DE102020130843A1

DE102020130843A1 - Brennstoffzellensystem und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020130843A1
Application number: DE102020130843.4A
Authority: DE
Inventors: Yasushi Takahashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-11-23
Publication date: 2021-07-22
Also published as: CN113206278A; US20210226234A1; JP7243645B2; JP2021114372A; US11424461B2

Abstract

Um das Auftreten von weißem Nebel bzw. Rauch und Wasserspritzern in einem Brennstoffzellensystem unterdrücken zu können und Gas und Flüssigkeit zur Außenseite des Systems abführen zu können, während das Brennstoffgas verdünnt wird, wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, wobei sowohl ein Anodenabgaskanal als auch ein Kathodenabgaskanal mit einem Gas-Flüssigkeits-Abscheider ausgebildet sind, ein Abgaskanal und ein Auslasskanal getrennt sind, ein Gas in dem Anodenabgas und ein Gas in dem Kathodenabgas gemischt werden und zusammen abgeführt werden, und eine Flüssigkeit in dem Anodenabgas und eine Flüssigkeit in dem Kathodenabgas gemischt werden und zusammen abgeführt werden. Der Flüssigkeitsoberflächenpegel des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders, der in dem Anodenabgaskanal angeordnet ist, wird durch einen Controller so gesteuert, dass der Flüssigkeitsoberflächenpegel nicht Null wird, wenn Flüssigkeit abgeführt wird. Dadurch kann im Gas-Flüssigkeits-Abscheider verhindert werden, dass das Gas im Anodenabgas in die Auslassseite fließt. Somit kann das Auftreten von weißem Nebel oder Wasserspritzern unterdrückt werden, indem das Abgassystem und das Auslasssystem getrennt ausgebildet werden. Zusätzlich ist es möglich, das Brenngas zu verdünnen, indem das Anodenabgas mit dem Kathodenabgas im Abgassystem gemischt wird.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Fahrzeug.
HINTERGRUND
Bei der Stromerzeugung durch eine Brennstoffzelle wird Wasser aus der Brennstoffzelle zur Außenseite des Systems abgeführt. Beim Abführen von Wasser aus der Brennstoffzelle zur Außenseite des Systems kann das Auftreten von weißem Nebel bzw. Rauch ein Problem darstellen. Weißer Nebel bzw. Rauch kann z.B. in folgenden Fällen auftreten. Wenn nämlich Wasser, das in einem Gas-Flüssigkeits-Abscheider gesammelt wird, der in einem Anodenabgaskanal angeordnet ist, in einen Kathodenabgaskanal gemischt wird, wird das Wasser durch ein Hochtemperatur-Kathodenabgas verdampft, und wenn das verdampfte Wasser aus dem Kathodenabgaskanal zur Außenseite des Systems abgeführt wird, wird das verdampfte Wasser durch die Außentemperatur abgekühlt und geht in einen weißen nebelartigen Zustand über.
Bei der in der Patentliteratur 1 offenbarten Technologie wird ein Anodenabgas, das aus einer Brennstoffzelle abgeführt wird, durch einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider in Gas und Flüssigkeit getrennt, und die Flüssigkeit wird von einem Kathodenabgas mitgeführt und nach außen abgeführt. Wenn festgestellt wird, dass weißer Nebel bzw. Rauch auftritt, wenn das Kathodenabgas nach außen abgeführt wird, wird die Durchflussmenge oder Durchflussgeschwindigkeit des Kathodenabgases geregelt. Dadurch ist es möglich, das Auftreten von weißem Nebel zu unterdrücken.
Es sei angemerkt, dass Technologien, bei denen das Abgas einer Brennstoffzelle durch einen Gas-Flüssigkeits-Abscheider in Gas und Flüssigkeit getrennt wird, auch in der Patentliteratur 2 und 3 offenbart sind.
[ZITIERLISTE]
[PATENTLITERATUR]

[PTL 1] japanische Patentanmeldung JP 2009 - 037 870 A
[PTL 2] japanische Patentanmeldung JP 2011 - 170 978 A
[PTL 3] japanische Patentanmeldung JP 2017 - 174 753 A

KURZFASSUNG
[TECHNISCHES PROBLEM]
Bei der in der Patentliteratur 1 offenbarten Technologie wird Wasser in einem Anodenabgas mit einem Kathodenabgas gemischt, um dadurch das gesamte Wasser, das aus einer Brennstoffzelle ausgegeben wird, durch das Kathodenabgas zu verdünnen. Da es jedoch Fälle gibt, in denen sich die Durchflussmenge des Kathodenabgases in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennstoffzelle ändert, wird das Wasser möglicherweise nicht in geeigneter Weise durch das Kathodenabgas verdünnt. Wenn die Durchflussmenge des Kathodenabgases zur Verdünnung erhöht wird, erhöht sich außerdem das Gesamtvolumen des Gases, und dementsprechend wird davon ausgegangen, dass, obwohl der weiße Nebel selbst dünn wird, die Kraftstoffeinsparung sinken kann.
Wenn Wasser aus der Brennstoffzelle nach außen abgeführt wird, ist es wünschenswert, nicht nur das Auftreten des oben erwähnten weißen Nebels zu unterdrücken, sondem auch das Verspritzen von Wasser (Spritzwasser) um die Brennstoffzelle herum. Spritzwasser wird z.B. dann problematisch, wenn die Brennstoffzelle an einem Fahrzeug montiert ist. D.h., wenn während der Bewegung des Fahrzeugs Wasser aus der Brennstoffzelle abgeführt wird, ist es notwendig, das Spritzen von Wasser auf nachfolgende Fahrzeuge möglichst zu verhindern. Bei der in der Patentliteratur 1 offenbarten Technologie wird das Wasser, wie oben erwähnt, zusammen mit dem Kathodenabgas nach außen abgeführt und dementsprechend zusammen mit dem Kathodenabgas versprüht, so dass das Problem des Wasserspritzens tendenziell auftritt.
Darüber hinaus kann das Anodenabgas der Brennstoffzelle neben dem vorgenannten Wasser auch Brenngas enthalten. Wenn das Brenngas nach außen abgeführt wird, ist es wünschenswert, das Brenngas so weit wie möglich zu verdünnen.
[LÖSUNG DES PROBLEMS]
Die vorliegende Erfindung schafft, als eines der Mittel zur Lösung der vorgenannten Probleme, ein Brennstoffzellensystem, aufweisend:

eine Brennstoffzelle;
einen ersten Strömungskanal, durch den ein Anodenabgas aus der Brennstoffzelle abgeführt wird;
einen zweiten Strömungskanal, durch den ein Kathodenabgas aus der Brennstoffzelle abgeführt wird;
einen Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider, der mit dem ersten Strömungskanal verbunden ist und der das Anodenabgas in ein abgeschiedenes Anodengas und eine abgeschiedene Anodenflüssigkeit trennt;
einen Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider, der mit dem zweiten Strömungskanal verbunden ist und der das Kathodenabgas in ein abgeschiedenes Kathodengas und eine abgeschiedene Kathodenflüssigkeit trennt;
einen dritten Strömungskanal, durch den das abgeschiedene Anodengas aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeführt wird;
einen vierten Strömungskanal, durch den die abgeschiedene Anodenflüssigkeit aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeführt wird;
einen fünften Strömungskanal, durch den das abgeschiedene Kathodengas aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeführt wird;
einen sechsten Strömungskanal, durch den die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeführt wird;
einen ersten Verbindungsabschnitt, an dem der dritte Strömungskanal und der fünfte Strömungskanal miteinander verbunden sind und das abgeschiedene Anodengas und das abgeschiedene Kathodengas gemischt werden;
einen siebten Strömungskanal, durch den das gemischte abgeschiedene Anodengas und das abgeschiedene Kathodengas aus dem ersten Verbindungsabschnitt abgeführt werden;
einen zweiten Verbindungsabschnitt, an dem der vierte Strömungskanal und der sechste Strömungskanal miteinander verbunden sind und die abgeschiedene Anodenflüssigkeit und die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit gemischt werden;
einen achten Strömungskanal, durch den die gemischte abgeschiedene Anodenflüssigkeit und die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit aus dem zweiten Verbindungsabschnitt abgeführt werden; und
einen Controller, der einen Flüssigkeitsoberflächenpegel des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders regelt,
wobei
die abgeschiedene Anodenflüssigkeit aus einem unteren Abschnitt des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders abgeführt wird, und
der Controller den Flüssigkeitsoberflächenpegel des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders so regelt, dass der Flüssigkeitsoberflächenpegel nicht Null wird, wenn die abgeschiedene Anodenflüssigkeit aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeführt wird.

Bei dem hier offenbarten Brennstoffzellensystem kann der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider einen Flüssigkeitsoberflächenpegelsensor umfassen.
Bei dem hier offenbarten Brennstoffzellensystem kann das Anodenabgas Wasserstoff enthalten.
Bei dem hier offenbarten Brennstoffzellensystem kann die Brennstoffzelle eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle sein.
Die vorliegende Erfindung schafft, als eines der Mittel zur Lösung der vorgenannten Probleme, ein Fahrzeug, aufweisend das hier offenbarte Brennstoffzellensystem.
Bei dem hier offenbarten Fahrzeug kann eine Auslassöffnung des Brennstoffzellensystems in einem in Breitenrichtung zentralen Bereich des Fahrzeugs nach unten ausgerichtet sein.
[VORTEILHAFTE EFFEKTE]
Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem wird das abgeschiedene Anodengas, das in dem Anodenabgas enthalten ist, mit dem abgeschiedenen Kathodengas, das in dem Kathodenabgas enthalten ist, gemischt und gemeinsam aus dem System nach außen abgeführt, und die abgeschiedene Anodenflüssigkeit, die in dem Anodenabgas enthalten ist, wird mit der abgeschiedenen Kathodenflüssigkeit, die in dem Kathodenabgas enthalten ist, gemischt und gemeinsam aus dem System nach außen abgeführt. Darüber hinaus kann die Vermischung des abgeschiedenen Anodengases in ein Auslasssystem durch die Regelung des Flüssigkeitsniveaus bzw. Flüssigkeitsoberflächenpegels des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders verhindert werden. Da das Abgassystem und das Auslasssystem im hier offenbarten Brennstoffzellensystem separat angeordnet sind, treten der oben erwähnte weiße Nebel und das Wasserspritzen tendenziell nicht auf. Darüber hinaus ist es in dem hier offenbarten Brennstoffzellensystem möglich, das Brenngas in dem abgeschiedenen Anodengas zu verdünnen, indem das abgeschiedene Anodengas mit dem abgeschiedenen Kathodengas gemischt wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische erläuternde Ansicht des Aufbaus des Brennstoffzellensystems 100.
2 ist eine schematische erläuternde Ansicht eines Beispiels von anderen Bestandteilen, die im Brennstoffzellensystem 100 angeordnet sind.
3A ist eine schematische erläuternde Ansicht eines Fahrzeugs 200 in der Seitenansicht.
3B ist eine schematische erläuternde Ansicht eines Fahrzeugs 200 in der Rückansicht.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Brennstoffzellen-System
1 zeigt schematisch den Aufbau des Brennstoffzellensystems 100. Wie in 1 dargestellt, umfasst das Brennstoffzellensystem 100:

eine Brennstoffzelle 1,
einen ersten Strömungskanal 11, durch den ein Anodenabgas aus der Brennstoffzelle 1 abgeführt wird,
einen zweiten Strömungskanal 12, durch den ein Kathodenabgas aus der Brennstoffzelle 1 abgeführt wird,
einen Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21, der mit dem ersten Strömungskanal 11 verbunden ist und der das Anodenabgas in ein abgeschiedenes Anodengas und eine abgeschiedene Anodenflüssigkeit trennt,
einen Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22, der mit dem zweiten Strömungskanal 12 verbunden ist und der das Kathodenabgas in ein abgeschiedenes Kathodengas und eine abgeschiedene Kathodenflüssigkeit trennt,
einen dritten Strömungskanal 13, durch den das abgeschiedene Anodengas aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 abgeführt wird,
einen vierten Strömungskanal 14, durch den die abgeschiedene Anodenflüssigkeit aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 abgeführt wird,
einen fünften Strömungskanal 15, durch den das abgeschiedene Kathodengas aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 abgeführt wird,
einen sechsten Strömungskanal 16, durch den die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 abgeführt wird,
einen ersten Verbindungsabschnitt 31, an dem der dritte Strömungskanal 13 und der fünfte Strömungskanal 15 miteinander verbunden sind und das abgeschiedene Anodengas und das abgeschiedene Kathodengas gemischt werden,
einen siebten Strömungskanal 17, durch den das gemischte abgeschiedene Anodengas und das abgeschiedene Kathodengas aus dem ersten Verbindungsabschnitt 31 abgeführt werden,
einen zweiten Verbindungsabschnitt 32, an dem der vierte Strömungskanal 14 und der sechste Strömungskanal 16 miteinander verbunden sind und die abgeschiedene Anodenflüssigkeit und die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit gemischt werden,
einen achten Strömungskanal 18, durch den die gemischte abgeschiedene Anodenflüssigkeit und die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit aus dem zweiten Verbindungsabschnitt 32 abgeführt werden, und
einen Controller 40, der den Flüssigkeitsoberflächenpegel bzw. Flüssigkeitspegel oder das Flüssigkeitsniveau des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 regelt.

Die abgeschiedene Anodenflüssigkeit wird aus einem unteren Abschnitt des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 abgeführt.
Der Controller 40 regelt den Flüssigkeitsoberflächenpegel des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 so, dass der Flüssigkeitsoberflächenpegel nicht Null wird, wenn die abgeschiedene Anodenflüssigkeit aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 abgeführt wird.
Brennstoffzelle
Die Brennstoffzelle 1 wird mit Kathodengas und Anodengas zur Stromerzeugung versorgt. Das Kathodengas kann ein sauerstoffhaltiges Gas sein, wie z.B. Luft. Das Anodengas kann Wasserstoff oder ein anderes Brenngas als Wasserstoff sein. Die Brennstoffzelle 1 kann zum Beispiel eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC) sein. Im Allgemeinen haben PEFCs eine niedrige Betriebstemperatur, und es wird dementsprechend davon ausgegangen, dass die oben genannten Probleme des weißen Nebels und des Wasserspritzens eher auftreten. Gemäß dem Brennstoffzellensystem 100 der vorliegenden Erfindung können der weiße Nebel und das Spritzwasser bzw. Wasserspritzen jedoch unterdrückt werden. Die Brennstoffzelle 1 kann ein Stapel von Brennstoffzellen sein. Das Verbindungsverfahren der Brennstoffzelle 1 und der Strömungskanäle, das im Folgenden besprochen wird, ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise kann die Verbindung über herkömmliche Rohrleitungssysteme erfolgen.
Erster Strömungskanal
Das Anodenabgas wird aus der Brennstoffzelle 1 in den ersten Strömungskanal 11 abgeführt. Der erste Strömungskanal 11 ist mit dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 verbunden. Mit anderen Worten: Der erste Strömungskanal 11 definiert einen Kanal, durch den das aus der Brennstoffzelle 1 abgeführte Anodenabgas zum Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 geführt wird. Beispielsweise kann ein Ende des ersten Strömungskanals 11 auf der stromaufwärts gelegenen Seite mit dem Anodenabgasauslass der Brennstoffzelle 1 verbunden sein und das andere Ende auf der stromabwärts gelegenen Seite kann mit dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 verbunden sein. Das Anodenabgas kann wie oben erwähnt z.B. Wasserstoff enthalten. Im Brennstoffzellensystem 100 der vorliegenden Erfindung kann, wenn das Anodenabgas Wasserstoff enthält, das Anodenabgas mit verdünntem Wasserstoff abgeführt werden. Alternativ dazu kann das Anodenabgas ein anderes Brenngas als Wasserstoff enthalten. Außerdem kann das Anodenabgas Wasser enthalten.
Zweiter Strömungskanal
Das Kathodenabgas wird aus der Brennstoffzelle 1 in den zweiten Strömungskanal 12 abgeführt. Der zweite Strömungskanal 12 ist mit dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 verbunden. Mit anderen Worten: Der zweite Strömungskanal 12 definiert einen Kanal, durch den das aus der Brennstoffzelle 1 abgeführte Kathodenabgas zum Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 geführt wird. Beispielsweise kann ein Ende des zweiten Strömungskanals 12 auf der stromaufwärts gelegenen Seite mit dem Kathodenabgasauslass der Brennstoffzelle 1 verbunden sein und das andere Ende auf der stromabwärts gelegenen Seite kann mit dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 verbunden sein. Das Kathodenabgas kann z.B. Sauerstoff und/oder Wasser enthalten.
Dritter Strömungskanal
Das abgeschiedene Anodengas wird aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 in den dritten Strömungskanal 13 abgeführt. Der dritte Strömungskanal 13 ist am ersten Verbindungsabschnitt 31 mit dem fünften Strömungskanal 15 verbunden, um das abgeschiedene Anodengas und das abgeschiedene Kathodengas zu mischen. Mit anderen Worten: Der dritte Strömungskanal 13 definiert einen Kanal, durch den das abgeschiedene Anodengas, das aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 abgeführt wird, zum fünften Strömungskanal 15 geführt wird, der der Auslasskanal für das abgeschiedene Kathodengas ist. Beispielsweise kann ein Ende des dritten Strömungskanals 13 auf der stromaufwärts gelegenen Seite mit einem Abgasventil 21b verbunden sein, das im Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 angeordnet ist, und das andere Ende auf der stromabwärts gelegenen Seite kann mit dem ersten Verbindungsabschnitt 31 verbunden sein.
Das abgeschiedene Anodengas kann z.B. Wasserstoff oder ein anderes Brenngas als Wasserstoff enthalten. Das abgeschiedene Anodengas kann Wasser enthalten, aber die Wassermenge ist im Vergleich zum Anodenabgas reduziert, und dementsprechend treten die Probleme des weißen Nebels und des Wasserspritzens eher nicht auf.
Vierter Strömungskanal
Die abgeschiedene Anodenflüssigkeit wird aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 in den vierten Strömungskanal 14 abgeführt. Der vierte Strömungskanal 14 ist an einem zweiten Verbindungsabschnitt 32 mit dem sechsten Strömungskanal 16 verbunden, um die abgeschiedene Anodenflüssigkeit und die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit zu mischen. Mit anderen Worten: Der vierte Strömungskanal 14 definiert einen Kanal, durch den die abgeschiedene Anodenflüssigkeit, die aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 ausgetragen wird, zum sechsten Strömungskanal 16 geführt wird, der der Auslasskanal für die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit ist. Beispielsweise kann ein Ende des vierten Strömungskanals 14 auf der stromaufwärts gelegenen Seite mit einem Auslassventil 21a verbunden sein, das im Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 angeordnet ist, und das andere Ende auf der stromabwärts gelegenen Seite kann mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 32 verbunden sein. Die abgeschiedene Anodenflüssigkeit kann z.B. Wasser enthalten. Es sei angemerkt, dass es in dem Brennstoffzellensystem 100, wie im Folgenden beschrieben, möglich ist zu verhindern, dass das abgeschiedene Anodengas zusammen mit der abgeschiedenen Anodenflüssigkeit in den vierten Strömungskanal 14 strömt, indem der Flüssigkeitspegel bzw. Flüssigkeitsoberflächenpegel mit dem Controller 40 geregelt wird. Mit anderen Worten: In dem Brennstoffzellensystem 100 der vorliegenden Erfindung fließt im Wesentlichen nur die abgeschiedene Anodenflüssigkeit in dem vierten Strömungskanal 14.
Fünfter Strömungskanal
Das abgeschiedene Kathodengas wird aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 in den fünften Strömungskanal 15 abgeführt. Außerdem sind, wie oben erwähnt, der dritte Strömungskanal 13 und der fünfte Strömungskanal 15 am ersten Verbindungsabschnitt 31 miteinander verbunden, um das abgeschiedene Anodengas und das abgeschiedene Kathodengas zu mischen. Dadurch kann das abgeschiedene Anodengas, das aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 abgeführt wird, mit dem abgeschiedenen Kathodengas, das aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 abgeführt wird, verdünnt und aus dem System nach außen abgeführt werden. Beispielsweise kann ein Ende des fünften Strömungskanals 15 auf der stromaufwärts gelegenen Seite mit einem Auslassventil (nicht dargestellt) verbunden sein, das im Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 angeordnet ist, das andere Ende auf der stromabwärts gelegenen Seite des fünften Strömungskanals 15 kann mit dem ersten Verbindungsabschnitt 31 versehen sein, an dem der fünfte Strömungskanal 15 mit dem dritten Strömungskanal 13 verbunden ist, der siebte Strömungskanal 17 kann auf der stromabwärts gelegenen Seite des ersten Verbindungsabschnitts 31 angeordnet sein, und die stromabwärts gelegene Seite des siebten Strömungskanals 17 kann sich zur Außenseite des Systems öffnen. Das abgeschiedene Kathodengas kann z.B. Sauerstoff enthalten. Das abgeschiedene Kathodengas kann Wasser enthalten, aber die Menge an Wasser ist im Vergleich zum Kathodenabgas reduziert, und dementsprechend treten die Probleme des weißen Nebels und des Wasserspritzens eher nicht auf.
Sechster Strömungskanal
Die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit wird aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 in den sechsten Strömungskanal 16 abgeführt. Wie oben erwähnt, sind der vierte Strömungskanal 14 und der sechste Strömungskanal 16 am zweiten Verbindungsabschnitt 32 miteinander verbunden, um die abgeschiedene Anodenflüssigkeit und die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit zu mischen. So kann die abgeschiedene Anodenflüssigkeit, die aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 abgeführt wird, zusammen mit der abgeschiedenen Kathodenflüssigkeit, die aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 abgeführt wird, aus dem System nach außen abgeführt werden. Beispielsweise kann ein Ende des sechsten Strömungskanals 16 auf der stromaufwärts gelegenen Seite mit einem Auslassventil (nicht dargestellt) verbunden sein, das im Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 angeordnet ist, das andere Ende auf der stromabwärts gelegenen Seite des sechsten Strömungskanals 16 kann mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 32 versehen sein, an dem der sechste Strömungskanal 16 mit dem vierten Strömungskanal 14 verbunden ist, der achte Strömungskanal 18 kann auf der stromabwärts gelegenen Seite des zweiten Verbindungsabschnitts 32 angeordnet sein, und die stromabwärts gelegene Seite des achten Strömungskanals 18 kann sich zur Außenseite des Systems öffnen. Die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit kann z.B. Wasser enthalten. Die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit kann ein Gas, wie z.B. Sauerstoff, enthalten, das damit vermischt ist.
Siebter Strömungskanal und achter Strömungskanal
Wie oben erwähnt, ist der siebte Strömungskanal 17 an der stromabwärts gelegenen Seite des ersten Verbindungsabschnitts 13 angeordnet und der achte Strömungskanal 18 ist an der stromabwärts gelegenen Seite des zweiten Verbindungsabschnitts 32 angeordnet. Das gemischte abgeschiedene Anodengas und das abgeschiedene Kathodengas werden aus dem ersten Verbindungsabschnitt 31 in den siebten Strömungskanal 17 abgeführt. Die gemischte abgeschiedene Anodenflüssigkeit und die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit werden aus dem zweiten Verbindungsabschnitt 32 in den achten Strömungskanal 18 abgeführt.
Erster Verbindungsabschnitt und zweiter Verbindungsabschnitt
Das Verbindungsverfahren der Strömungskanäle am ersten Verbindungsabschnitt 31 und am zweiten Verbindungsabschnitt 32 ist nicht besonders auf ein bestimmtes Verfahren beschränkt. Es können z.B. herkömmliche Rohrleitungsverbindungen verwendet werden.
1.10 Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider
Der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 ist mit dem ersten Strömungskanal 11 verbunden und trennt das Anodenabgas in das abgeschiedene Anodengas und die abgeschiedene Anodenflüssigkeit. Der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 leitet die abgeschiedene Anodenflüssigkeit aus seinem unteren Abschnitt ab.
In der vorliegenden Erfindung entspricht die Position des „unteren Abschnitts“ des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 im Wesentlichen einer Position, in der der Flüssigkeitsoberflächenpegel des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 Null ist. Das heißt, wenn der Flüssigkeitsoberflächenpegel im Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 über Null liegt, ist zumindest der untere Bereich des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 mit der abgeschiedenen Anodenflüssigkeit gefüllt. Mit anderen Worten: Solange der Flüssigkeitspegel im Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 über Null liegt, wirkt die abgeschiedene Anodenflüssigkeit als Barriere zwischen dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 und dem vierten Strömungskanal 14, wodurch es unwahrscheinlich ist, dass das abgeschiedene Anodengas in den vierten Strömungskanal 14 fließt.
Wie in 1 gezeigt, ist der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 mit einer Auslassöffnung an seinem unteren Abschnitt versehen, und die Auslassöffnung kann durch ein Auslassventil 21a geöffnet und geschlossen werden. Außerdem kann der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 in einem anderen Abschnitt als dem unteren Abschnitt eine Abgasöffnung haben, und die Abgasöffnung kann durch ein Abgasventil 21b geöffnet und geschlossen werden. Das Auslassventil 21a des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 ist, wie oben erwähnt, im unteren Abschnitt des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 angeordnet. Andererseits ist die Position des Abgasventils 21b des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 nicht auf eine bestimmte Position beschränkt, und das Abgasventil 21b kann sich an einer beliebigen Position befinden, solange es sich oberhalb des im unteren Abschnitt angeordneten Auslassventils 21a befindet. Wenn angenommen wird, dass der Innenraum des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 in eine obere und eine untere Hälfte unterteilt ist, kann das Abgasventil 21b in der oberen Hälfte angeordnet sein und das Auslassventil 21a kann in der unteren Hälfte angeordnet sein. Der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 kann den gleichen Aufbau wie der in PTL 2 offenbarte Gas-Flüssigkeits-Abscheider haben. Es sei angemerkt, dass der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 zur Zirkulation und Wiederverwendung des im abgeschiedenen Anodengas enthaltenen Wasserstoffs mit einem Wasserstoffauslasskanal versehen sein kann, dessen stromabwärts gelegene Seite mit einem Injektor 50 verbunden ist.
1.11 Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider
Der Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 ist nicht auf eine bestimmte Form beschränkt, solange er Gas und Flüssigkeit trennen kann. Als Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 kann jede Art von bekanntem Gas-Flüssigkeits-Abscheider verwendet werden. Um zu verhindern, dass abgeschiedenes Kathodengas in den fünften Strömungskanal 15 strömt, kann ein Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 mit der gleichen Struktur wie der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 verwendet werden. Außerdem kann im Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 22 der Flüssigkeitspegel bzw. Flüssigkeitsoberflächenpegel mit dem Controller 40 geregelt werden.
1.12 Controller
Der Controller 40 regelt den Flüssigkeitspegel bzw. Flüssigkeitsoberflächenpegel des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 so, dass der Flüssigkeitsoberflächenpegel nicht Null wird, wenn die abgeschiedene Anodenflüssigkeit aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 abgeführt wird. Der Controller 40 kann in der gleichen Weise wie herkömmliche Steuermittel konfiguriert sein. Mit anderen Worten: Der Controller 40 kann eine CPU, RAM und ROM usw. aufweisen.
Wie oben erwähnt füllt sich, wenn die abgeschiedene Anodenflüssigkeit aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 abgelassen wird, die abgeschiedene Anodenflüssigkeit zwischen dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 und dem vierten Strömungskanal 14, indem der innere Flüssigkeitsoberflächenpegel des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 über Null gehalten wird. Dadurch kann verhindert werden, dass das abgeschiedene Anodengas in den vierten Strömungskanal 14 fließt, wodurch das Abgassystem und das Auslasssystem auf der Anodenseite deutlicher getrennt werden können.
Der Regelvorgang des Controllers 40 ist nicht auf einen bestimmten Vorgang beschränkt. Beispielsweise kann der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 einen Flüssigkeitsoberflächenpegelsensor umfassen, wobei, wenn das Auslassventil 21a des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 geöffnet wird, um die abgeschiedene Anodenflüssigkeit abzulassen, eine Änderung des Flüssigkeitsoberflächenpegels des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 durch den Flüssigkeitsoberflächenpegelsensor überwacht werden kann und Informationen bezüglich des Flüssigkeitsoberflächenpegels, die durch den Flüssigkeitsoberflächenpegelsensor erhalten werden, an den Controller 40 übertragen werden können. In diesem Fall kann der Controller 40 beurteilen, ob der vom Flüssigkeitsoberflächenpegelsensor ermittelte Flüssigkeitsoberflächenpegel über einem Schwellenwert liegt. Wenn der Flüssigkeitsoberflächenpegel über dem Schwellenwert liegt, kann der Controller 40 das Auslassventil 21a so steuern, dass es in einem offenen Zustand bleibt, so dass der Abfluss der Flüssigkeit in den vierten Strömungskanal 14 fortgesetzt wird. Im Gegensatz dazu kann der Controller 40, wenn der vom Flüssigkeitsoberflächenpegelsensor ermittelte Flüssigkeitsoberflächenpegel unter dem Schwellenwert liegt, das Auslassventil 21a so steuern, dass es sich schließt, um das Ablassen der abgeschiedenen Anodenflüssigkeit zu stoppen. Wenn die abgeschiedene Anodenflüssigkeit aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider 21 abgeführt wird, ist es folglich möglich, den Flüssigkeitsoberflächenpegel des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 über Null zu halten. Alternativ kann es möglich sein, den Flüssigkeitsoberflächenpegel indirekt zu regeln, ohne einen Flüssigkeitsoberflächenpegelsensor zu verwenden.
1.13 Weitere Bestandteile
Das Brennstoffzellensystem 100 kann zusätzlich zu den vorgenannten Strukturen die folgenden Strukturen umfassen.
1.13.1 Anodengasversorgungskanal
Wie oben erwähnt, wird die Brennstoffzelle 1 zur Stromerzeugung mit Anodengas versorgt. Mit anderen Worten: Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, kann das Brennstoffzellensystem 100 einen Anodengasversorgungskanal 19 umfassen, durch den Anodengas der Brennstoffzelle 1 von außen zugeführt wird. Beispielsweise kann der Anodengasversorgungskanal 19 an einem stromaufwärts gelegenen Ende mit einer Anodengasversorgungsquelle verbunden sein und kann am stromabwärts gelegenen anderen Ende mit einem Anodengasversorgungsanschluss der Brennstoffzelle 1 verbunden sein. Die Form der Anodengasversorgungsquelle ist nicht besonders eingeschränkt. Die Anodengasversorgungsquelle kann ein Tank sein, der Brenngas enthält, oder eine Brenngas-Speicherlegierung, usw. Der Anodengasversorgungskanal 19 kann in der gleichen Weise wie herkömmliche Kanäle geformt sein. Es sei angemerkt, dass der Anodengasversorgungskanal 19, wie in den 1 und 2 gezeigt ist, mit verschiedenen Vorrichtungen versehen sein kann, wie z.B. einem Injektor 50 und einer Umwälzpumpe usw.
1.13.2 Kathodengasversorgungskanal
Wie oben erwähnt, wird die Brennstoffzelle 1 mit Kathodengas versorgt, um Strom zu erzeugen. Mit anderen Worten: Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, kann das Brennstoffzellensystem 100 einen Kathodengasversorgungskanal 20 umfassen, durch den Kathodengas der Brennstoffzelle 1 von außen zugeführt wird. Der Kathodengasversorgungskanal 20 kann beispielsweise an einem stromaufwärts gelegenen Ende mit einer Kathodengasversorgungsquelle und kann am stromabwärts gelegenen anderen Ende mit einem Kathodengasversorgungsanschluss der Brennstoffzelle 1 verbunden sein. Die Form der Kathodengasversorgungsquelle ist nicht besonders eingeschränkt. Wenn Luft als Kathodengas verwendet wird, kann der Kathodengasversorgungskanal 20 am stromaufwärts gelegenen Ende in die Atmosphäre münden.
1.13.3 Bypasskanal
Wie in 2 zu sehen ist, kann das Brennstoffzellensystem 100 einen Bypasskanal 20a umfassen, der von dem Kathodengasversorgungskanal 20 abgezweigt ist und mit einem Kathodenabgasabfuhrkanal (fünfter Strömungskanal 15) verbunden ist. Der Bypasskanal 20a kann als Auslasskanal fungieren, durch den beispielsweise, wenn die Menge oder der Druck des Kathodengases in dem Kanal 20 zu hoch ist, das überschüssige Kathodengas aus dem Versorgungskanal 20 in den fünften Strömungskanal 15 abgeführt wird. Wenn es sich bei dem Kompressor 60, auf den im Folgenden eingegangen wird, um einen Turbokompressor (z.B. einen Zentrifugalkompressor) handelt, kann der Bypasskanal 20a außerdem die Funktion haben, einen Druckstoß bzw. Pumpvorgang (EN: surging) des Turbokompressors zu vermeiden. Mit anderen Worten: Wenn die Menge des von der Brennstoffzelle 1 benötigten Kathodengases unter der unteren Grenzmenge des Turbokompressors liegt, ist es möglich, die Menge des Kathodengases des Turbokompressors über der unteren Grenzmenge zu halten, indem der Bypasskanal 20a verwendet wird, um das Auftreten eines Pumpvorgangs zu vermeiden. Es ist auch möglich, die Menge des der Brennstoffzelle 1 zugeführten Kathodengases zu steuern, indem ein Teil des Kathodengases in den Bypasskanal 20a abgezweigt wird. Darüber hinaus kann der Bypasskanal 20a eine Funktion als ein Kanal haben, durch den das Kathodengas abgeführt wird, wenn es aus irgendeinem Grund notwendig ist, die Zufuhr des Kathodengases zur Brennstoffzelle 1 zu beschränken oder zu unterbrechen. Im Brennstoffzellensystem 100 kann, wie in 2 dargestellt, die Menge des Kathodengases im Bypasskanal 20a durch ein Durchflussmengenregelventil 81 geregelt werden.
1.13.4 Kompressor
Wie in 2 dargestellt, kann der Kathodengasversorgungskanal 20 einen Kompressor 60 umfassen. Der Kompressor 60 kann auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Bypasskanals 20a angeordnet sein. Der Kompressor 60 hat die Funktion, den Druck des der Brennstoffzelle 1 zugeführten Kathodengases zu erhöhen. Die Art des Kompressors ist nicht besonders eingeschränkt. Der Kompressor 60 kann z.B. ein Turbokompressor, ein Scroll-Kompressor oder ein spiralförmiger Roots-Kompressor sein. Alternativ kann auch ein Kompressor 60 mit einem Entspannungsgefäß bzw. Expander verwendet werden, der mit dem fünften Strömungskanal 15 verbunden ist. Wie oben erwähnt, kann in dem Brennstoffzellensystem 100 der vorliegenden Erfindung, da die Wassermenge in dem fünften Strömungskanal 15 durch die Trennung des Kathodenabgases in Gas und Flüssigkeit reduziert wird, verhindert werden, dass die Flüssigkeit (Wasser) in den Expander fließt.
1.13.5 Kühlmittelkanal und Wärmetauscher
Wie in 2 gezeigt, können im Brennstoffzellensystem 100 Kühlmittelkanäle 51 und 52 angeordnet sein, um Kühlmittel zwischen der Brennstoffzelle 1 und dem Wärmetauscher 61 zirkulieren zu lassen. Die Kühlmittelkanäle 51 und 52 und der Wärmetauscher 61 können konventionell verwendete Kühlmittelkanäle und Wärmetauscher sein. Als Wärmetauscher 61 kann z.B. ein Kühler, ein Zwischenkühler bzw. Ladeluftkühler, ein Ölkühler oder eine Kombination daraus verwendet werden. In Anbetracht der Tatsache, dass das Brennstoffzellensystem an einem Fahrzeug montiert ist, kann ein Wärmetauscher 61 verwendet werden, der mindestens einen Kühler enthält.
1.13.6 Zwischenkühler
Wie in 2 gezeigt, kann im Brennstoffzellensystem 100 ein Zwischenkühler bzw. Ladeluftkühler 62 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Kompressors 60 angeordnet sein. Mit anderen Worten: Das Kathodengas, dessen Temperatur aufgrund einer Druckerhöhung durch den Kompressor 60 gestiegen ist, kann durch den Zwischenkühler 62 gekühlt werden, während ein vorgegebener Druck aufrechterhalten wird. Der Zwischenkühler 62 kann z.B. mit den Kühlmittelkanälen 51 und 52 verbunden sein. Mit anderen Worten: Ein Teil des Kühlmittels, das in den Kühlmittelkanälen 51 und 52 zirkuliert, wird durch den Strömungskanal 53 in den Zwischenkühler 62 abgezweigt, so dass die erforderliche Kühlbarkeit des Zwischenkühlers 62 leicht erreicht werden kann. Das dem Zwischenkühler 62 zugeführte Kühlmittel kann über einen Strömungskanal 54 in den Kühlmittelkanal 52 zurückgeführt werden.
1.13.7 Befeuchter
Wie in 2 dargestellt, kann im Brennstoffzellensystem 100 ein Befeuchter 70 im Kathodengasversorgungskanal 20 angeordnet sein. Der Befeuchter 70 kann zwischen der Brennstoffzelle 1 und dem Bypasskanal 20a angeordnet sein. Außerdem kann der Befeuchter 70 sowohl mit dem Kathodengasversorgungskanal 20 als auch mit dem Kathodenabgasabfuhrkanal (fünfter Strömungskanal 15) verbunden sein. Insbesondere kann der Befeuchter 70 das Innere der Brennstoffzelle 1 mit dem Wasser befeuchten, das im Kathodenabgas enthalten ist, das aus der Brennstoffzelle 1 in den fünften Strömungskanal 15 abgeführt wird. Mit anderen Worten, in dem Brennstoffzellensystem 100 kann das Wasser durch die Brennstoffzelle 1, den Kathodengasversorgungskanal 20, den fünften Strömungskanal 15 und den Befeuchter 70 zirkulieren.
1.13.8 Ventil
Jeder der Strömungskanäle kann mit einem anderen Ventil als den vorgenannten Ventilen versehen sein. Beispielsweise kann, wie in 2 gezeigt, der fünfte Strömungskanal 15 mit einem Ventil 82 auf der stromaufwärts gelegenen Seite vom Bypasskanal 20a (zwischen der Brennstoffzelle 1 und dem Bypasskanal 20a) versehen sein. Es ist möglich, die Durchflussmenge oder den Druck des Kathodengases zu regeln, indem der Öffnungsgrad des Ventils 82 gesteuert wird. Wenn zum Beispiel der Innendruck der Brennstoffzelle 1 abnimmt, kann der Öffnungsgrad des Ventils 82 verringert werden und der Innendruck des Kathodengasversorgungskanals 20 kann durch den Kompressor 60 erhöht werden.
Wie in 2 gezeigt, kann der Kathodengasversorgungskanal 20 mit einem Ventil 83 auf der stromabwärts gelegenen Seite des Bypasskanals 20a (zwischen der Brennstoffzelle 1 und dem Bypasskanal 20a) versehen sein. Es ist möglich, die Durchflussmenge oder den Druck des Kathodengases zu regeln, indem der Öffnungsgrad des Ventils 83 gesteuert wird. Wenn beispielsweise die Menge des der Brennstoffzelle 1 zugeführten Kathodengases größer ist als die erforderliche Menge, kann der Öffnungsgrad des Ventils 83 verringert werden und der Öffnungsgrad des Durchflussmengenregelventils 81 kann erhöht werden, wodurch die Menge des der Brennstoffzelle 1 zugeführten Kathodengases verringert werden kann, ohne die Menge des Kathodengases des Kompressors 60 zu verändern.
Wie in 2 gezeigt, kann, wenn der Befeuchter 70 im Brennstoffzellensystem 100 angeordnet ist, der Kathodengasversorgungskanal 20 mit einem Bypasskanal versehen sein, der den Befeuchter 70 umgeht. Der Bypasskanal kann darin mit einem Ventil 84 versehen sein. In diesem Fall kann, wie in 2 gezeigt, das Ventil 83 auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Befeuchters 70 (zwischen dem Bypasskanal und dem Befeuchter 70) angeordnet sein. Mit anderen Worten: Wenn das Innere der Brennstoffzelle 1, wie in 2 dargestellt, durch den Befeuchter 70 befeuchtet wird, kann der Öffnungsgrad des Ventils 83 erhöht werden und der Öffnungsgrad des Ventils 84 kann verringert werden. Wenn die Befeuchtung durch den Befeuchter 70 nicht notwendig ist, kann der Öffnungsgrad des Ventils 83 verringert werden und der Öffnungsgrad des Ventils 84 kann erhöht werden.
Es sei angemerkt, dass im Brennstoffzellensystem 100 der Öffnungs- und Schließvorgang der vorgenannten Ventile 81 bis 84 durch den Controller 40 gesteuert werden kann. Mit anderen Worten: Der Controller 40 kann zumindest den Flüssigkeitsoberflächenpegel des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 während des Abführvorgangs des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 steuern. Darüber hinaus kann der Controller 40 die Gasmenge in jedem Strömungskanal oder die Feuchtigkeit der Brennstoffzelle 1 regeln oder andere Regelvorgänge durchführen.
1.13.9 Sonstiges
Das Brennstoffzellensystem 100 kann weitere Bestandteile umfassen, die nicht dargestellt sind. Das Brennstoffzellensystem 100 kann z.B. einen Reiniger umfassen, der im Kathodengas enthaltenen Staub oder Fremdkörper vor der Einleitung des Kathodengases in den Kompressor 60 entfernt. Selbstverständlich können von der Brennstoffzelle 1 nach außen führende Leitungen etc. angeordnet sein, die in gleicher Weise wie im Stand der Technik ausgeführt sein können.
Es sei angemerkt, dass jede der in 2 dargestellten Komponenten lediglich ein Beispiel für die Komponenten ist, die in dem Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung angeordnet sein können. Das Brennstoffzellensystem der vorliegenden Erfindung hat die in 1 gezeigte Grundstruktur und kann nur einen Teil der Bestandteile oder andere als die in 2 gezeigten Bestandteile umfassen.
Fahrzeug
Die Technologie der vorliegenden Erfindung umfasst auch einen Aspekt eines Fahrzeugs. Wie in 3A und 3B gezeigt, umfasst das Fahrzeug 200 der vorliegenden Erfindung das Brennstoffzellensystem 100.
Die Einbaulage des Brennstoffzellensystems 100 im Fahrzeug ist nicht auf eine bestimmte Position beschränkt. Zum Beispiel kann das Brennstoffzellensystem 100, wie in 3A gezeigt, am vorderen Abschnitt des Fahrzeugs 200 montiert werden. Alternativ kann das Brennstoffzellensystem 100 am mittleren Abschnitt des Fahrzeugs in Front-Heck-Richtung des Fahrzeugs 200 oder am hinteren Abschnitt des Fahrzeugs 200 montiert werden. Darüber hinaus ist im Fahrzeug 200 die Position der Auslassöffnung des aus dem Brennstoffzellensystem 100 abgeführten Abflusses nicht besonders begrenzt. Insbesondere ist es möglich, wie in 3B gezeigt, wenn die Auslassöffnung 101 des Brennstoffzellensystems 100 im mittleren Bereich in Breitenrichtung des Fahrzeugs 200 angeordnet und nach unten ausgerichtet ist, zu verhindern, dass der Abfluss aus dem Brennstoffzellensystem 100 mit den Fahrzeugrädern in Kontakt kommt, und ein Verspritzen des Abflusses tritt kaum auf. Weiterhin kann verhindert werden, dass der Abfluss in einer Spurrille in der Fahrbahn gehalten wird, wodurch in kalten Gegenden das Auftreten von Fahrbahnvereisung an der Spurrille oder das Schleudern des Fahrzeugs aufgrund der vereisten Fahrbahn unterdrückt werden kann. Die Auslassöffnung 101 kann beispielsweise am stromabwärts gelegenen Ende des vorgenannten achten Strömungskanals 18 angeordnet sein.
Im Fahrzeug 200 ist die Lage der Auslassöffnung für das aus dem Brennstoffzellensystem 100 abgeführte Abgas nicht besonders begrenzt. Die Auslassöffnung kann an einer Position angeordnet sein, in der ein anderes Fahrzeug, Passanten und die Besatzung usw. weniger beeinflusst werden. Beispielsweise kann sich die Auslassöffnung im mittleren Bereich des Fahrzeugs 200 in Front-Heck-Richtung befinden und nach unten ausgerichtet sein. Die Auslassöffnung kann im stromabwärts gelegenen Ende des fünften Strömungskanals 15 angeordnet sein. Es sei angemerkt, dass in dem Brennstoffzellensystem 100 der vorliegenden Erfindung, da das Abgassystem und das Auslasssystem separat angeordnet sind, die Probleme des weißen Nebels oder des Wasserspritzens aufgrund des aus dem Abgassystem abgeführten Gases tendenziell nicht auftreten. Daher werden nachfolgende Fahrzeuge weniger beeinflusst, selbst wenn sich die Auslassöffnung des Abgases im hinteren Abschnitt des Fahrzeugs befindet.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, kann gemäß dem Brennstoffzellensystem 100 der vorliegenden Erfindung das im Anodenabgas enthaltene Gas (abgeschiedenes Anodengas) mit dem im Kathodenabgas enthaltenen Gas (abgeschiedenes Kathodengas) gemischt und gemeinsam aus dem System nach außen abgeführt werden, und die im Anodenabgas enthaltene Flüssigkeit (abgeschiedene Anodenflüssigkeit) kann mit der im Kathodenabgas enthaltenen Flüssigkeit (abgeschiedene Kathodenflüssigkeit) gemischt und gemeinsam aus dem System nach außen abgeführt werden. Darüber hinaus kann verhindert werden, dass das abgeschiedene Anodengas in das Auslasssystem gelangt, indem der Flüssigkeitspegel des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders 21 geregelt wird. Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, tritt im Brennstoffzellensystem 100 der vorliegenden Erfindung, da das Abgassystem und das Auslasssystem separat angeordnet sind und die Wassermenge im Abgassystem reduziert werden kann, tendenziell kein weißer Nebel bzw. Rauch auf, ohne dass die Menge des Abgases usw. im Abgassystem kontrolliert werden muss. Da die Wassermenge im Abgassystem reduziert ist, neigt das Wasser außerdem nicht dazu, zusammen mit dem Abgas zu spritzen, was zu einem geringeren Auftreten von Wasserspritzen bzw. Spritzwasser führt. Darüber hinaus ist es in dem Brennstoffzellensystem 100 der vorliegenden Erfindung möglich, das Brenngas im abgeschiedenen Anodengas zu verdünnen, indem das abgeschiedene Anodengas mit dem abgeschiedenen Kathodengas gemischt wird.
Bezugszeichenliste

1: Brennstoffzelle
11: Erster Strömungskanal
12: Zweiter Strömungskanal
13: Dritter Strömungskanal
14: Vierter Strömungskanal
15: Fünfter Strömungskanal
16: Sechster Strömungskanal
17: Siebter Strömungskanal
18: Achter Strömungskanal
19: Anodengasversorgungskanal
20: Kathodengasversorgungskanal
20a: Bypasskanal
21: Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider
21a: Auslassventil
21b: Abgasventil
22: Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider
31: Erster Verbindungsabschnitt
32: Zweiter Verbindungsabschnitt
40: Controller
50: Injektor
51, 52: Kühlmittelkanäle
53,54: Kühlmittelabzweigkanal
60: Kompressor
61: Wärmetauscher
62: Zwischenkühler
70: Befeuchter
81: Durchflussmengenregelventil
82, 83, 84: Ventil
100: Brennstoffzellensystem
101: Auslassöffnung
200: Fahrzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009037870 A [0004]
JP 2011170978 A [0004]
JP 2017174753 A [0004]

Claims

Brennstoffzellensystem, aufweisend: eine Brennstoffzelle; einen ersten Strömungskanal, durch den ein Anodenabgas aus der Brennstoffzelle abgeführt wird; einen zweiten Strömungskanal, durch den ein Kathodenabgas aus der Brennstoffzelle abgeführt wird; einen Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider, der mit dem ersten Strömungskanal verbunden ist und der das Anodenabgas in ein abgeschiedenes Anodengas und eine abgeschiedene Anodenflüssigkeit trennt; einen Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider, der mit dem zweiten Strömungskanal verbunden ist und der das Kathodenabgas in ein abgeschiedenes Kathodengas und eine abgeschiedene Kathodenflüssigkeit trennt; einen dritten Strömungskanal, durch den das abgeschiedene Anodengas aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeführt wird; einen vierten Strömungskanal, durch den die abgeschiedene Anodenflüssigkeit aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeführt wird; einen fünften Strömungskanal, durch den das abgeschiedene Kathodengas aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeführt wird; einen sechsten Strömungskanal, durch den die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit aus dem Kathoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeführt wird; einen ersten Verbindungsabschnitt, an dem der dritte Strömungskanal und der fünfte Strömungskanal miteinander verbunden sind und das abgeschiedene Anodengas und das abgeschiedene Kathodengas gemischt werden; einen siebten Strömungskanal, durch den das gemischte abgeschiedene Anodengas und das abgeschiedene Kathodengas aus dem ersten Verbindungsabschnitt abgeführt werden; einen zweiten Verbindungsabschnitt, an dem der vierte Strömungskanal und der sechste Strömungskanal miteinander verbunden sind und die abgeschiedene Anodenflüssigkeit und die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit gemischt werden; einen achten Strömungskanal, durch den die gemischte abgeschiedene Anodenflüssigkeit und die abgeschiedene Kathodenflüssigkeit aus dem zweiten Verbindungsabschnitt abgeführt werden; und einen Controller, der einen Flüssigkeitsoberflächenpegel des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders regelt, wobei die abgeschiedene Anodenflüssigkeit aus einem unteren Abschnitt des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders abgeführt wird, und der Controller den Flüssigkeitsoberflächenpegel des Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheiders so regelt, dass der Flüssigkeitsoberflächenpegel nicht Null wird, wenn die abgeschiedene Anodenflüssigkeit aus dem Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider abgeführt wird.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei der Anoden-Gas-Flüssigkeits-Abscheider einen Flüssigkeitsoberflächenpegelsensor umfasst.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Anodenabgas Wasserstoff enthält.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Brennstoffzelle eine Polymerelektrolytbrennstoffzelle ist.
Fahrzeug, aufweisend das Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei eine Auslassöffnung des Brennstoffzellensystems in einem in Breitenrichtung zentralen Bereich des Fahrzeugs nach unten ausgerichtet ist.