-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft ein Wassertanksystem zur Bereitstellung von Wasser für ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug, ein Fahrzeug, das ein solches Wassertanksystem aufweist, und ein Verfahren zur Bereitstellung von Wasser durch ein solches Wassertanksystem.
-
Stand der Technik
-
In Brennstoffzellen werden durch einen Elektrolyten die Elektronen von den Wasserstoffatomen an der Anode getrennt. Die Elektronen werden durch einen Leiter zur Kathode geführt, während die Wasserstoff-Ionen durch den Elektrolyten zur Kathodenseite wandern, wo sie sich mit den Elektronen und den Sauerstoffatomen vereinigen, so dass Wassermoleküle entstehen. Hierbei können unterschiedliche Elektrolyte, die aus flüssigen oder festen Stoffen bestehen können, eingesetzt werden. Bei dem Prozess wird Wärme freigesetzt. Die Betriebstemperatur wird dabei vom verwendeten Elektrolyten bestimmt. Zum Beispiel liegt sie bei Kalilauge AFC bei 80°, bei Polymerfolie PEMFC zwischen 70 und 90°, und bei einer Festmembran DMFC zwischen 80 und 130°.
Das bei dem Prozess entstehende Wasser, bzw. der Wasserdampf, ist hochrein und wird üblicherweise ohne weitere Nutzung ins Freie abgegeben.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System zur Nutzung des an der Brennstoffstelle entstehenden Wassers bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche der folgenden Beschreibung, sowie der Figuren.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Gemäß einem Aspekt wird ein Wassertanksystem für ein mit Brennstoffzellen betriebenem Fahrzeug bereitgestellt. Das Wassertanksystem weist einen Wasserabscheider, beispielsweise einen Zyklon oder Zyklonabscheider, und einen Wassertank auf. Der Wasserabscheider ist eingerichtet, Wasser aus Wasserdampf abzuscheiden und weist eine Zuleitung zur Aufnahme von Wasserdampf aus einem Brennstoffzellenstack auf, und eine Ableitung zur Ausgabe des abgeschiedenen Wassers. Der Wassertank ist eingerichtet, das Wasser aus dem Wasserabscheider zu speichern, und weist hierfür zum Füllen des Tanks mit dem abgeschiedenen Wasser eine Einfüllöffnung auf, die mit der Ableitung des Wasserabscheiders verbunden ist, sowie eine Entnahmevorrichtung zur Entnahme des Wassers aus dem Wassertank. Die Zu- und Ableitungen für den Wasserdampf und das Wasser bestehen vorteilhafterweise aus Kunststoff.
-
Ein Wasserabscheider kann aus z.B. einem metallischen Gitter bestehen, an dem aufgrund seiner Wärmeableitfähigkeit das im Wasserdampf enthaltene Wasser kondensiert. Allgemein ist ein Wasserabscheider eine Anordnung, durch die Wasser kondensiert. Eine Bauform einer solchen Anordnung ist z.B. ein Zyklon. Unter einem Zyklon bzw. Zyklonabscheider wird hier somit ein Wasserabscheider verstanden, der im Wesentlichen aus einem Behälter besteht, der so geformt ist, beispielsweise trichterförmig, kegelförmig oder zylindrisch, dass eine seitlich einströmende Luft entlang der Außenwand spiralförmig z.B. nach unten rotiert und dann innerhalb der Spirale nach oben abgeleitet wird. Wird die Außenwand gekühlt, kann das Wasser des Wasserdampfs an der Oberfläche der somit ebenfalls gekühlten Innenwand großflächig kondensieren und unten aufgefangen bzw. abgeleitet werden. An der Innenwand des Zyklons kann ferner ein Gitter zur Tröpfchenbildung und Kondensation von Wasserdampf angebracht sein.
-
Die Entnahmevorrichtung kann aktive Komponenten und/oder passive Komponenten aufweisen. Im einfachsten Fall weist der Wassertank lediglich ein Überlaufrohr auf. Um die gewünschten Anwendungen zu erreichen, sind jedoch aktive Komponenten, wie z.B. eine Pumpe erforderlich, wie weiter unten beschrieben.
-
Somit wird gemäß dem ersten Aspekt das in dem Wasserdampf enthaltene Wasser nicht direkt in die Umwelt abgegeben, sondern wird zunächst in einem Wassertank gesammelt, und steht damit zur Nutzung für verschiedene Anwendungen zur Verfügung. Hierzu zählt beispielsweise eine Optimierung der Luftverdichtung durch Wassereinspritzung bei der Zuführung von Luft zu dem Brennstoffzellenstack sowie eine flexible Befeuchtung der Kathodenluft oder des Anodenpfades durch Wassereinspritzung.
-
Weiterhin kann ein Notfallkühlungsreservoirs bereitgestellt werden, auf das bei drohender Überhitzung einer Komponente im Fahrzeug zurückgegriffen werden kann. Aber auch generell kann überschüssiges Wassers zur Verdunstungskühlung für zu kühlende Bauteile verwendet werden, indem das Wasser dosiert auf die Bauteile gebracht wird.
-
Eine weitere Anwendung ist die Befeuchtung der Innenraumluft bzw. Klimatisierung des Fahrzeugs. Diese wird erreicht, indem zum Beispiel dem Tank entnommenes Wasser zerstäubt und dem Luftstrom der Klimaanlage zugefügt wird.
-
Ferner kann das Wasser für eine Elektrolyse genutzt werden. Aufgrund der Reinheit des Wassers eignet es sich besonders gut für die Elektrolyse durch eine Kopplung mit einem Elektrolyseur. Diese kann beispielsweise nach dem Abstellen des Fahrzeugs zu Hause durchgeführt werden.
-
Da das Wasser hochrein ist, kann es auch als Trinkwasser verwendet werden. Hierbei kann das Wasser auch optional mineralisiert werden und z.B. über geeignete Leitungen an einem Hahn, wie z.B. einem Zapfhahn oder einem Automaten für Heiß- oder Kaltgetränke den Fahrzeuginsassen zur Verfügung gestellt werden. Neben der Verwendung als Trinkwasser ist eine Nutzung als Brauchwasser möglich. Insbesondere bei größeren Personentransportfahrzeugen, wie z.B. bei Bussen oder Campingwagen, kann das Wasser für die WC-Spülung oder eine Dusche verwendet werden. Eine weitere Anwendung ist die Nutzung des Wassers für einen Scheibenwischer z.B. der Frontscheibe, des Lichts, etc. Hierdurch werden die Wartungsintervalle für diese Anlagen vergrößert. Überschüssiges Wasser kann gezielt abgelassen werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist der Wasserabscheider einschließlich der Zuleitung zumindest teilweise in den Wassertank integriert. Hierdurch wird zwar der Nutzraum des Tanks verringert, aber andererseits vorteilhafterweise auch der benötigte Platz zum Einbau des Wassertanksystems in das Fahrzeug verringert. Es kann auch nur der Wasserabscheider teilweise in den Wassertank integriert werden, und die Zuleitung wird außerhalb des Wassertanks angebracht, jedoch verringert dies den platzsparenden Effekt. Durch die Integration oder teilweise Integration ist in Verbindung mit einer flexiblen Form des Wassertanks ein flexibler Einbau gemäß den verschiedenen räumlichen Bedingungen unterschiedlicher Fahrzeugtypen möglich.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist der Wasserabscheider an einen Kondenser angeschlossen, der dazu eingerichtet ist, einen aus dem Wasserabscheider austretenden restlichen Wasserdampf aufzunehmen und das darin enthaltene Wasser zu kondensieren, und das kondensierte Wasser abzugeben. An dem Kondenser können Kühlrippen angebracht sein, so dass er durch deren Wärmeableitung die Temperatur des Wasserdampfes bzw. des kondensierten Wassers reduziert wird, und der Kondenser somit auch als Wärmetauscher wirken kann. Ein hier vorgeschlagener Kondenser hat somit die Funktion eines Wasserabscheiders und eines Wärmetauschers.
-
Gemäß einer Ausführungsform wird das vom Wasserabscheider abgeschiedene und im Wassertank gesammelte Wasser und/oder das kondensierte Wasser aus dem Kondenser einem Aktuator zur Bereitstellung für eine Nutzung, wie zum Beispiel einer der oben beschriebenen Anwendungen, zugeführt. Das kondensierte Wasser aus dem Kondenser kann direkt einer Anwendung, zum Beispiel Kühlanwendung, zur Verfügung gestellt werden, aber es kann auch in den Wassertank geleitet und dort gesammelt werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform weist das Wassertanksystem weiterhin einen Geräteträger auf, auf den der Aktuator montiert ist. Der Geräteträger weist ferner mindestens einen Sensor und eine Pumpe zum Fördern des Wassers vom Wassertank in eine Druckleitung auf. Der Wassertank sowie die Einbauten und der Geräteträger sind eisdruckfest, so dass Schäden durch mögliches Gefrieren von Wasser ausgeschlossen werden. Weiterhin kann am Geräteträger eine Heizung befestigt sein, um eine Eisbildung bei niedrigen Temperaturen zu verhindern oder rückgängig zu machen. Der mindestens eine Sensor kann zum Beispiel ein Füllstandssensor zum Messen des Wasserstandes, ein Temperatursensor zur Erfassung der Wassertemperatur oder ein Drucksensor als Bestandteil eines Mess- und Regelsystems für das Pumpen des Wassers in eine Druckleitung sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist der Geräteträger in den Wassertank, d.h. in die Tankblase, zum Beispiel durch Kunststoff-Schweißen eingeschweißt bzw. dichtgeschweißt. Hierdurch kann der Wassertank mit dem Geräteträger als Modul hergestellt werden. Die ermöglicht eine flexible - dem jeweiligen Fahrzeug /Bauraum angepasste Tankblase - und einen standardisierten Geräteträger. Die Leitungen können aus flexiblem Kunststoff bestehen. Somit wird ein kompakter und platzsparender Aufbau mit einfacher Montage möglich.
-
Gemäß einer Ausführungsform weist die Entnahmevorrichtung eine Pumpen-Rücklaufanordnung auf, die eingerichtet ist, einen Rücklauf der Pumpe in den Wassertank oder zur Pumpe zurück bereitzustellen. Es können verschiedene Förderpumpen für Wasser zum Einsatz kommen. Die Pumpe zur Wasserförderung kann mit einem Überströmventil, einem Druckventil oder mit einem Überdruckventil ausgestattet sein. Realisierungsformen sind beispielsweise eine Pumpe mit geregeltem Überström-Bypass, eine Pumpe mit einer Drossel als Überström-Bypass oder eine Pumpe mit einer Drossel als Überström-Bypass mit einem Rücklauf in den Wassertank. Weiterhin ist auch eine Variante mit geregeltem Überström-Bypass-Ventil möglich, wobei der Rücklauf direkt in den Tank geführt wird.
-
In dem Wassertanksystem kann die Druckleitung zur Bereitstellung des Wassers an unterschiedliche Verbraucher Verzweigungen aufweisen. Die Leitungen der Verzweigungen können unterschiedliche Drücke und Temperaturen aufweisen. So kann in einer oder in mehreren der Verzweigungen eine Heizung integriert sein. Die Heizungen können gleich oder unterschiedlich gesteuert werden, so dass je nach Anwendung bzw. Verbraucher eine individuelle Temperatur zur Verfügung steht. Weiterhin kann die Bereitstellung des Wassers aus den Verzweigungen zu den Verbrauchern über Dosiereinrichtungen, wie z.B. Dosierventilen, erfolgen, so dass der Wasserdurchfluss beschränkt wird.
-
Somit wird ein Wassertanksystem für eine unterschiedliche, flexible und bedarfsgerechte Nutzung des gleichen Mediums Wasser bereitgestellt, wodurch ein verantwortungsbewusster Umgang mit Wasser ermöglicht wird, insbesondere auch für einen Einsatz in Regionen mit Wassermangel. Die Produktwasserabgabe an die Umwelt wird reduziert. Beispielsweise werden im Winter gefrierende Pfützen an roten Ampeln vermieden. Das abgeschiedene Wasser kann zur beliebigen Nutzung verwendet werden. Durch das integrierte und geschlossene System ist eine vorteilhafte Ressourcennutzung im Feuchte- und Temperatur Management möglich. Bezüglich der Wirtschaftlichkeit in der Herstellung können durch einen standardisierbaren Geräteträger hohe Stückzahlen und somit eine Kostenreduzierung erreicht werden, und die flexible Tankblase erlaubt die flexible Integration in verschiedene Fahrzeuge und Bauräume.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Wassertanksystem ein Steuergerät zur Erfassung von Sensordaten eines Sensors oder mehrerer Sensoren und zur Steuerung des einen oder der mehreren Aktuatoren basierend auf den Sensordaten in dem Wassertanksystem auf. Die Sensordaten sind zum Beispiel Temperaturdaten des Wassers im Wassertank, in den Leitungen oder eventuell zu kühlenden Bauteilen im Fahrzeug, auf Basis derer Pumpen, Ventile oder Heizungen gesteuert werden können. Durch Einbeziehung den Füllstands kann ein Überlauf oder ein Leerlauf verhindert werden oder z.B. das Einschalten einer Pumpe, wenn kein Wasser vorhanden ist. Das Steuergerät weist logische Schaltungen auf, die zum Beispiel in logischen Bauelementen wie FPGA, CPLD, Prozessoren, Mikroprozessoren, ASICs, oder einfachen Logikbausteinen auf, sowie analoge und digitale Steuerungsschaltkreise, Schnittstellen zu Sensoren und Aktuatoren. Das Steuergerät kann weiterhin Analog-zu-Digital und/oder Digital-zu-Analog-Wandler aufweisen, sowie integrierte oder externe Speicherzellen in denen Sensordaten, Kennwerte, und Programmelemente gespeichert werden können.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Programmelement bereitgestellt, das, wenn es auf einem Steuergerät eines oben beschriebenen Wassertanksystems ausgeführt wird, das Wassertanksystem anleitet, die folgenden Schritte durchzuführen:
- - Zuführen von Wasserdampf aus einer Brennstoffzellenreaktion über eine Zuleitung zu einem Wasserabscheider zur Abscheidung von Wasser, das in einem Wassertank gesammelt wird;
- - Erfassen und Verarbeiten von Sensordaten, um den Wasserstand im Wassertank zu ermitteln;
- - Ansteuern eines Aktuators auf Basis der erfassten Sensordaten und/oder Nutzereingaben; und
Befördern von Wasser aus dem Wassertank zur Bereitstellung des Wassers für eine Nutzung.
Das Programmelement beinhaltet somit die Logik zur Auswertung der Sensordaten und zur Steuerung der Aktuatoren. Das Programmelement kann auch eine Nutzerschnittstelle aufweisen, um zum Beispiel auf eine Betätigung eines digitalen oder analogen Knopfes zu reagieren, um zum Beispiel durch das Wassertanksystem Wasser mit einer bestimmten Temperatur und Menge bereitzustellen.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein computerlesbares Medium, wie zum Beispiel die oben erwähnten integrierten oder externen Speicherzellen bereitgestellt, auf welchem das Programmelement gespeichert ist.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das ein oben beschriebenes Wassertanksystem aufweist.
-
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zur Bereitstellung von Wasser durch ein Wassertanksystem für ein mit Brennstoffzellen betriebenem Fahrzeug vorgeschlagen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
- - Zuführen von Wasserdampf aus der Brennstoffzellenreaktion der Brennstoffzellen über eine Zuleitung zu einem Wasserabscheider, z.B. einem Zyklon, zur Erzeugung von Kondenswasser;
- - Sammeln des Kondenswassers in einem Wassertank;
- - Befördern des Kondenswassers aus dem Wassertank zur Bereitstellung des Kondenswassers für eine Nutzung.
Die Methode kann weitere Schritte gemäß der Beschreibung des Wassertanksystems aufweisen. Insbesondere kann der restliche Wasserdampf nach dem Zuleiten zu dem Wasserabscheider einem weiteren Wasserabscheider, z.B. einem Kondenser, zugeführt werden, so dass das Wasser des restlichen Wasserdampfes kondensieren kann und über eine weitere Ableitung einer Anwendung oder einer Zuführung zu dem Wassertank zur Verfügung steht. Ferner kann das Befördern des Kondenswassers aus dem Wassertank insbesondere durch eine Pumpe bewerkstelligt werden, wobei die Pumpe die oben beschriebenen Eigenschaften, wie zum Beispiel eine Rücklaufanordnung und / oder eine Überström-Einrichtung aufweisen kann. Weiterhin kann das aus dem Wassertank beförderte Wasser bzw. Kondenswasser über eine sich verzweigende Druckleitung bzw. ein sich verzweigendes Rail und über Dosierventile mehreren unterschiedlichen Anwendungen zugeführt werden. Das Wasser kann darüber hinaus im Wassertank oder in den Leitungen geheizt werden.
-
Figurenliste
-
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 ein Blockdiagramm eines Wassertanksystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 ein Blockdiagramm eines Wassertanksystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 3 ein Blockdiagramm eines Wassertanksystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
- 4 ein Flussdiagramm einer Methode zur Bereitstellung von Wasser durch ein Wassertanksystem gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 5 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs mit einem Wassertanksystem gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
Ausführungsformen
-
1 zeigt ein Wassertanksystem mit einem Tank 102, einem Zyklon 104 als Wasserabscheider, einer Einfüllöffnung 110 und einer Entnahmevorrichtung 108. Der Zyklon 104 weist eine Zuleitung 106 auf, die den Wasserdampf, der in der Brennstoffzelle entsteht, zu dem Zyklon 104 transportiert. Der Wasserdampf rotiert in dem Zyklon 104 spiralförmig. An dessen Innenwand, die durch frische Außenluft, die den Zyklon umgibt, gekühlt wird, kondensiert das Wasser des Wasserdampfes, welches über die Einfüllöffnung 110 in den Wassertank 102 tropft bzw. fließt. Das Wasser kann über die Ableitung 112 dem Wassertank wieder entnommen werden, wobei das Wasser entweder aktiv über die Entnahmevorrichtung 108, zum Beispiel durch eine Pumpe, entnommen werden kann oder durch ein Ventil, das den Wassertank vor Überlauf schützt. Der über die Zuleitung 106 in den Zyklon 100 eintretende Luftstrom wird über die Leitung 114 abgeleitet.
-
Der Wasserdampf kann hierbei auch indirekt von den Brennstoffzellen, bzw. dem Brennstoffzellenstack kommen. Beispielsweise kann die komprimierte Luft, die den Brennstoffzellen zur Reaktion mit Wasserstoff zugeführt wird, durch einen Befeuchter befeuchtet werden. Hierzu kann dem Wasserdampf von den Brennstoffzellen verwendet werden, die zunächst dem Befeuchter zugeführt wird und von dort zu dem Zyklon weitergeleitet wird.
-
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wassertanksystems 100, in welchem der Zyklon 104 teilweise in den Wassertank 102 integriert ist. Die Zuleitung 106 zu dem Zyklon 104 ist ebenfalls in den Wassertank 102 integriert. Hierdurch wird der benötigte Raum für die Montage des Wassertanksystems 100 verringert, allerdings auf Kosten des Wassertankvolumens.
-
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines Wassertanksystems 100, das neben dem Wassertank 102 und dem Zyklon 104 weiterhin einen Kondenser 302 sowie einen Geräteträger 310 und ein Steuergerät 320 aufweist. Der Luftstrom aus dem Zyklon 104, der über die Leitung 114 abgeleitet wird, strömt in den Kondenser hinein, welcher Kühlgitter enthält, an denen das Wasser des nach der Durchströmung des Zyklons 104 verbleibenden Wasserdampfes kondensiert und nach unten über die Leitung 306 abgeleitet wird. Der Luftstrom in dem Kondenser 302 wird schließlich über die Leitung 304 an z.B. die Umwelt als Abluft abgegeben. Der Zyklon 104 weist weiterhin Kühlrippen 308 auf, so dass die Wand des Zyklons effektiv gekühlt wird und günstige Bedingungen für das Kondensieren des Wassers an der Innenwand des Zyklons geschaffen werden. Das kondensierte Wasser gelangt über den Erfüllungsstutzen 316 in den Wassertank 102.
-
Weiterhin zeigt die 3 eine Entlüftungsvorrichtung 312, durch die die Luft beim Füllen des Tanks über die Leitung 318 entweichen kann. Die Entlüftungsvorrichtung 312 ist vorzugsweise gegen Eindringen von Schmutz aus Umgebung, z.B. durch Einsatz einer luftdurchlässigen Membrane, geschützt. Die Tankentlüftung kann optional auch aktiv, d.h. mit Ventil, ausgeführt sein.
-
Der Geräteträger 310 weist eine Heizung 312, eine Pumpe 314 und verschiedene Sensoren auf, wie zum Beispiel einen optionalen Füllstandsensor, der z.B. nach dem Ultraschallprinzip ausgeführt ist, einen optionalen Drucksensor, einen optionalen thermischen Sensor, oder weiteren Sensoren. Die Heizung, kann gefrorenes Wasser oder zumindest einen Teil des gefrorenen Wassers lokal im Bereich des Ansaugstutzens der Pumpe auftauen. Das Heizprinzip kann hierbei verschieden sein. In einer Variante ist die Heizung eine elektrische Heizung. Alternativ ist es auch möglich, gefrorenes Wasser im Wassertanksystem ganz oder teilweise durch das Kühlmittel der Brennstoffzelle aufzutauen. Bei dieser Variante enthält der Geräteträger Konnektoren für das Kühlmittel. Der Geräteträger 310 weist weiterhin einen Stecker für den elektrischen/elektronischen Anschluss von Aktoren und Sensoren sowie optional einen Filter im Ansaugbereich der Pumpe auf.
-
Der Geräteträger und die Tankblase sind mittels einer dichten Verbindung z.B. durch Kunststoff-Schweißen verbunden.
-
Das Wasser aus dem Wassertank kann somit über die Förderpumpe 314 für Wasser gesteuert in die Druckleitung 112 bzw. ein Rail gepumpt werden, so dass es einer Anwendung zugeführt werden kann. Dazu ist mindestens ein Anschlussstutzen für die Druckleitung 112 implementiert. Die Förderpumpe 314 für Wasser kann prinzipiell durch unterschiedliche Förderprinzipien und Antriebe, wie z.B. ein Rotationsmotor, ein Hubmagnet, etc., ausgeführt sein. Bevorzugt können Pumpen mit einer Überströmdrossel oder einem Überströmventil verwendet werden. Ein möglicher Rücklauf der Pumpe kann direkt in den Tank oder in den Ansaugpfad der Pumpe erfolgen. Das Wasser kann von der Druckleitung 112 dosiert über Einrichtungen wie zum Beispiel Dosierventile zu der Anwendung transportiert werden. Als Dosierventile können zum Beispiel kostengünstige Dosierventile aus der Verbrenner-Technologie verwendet werden, wie z.B. Ventile zur Benzineinspritzung. Das Rail ermöglicht die Lieferung des Wassers zu verschiedene Nutzungsmöglichkeiten. Das Rail kann mit einem flexiblen Druckschlauch realisiert werden und verschiedene Abzweigungen enthalten. Optional kann das Leitungssystem mit einer integrierten Heizung ausgeführt sein. Die Leitungen können eisdruckfest ausgeführt sein (flexibles Material) und/oder bei Frostgefahr auch entleert werden. Auch eine Teilentleerung ist möglich.
-
Das System 100 kann zusätzlich erweitert werden, indem Regenwasser vom Chassis des Fahrzeugs über einen Partikel-Filter und gegebenenfalls zusätzlich über einen chemischen Filter, z.B. einen Aktivkohlefilter in das Wassertanksystem 100 geleitet wird.
-
4 zeigt ein Flussdiagramm einer Methode 400 zur Bereitstellung von Wasser durch ein Wassertanksystem gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Methode 400 weist folgende Schritte auf:
- - Zuführen 402 von Wasserdampf aus der Brennstoffzellenreaktion der Brennstoffzellen 502 über eine Zuleitung zu einem Wasserabscheider 104 zur Erzeugung von Kondenswasser.
- - Sammeln 404 des Kondenswassers in einem Wassertank 102, und
Befördern 406 des Kondenswassers aus dem Wassertank 102 zur Bereitstellung des Kondenswassers für eine Nutzung.
-
5 zeigt das Wassertanksystem 100 in einem Fahrzeug 500. Vorteilhafterweise ist der Ort der Kondensation thermisch möglichst gut vom Stack abgeschirmt, z.B. durch eine ausreichende Entfernung oder durch eine Isolierung, um zu vermeiden, dass die Kondensationswärme wieder an den Stack übergeht. Vorzugsweise kann die Tankblase eine in den Bauraum des Fahrzeugs angepasste Form aufweisen, während der Geräteträger mit Aktoren, Sensoren und Konnektoren gleich bleiben kann, was sich auf die Kosten bzw. Stückzahlen entsprechend positiv auswirkt.
-
Aus der Brennstoffzelle 502 austretender warmer bis heißer Wasserdampf wird kondensiert und je nach Temperatur des Dampfs und der Rohrleitungen entweder in dem Wassertank 102 für spätere Verwendung gesammelt oder bei hohen Temperatur in einen Kamin mit großer Oberfläche kondensiert und zurück zur Brennstoffzelle 502, das heißt zur Oberfläche des Außenbereichs, geführt, oder mit einem Brennstoffzelle 502 in Kontakt stehende Kondenser 302 bzw. Wärmetauscher geführt. An der Stelle der gewünschten Kondensation kann ein Wasserabscheider 104, z.B. ein Drahtgitter als Kondensator angebracht sein. In der Zuführung 106 kann außerdem ein Zyklon 104 angebracht werden, der die Kondensation zusätzlich begünstigt.
-
Dem Wassertanksystem 100 wird zudem Außenluft 504 zugeführt, die den Zyklon 104 zur Kühlung umgibt. Der Luftstrom 114, 304 aus dem Zyklon 104 oder dem Kondenser 302 wird an die Umgebung abgegeben. Kondensiertes Wasser steht aus dem Wassertank 102 oder dem Kondenser 306 an den Leitungen 112 bzw. 306 zur Verfügung. Das Steuergerät 320 zur Datenerfassung und zur Steuerung der Aktoren ist über eine Schnittstelle mit dem Wassertanksystem 100 verbunden.
