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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Behälteranordnung zur Versorgung zumindest eines Verbrauchers mit Flüssigkeit. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System mit zumindest einem Verbraucher von Flüssigkeit und einer solchen Behälteranordnung.
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In einer Vielzahl von Systemen sind Verbraucher vorhanden, welche im Betrieb mit Flüssigkeit versorgt werden. Gewöhnlich erfolgt die Versorgung der Verbraucher über einen Behälter, in welchem die Flüssigkeit, insbesondere Wasser, zuvor gesammelt wurde. Zu denken ist beispielsweise an ein Kraftfahrzeug, in welchem über einen Behälter verschiedene Verbraucher, beispielsweise Kühler, Reinigungsanlagen und dergleichen, versorgt werden.
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Prinzipiell lässt sich die im Behälter gesammelte Flüssigkeit mittels einer zugehörigen Pumpe aus dem Behälter und zum Verbraucher pumpen. Dies führt zu einem erhöhten Bauraumbedarf und erhöht die Herstellungskosten sowie den Montageaufwand.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für eine Behälteranordnung zur Versorgung zumindest eines Verbrauchers mit Flüssigkeit sowie für ein System mit einer solchen Behälteranordnung und wenigstens einem Verbraucher verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche sich insbesondere durch eine einfache und/oder kostengünstige Umsetzung und eine verbesserte Versorgung der Verbraucher mit Flüssigkeit auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zum Versorgen zumindest eines Verbrauchers einer Flüssigkeit eine Behälteranordnung bereitzustellen, in welcher die Flüssigkeit bevorratet wird, und die Flüssigkeit zum Fördern zum Verbraucher mit Druck zu beaufschlagen. Somit ist es möglich, eine in einem zugehörigen System vorhandene Druckquelle zum Fördern der Flüssigkeit zum Verbraucher einzusetzen. Daraus resultiert eine vereinfachte und kostengünstige Umsetzung der Behälteranordnung und des zugehörigen Systems. Die Behälteranordnung wird hierbei über eine Flüssigkeitsquelle mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser, versorgt. Um eine permanente Versorgung des zumindest einen Verbrauchers mit Flüssigkeit zu erreichen, weist die Behälteranordnung dabei zwei voneinander getrennte Volumen, nämlich ein Volumen zum Sammeln der Flüssigkeit, nachfolgend auch als oberes Volumen bezeichnet, und ein Volumen zum Versorgen des Verbrauchers mit Flüssigkeit, nachfolgend auch als unteres Volumen bezeichnet, auf, wobei unterschiedliche durchströmbare Pfade vom unteren Volumen zum zumindest einen Verbraucher und zum oberen Volumen zum Sammeln der Flüssigkeit sowie zwischen den Volumen zum Nachfüllen von Flüssigkeit aus dem oberen Volumen in das untere Volumen führen. Die Behälteranordnung umfasst dabei eine Ventileinrichtung, welche die Volumina in einem Normalbetrieb voneinander trennt, sodass Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle zum oberen Volumen und Flüssigkeit aus dem unteren Volumen zum zumindest einen Verbraucher strömen kann, wobei die Ventileinrichtung zum Nachfüllen von Flüssigkeit vom oberen Volumen ins untere Volumen derart verstellt wird, dass eine fluidische Verbindung zwischen den Volumen hergestellt, das obere Volumen aber von der Flüssigkeitsquelle getrennt wird. Somit wird ein Beaufschlagen von sich im oberen Volumen befindender Flüssigkeit derart, dass die Flüssigkeit in Richtung der Flüssigkeitsquelle strömt, verhindert und ein Strömen von Flüssigkeit vom oberen Volumen zum unteren Volumen erreicht. Zugleich kann der zumindest eine Verbraucher auch beim Nachfüllen von Flüssigkeit aus dem oberen Volumen ins untere Volumen weiterhin mit Flüssigkeit versorgt werden. Dementsprechend kann der zumindest eine Verbraucher permanent, das heißt auch beim Nachfüllen von Flüssigkeit aus dem oberen Volumen ins untere Volumen, mit Flüssigkeit versorgt werden.
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Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die Behälteranordnung das obere Volumen sowie das untere Volumen auf. Die Volumina sind hierbei voneinander separat. Zum Versorgen der Behälteranordnung mit Flüssigkeit führt ein Strömungspfad, nachfolgend auch als Zuführpfad bezeichnet, zum oberen Volumen. Der Zuführpfad ist im zugehörigen System zweckmäßig mit der Flüssigkeitsquelle verbunden. Das heißt, dass Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle über den Zuführpfad in das obere Volumen strömen kann. Zum Versorgen des zumindest einen Verbrauchers führt ein Strömungspfad, nachfolgend auch als Versorgungspfad bezeichnet, vom unteren Volumen zum Verbraucher. Die Behälteranordnung weist ferner einen Strömungspfad zum Beaufschlagen des unteren Volumens mir Druck auf, sodass die Flüssigkeit entlang des Versorgungspfads und somit zum Verbraucher strömt. Dieser Strömungspfad wird nachfolgend auch als unterer Druckpfad bezeichnet. Ferner ist zum Nachfüllen von Flüssigkeit vom oberen Volumen in das untere Volumen ein zwischen dem oberen Volumen und dem unteren Volumen verlaufender Strömungspfad vorgesehen, welcher nachfolgend auch als Übergabepfad bezeichnet wird. Mit einem weiteren Strömungspfad ist es möglich, das obere Volumen mit demselben Druck zu beaufschlagen wie das untere Volumen. Dieser Strömungspfad wird nachfolgend auch als oberer Druckpfad bezeichnet. In der Folge kann die Flüssigkeit durch die Schwerkraft vom oberen Volumen in das untere Volumen strömen.
Die Behälteranordnung weist ferner die Ventileinrichtung auf. Die Ventileinrichtung ist zwischen zwei Stellungen verstellbar, welche nachfolgend auch als Normstellung und Übergabestellung bezeichnet werden. In der Normstellung sind die Volumina fluidisch voneinander getrennt, sodass Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsquelle ins obere Volumen strömen kann, und sodass Flüssigkeit aus dem unteren Volumen über den Versorgungspfad zum Verbraucher strömen kann. In der Übergabestellung strömt Flüssigkeit aus dem oberen Volumen ins untere Volumen, wobei das Strömen der Flüssigkeit aus dem oberen Volumen entlang des Zuführpfads in Richtung der Flüssigkeitsquelle verhindert ist, und wobei Flüssigkeit aus dem unteren Volumen weiterhin in Richtung des Verbrauchers beaufschlagt wird. Dementsprechend ist die Ventileinrichtung derart ausgestaltet, dass sie in der Normstellung den Übergabepfad und den oberen Druckpfad sperrt. Zudem gibt die Ventileinrichtung in der Normstellung den Zuführpfad sowie den unteren Druckpfad frei. In der Folge sind die Volumina fluidisch getrennt. Zudem strömt Flüssigkeit aus der Quelle über den Zuführpfad in das obere Volumen und Flüssigkeit aus dem unteren Volumen über den Versorgungspfad und folglich in Richtung des Verbrauchers. Die Ventileinrichtung ist ferner derart ausgestaltet, dass sie in der Übergabestellung den Zuführpfad sperrt, sodass keine Flüssigkeit aus dem oberen Volumen entlang des Zuführpfads zur Flüssigkeitsquelle strömen kann. Zudem gibt die Ventileinrichtung in der Übergabestellung den Übergabepfad frei. Ferner sind in der Übergabestellung beide Druckpfade freigegeben. Dementsprechend strömt in der Übergabestellung Flüssigkeit aus dem oberen Volumen ins untere Volumen, wobei zugleich Flüssigkeit aus dem unteren Volumen über den Versorgungspfad und somit zum Verbraucher beaufschlagt wird.
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Die Behälteranordnung kann zum Begrenzen des jeweiligen Volumens zumindest einen Behälter aufweisen.
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Insbesondere kann die Behälteranordnung für das jeweilige Volumen einen zugehörigen Behälter aufweisen. Das heißt, dass die Behälteranordnung einen oberen Behälter und einen unteren Behälter aufweisen kann, wobei der obere Behälter das obere Volumen und der unteren Behälter das untere Volumen begrenzt.
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Die beiden Behälter können zueinander beabstandet sein. Ebenso können die Behälter eine Gemeinsame Trennwand aufweisen, welche die Volumina voneinander trennt.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen befindet sich im Gebrauch das obere Volumen bezüglich der Lotrichtung oberhalb des unteren Volumens. Das heißt, dass die Flüssigkeit im Gebrauch und in der Übergabestellung gravitationsbedingt aus dem oberen Volumen ins untere Volumen strömt.
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Die Ventileinrichtung kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein, sofern sie zwischen der Normstellung und der Übergabestellung verstellbar ist.
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Die Strömungspfade können jeweils separat verlaufen, das heißt insbesondere jeweils durch einen zugehörigen Rohrkörper begrenzt sein.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen zumindest zwei der Strömungspfade wenigstens abschnittsweise zusammenfallen. Das heißt, dass Ausführungsformen bevorzugt sind, bei denen zumindest zwei der Strömungspfade wenigstens in einem Abschnitt von einem gemeinsamen Rohrkörper begrenzt werden. Das Resultat ist eine kompakte und einfache Ausbildung der Behälteranordnung.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen weist die Ventileinrichtung ein Ventil auf, welches über einen Rohrkörper mit dem oberen Volumen fluidisch verbunden ist. Das Ventil wird nachfolgend auch als erstes Ventil und der Rohrkörper als oberer Rohrkörper bezeichnet. Bevorzugt verläuft der obere Druckpfad zwischen dem ersten Ventil und dem oberen Volumen und ist zwischen dem ersten Ventil und dem oberen Volumen vom oberen Rohrkörper begrenzt. Bevorzugt verläuft ferner der Übergabepfad zwischen dem oberen Volumen und dem ersten Ventil, wobei der Übergabepfad zwischen dem oberen Volumen und dem ersten Ventil vom oberen Rohrkörper begrenzt ist. Das heißt, dass der Übergabepfad und der obere Druckpfad zwischen dem ersten Ventil und dem ersten Volumen zusammenfallen und vom oberen Rohrkörper begrenzt sind. Neben einer vereinfachten Ausbildung der Behälteranordnung können somit Übergabepfad und der obere Druckpfad mittels des ersten Ventils gesperrt und freigegeben werden, was wiederum zu wiederum einer vereinfachten und kostengünstigen Ausbildung der Behälteranordnung führt.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn der Zuführpfad zwischen dem ersten Ventil und dem oberen Volumen verläuft und zwischen dem oberen Volumen und dem ersten Ventil vom oberen Rohrkörper begrenzt ist. Das heißt, dass der Zuführpfad, der Übergabepfad sowie der obere Druckpfad zwischen dem ersten Ventil und dem oberen Volumen zusammenfallen und jeweils vom oberen Rohrkörper begrenzt sind. Dies führt zu einer einfachen Ausbildung der Behälteranordnung. Zudem können die entsprechenden Strömungspfade mittels des ersten Ventils gesperrt und freigegeben werden. Daraus resultiert wiederum eine vereinfachte und kostengünstige Ausbildung der Behälteranordnung.
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Das erste Ventil ist dabei zum Freigeben und Sperren des jeweiligen, mit dem ersten Ventil verbundenen Strömungspfads ausgestaltet. Insbesondere ist es vorstellbar, das erste Ventil als ein Mehrwegeventil, beispielsweise als ein Dreiwegeventil, auszubilden.
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Als vorteilhaft gelten Ausführungsformen, bei denen ein Ventil der Ventileinrichtung mit dem unteren Volumen fluidisch verbunden wird, wobei die fluidische Verbindung zwischen dem Ventil und dem unteren Volumen mittels eines Rohrkörpers erfolgt. Das Ventil wird nachfolgend auch als zweites Ventil und der Rohrkörper auch als unterer Rohrkörper bezeichnet. Die Ventileinrichtung weist also das zweite Ventil auf, wobei der untere Rohrkörper das untere Volumen fluidisch mit dem zweiten Ventil verbindet.
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Bevorzugt verläuft der untere Druckpfad zwischen dem zweiten Ventil und dem unteren Volumen und ist zwischen dem zweiten Ventil und dem unteren Volumen vom unteren Rohrkörper begrenzt. Bevorzugt ist es ferner, wenn der Übergabepfad zwischen dem zweiten Ventil und dem unteren Volumen verläuft und zwischen dem unteren Volumen und dem zweiten Ventil vom unteren Rohrkörper begrenzt ist. Das heißt, dass der Übergabepfad und der untere Druckpfad innerhalb des unteren Rohrkörpers zusammenfallen und vom unteren Rohrkörper begrenzt sind. Das Resultat ist eine einfachere Ausbildung der Behälteranordnung sowie ein vereinfachtes Freigeben und Sperren des unteren Druckpfads und des Übergabepfads mittels des zweiten Ventils.
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Bevorzugt ist es, wenn das erste Ventil und das zweite Ventil fluidisch miteinander verbunden sind. Zu diesem Zweck kommt vorteilhaft ein Rohrkörper zum Einsatz, welcher nachfolgend auch als Zwischenrohrkörper bezeichnet wird. Das heißt, dass der Zwischenrohrkörper das erste Ventil fluidisch mit dem zweiten Ventil verbindet.
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Vorteilhaft verläuft der Übergabepfad zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil und wird zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil vom Zwischenrohrkörper begrenzt.
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Prinzipiell kann der jeweilige Druckpfad separat mit einer Druckquelle verbunden sein.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der obere Druckpfad und der untere Druckpfad gemeinsam mit einer Druckquelle verbunden sind, wobei sie mittels der Ventileinrichtung jeweils freigegeben und gesperrt werden können. Das heißt, dass der untere Druckpfad und der obere Druckpfad von einem Hauptdruckpfad abzweigen können.
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Bevorzugt führt der Hauptdruckpfad zum zweiten Ventil. Bevorzugt ist es, wenn der obere Druckpfad und der untere Druckpfad im zweiten Ventil vom Hauptzweigpfad abzweigen.
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Bevorzugt führt der obere Druckpfad zwischen dem zweiten Ventil und dem ersten Ventil und ist zwischen dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil bevorzugt vom Zwischenrohrkörper begrenzt ist.
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Die Behälteranordnung kann in einem beliebigen System zum Versorgen zumindest eines Verbrauchers mit Flüssigkeit zum Einsatz kommen.
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Die Behälteranordnung kommt insbesondere zum Versorgen zumindest eines Verbrauchers mit Wasser als Flüssigkeit zum Einsatz.
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Vorstellbar ist es, zwei oder mehr Verbraucher über die Behälteranordnung mit Flüssigkeit zu versorgen.
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Um eine getrennte Versorgung der Verbraucher mit der Flüssigkeit zu erreichen, ist es vorstellbar, dass für den jeweiligen Verbraucher ein zugehöriger Versorgungspfad mit dem unteren Volumen verbunden ist.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen vom Versorgungspfad für den jeweiligen Verbraucher ein zugehöriger Strömungspfad abzweigt. Der Versorgungspfad dient also als ein Hauptversorgungspfad, von dem für den jeweiligen Verbraucher ein zugehöriger Pfad abzweigen kann, wobei diese Pfade nachfolgend auch als Nebenversorgungspfad bezeichnet werden.
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Bevorzugt ist zwischen dem Hauptversorgungspfad und den Nebenversorgungspfaden zumindest ein Ventil der Ventileinrichtung vorgesehen, welches die Verbindung des jeweiligen Nebenversorgungspfads mit dem Hauptversorgungspfad individuell freigeben und trennen kann.
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Vorteilhaft sind Ausführungsformen, bei denen das System eine Druckquelle aufweist, welche über die Druckpfade mit den Volumen verbunden ist, sodass die Druckquelle über den jeweiligen Druckpfad das zugehörige Volumen mit Druck beaufschlagen kann.
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Bevorzugt sind ferner Ausführungsformen, bei denen das System ferner einen Wasserabscheider aufweist, welcher als Wasserquelle und somit Flüssigkeitsquelle dient. Dementsprechend ist der Zuführpfad mit dem Wasserabscheider verbunden. Der Zuführpfad verbindet also den Wasserabscheider mit dem oberen Volumen.
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Bei dem System handelt es sich insbesondere um ein Brennstoffzellensystem, bei welchem die Druckpfade, insbesondere der Hauptdruckpfad, mit einer Fördereinrichtung in einer Kathodengaszuführanlage zum Versorgen von Brennstoffzellen des Brennstoffzellensystems mit Kathodengas verbunden sind. Bevorzugt ist ferner der Wasserabscheider in einer Abgasanlage zum Abführen von im Betrieb in der zumindest einen Brennstoffzelle entstehendem Abgas derart eingebunden, dass aus dem Abgas stammendes Wasser im Wasserabscheider anfällt.
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Insbesondere kann es sich bei dem System um ein Kraftfahrzeug oder Bestandteil eines Kraftfahrzeugs handeln. Das heißt insbesondere, dass das Brennstoffzellensystem Bestandteil eines Kraftfahrzeugs sein und im Kraftfahrzeug insbesondere dem Antrieb diesen kann.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
- 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Darstellung eines Systems mit einer Behälteranordnung,
- 2 einen schaltplanartigen Schnitt durch die Behälteranordnung mit einer Ventileinrichtung,
- 3 Strömungen bei einer ersten Stellung der Ventileinrichtung,
- 4 Strömungen bei einer zweiten Stellung der Ventileinrichtung.
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Eine Behälteranordnung 14, wie sie in den 1 und 2 beispielshaft gezeigt ist, kommt in einem in 1 beispielhaft gezeigten System 1 zum Versorgen zumindest eines Verbrauchers 24 mit einer Flüssigkeit zum Einsatz. Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kommt die Behälteranordnung 14 zum Versorgen zumindest eines Verbrauchers 24 mit Wasser zum Einsatz.
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Beim in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem System 1 und ein Brennstoffzellensystem 1a, welches beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 17 zum Einsatz kommt.
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Das Brennstoffzellensystem 1 a weist einen Stack 2 mit zumindest einer Brennstoffzelle 3 auf. Die im Stack 2 erzeugte elektrische Energie kann dem Antrieb des Kraftfahrzeugs 17 dienen. Der Stack 2 weist üblicherweise zwei oder mehr Brennstoffzellen 3 auf. Im Betrieb benötigt der Stack 2 einen Brennstoff sowie ein Kathodengas, beispielsweise Luft. Der Brennstoff wird dem Stack 2 über eine Brennstoffzuführanlage 4 zugeführt. Das Kathodengas wird dem Stack 2 mit Hilfe einer Kathodengaszuführanlage 5 zugeführt. Zum Fördern des Kathodengases zum Stack 2 weist die Kathodengaszuführanlage 5 eine Fördereinrichtung 6 auf, die nachfolgend auch als Kathodengasfördereinrichtung 6 bezeichnet wird. Die Kathodengasfördereinrichtung 6 kann zum Fördern des Kathodengases das Kathodengas verdichten. Im Betrieb des Stacks 2 entsteht Abgas, das Wasser, insbesondere in Form von Wasserdampf, enthält. Dieses Abgas wird mit Hilfe einer Abgasanlage 7 abgeführt. Im Betrieb des Stacks 2 entsteht ferner Wärme, sodass im Betrieb des eine Kühlung des Stacks 2 erforderlich sein kann.
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Zum Kühlen des Stacks 2 weist das Brennstoffzellensystem 1a im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Kreislauf 8 auf, durch den im Betrieb ein Kühlmittel zirkuliert. Der Stack 2 ist derart im Kreislauf 8 eingebunden, dass er im Betrieb durch das Kühlmittel gekühlt wird. Zum Kühlen des Kühlmittels weist der Kreislauf 8 einen Kühler 9 auf, der nachfolgend auch als Kühlmittelkühler 9 bezeichnet wird. Der Kühlmittelkühler 9 ist ebenfalls im Kühlkreis 8 eingebunden und im Betrieb vom Kühlmittel durchströmt. Der Kühlkreis 8 weist zweckmäßig weitere Bestandteile, beispielsweise eine Fördereinrichtung 10 zum Fördern des Kühlmittels durch den Kühlkreis 8, nachfolgend auch Kühlmittelfördereinrichtung 10 genannt, auf, welche im Kühlkreis 8 eingebunden sind. Es führt also ein Strömungspfad 11 des Kühlmittels, nachfolgend auch als Kühlmittelpfad 11 bezeichnet, durch den Kreislauf. Zum Kühlen des Kühlmittels kommt ein Kühlgas, insbesondere Luft, zum Einsatz, das den Kühlmittelkühler 9 entlang eines zugehörigen Strömungspfads 12, nachfolgend auch Kühlgaspfad 12 genannt, vom Kühlmittel fluidisch getrennt durchströmt. In der Folge überträgt im Kühlmittelkühler 9 das Kühlmittel vom Kühlgas fluidisch getrennt Wärme auf das Kühlgas und wird somit gekühlt. Zur Verbesserung der Kühlung des Kühlmittels weist das System 1 zudem eine Verdunstungskühlungseinrichtung 13 auf, mit welcher am Kühlmittelkühler 9 Wasser in den Kühlgaspfad 12 eingebracht wird. Somit kommt es zu einer Verdunstung des Wassers, welche zu einer erhöhten Kühlung des Kühlmittels im Kühlmittelkühler 9 führt.
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Das der Verdunstungskühlungseinrichtung 13 zugeführte Wasser stammt aus der Behälteranordnung 14. Bei der Verdunstungskühlungseinrichtung 13 handelt es sich also um einen Verbraucher 24. Zu diesem Zweck führt ein Strömungspfad 15 von der Behälteranordnung 14 in Richtung der Verdunstungskühlungseinrichtung 13, wobei dieser Strömungspfad 15 nachfolgend auch als Versorgungspfad 15 bezeichnet wird.
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Im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Kraftfahrzeug 17 rein beispielhaft eine Reinigungsanlage 16 auf, mit welcher ein nicht gezeigter Bestandteil des Kraftfahrzeugs 17, beispielsweise eine Scheibe, ein Scheinwerfer und dergleichen, mittels Wasser gereinigt wird. Wie insbesondere 1 entnommen werden kann, stammt im gezeigten Ausführungsbeispiel auch das der Reinigungsanlage 16 zugeführte Wasser aus der Behälteranordnung 14. Somit ist auch die Reinigungsanlage 16 ein Verbraucher 24. Um beide Verbraucher 24 separat mit Wasser versorgen zu können, ist im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel für den jeweiligen Verbraucher 24 ein zugehöriger Strömungspfad 19 vorgesehen, der vom Versorgungspfad 15 abzweigt, wobei diese Strömungspfade 19 nachfolgend jeweils auch als Nebenversorgungspfad 19 bezeichnet werden. Ein erster Nebenversorgungspfad 19a zweigt also vom Versorgungspfad 15 ab und führt zur Verdunstungskühlungseinrichtung 13. Ein zweiter Nebenversorgungspfad 19b zweigt ferner vom Versorgungspfad 15 ab und führt zur Reinigungsanlage 16.
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Wie 2 entnommen werden kann, weist die Behälteranordnung 14 zwei voneinander getrennte Volumen 20 auf. In dem gezeigten Ausführungsbespiel ist das jeweilige Volumen 20 von einem zugehörigen Behälter 33 begrenzt, wobei die Behälter rein beispielhaft zueinander beabstandet angeordnet sind. Die Behälteranordnung 14 weist also im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Behälter 33a, nachfolgend auch als oberer Behälter 33a bezeichnet, auf, der ein Volumen 20a, nachfolgend auch als oberes Volumen 20a bezeichnet, begrenzt. Zudem weist die Behälteranordnung 14 einen Behälter 33b, nachfolgend auch als unterer Behälter 33b bezeichnet, auf, welcher ein Volumen 20b, nachfolgend auch als unteres Volumen 20b bezeichnet, begrenzt. Im Gebrauch ist das obere Volumen 20a entlang der Lotrichtung oberhalb des unteren Volumens 20b angeordnet. Die Versorgung der Verbraucher 24 mit Wasser erfolgt dabei über das untere Volumen 20b. Dementsprechend ist der Versorgungspfad 15 mit dem unteren Volumen 20b verbunden. Das Wasser wird der Behälteranordnung 14 demgegenüber über das obere Volumen 20a zugeführt. Das heißt, dass ein Strömungspfad 27 zum Zuführen von Wasser in die Behälteranordnung 14, nachfolgend auch als Zuführpfad 27 bezeichnet, aus einer Flüssigkeitsquelle 46 (siehe 1), in dem gezeigten Ausführungsbeispiel also aus einer Wasserquelle 46, zum oberen Volumen 20a führt.
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Wie 1 entnommen werden kann, kommt zum Fördern von Wasser aus der Behälteranordnung 14 zum jeweiligen Verbraucher 24 eine Druckquelle 18 zum Einsatz, welche das untere Volumen 20b mit Druck beaufschlagt, sodass Waser aus dem unteren Volumen 20b über den Versorgungspfad 15 in Richtung des jeweiligen Verbrauchers 24 strömt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel kommt die Kathodengasfördereinrichtung 6 als Druckquelle 18 zum Einsatz. Ferner kann die Druckquelle 18 zum Einsatz kommen, um beide Volumen 20 mit demselben Druck zu beaufschlagen. In der Folge kann Wasser gravitationsbedingt aus dem oberen Volumen 20a in das untere Volumen 20b strömen das untere Volumen 20b somit nachgefüllt werden.
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Zu diesem Zweck führt jeweils ein Druckpfad 42 zum oberen Volumen 20a und zum unteren Volumen 20b. Das heißt, dass ein oberer Druckpfad 42a zum Beaufschlagen des oberen Volumens 20a mit Druck zum oberen Volumen 20a führt. Zudem führt ein unterer Druckpfad 42b zum Beaufschlagen des unteren Volumens 20b zum unteren Volumen 20b, derart, dass das Wasser entlang des Versorgungspfads 15 strömt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der obere Druckpfad 42a und der untere Druckpfad 42b über einen Hauptströmungspfad 25 mit der Druckquelle 18 verbunden, wobei der Strömungspfad 25 nachfolgend auch als Hauptdruckpfad 25 bezeichnet wird. Zum Nachfüllen von Wasser aus dem oberen Volumen 20a in das untere Volumen 20b sind die Volumina 20 über einen Strömungspfad 43 miteinander verbunden, wobei dieser Strömungspfad 43 nachfolgend auch als Übergabepfad 43 bezeichnet wird. Zum Freigeben und Sperren des jeweiligen Strömungspfads zu den und aus den Volumen 20 weist die Behälteranordnung 14 ferner eine in 2 gezeigte Ventileinrichtung 21 auf. Die Ventileinrichtung 21 ist zwischen einer in 3 gezeigten Normstellung 44 und einer in 4 gezeigten Übergabestellung 45 verstellbar. Dabei sind in den 3 und 4 der besseren Übersicht halber die Behälter 33 samt Volumen 20 nicht dargestellt.
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Wie 3 entnommen werden kann, ist in der Normstellung 44 der Übergabepfad 43 gesperrt, sodass die Volumina 20 fluidisch voneinander getrennt sind. Demgegenüber ist in der Übergabestellung 45 der Übergabepfad 43 freigegeben, sodass Wasser aus dem oberen Volumen 20a über den Übergabepfad 43 in das untere Volumen 20b strömt, das untere Volumen 20b somit mit Wasser nachgefüllt wird. Der Versorgungspfad 15 ist in der Normstellung 44 und in der Übergabestellung 45 frei, sodass in beiden Stellungen 44, 45 der jeweilige Verbraucher 24 mit Wasser versorgt werden kann. Zudem ist in der Übergabestellung 45 der obere Druckpfad 42a freigegeben, sodass das Wasser im oberen Volumen 20a beaufschlagt wird und somit das Strömen von Wasser aus dem oberen Volumen 20a in das untere Volumen 20b erleichtert wird. Um zu verhindern, dass das Wasser aus dem oberen Volumen 20a entlang des Zuführpfads 27 strömt, ist in der Übergabestellung 45 der Zuführpfad 27 gesperrt. Demgegenüber kann Wasser in der Normstellung 44 über den Zuführpfad 27 in das obere Volumen 20a strömen. In der Normstellung 44 sperrt die Ventileinrichtung 21 also den Übergabepfad 43. Zudem sperrt die Ventileinrichtung 21 in der Normstellung 44 den oberen Druckpfad 42a. Ferner gibt die Ventileinrichtung 21 in der Normstellung 44 den unteren Druckpfad 42b frei, sodass Wasser aus dem unteren Volumen 20b über den Versorgungspfad 15 und Richtung der Verbraucher 24 strömt. In der Übergabestellung 45 sperrt die Ventileinrichtung 21 demgegenüber den Zuführpfad 27 und gibt beide Druckpfade 42 sowie den Übergabepfad 43 frei.
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Das Verstellen der Ventileinrichtung 21 zwischen der Normstellung 44 und der Übergabestellung 45 kann mittels einer in 1 angedeuteten Steuereinrichtung 22 erfolgen, welche Bestandteil der Behälteranordnung 14, des Systems 1 oder des Kraftfahrzeugs 17 sein kann.
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Die in der Behälteranordnung 14 bevorratete Flüssigkeit stammt aus einer Flüssigkeitsquelle 46, sodass der Zuführpfad 27 mit der Flüssigkeitsquelle 46 verbunden ist. Die Flüssigkeitsquelle 46, im gezeigten Ausführungsbeispiel also eine Wasserquelle 46, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Wasserabscheider 26 des Brennstoffzellensystems 1a, welcher in der Abgasanlage 7 derart eingebunden ist, dass er aus dem wasserhaltigen Abgas Wasser abscheidet. Die Flüssigkeitsquelle 46 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel also der Wasserabscheider 26.
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Wie 2 entnommen werden kann, weist die Ventileinrichtung 21 im gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest ein Ventil 23 auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Ventileinrichtung ein erstes Ventil 23a und ein zweites Ventil 23b auf. Mit dem ersten Ventil 23a ist es möglich, den Zuführpfad 27, den oberen Druckpfad 42a sowie den Übergabepfad 43 jeweils freizugeben oder zu sperren. Mit dem zweiten Ventil 23b ist es möglich, den Übergabepfad 43 und den Hauptdruckpfad 25 jeweils freizugeben oder zu sperren. Der Zuführpfad 27 ist also mit dem ersten Ventil 23a verbunden. Der Hauptdruckpfad 25 ist also mit dem zweiten Ventil 23b verbunden. Dabei sind das erste Ventil 23a und das zweite Ventil 23b miteinander verbunden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind das erste Ventil 23a und das zweite Ventil 23b jeweils rein beispielhaft als ein Dreiwegeventil 47 ausgebildet.
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Wie 2 entnommen werden kann, werden die Ventile 23a, 23b im gezeigten Ausführungsbeispiel über Rohrkörper 48 mit dem zugehörigen Volumen 20 und miteinander verbunden. Dabei verbindet ein Rohrkörper 48a, nachfolgend auch als oberer Rohrkörper 48a bezeichnet, das erste Ventil 23a mit dem oberen Volumen 20a. Dabei verlaufen der obere Druckpfad 42a und der Übergabepfad 43 zwischen dem oberen Volumen 20a und dem ersten Ventil 23a beide innerhalb des oberen Rohrkörpers 48a. Das heißt, dass der obere Druckpfad 42a und der Übergabepfad 43 zwischen dem oberen Volumen 20a und dem ersten Ventil 23a zusammenfallen und vom oberen Rohrkörper 48a begrenzt sind. Wie 2 ferner entnommen werden kann, verläuft im gezeigten Ausführungsbeispiel auch der Zuführpfad 27 zwischen dem ersten Ventil 23a und dem oberen Volumen 20a durch den oberen Rohrkörper 48a, wird also vom oberen Rohrkörper 48a begrenzt. Wie 2 ferner entnommen werden kann, verbindet im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Rohrkörper 48b das zweite Ventil 23b mit dem unteren Volumen 20b, wobei der Rohrkörper 48b nachfolgend auch als unterer Rohrkörper 48b bezeichnet wird. Sowohl der untere Druckpfad 42b als auch der Übergabepfad 43 verlaufen dabei zwischen dem unteren Volumen 20b und dem zweiten Ventil 23b und werden beide vom unteren Rohrkörper 48b begrenzt. Das heißt, dass der untere Druckpfad 42b und der Übergabepfad 43 zwischen dem unteren Volumen 20b und dem zweiten Ventil 23b zusammenfallen und beide vom unteren Rohrkörper 48b begrenzt sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verbindet ferner ein Rohrkörper 48c das erste Ventil 23a mit dem zweiten Ventil 23b, wobei der Rohrkörper 48c nachfolgend auch als Zwischenrohrkörper 48c bezeichnet wird. Durch den Zwischenrohrkörper 48c verlaufen der obere Druckpfad 42a sowie der Übergabepfad 43. Das heißt, dass der obere Druckpfad 42 und der Übergabepfad 43 zwischen dem ersten Ventil 23a und dem zweiten Ventil 23b zusammenfallen und beide vom dritten Rohrkörper 48c begrenzt werden.
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Wie 2 ferner entnommen werden kann, weist die Ventileinrichtung 21 im gezeigten Ausführungsbeispiel ferner ein Ventil 23c auf, mit dem die Versorgung des jeweiligen Verbrauchers 24 mit Flüssigkeit freigegeben und gesperrt werden kann, wobei das Ventil 23c nachfolgend auch als drittes Ventil 23c bezeichnet wird. In den 3 und 4 ist dabei rein beispielhaft angenommen, dass das dritte Ventil 23c den ersten Nebenversorgungspfad 19b freigibt und somit mit dem Versorgungspfad 15 verbindet, sodass die Verdunstungskühlungseinrichtung 13 mit Wasser versorgt ist. Demgegenüber sperrt in den 3 und 4 das dritte Ventil 23c rein beispielhaft den zweiten Nebenversorgungspfad 19b, sodass eine Versorgung der Reinigungsanlage 16 mit Flüssigkeit aus der Behälteranordnung 14 unterbrochen ist.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Behälteranordnung 14 ist im jeweiligen Volumen 20 eine Einrichtung 28 zum Ermitteln des Füllstands des Volumens 20 mit Flüssigkeit vorgesehen, wobei die Einrichtung 28 nachfolgend auch als Füllstandmesseinrichtung 28 bezeichnet wird. Die Füllstandmesseinrichtung 28 kann einen Kontaktschalter 29 mit einem durch die Flüssigkeit verstellbaren Schwimmkörper 30 zum Ermitteln des Füllstands des zugehörigen Volumens 20 mit Flüssigkeit aufweisen. Die jeweilige Füllstandmesseinrichtung 28 ist hierbei mit der Steuereinrichtung 22 kommunizierend verbunden, wobei die Steuereinrichtung 22 die Ventileinrichtung 21 abhängig vom Füllstand des jeweiligen Volumens 20 zwischen der Normstellung 44 und der Nachfüllstellung 45 verstellen kann. Insbesondere wird die Ventileinrichtung 21 in die Nachfüllstellung 45 verstellt, wenn der Füllstand im unteren Volumen 20b einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Auch kann die Ventileinrichtung 21 in die Normstellung 45 verstellt werden, wenn der Füllstand im unteren Volumen 20b einen vorgegebenen Wert überschreitet. Vorstellbar ist es zudem, mit der Ventileinrichtung 21, insbesondere mit dem ersten Ventil 23a, den Zuführpfad 27 zu sperren, wenn der Füllstand im oberen Volumen 20a einen vorgegebenen Wert überschreitet.
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Vorteilhaft wird ferner im jeweiligen Volumen 20 ein maximaler Füllstand von 91 % zugelassen, sodass ein Restvolumen von zumindest 9 % frei von Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, ist. Somit kann im jeweiligen Volumen 20 gefrierendes Wasser das Restvolumen zum Ausdehnen nutzen. Genutzt wird hierbei die Kenntnis, dass das Volumen von Wasser beim Gefrieren um knapp 9 % zunimmt. In der Folge werden durch das Gefrieren bedingte Beschädigungen vermieden oder zumindest reduziert.
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Wie 2 entnommen werden kann, kann das jeweilige Volumen 20 alternativ oder zusätzlich über einen Strömungspfad 34 zum Ablassen von Wasser aus dem Volumen 20 in die Umgebung mit der Umgebung verbunden sein, wobei dieser Strömungspfad 34 nachfolgend auch als Ablasspfad 34 bezeichnet wird. Im Ausführungsbeispiel ist dabei rein beispielhaft lediglich das untere Volumen 20 über einen Ablasspfad 34 mit der Umgebung verbunden. Im Ablasspfad 34 kann ein viertes Ventil 23d angeordnet sein, welches den Ablasspfad 34 wahlweise sperrt und freigibt. Optional kann auch das Ventil 23d mit in Ventileinrichtung 21 integriert sein.
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Wie 2 ferner entnommen werden kann, kann im jeweiligen Volumen 20 zum Heizen der Flüssigkeit, insbesondere des Wassers, eine Heizeinrichtung 37 vorgesehen sein. Somit kann ein Heizen des Wassers derart erfolgen, dass das Wasser nicht gefriert. Die Heizeinrichtung 37 ist vorteilhaft elektrisch betrieben, erzeugt also bei elektrischer Versorgung Wärme.
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Mit der Behälteranordnung 14 ist es möglich, die Verbraucher 24 permanent mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser, zu versorgen. Dabei wird ein Strömen der Flüssigkeit von der Behälteranordnung 14 über den Zuführpfad 27 zur Flüssigkeitsquelle 46 verhindert.
