DE10227771A1 - Vorrichtung zum Ansaugen und Verdichten wenigstens eines Gases in einem Brennstoffzellensystem - Google Patents
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Ansaugen und Verdichten wenigstens eines Gases in einem Brennstoffzellensystem (1). Ein Verdichter (4) für das Gas ist an seinem Gaseinlaß über einen elastischen, dichten Gasführungskanal (8) aus textilem Material mit einem Gasfiltersystem (5) verbunden.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansaugen und Verdichten wenigstens eines Gases in einem Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle aufweist, der gasförmiger Brennstoff und ein oxidierendes Gas zugeführt werden.
- Es ist eine Antriebsaggregat in einem Fahrzeug bekannt, das einen Elektrofahrmotor, eine Brennstoffzelle, einen Brennstofftank, einen Wasserspeicher, einen Verdampfer und einen Reformer aufweist. Der Brennstofftank enthält Methanol, das mit Wasser aus dem Wasserspeicher im Verdampfer in den gasförmigen Zustand überführt und danach zum Reformer geleitet wird, in dem unter Zufuhr von Wärme mittels eines katalytischen Brenners im wesentlichen Wasserstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid gebildet wird. Das Kohlenmonoxid kann mit einem Oxidator oxidiert werden. Das wasserstoffhaltige Brenngas aus dem Reformer wird mittels eine Kompressors der Brennstoffzelle zugeführt, die aus einem Brennstoffzellen-Stack besteht, in dem eine Vielzahl einzelner Brennstoffzellen-Modulen integriert sind. Mit einem weiteren Kompressor wird der Brennstoffzelle Luft zugeführt. In der Brennstoffzelle wird aus dem Wasserstoff und dem Sauerstoff der Luft elektrische Energie für den Elektrofahrmotor erzeugt (
DE 44 12 450 A1 ). - Eine Brennstoffzelle benötigt für ihren Betrieb hinreichend gereinigtes Gas und/oder ein Gasgemisch in Bezug auf das Brenngas und das Oxidationsgas, das vielfach Luft ist. Verunreinigungen der Gase müssen daher beseitigt werden. Solche Verunreinigungen, die sich schädigend auf das Brennstoffzel lensystem auswirken, können z. B. Partikel, Aerosole oder Schadgase sein. Zur Gasreinigung werden Filter verwendet, die den Kompressoren vorgeschaltet sind.
- Als Kompressionen können Kreiselverdichter verwendet werden, die im Betrieb hochfrequente Geräusche erzeugen, die unangenehm wirken. Um die Umweltbelastung zu vermindern müssen, diese Geräusche gedämpft werden. Bekannt ist die Anordnung tief abgestimmter Helmholtz-Resonatoren in Auspuffdämpfern von Kraftfahrzeugen. Da Helmholtz-Resonatoren zur Geräuschdämpfung im allgemeinen aus mehreren zylinderförmigen, durch Röhren miteinander verbundenen Kammern bestehen, vergrößern sie das Bauvolumen einer Gasführungsstrecke. Bei Gasführungssystemen wird insbesondere in mobilen Einrichtungen eine Bauraumminimierung angestrebt.
- Bekannt ist ein schalldämpfendes Rohr zum Leiten von Gasen, wobei in axialer Richtung des Rohrs in Abständen den Durchlaßquerschnitt vermindernde Schallreflektoren angeordnet sind. Die Reflektoren werden durch eine gewellte Rohrwandung gebildet, die zusätzlich zu der Wellung noch die Schallausbreitung störende Elemente enthält (
DE 35 05 401 A1 ). - Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur Reduzierung von Resonanzeffekten in Rohrleitungen, die von Gasen durchströmt sind, wird die Gasströmung je auf zwei gleiche, im wesentlichen parallele Rohre aufgeteilt, von denen wenigstens eines mit einer Perforation versehen ist, über der eine Abdeckhaube angebracht ist (
DE 94 00 428 U1 ). - Schließlich ist ein poröser Dämpfungsschlauch zum Dämpfen von Ansauggeräuschen an Brennkraftmaschinen bekannt (
DE 196 35 799 A1 ). Der Dämpfungsschlauch ist aus einem Wickel aus einem flachen Netzmaterial aus schweißbaren Kunststofffäden gebildet, die aus einem einheitlichen Werkstoff bestehen. Da der Dämpfungsschlauch längselastisch ist, überträgt er keine Längsschwingungen im Ansaugtrakt der jeweiligen Brennkraft maschine. - Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Ansaugen und Verdichten wenigstens eines Gases in einem Brennstoffzellensystem anzugeben, bei der auf einfache, raumsparende Art der vom jeweiligen Verdichter ausgehende Körperschall gedämpft wird.
- Das Problem wird bei einer Vorrichtung zum Ansaugen und Verdichten wenigstens eines Gases in einem Brennstoffzellensystem, das ein Brennstoffzelle aufweist, der gasförmiger Brennstoff und ein oxidierendes Gas zugeführt werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Verdichter für das Gas an seinem Eingang bzw. Gaseinlaß über einen elastischen, dichten Gasführungskanal aus textilem Material mit einem Gasfiltersystem verbunden ist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die vom Verdichter in dessen Betrieb ausgehenden Schallwellen sowohl durch den elastischen Gasführungskanal bzw. Schlauch als auch durch das Gasfiltersystem gedämpft. Letzteres verhindert z. B., daß am filterseitigen Ende des Gasführungskanals noch ankommende Schallwellen ungehindert ins Freie gelangen können.
- Insbesondere weist der Gasführungskanal Fasern auf, die mit einer elastischen Beschichtung gegen das Eindringen von Gasen aus dem Raum außerhalb des Gasführungskanals abgedichtet sind. Die Beschichtung kann aus einem Kunststoff, z. B. einem Elastomer, oder auch aus einem Metall bestehen.
- Bei einer bevorzugen Weiterbildung ist vor dem Gasfiltersystem ein Gasführungskanal aus porösem, textilem Material vorgesehen und mit dem Gaseinlaß des Gasfiltersystems verbunden. Bei dieser Vorrichtung, die eigenständigen erfinderischen Gehalt hat, wird das angesaugte Gas vorgefiltert. Darüber hinaus werden die bereits durch den elastischen Gasführungskanal zwischen Verdichter und Gasfiltersystem und durch letzteres stark gedämpften Schallwellen noch weiter gedämpft, so daß eine besonders gute Geräuschreduzierung erreicht wird. Durch den porösen Gasführungskanal vor dem Gasfilter werden zudem Partikel im angesaugten Gas zurückgehalten, so daß sie nicht in das Filtersystem gelangen können.
- Günstig ist es, das textile Material des porösen Gasfilterkanals mit wenigstens einem aktiven Stoff, der für wenigstens ein Gas eine Reaktionsbereitschaft zeigt, zu beschichten. Auf diese Weise ist es möglich, wenigstens ein in dem angesaugten Gas enthaltenes Schadgas, das für den Betrieb der Brennstoffzelle unerwünscht sind, bereits vor dem Filtersystem in der Konzentration zu reduzieren.
- Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.
- In der Zeichnung ist schematisch eine Vorrichtung zum Ansaugen und Verdichten wenigstens eines Gases in einem Brennstoffzellensystem dargestellt.
- Ein Brennstoffzellensystem
1 , das in an sich bekannter Weise eine Brennstoffzelle2 , z. B. vom Typ PEM und weitere in der Zeichnung nicht dargestellte Bauelemente wie einen Brennstofftank, einen Wasserspeicher, einen Verdampfer und einen Reformer enthält, weist auch wenigstens eine Vorrichtung3 zum Ansaugen und Verdichten eines Gases auf. Bei diesem Gas handelt es sich z. B. um Luft, dessen Sauerstoff das oxidierende Gas ist, das in der Brennstoffzelle2 mit dem gasförmigen Brennstoff zur Erzeugung elektrischer Energie reagiert. Der gasförmige Brennstoff enthält z. B. Wasserstoff . - Die Vorrichtung
3 enthält einen Kompressor4 oder Verdichter, der die Luft ansaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft gelangt über nicht näher bezeichnete Kanäle zur Brennstoffzelle2 . Als Kompressor4 wird z. B. ein Kreiselverdichter eingesetzt, der von einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben wird. - Brennstoffzellensysteme werden wegen des relative hohen Wirkungsgrades und geringen Schadstoffausstoßes auch in mobilen Vorrichtungen wie Kraftfahrzeugen eingesetzt. In diesen sind geringe Bauteilabmessungen und geringe Gewichte von Bedeutung. Wegen der geringen Abmessungen bei großer Förderleitung wird der Kompressor
4 für hohe Drehzahlen ausgelegt. Bei hohen Drehzahlen erzeugt der Kompressor4 lästige Geräusche, die sich aus mehreren Frequenzkomponenten zusammensetzen. - Die Vorrichtung
3 enthält weiterhin ein Filtersystem5 , mit dem das vom Verdichter4 angesaugte Gas gereinigt wird. Das Filtersystem5 kann aus mehr als einem Abschnitt, z. B. aus zwei Sektionen6 ,7 bestehen. In der Sektion6 wird z. B. das angesaugte Gas von Partikeln wie Staub und Ruß befreit, d. h. es findet eine Reinigung von mechanischen Substanzen statt. In der Sektion7 , die der Sektion6 nachgeschaltet ist, wird z. B. eine Reinigung von Schadgasen durchgeführt, die die Arbeitsweise der Brennstoffzelle ungünstig beeinflussen. - Das vom Kompressor
4 ausgehende, hochfrequente Geräusch soll auf möglichst einfache Weise mit raumsparenden Mitteln gedämpft werden. Hierzu ist das Filtersystem5 mit dem Gaseinlaß des Kompressor4 durch einen elastischen, dichten Gasführungskanal8 aus textilem Material verbunden. Der Gasführungskanal8 ist insbesondere ein Schlauch aus textilen Fasern oder Fäden, z. B. in Form eines Gewebes, und weist eine Beschichtung auf, die das Eindringen von Gasen aus dem Raum außerhalb des Gasführungskanals8 verhindert. Es können also keine Verunreinigungen mehr hinter dem Filtersystem5 in das vom Kompressor4 angesaugte Gas gelangen. Die textilen Materialien des Gasführungskanals8 können mit Kunststoffen, bzw. Elastomeren oder Metallen beschichtet sein. Die Beschichtung kann innen und/oder außen am Gasführungskanal angebracht sein. Der Gasführungskanal8 absorbiert durch seinen Aufbau Schallenergie. Zum Gasfiltersystem5 gelangt daher nur noch ein Teil der vom Kompressor ausgehenden Schallenergie. Das Gasfiltersystems5 bewirkt eine weitere Dämpfung von Schallenergie. - Auf der dem Kompressor
4 abgewandten Seite des Gasfiltersystems5 , d. h. auf dessen Einlaßseite für das Gas, ist das Gasfiltersystem5 mit einem porösen, flexiblen Gasführungskanal9 verbunden, der aus textilen Material besteht. Der Gasführungskanal9 , der insbesondere als poröser Schlauch aus Kunststoff- oder Naturfasern oder -fäden besteht, die zu einem Gewebe verarbeitet sein können, dämpft zusätzlich noch aus dem Filtersystem5 eventuell noch austretende Schallenergie. Die in der Zeichnung dargestellte Ansaug- und Verdichtungsvorrichtung3 hat daher besonders gute Schalldämpfungseigenschaften. - Durch den Gasführungskanal
9 findet darüber hinaus ein Vorfilterung des angesaugten Gases statt, d. h. es werden Partikel wie Staub bereits zurückgehalten, so daß sie nicht mehr ins Filtersystem5 gelangen können. die Porosität des Gasführungskanals9 kann auf die Größe von Partikeln abgestimmt sein, die sich möglicherweise im angesaugten Gas befinden. - Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Oberfläche des Gasführungskanals
9 mit einem aktiven Stoff versehen ist, der mit bestimmten, für den Betrieb der Brennstoffzelle2 nicht erwünschten Gase reagiert und diese z. B. adsorbiert. Auf diese Weise ist es möglich, die Konzentration derartiger Gase bereits vor dem Filtersystem5 zu reduzieren. Durch die Vorfilterung des angesaugten Gases läßt sich der Aufwand für das Gasfiltersystem5 vermindern, d. h. für das Gasfiltersystem5 wird weniger Raum benötigt.
Claims (9)
- Vorrichtung zum Ansaugen und Verdichten wenigstens eines Gases in einem Brennstoffzellensystem, das eine Brennstoffzelle aufweist, der gasförmiger Brennstoff und ein oxidierendes Gas zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet , dass ein Verdichter (
4 ) für das Gas an seinem Gaseinlaß über einen elastischen, dichten Gasführungskanal (8 ) aus textilem Material mit einem Gasfiltersystem (5 ) verbunden ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasführungskanal (
8 ) textile Fasern oder Fäden aufweist, die mit einer elastischen, gasdichten Beschichtung versehen sind. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung ein Kunststoff oder ein Metall ist.
- Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasführungskanal (
8 ) ein Schlauch ist. - Vorrichtung insbesondere nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Gasfiltersystem (
5 ) ein Gasführungskanal (9 ) aus po rösem, textilem Material mit dem Gaseinlaß verbunden ist. - Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Gasführungskanal (
9 ) textile Fasern oder Fäden aufweist. - Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des porösen Gasführungskanals (
9 ) mit wenigstens einem aktiven Stoff beschichtet ist, der für wenigstens ein Gas eine Reaktionsbereitschaft zeigt. - Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Gasführungskanal (
9 ) als Schlauch ausgebildet ist. - Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung in einer mobilen Vorrichtung.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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8130 | Withdrawal |