eine Kathode angeordnet ist, und dass sie mindestens eine zuvor beschriebene Flussfeldplatte aufweist. Die Flussfeldplatte mit einem aus einem hydrophilen und wasserspeichernden und/oder hygroskopischen, vorzugsweise zusätzlich kapillaraktiven Material gebildeten Flussfeldkern kann anodenseitig und/oder kathodenseitig vorgesehen sein. Ist die Flussfeldplatte nur anodenseitig vorgesehen, so kann auf der Kathodenseite eine Flussfeldplatte angeordnet sein, deren Flussfeldkern nicht aus einem wasserspeichernden Material gebildet ist. Dies gilt analog auch für den Fall, dass die erfindungsgemäße Flussfeldplatte nur kathodenseitig vorhanden ist.
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Die für die erfindungsgemäße Flussfeldplatte bzw. die erfindungsgemäße Brennstoffzelle beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem, welches mit einer solchen ausgestattet ist.
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Insbesondere ist anodenaustrittseitig ein Abscheider vorhanden, wobei ein Abfluss des Abscheiders mit einer Kathodenzufuhrleitung fluidmechanisch verbunden ist. Dabei kann in einer ersten bevorzugten Ausführungsform ein Verdichter mittels der Kathodenzufuhrleitung unmittelbar mit dem Brennstoffzellenstapel fluidmechanisch verbunden sein. Dies bedeutet das kathodenseitig kein dem Brennstoffzellenstapel vorgeschalteter und dem Verdichter nachgeschalteter zusätzlicher Befeuchter nötig ist. Die Befeuchtung des Kathodengases erfolgt bei dieser Ausführungsform durch die Flussfeldplatten innerhalb des Brennstoffzellenstapels und/oder dadurch, dass das anodenseitig anfallende Wasser über den Abscheider mittels einer Flüssigkeitszufuhrleitung in die Kathodenzufuhrleitung stromauf des Brennstoffzellenstapels und stromab des Verdichters eingeführt und damit der durch den Verdichter geförderten Luft hinzugefügt wird.
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In einer alternativen Ausführungsform des Brennstoffzellensystems kann stromab des Verdichters und stromauf des Brennstoffzellenstapels ein zusätzlicher Befeuchter geschaltet sein, welcher mit der Kathodenzufuhrleitung fluidmechanisch verbunden ist. In dieser Ausführungsform des Brennstoffzellensystems ist zwar weiterhin ein Befeuchter vorhanden, allerdings kann dieser Befeuchter aufgrund der Ausgestaltung der Flussfeldplatte kompakter gestaltet werden.
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Weiterhin ist es insbesondere von Vorteil, wenn kathodenseitig die Kathodenzufuhrleitung und eine kathodenaustrittseitig mit dem Brennstoffzellenstapel verbundene Kathodenabgasleitung mittels einer Flüssigkeitsbypassleitung fluidmechanisch verbunden sind, und wenn der Flüssigkeitsbypassleitung ein Flüssigkeitsstellglied zugeordnet oder in diese eingekoppelt ist, welches ausgebildet ist, dass in einem ersten Zustand des Brennstoffzellensystems Flüssigwasser dem Brennstoffzellenstapel oder dem Befeuchter kathodenseitig zuführbar ist und dass in einem zweiten Zustand das Flüssigwasser aus dem Brennstoffzellensystem über die Kathodenabgasleitung abführbar ist. Der zweite Zustand ist insbesondere ein Zustand des Froststarts und einer Aufwärmphase des Brennstoffzellensystems. Dies verhindert eine übermäßige Zuführung von Flüssigwasser in den Brennstoffzellenstapel, welche zu einer Schädigung des Brennstoffzellenstapels führen kann.
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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 einer Flussfeldplatte mit geradlinig ausgebildeten Kanälen,
- 2 eine schematische Darstellung einer Flussfeldplatte, bei dem nur der Einlassbereich aus einem hydrophilen und/oder hygroskopischen, zusätzlich kapillaraktiven Material gebildet ist,
- 3 eine schematische Darstellung einer Flussfeldplatte deren Kanäle Umlenkungen aufweisen,
- 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems, und
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems.
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1 zeigt eine Flussfeldplatte 1 zur Verteilung eines Reaktanten auf eine Elektrode oder eine Gasdiffusionslage einer Brennstoffzelle, mit einem monolithisch gebildeten Flussfeldkern 4 der eine Mehrzahl von Kanälen 6 aufweist, die durch Trennstege 5 voneinander getrennt sind. Der Flussfeldkern 4 ist zumindest teilweise aus einem hydrophilen und/oder hygroskopischen, vorzugsweise zusätzlich kapillaraktiven Material gebildet, derart, dass die Flüssigkeit eines in den Kanälen 6 strömenden Fluids in dem Flussfeldkern 4 zeitweise speicherbar, d.h. aufnehmbar, und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgebbar ist. Das hydrophile und/oder hygroskopische, vorzugsweise zusätzlich kapillaraktive Material ist bevorzugt Calciumsilikat. Alternativ kann das hydrophile und/oder hygroskopische, zusätzlich kapillaraktive Material auch ein poröser Metallschaum oder ein gesintertes Metall sein. Der Flussfeldkern 4 ist dabei vorzugsweise einstückig, d.h. monolithisch geformt.
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Der Flussfeldkern 4 ist von einem hydrophoben Rahmen 7 umgeben. Vorliegend ist der Flussfeldkern 4 in eine hydrophobe Trägerplatte gepresst. Durch den hydrophoben Rahmen 7 des Flussfeldkerns 4 wird ein Austreten des flüssigen Wassers aus dem Flussfeldkern 4 nach außen verhindert, der Flussfeldkern 4 also nach außen hin abgedichtet.
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Die geradlinig und parallel zueinander ausgebildete Erstreckung der Kanäle 6 ermöglicht dabei eine Führung des darin strömenden Fluids bei einem geringen Druckverlust.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Flussfeldplatte 1, wobei der Flussfeldkern 4 einen fluidmechanisch mit dem Kanal 6 verbundenen Einlassbereich 9 aufweist. Dieser Einlassbereich 9 erstreckt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel ungefähr ein Drittel entlang der Längserstreckung der Kanäle 6. Dabei umfasst nur der Einlassbereich 9 das hydrophile und/oder hygroskopische, zusätzlich kapillaraktive Material. Dies ist insbesondere deswegen sinnvoll, weil im Einlassbereich 9 die stärkste Befeuchtung stattfindet. In einer alternativen nicht gezeigten Ausführungsform kann auch lediglich ein Einlass des Einlassbereichs 9 oder auch ein anderer Abschnitt des Flussfeldkerns 4 das hydrophile und/oder hygroskopische, zusätzlich kapillaraktive Material umfassen.
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3 zeigt ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem die Kanäle 6 mehrere Umlenkungen 8 erfahren. Vorliegend sind entlang der Längserstreckung der Kanäle 6 in regelmäßigem Abstand zueinander Umlenkungen 8 ausgebildet, wobei die einzelnen Kanäle 6 parallel zueinander angeordnet sind. Die Umlenkungen 8 stellen dabei Flächen zur Verfügung, an denen Flüssigkeitstropfen abgeschieden werden können, so dass dem in den Kanälen 6 vorbeiströmenden Fluid, das Flüssigwasser entnommen und in dem aus einem hydrophilen und/oder hygroskopischen, zusätzlich kapillaraktiven Material gebildeten Flussfeldkern 4 aufgenommen und darin zwischengespeichert werden kann.
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4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffzellensystems 2. Das Brennstoffzellensystem 2 umfasst als Kernkomponente einen Brennstoffzellenstapel 16, der eine Vielzahl von in Stapelform angeordneten, nicht näher dargestellten Brennstoffzellen mit jeweils mindestens einer zuvor beschriebenen Flussfeldplatte 1 aufweist. Jeder der nicht näher dargestellten Brennstoffzellen ist jeweils ein Anodenraum sowie ein Kathodenraum zugeordnet, wobei die Anode und die Kathode durch eine ionenleitfähige Polymerelektrolytmembran voneinander getrennt sind. Zwischen zwei solchen Membranelektrodenanordnungen ist ferner jeweils die als Bipolarplatte gebildete Flussfeldplatte 1 angeordnet, welche der Zuführung der Reaktanten in die Anoden- und Kathodenräume dient und ferner die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Brennstoffzellen herstellt. Zwischen der jeweiligen Elektrode und der Flussfeldplatte 1 kann eine Gasdiffusionslage angeordnet sein.
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Um den Brennstoffzellenstapel 16 mit dem Brennstoff zu versorgen, ist der Brennstoffzellenstapel 16 anodenseitig mit einer Anodenzufuhrleitung 20 zur Zuführung eines wasserstoffhaltigen Anodengases aus einem Anodenreservoir 19 über einen Wärmeübertrager 29, vorzugsweise in Form eines Rekuperators, verbunden. Der Anodenbetriebsdruck auf der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 16 ist über ein Stellglied 28 in der Anodenzufuhrleitung 20 einstellbar. Anodenaustrittseitig ist eine Anodenabgasleitung 24 vorhanden, die mit einer mit der Anodenzufuhrleitung 20 fluidmechanisch verbundenen Anodenrezirkulationsleitung 21 zum Abtransport von nicht reagiertem Anodengas fluidmechanisch verbunden ist. Anodenseitig ist zudem in der Anodenrezirkulationsleitung 21 ein Abscheider 22, insbesondere ein Wasserabscheider vorhanden, dessen Abfluss mittels einer Flüssigkeitszufuhrleitung 23 stromab eines Verdichters 26 mit einer Kathodenzufuhrleitung 30 verbunden ist. Dies ermöglicht, das anodenseitig anfallende Flüssigwasser in der Kathodenzufuhrleitung 30 dem Kathodengas zuzuführen.
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Kathodenseitig ist der Brennstoffzellenstapel 16 mit der Kathodenzufuhrleitung 30 verbunden zur Zuführung des sauerstoffhaltigen Kathodengases. Zur Förderung und Verdichtung des Kathodengases ist der Kathodenzufuhrleitung 30 ein Verdichter 26 vorgeschaltet. In der dargestellten Ausgestaltung ist der Verdichter 26 als ein hauptsächlich elektromotorisch angetriebener Verdichter 26 ausgestaltet, dessen Antrieb über einen mit einer entsprechenden Leistungselektronik ausgestatteten nicht näher dargestellten Elektromotor erfolgt.
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Über den Verdichter 26 wird das Kathodengas, welches aus der Umgebung angesaugt wurde unmittelbar über die Kathodenzufuhrleitung 30 zum Brennstoffzellenstapel 16 geleitet. Kathodenaustrittsseitig ist eine Kathodenabgasleitung 31 zur Ausleitung des Kathodenabgases vorhanden.
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Die Flüssigkeitszufuhrleitung 23 kann weiterhin fluidmechanisch mit der Kathodenabgasleitung 31 stromauf des Brennstoffzellenstapels 16 verbunden sein. Dies ermöglicht ebenfalls die Zuführung von Flüssigwasser in die Kathodenzufuhrleitung 30 und damit in den Brennstoffzellenstapel 16.
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Weiterhin ist stromauf des Brennstoffzellenstapels 16 eine Flüssigkeitsbypassleitung 12 vorhanden, die mit der Kathodenabgasleitung 31 fluidmechanisch verbunden ist. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Flüssigkeitsbypassleitung 12 stromab einer Verzweigungsstelle von der Flüssigkeitszufuhrleitung 23 und der Kathodenzufuhrleitung 30 und stromauf des Brennstoffzellenstapels 16 angeordnet. Der Flüssigkeitsbypassleitung 12 ist ein Flüssigkeitsstellglied 10 zugeordnet, welches ausgebildet ist, dass in einem ersten Zustand des Brennstoffzellensystems 2 dem Brennstoffzellenstapel 16 kathodenseitig Flüssigwasser zuführbar ist und in einem zweiten Zustand des Brennstoffzellensystems 2, insbesondere bei einem Froststart und während einer Aufwärmphase, dass das Flüssigwasser oder überschüssiges Flüssigwasser aus der Kathodenzufuhrleitung über die Kathodenabgasleitung 31 aus dem Brennstoffzellensystem 2 direkt ausleitbar ist.
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Darüber hinaus kann bei dem ersten Ausführungsbeispiel stromab des Verdichters 26 und stromauf der Verzweigungsstelle von der Flüssigkeitsleitung 23 mit der Kathodenzufuhrleitung 30 eine Bypassleitung 3 vorhanden sein. Die Bypassleitung 3 verbindet fluidmechanisch die Kathodenzufuhrleitung 30 mit der Kathodenabgasleitung 31 zum Einstellen des durch die Kathodenzufuhrleitung 31 strömenden Kathodengasmassenstroms.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Brennstoffzellensystems 2, wobei kathodenseitig stromab des Verdichters 26 und stromauf der Kathodenzufuhrleitung 30 ein zusätzlicher Befeuchter 15 zugeschaltet ist. Die Kathodenzufuhrleitung 30 ist zweiteilig gebildet aus einer Trockenzufuhrleitung 11 und einer Kathodenzufuhrleitung 30. Der Einlass 14 des Befeuchters 15 ist mit der Trockenzufuhrleitung 11 fluidmechanisch verbundenen. Der Befeuchter 15 weist darüber hinaus einen mit der Kathodenzufuhrleitung 30 fluidmechanisch verbunden Auslass 18 für das (vor-) befeuchtete Kathodengas, einen mit der Kathodenabgasleitung 31 fluidmechanisch verbundenen weiteren Einlass 17 und einen mit der Befeuchterabfuhrleitung 32 fluidmechanisch verbundenen Auslass 13 für entfeuchtetes Kathodenabgas auf. Die mit dem Abfluss des anodenseitig angeordneten Abscheiders 22 fluidmechanisch verbundene Flüssigkeitsleitung 23 ist mit der Trockenzufuhrleitung 11 verbunden, also dem Befeuchter 15 vorgeschaltet und dem Verdichter 26 nachgeschaltet. Dies ermöglicht, dass anodenseitig anfallende Wasser dem Befeuchter 15 zur Befeuchtung des Kathodengases zuzuführen. Die Flüssigkeitszufuhrleitung 23 kann weiterhin fluidmechanisch mit der Kathodenabfuhrleitung 31 stromauf des Befeuchters 15 verbunden sein. Dies ermöglicht ebenfalls die Zuführung von Flüssigwasser in den Befeuchter 15, da das Abgas zusätzlich befeuchtet wird, bevor es in den Befeuchter 15 eintritt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel findet eine Befeuchtung des Kathodengases also sowohl über den Befeuchter 15 als auch im Brennstoffzellenstapel 16 mittels der Flussfeldplatten 1 statt. Der Befeuchter 15 kann allerdings sehr viel kleiner dimensioniert werden, als im Stand der Technik bekannt. Darüber hinaus wird Flüssigwasser und nicht reagiertes Kathodengas über eine Kathodenabgasleitung 31 zurück zum Befeuchter 15 geleitet, oder das nicht reagierte Kathodengas (insbesondere die Abluft) wird gegebenenfalls aus den Kathodenräumen 18 des Brennstoffzellenstapels 16 zu einer nicht dargestellten Abgasanlage geführt.
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Weiterhin ist stromauf des Befeuchters und stromab der Verzweigungsstelle von der Flüssigkeitszufuhrleitung 23 mit der Trockenzufuhrleitung 11 die Flüssigkeitsbypassleitung 12 vorhanden, die die Trockenzufuhrleitung 11 mit der Befeuchterabfuhrleitung 32 fluidmechanisch verbindet. Der Flüssigkeitsbypassleitung 12 ist ein Flüssigkeitsstellglied 10 zugeordnet, welches ausgebildet ist, dass in einem ersten Zustand des Brennstoffzellensystems 2 dem Befeuchter 15 kathodenseitig Flüssigwasser zuführbar ist und dass in einem zweiten Zustand des Brennstoffzellensystems 2, insbesondere bei einem Froststart und während einer Aufwärmphase, das Flüssigwasser oder überschüssiges Flüssigwasser aus der Trockenzufuhrleitung 11 über die Befeuchterabfuhrleitung aus dem Brennstoffzellensystem 2 ausleitbar ist.
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Darüber hinaus kann auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel stromab des Verdichters 26 und stromauf der Verzweigungsstelle von der Flüssigkeitsleitung 23 mit der Trockenzufuhrleitung 11 eine Bypassleitung 3 vorhanden sein. Die Bypassleitung 3 verbindet die Trockenzufuhrleitung 11 mit der Befeuchterabfuhrleitung 32 zum Einstellen des durch die Trockenzufuhrleitung 11 strömenden Kathodengasmassenstroms.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Flussfeldplatte
- 2.
- Brennstoffzellensystem
- 3.
- Bypassleitung
- 4.
- Flussfeldkern
- 5.
- Trennsteg
- 6.
- Kanal
- 7.
- Rahmen
- 8.
- Umlenkung
- 9.
- Einlassbereich
- 10.
- Flüssigkeitsstellglied
- 11.
- Trockenzufuhrleitung
- 12.
- Flüssigkeitsbypassleitung
- 13.
- weiterer Auslass (des Befeuchters)
- 14.
- Einlass (des Befeuchters)
- 15.
- Befeuchter
- 16.
- Brennstoffzellenstapel
- 17.
- weiterer Einlass (des Befeuchters)
- 18.
- Auslass (des Befeuchters)
- 19.
- Anodenreservoir
- 20.
- Anodenzufuhrleitung
- 21.
- Anodenrezirkulationsleitung
- 22.
- Abscheider
- 23.
- Flüssigkeitszufuhrleitung
- 24.
- Anodenabgasleitung
- 26.
- Verdichter
- 28.
- Stellglied
- 29.
- Wärmeübertrager
- 30.
- Kathodenzufuhrleitung
- 31.
- Kathodenabgasleitung
- 32.
- Befeuchterabfuhrleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0229792 A1 [0005]
- WO 2011/149442 A1 [0006]
