DE10314820A1

DE10314820A1 - Verfahren zum Verhindern der Einfrierung von Wasser im Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE10314820A1
Application number: DE10314820A
Authority: DE
Inventors: Ralph Hobmeyr; Dirk Wexel
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-04-02
Also published as: US20040219401A1; US7354669B2; DE10314820B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern der Einfrierung von Wasser in einer mindestens ein bewegliches Teil enthaltenden Baueinheit im Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abschaltvorgang die Baueinheit durch ein trockenes Spülgas durchgespült wird, um eine dort vorhandene Wassermenge zu entfernen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern der Einfrierung von Wasser in einer Baueinheit eines Brennstoffzellensystems, vorzugsweise in einer mindestens ein bewegliches Teil enthaltenden Baueinheit im Anodenkreislauf eines Brennstoffzellensystems sowie ein Brennstoffzellensystem mit mehreren zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengesetzten Brennstoffzellen, die jeweils eine Anodenseite, eine Kathodenseite und eine zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite angeordnete Membran aufweisen, wobei die Anodenseiten der Brennstoffzellen zu einem Anodenkreislauf zusammengeschlossen sind, der außerdem eine Zuführeinrichtung für frischen gasförmigen Brennstoff, ein Ablassventil, das zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Ablassen mindestens eines Teils der im Anodenkreislauf fließenden Gase ausgelegt ist, sowie eine mindestens ein bewegliches Teil aufweisende Baueinheit, wie eine Brennstoffrezirkulationspumpe, umfasst, wobei die Brennstoffrezirkulationspumpe, die aus den Anodenseiten der Brennstoffzellen austretenden Abgase, die verwertbaren Brennstoff enthalten, den Anodenseiten der Brennstoffzellen wieder zuführt.

Im Anodenkreislauf eines Niedertemperaturbrennstoffzellensystems, insbesondere bei so genannten PEM-Brennstoffzellen, die mit gasförmigem Wasserstoff oder einem wasserstoffreichen Synthesegas als Brennstoff gespeist werden, fällt Wasser in Form von Feuchte oder Kondensat an. Dieses Wasser entsteht bei der katalytisch geforderten Reaktion von vom Wasserstoff gelieferten Protonen, die durch die Membrane der Brennstoffzellen hindurch diffundieren, mit Luftsauerstoff, der den Kathodenseiten der Brennstoffzellen zugeführt wird, d.h. bei dem Vorgang, der auch für die erwünschte Stromerzeugung zuständig ist. Das auf der Kathodenseiten der Brennstoffzellen erzeugte Wasser befeuchtet in erwünschter Weise die Membrane der Brennstoffzellen und ein Teil des Wassers diffundiert, zusammen mit Stickstoff aus der zugeführten Luft, durch die Membrane hindurch und gelangt so auf die Anodenseiten der Brennstoffzellen. Bei manchen Brennstoffzellensystemen wird darüber hinaus Wasser den Anodenseiten der Brennstoffzellen durch Befeuchtung des Brennstoffs direkt zugeführt, um die erwünschte relative Feuchte im Anodenkreislauf sicherzustellen. Das im Anodenkreislauf vorhandene Wasser, das teilweise in Dampfform und teilweise in Flüssigform vorliegt, gefriert bei Umgebungstemperaturen unter 0°C und kann den Betrieb von bestimmten Baueinheiten, wie zum Beispiel einer zur Rezirkulation des Wasserstoffs vorgesehenen Rezirkulationspumpe oder eines im Anodenkreislauf vorgesehenen Wasserseparators, behindern oder diese beschädigen. Ähnliche Probleme können auch an anderen Stellen in einem Brennstoffzellensystem auftreten, bspw. bei einem Wasserseparator im Kathodenkreislauf des Brennstoffzellensystems. Das erfindungsgemäße Verfahren kann daher auch dort zur Verwendung kommen.

Das Funktionsprinzip der derzeit verwendeten Rezirkulationspumpen, die üblicherweise in Form eines Seitenkanalverdichters oder eines Turboverdichters realisiert werden, bedingt zur Abdichtung und effizienten Förderung enge Spalte und Toleranzen. Diese sind funktionsbedingt und können nicht vermieden werden. Da die verwendete Rezirkulationspumpe die Aufgabe hat, Wasserstoff bzw. wasserstoffhaltige Gase zu befördern, um eine Druckerhöhung derselben zu erreichen, muss sie nach außen dicht sein, um einen unerwünschten Austritt von Wasserstoff zu vermeiden. Die notwendige Abdichtung nach außen kann erreicht werden, jedoch ist es kaum möglich, beispielsweise den Motor der Rezirkulationspumpe gegenüber der Pumpe selbst abzudichten, da die wasserstoffhaltigen Gase im Stande sind, selbst die kleinsten Spalten zu durchdringen. Als Folge sammelt sich Kondensat in den Spalten des Motors, der Lager und in Tiefpunkten der Rezirkulationspumpe und blockiert, wenn es gefriert, die Fördereinheit der Rezirkulationspumpe. Diese physikalische Erscheinung lässt sich systembedingt nicht vermeiden. Die Erzeugung von Wasserdampf ist bei Betrieb einer PEM-Brennstoffzelle unvermeidbar und der im System stets erzeugte Wasserdampf führt bei geeigneten Temperaturbedingungen zwangsweise zu dem systematischen Anfall von Kondensat.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art vorzusehen, bei dem die schädlichen Auswirkungen des anfallenden Kondensats bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt vermieden werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, das sich dadurch auszeichnet, dass bei oder nach einem Abschaltvorgang die Baueinheit mit einem trockenen Spülgas durchgespült wird, um eine dort vorhandene Wassermenge zu entfernen.

Bei einem Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art lässt sich diese Aufgabe dadurch lösen, dass ein Spülgaseinlass im Anodenkreislauf vorgesehen ist, der angeordnet ist, um der Baueinheit ein trockenes Spülgas zuzuführen und dieses durch dort vorhandene Räume, insbesondere solche mit einem beweglichen einfriergefährdeten Teil, hindurchzuschicken, um dort vorgesehenes Wasser auszutreiben und/oder auszutrocknen.

Erfindungsgemäß wird daher beim Abschalten eines Brennstoffzellensystems das in der Baueinheit vorhandene Kondensat und die dort gesammelte Feuchte durch ein trockenes Spülgas aus der Baueinheit und vorzugsweise aus dem gesamten Anodenkreis entfernt. Das Entfernen findet im Allgemeinen auf zweierlei Wege statt. Zum einen wird der Gasstoß an trockenem Spülgas verwendet, um flüssiges Wasser, soweit möglich, aus dem System auszutreiben, im Sinne einer Wasserverdrängung, während noch vorhandene Feuchte durch einen vom trockenen Spülgas durchgeführten Trockenvorgang verdampft und als Abgasstrom ebenfalls aus der Baueinheit und vorzugsweise aus dem Anodenkreislauf entfernt wird. Diese Vorgehensweise ist effizienter als das gesamte vorhandene Wasser durch das trockene Spülgas zu verdampfen, dies ist aber grundsätzlich auch möglich.

Wenn gesagt wird, dass der Spülvorgang bei einem Abschaltvorgang stattfindet, so bringt dies zum Ausdruck, dass der Fahrer eines das Brennstoffzellensystem enthaltenden Fahrzeugs beschlossen hat, sein Fahrzeug auszuschalten bzw. abzustellen und das dem Brennstoffzellensystem zugehörige Steuersystem das Abschalten des Systems eingeleitet hat. Dieser Abschaltvorgang kann bspw. eine Übergangszeit umfassen, in der noch im Anodenkreislauf vorhandener Wasserstoff im Brennstoffzellenstapel aufgebraucht wird und zu diesem Zweck den Kathodenseiten der Brennstoffzellen noch Luft zugeführt wird, um den Überschuss an Wasserstoff auf der Anodenseite abzubauen. Das Abschalten des Systems kann aber stattdessen oder gleichzeitig eine Übergangszeit umfassen, während derer der Überschuss an Wasserstoff einem externen katalytischen Brenner oder der Kathodenseite der Brennstoffzellen direkt zugeführt wird, wie in der deutschen Patentanmeldung 10115336.8 beschrieben ist. Der Trockenvorgang unter Anwendung des trockenen Spülgases kann während dieser Abschaltphase des Brennstoffzellenstapels, d.h. während der Übergangszeit verwendet werden oder erst nach Abschluss dieser Abschaltphase, ggf. erst deutlich später, durchgeführt werden.

Es ist nicht zwangsläufig erforderlich, sämtliches aus der Baueinheit verdrängte Wasser bzw. durch einen Trockenvorgang in die Dampfphase übergeführte Feuchte aus dem Anodenkreislauf des Brennstoffzellensystems zu entfernen. Dies ist zwar grundsätzlich möglich, erfordert aber auch eine erhöhte Menge an Spülgas bzw. an Energie. Stattdessen ist es beispielsweise möglich, noch eine Restmenge an Wasser bzw. Wasserdampf in eine im Anodenkreislauf vorgesehene Beschichtung aufzunehmen, wie dies beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung 100 63 254.8 beschrieben ist.

Um das verwendete trockene Spülgas effizient zu nützen, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, die im Anodenkreislauf noch vorhandene Wassermenge beim Abschalten des Brennstoffzellensystems zu schätzen und nur die erforderliche Menge an trockenem Spülgas für das Austreiben bzw. Austrocknen der vorhandenen Wasserstoffmenge aufzuwenden. Dies stellt eine wirtschaftliche Vorgehensweise dar.

Die Menge an Wasser, die noch im Anodenkreislauf bzw. in der Baueinheit vorhanden ist, kann von der Steuerung des Brennstoffzellensystems geschätzt werden. Beispielsweise beschreibt die deutsche Patentanmeldung 101 46 943.8 wie man ein Brennstoffzellensystem wirtschaftlich steuern kann. Ein integraler Bestandteil der Steuerung ist die Berechnung der jeweils vorhandenen relativen Feuchte. Ferner kann ein Feuchtesensor im Anodenkreislauf vorgesehen werden, der die vorhandene Relativfeuchte misst.

Es ist nur dann notwendig, eine Spülung mit trockenem Spülgas vorzunehmen, wenn Umgebungstemperaturen zu erwarten sind, die ein Frieren des Wassers möglich erscheinen lassen, und zwar über einen Zeitraum, der sich bis zum nächsten Einschalten des Brennstoffzellensystems erstreckt. Bei Umgebungstemperaturen in diesem Zeitraum, die deutlich über dem Gefrierpunkt von Wasser liegen, muss der Spülvorgang mit trockenem Spülgas nicht durchgeführt werden und wird vorzugsweise nicht durchgeführt, um keine unnötige Energie bzw. Spülgas zu verbrauchen.

Werden jedoch Temperaturen im Gefrierbereich erwartet, so muss gespült werden. Hierzu wird eine Einrichtung des Spülsystems vorgesehen, die entsprechend der in der Baueinheit bzw. im gesamten Anodenkreis vorhandenen Wassermenge die Menge an Spülgas und die Dauer des Spülganges berechnet, die erforderlich sind, um das vorhandene Wasser aus der Baueinheit auszutreiben bzw. durch Austrocknen aus der Baueinheit zu entfernen.

Besonders günstig ist es, wenn das Verfahren nur dann durchgeführt wird, wenn die Umgebungstemperatur und/oder der historische Verlauf der Umgebungstemperatur und/oder der erwartete Verlauf der Umgebungstemperatur erkennen lässt, das in einem dem Abschalten folgenden Zeitraum ein Einfrieren des Systems möglich erscheint.

Dabei kann der zu berücksichtigende Zeitraum beispielsweise vom Fahrer eingegeben oder er kann fest vorgegeben werden.

Besonders günstig und einfach ist es, wenn ein externes Signal ein mögliches Einfrieren des Systems innerhalb eines vorgebbaren nachfolgenden Zeitraums ankündigt. Im einfachsten Fall könnte ein die Umgebungstem peratur messender Temperatursensor vorgesehen werden, und es könnte bei Unterschreitung einer Temperaturwert von bspw. 3° Celsius ein Spülvorgang durchgeführt werden, und zwar auch lange nach dem Abschalten des Brennstoffzellensystems. Ferner könnte man sich vorstellen, dass bei weiter Verbreitung von Brennstoffzellenfahrzeugen eine meteorologische Dienstleistung darin bestehen könnte, regelmäßig Signale auszusenden, die von einem dem Brennstoffzellensystem zugeordneten Empfänger empfangen werden und von der Steuereinrichtung berücksichtigt werden. Solche Signale können standortabhängige Temperaturprognosen enthalten, die von der Steuerung des Brennstoffzellensystems standortabhängig berücksichtigt werden. D.h. die Signale können, zum Beispiel zwischen warmen Bereichen, beispielsweise in Florida und kalten Bereichen, beispielsweise in den Rocky Mountains, unterscheiden. Der Standort des jeweiligen Brennstoffzellensystems kann bspw. von einem GPS-System festgestellt werden, das ebenfalls an die Steuerung angekoppelt ist.

Es kann vorteilhaft sein, ein Verfahren durchzuführen, das sich dadurch auszeichnet, dass die Menge des Spülgases und/oder die Dauer der Spülung mit dem trockenen Spülgas gewählt wird, um ein Teil der vorhandenen Wassermenge, der beispielsweise durch einen Sammelvorgang gesammelt werden kann, aus dem Anodenkreislauf auszutreiben und um einen zweiten Teil der Wassermenge durch einen Trockenvorgang aus dem Anodenkreislauf zu entfernen.

Wenn die Baueinheit so ausgelegt ist, dass dort vorhandenes flüssiges Wasser sich in einem vorgegebenen Bereich sammelt, so kann die Entfernung des flüssigen Wassers aus diesem Bereich relativ einfach und wirtschaftlich durchgeführt werden, beispielsweise dadurch, dass das Spülgas das gesamte in diesem Bereich vorhandene flüssige Wasser aus dem Bereich austreibt. Beispielsweise kann ein Ablassventil in unmittelbarer Nachbarschaft zu diesem Bereich vorgesehen werden, das von der Steuerung zum Zeitpunkt des Spülvorgangs geöffnet wird, um das gesammelte Wasser aus dem System hinauszutreiben. Auf diese Weise würde dann nur eine kleine Restmenge an Wasser bzw. Wasserdampf verbleiben, die durch einen Trockenvorgang aus dem System zu entfernen ist. Auch hier wird mit dem Trockenspülgas wirtschaftlich umgegangen.

Es bestehen verschiedene Möglichkeit, das trockene Spülgas zur Verfügung zu stellen. Es kann sich beispielsweise um Druckluft handeln, die durch einen vorgesehenen, Druckluft an die Kathodenseite des Brennstoffzellensystemsliefernden Kompressor oder Hilfskompressor erzeugt wird. Entweder wird beim Abschalten des Brennstoffzellensystems ein Teil der noch vom Luftkompressor gelieferten Druckluft abgezapft und für den Spülvorgang gegebenenfalls nach entsprechender Trocknung verwendet oder für den Fall, dass der Spülvorgang erst nach Abschalten des Brennstoffzellensystems durchgeführt wird, der Luftkompressor kann extra zu diesem Zweck eingeschaltet werden. Es muss sich hierbei nicht unbedingt um den Hauptdruckluftkompressor handeln, sondern es könnte sich um einen Hilfskompressor handeln, der beispielsweise entsprechend der deutschen Patentanmeldung 10130095.6 für den Startvorgang vorgesehen ist. D.h. dieser Hilfskompressor könnte zum Zwecke der Spülung herangezogen werden.

Alternativ hierzu könnte frischer Brennstoff als trockenes Spülgas verwendet werden. Wenn beispielsweise Wasserstoff als Brennstoff vorgesehen ist, so liegt dieser üblicherweise in trockener Form vor, so dass auch der Brennstoff für die Durchführung des Spülvorganges nützlich wäre.

Eine weitere Alternative besteht darin, ein trockenes Inertgas oder eine Inertgasmischung für den Spülvorgang zu benützen. Dabei kann das Inertgas bzw. die Inertgasmischung aus der Gruppe bestehend aus Argon, Stickstoff und Helium gewählt werden. Solche Inertgase müssen dann in einem eigenen Vorratsbehälter mit dem Brennstoffzellensystem mitgeführt werden.

Bei der Baueinheit handelt es sich vorzugsweise entweder um einen Seitenkanalverdichter oder um einen Turboverdichter, wobei beide Verdichterarten in luftgekühlter oder flüssig gekühlter Form vorliegen können. Auch andere Pumpenarten können ohne weiteres erfindungsgemäß Verwendung finden.

Das Spülgas muss auf jeden Fall trocken sein, sich gegenüber den Materialien im Anodenkreislauf des Brennstoffzellensystems inert verhalten und darf kein Sicherheitsrisiko bei der Mischung mit Wasserstoff darstellen. Die Verwendung von Luft als Spülgas hat den Vorteil, dass diese unbegrenzt in der Umgebung vorhanden ist. Wasserstoff wird als Treibstoff mit dem das Brennstoffzellensystem enthaltende Fahrzeug ohnehin mitgeführt und Inertgase wie N₂, Argon oder Helium können einfach in kleinen Mengen mitgeführt werden. Da sie auch in der Luft vorkommen, eignen sie sich als Spülgase, da sie keine Verschmutzung der Luft verursachen.

Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems lassen sich den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung entnehmen. Es werden jetzt mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen rein beispielhaft beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems,
2 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichter, der als Rezirkulationspumpe geeignet ist und einen Spülgaseinlass aufweist,
3 eine Ansicht von unten auf das Laufrad des Seitenkanalverdichters,
4 eine in Längsrichtung geschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Turboverdichters, der als Rezirkulationspumpe Anwendung findet und einen Spülgaseinlass aufweist,
5 eine alternative Darstellung eines erfindungsgemäßen Turboverdichters mit Gaskühlung anstatt mit Flüssigkühlung, in einer Darstellung entsprechend der 4, und
6 eine Graphik zur Darstellung der Berechnung der Spülzeit.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems bestehend aus einem Brennstoffzellenstapel 10 mit einer Anodenseite 12 und einer Kathodenseite 14. Ferner weist das Brennstoffzellensystem einen Kühlmittelkreislauf 16 auf, der mit einem isolierenden Kühlmittel gefüllt ist, das je nachdem, wo das Brennstoffzellensystem betrieben wird, bei den dort maximal zu erwartenden negativen Temperaturen nicht friert, d.h. nicht in einen festen Zustand übergeht. Anstatt ein Kühlmittel in flüssiger Form zu verwenden, könnte das Brennstoffzellensystem mit einer Luftkühlung vorgesehen werden.
Auf der Anodenseite 12 wird ein Brennstoff, wie beispielsweise Wasserstoff oder ein wasserstoffreiches Synthesegas, in einem Tieftemperaturenspeicher 18 oder in einem anderen geeigneten Druckspeicher gespeichert. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet ein Ventil, das zur Reduzierung des Drucks im Speicher 18 auf einen niedrigeren Speisedruck dient. Das Ventil 20 wird von einer Steuerung 22 über eine Leitung 20A angesteuert. Um die Darstellung zu vereinfachen, ist der Verlauf der Steuerleitung 20A zwischen dem Ventil 20 und der Steuerung 22 nicht gezeigt, jedoch versteht sich, dass die Stichleitung 20A am Ventil 20 mit der Stichleitung 20A an der Steuerung 22 verbunden ist. Dies gilt auch für alle weiteren Stichleitungen, die in der 1 eingezeichnet sind, das heißt alle Stichleitungen, die zu einem Bauteil in der Zeichnung führen, werden mit dem gleichen Bezugszeichen versehen wie das Bauteil selbst, jedoch mit dem Zusatz "A" und entsprechend wird die Stichleitung an der Steuerung 22 mit dem entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet.
Auf der Anodenseite 12 wird der Brennstoff bzw. der Wasserstoff vom Druckreduzierventil 20 an ein Steuerventil 24 weitergeleitet, das über eine Stichleitung 24A an die Steuerung 22 angeschlossen ist, wobei die Steuerung 22 die Einstellung des Ventils 24 festlegt, damit die erforderliche Menge an frischem Wasserstoff bzw. Brennstoff der Anodenseite 12 des Brennstoffzellensystems zugeführt wird. Der dem Brennstoffzellensystem zugeführte Wasserstoff bzw. Brennstoff liefert Protonen an die einzelnen Brennstoffzellenzellen 26 des Brennstoffzellenstapels 10 und diese wandern durch die dort vorgesehenen Membrane (nicht gezeigt) auf die Kathodenseite 14 zu.
In an sich bekannter Weise wird der Kathodenseite 14 Luftsauerstoff über den Kompressor 28 und die Leitung 30 zugeführt. Der Luftkompressor 28 wird von einem Elektromotor 32 über eine Welle 34 angetrieben und saugt Luft über den Luftfilter und Schalldämpfer 36 und die Leitung 38 an. Der Elektromotor 32 weist elektrische Anschlüsse (nicht gezeigt) sowie eine Steuerleitung 32A auf, die an die Steuerung 22 angeschlossen ist. Die Protonen, die durch die Membrane der einzelnen Brennstoffzellen 26 hindurch diffundieren, reagieren auf der Kathodenseite 14 des Brennstoffzellenstapels 10 mit Sauerstoffmolekülen, die vom Kompressor 28 geliefert werden und erzeugen durch diese Reaktion Wasserdampf sowie elektrische Leistung, die an den Klemmen 40 und 42 des Brennstoffzellenstapels abgezapft werden kann. Diese elektrische Leistung wird bei Verwendung des Brennstoffzellensystems in einem PKW für die Versorgung der Elektromotoren verwendet, die die einzelnen Räder des Fahrzeugs antreiben. Ein Teil der elektrischen Leistung kann auch für andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise um den Elektromotor 32 anzutreiben. Das Bezugszeichen 44 bezeichnet ein Ventil auf der Kathodenseite 14 des Brennstoffzellensystems, das den Betriebsdruck auf der Kathodenseite steuert. Um das Ventil 44 regeln zu können, weist dieses eine Steuerleitung 44A auf, die ebenfalls an die Steuerung 22 angeschlossen ist. Die kathodenseitigen Abgase, die hauptsächlich aus nicht verbrauchtem Luftsauerstoff, Wasserdampf, Stickstoff und Wassertröpfchen bestehen, können bedenkenlos direkt in die Umgebung abgelassen werden, da es sich bei diesen Abgasen um natürliche Bestandteile der Luft handelt. Gewöhnlich werden die Wassertröpfchen aber in einer Wassertrenneinrichtung 46 gesammelt, bevor die restlichen Abgase über die Leitung 48 in die Umgebung ausströmen.
Das Bezugszeichen 50 bezeichnet ein Ventil, das über die Stichleitung 50A angesteuert werden kann, um gesammeltes Wasser über die Leitung 52 abzulassen oder einer anderen Verwendung zuzuführen.
Auf der Anodenseite 12 des Brennstoffzellenstapels 10 befindet sich eine Rücklaufleitung 54, die über eine Rezirkulationspumpe 56 an den Anodeneingang 58 führt. Auf diese Weise können die Anodenabgase, die hauptsächlich aus noch nicht verbrauchtem Wasserstoff, Stickstoff und Wasserdampf bestehen, erneut durch den Brennstoffzellenstapel hindurchgeführt werden, wodurch eine bessere Ausnutzung des zugeführten Wasserstoffs erreicht werden kann. Die Drehgeschwindigkeit der Pumpe 56 und daher deren Förderleistung kann über die Leitung 56A von der Steuerung 22 bestimmt werden. Das Bezugszeichen 60 bezeichnet ein über die Leitung 60A ansteuerbares Ablassventil, das diskontinuierlich oder kontinuierlich angesteuert werden kann, um einen Teil der anodenseitigen Abgase aus dem Anodenkreislauf zu entfernen. Da diese Gase noch einen Wasserstoffanteil enthalten und dieser nicht bedenkenlos an die Umgebung abgelassen werden kann, werden die abgelassenen anodenseitigen Abgase über einen Brenner 64, üblicherweise einen katalytischen Brenner, geführt, der Sauerstoff über die Leitung 66 erhält und dafür sorgt, Wasserstoff und Sauerstoff miteinander zu verbinden, um Wasser zu bilden, das bedenkenlos abgelassen werden kann. Falls gewünscht, kann mindestens ein Teil dieses Wassers in einer Wassertrenneinrichtung gesammelt werden.
Die verbleibenden Kathodenabgase, d.h. Wasserdampf, Wassertröpfchen und Stickstoff können wiederum unbedenklich in die Umgebungsluft abgelassen werden, da sie natürliche Bestandteile der Umgebungsluft bilden. Der Stickstoff, der in den Anodenabgasen enthalten ist, ist deshalb auf der Anodenseite zu finden, weil er durch die Membrane der Brennstoffzellen zu der Anodenseite hindurch diffundiert wie auch das auf der Kathodenseite vorhandene bzw. erzeugte Wasser.
Der Kühlmittelkreislauf 16 besteht aus einem Hauptkreislauf 70, der eine Pumpe 72, einen Kühler 74 und einen Temperaturfühler 75 enthält. Der Temperaturfühler 75 ist über die Leitung 75A an die Steuerung angeschlossen.
In der Darstellung der 1 saugt die Pumpe 72 Kühlmittel in die Rücklaufleitung 80 des Hauptkreislaufes 70 an und befördert sie im Betrieb durch den Kühler 74 und anschließend über die Vorlaufleitung 82 wieder in den Brennstoffzellenstapel 10 hinein. Das Bezugszeichen 76 bezeichnet ein Kühlgebläse, das vom Elektromotor 78 angetrieben wird, der wiederum über nicht dargestellte Leitungen elektrische Leistung vom Brennstoffzellensystem erhält, d.h. ein Teil der elektrischen Leistung, die von Klemmen 40 und 42 erhalten wird. Der Elektromotor 78 wird und darüber hinaus über die Steuerleitung 78A von der Steuerung 22 in seiner Drehzahl gesteuert. Durch Steuerung der Drehzahl der Pumpe 72 über die Steuerleitung 72A und Steuerung der Drehzahl des Elektromotors 78 und deshalb des Luftgebläses 76 über die Steuerleitung 78A kann die gewünschte Kühlleistung des Hauptkreislaufs 70 von der Steuerung 22 bestimmt werden.
Das bisher beschriebene Brennstoffzellensystem ist an sich gut bekannt, und es bestehen viele mögliche Abwandlungen, die hier nicht von Belang sind, da sie mit der vorliegenden Erfindung nichts zu tun haben.
Es soll nur darauf hingewiesen werden, dass die einzelnen Brennstoffzellen aus einer so genannten Membran-Elektroden-Einheit bestehen (so genannte MEA), die jeweils zwischen zwei bipolaren Platten angeordnet sind. Die bipolaren Platten, die jeweils häufig als zwei aneinander flächig angelegte Platten realisiert sind, haben in ihrem Inneren Kühlkanäle, durch welche das Kühlmittel zirkuliert, um die einzelnen Brennstoffzellen in einem gewünschten Betriebstemperaturbereich zu halten. Die Konstruktion der Brennstoffzellen und der innerhalb der bipolaren Platten vorgesehenen Kühlkanäle ist an sich gut bekannt, nicht zuletzt aus einer Vielzahl von Patentschriften, z.B. aus der DE 101 28 836 A1 , und wird daher nicht weiter beschrieben.
Aus 1 ist ersichtlich, dass eine Leitung 84 von der Leitung 30 am Ausgang des Luftkompressors 28 zu der Rezirkulationspumpe 56 führt. Diese Leitung dient der Spülung der Rezirkulationspumpe und schließlich auch des gesamten Anodenkreislaufs mit trockener Druckluft. Zu diesem Zweck sind in der Leitung 84 ein absperrbares regelbares Ventil 86, ein Lufttrockner 88 und ein Rückschlagventil 90 eingebaut. Das absperrbare und regelbare Ventil 86 ist über eine Steuerleitung 86A an die Steuerung 22 angeschlossen.
Anstatt das Spülgas in Form von Druckluft von der Leitung 30 abzuzapfen, besteht auch die Möglichkeit, ein Inertgas oder eine Inertgasmischung der Rezirkulationspumpe 56 zuzuführen. Zu diesem Zweck ist als Alternative in 1 ein Druckspeicher 92 für das Inertgas bzw. die Inertgasmischung vorgesehen, das bzw. die beispielsweise aus N₂, Ar und He ausgewählt werden kann, vorgesehen und über eine strichlierte Leitung 94 zu dem Eingang des regelbaren Abschlussventils 86 führt. Als weitere Alternative besteht die Möglichkeit, trockener Brennstoff, d.h. trockenen Wasserstoff aus dem Speicher 18 als Spülgas zu verwenden. Zu diesem Zweck ist der Brennstoffspeicher 18 über eine Leitung 96 mit dem absperrbaren und regelbaren Ventil 86 verbunden. Falls erforderlich kann auch ein Druckreduzierventil in die Leitung 96 eingebaut werden oder die Leitung 96 kann auf der stromabwärtigen Seite des Druckreduzierventils 20 an die entsprechende Brennstoffleitung angeschlossen werden. Es versteht sich, dass üblicherweise nur eine der drei Möglichkeiten zur Spülung der Rezir kulationspumpe verwendet wird, das heißt, dass bei Anwendung der Leitung 94 oder 96 das Leitungsstück zwischen Ventil 86 und der Druckleitung 30 fehlen wird.
Ferner ist in der 1 unmittelbar benachbart zu der Rezirkulationspumpe 56 ein Feuchtigkeitsfühler 98 vorgesehen, der über eine Leitung 98A mit der Steuerung 22 verbunden ist. Über diese Leitung erhält die Steuerung 22 Informationen über die relative Feuchte im Anodenkreislauf und ist somit imstande, unter Berücksichtigung der entsprechenden Volumen, die Menge an Feuchtigkeit in der Rezirkulationspumpe 56 bzw. im Anodenkreislauf jederzeit zu ermitteln, wobei der Feuchtesensor 98 auch für den Betrieb des Brennstoffzellensystems, wie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung 101 46 943.8 beschrieben, herangezogen werden kann.
Ferner zeigt die 1 einen Außentemperaturfühler 102, der ebenfalls an die Steuerung 22 angeschlossen ist und auch eine wahlweise vorgesehene Antenne 100, die zum Empfangen von meteorologischen Signalen ausgelegt ist und ebenfalls an die Steuerung 22 angeschlossen ist.
Es wird nun eine Konstruktion einer Rezirkulationspumpe 56 in Form eines so genannten Seitenkanalverdichters näher beschrieben, der in den 2 und 3 gezeigt ist.
Die Grundkonstruktion eines Seitenkanalverdichters ist, an sich gut bekannt. Der Seitenkanalverdichter 56 weist einen innerhalb eines Gehäuses 110 angeordneten Motorraum 112, einen am unteren Ende 114 des Gehäuses angeordneten Förderraum 116 und einen am anderen Ende des Gehäuses angeordneten Verbindungsraum 118 auf, wobei der Förderraum 116 ein Laufrad 120 enthält, das gasförmigen Brennstoff über einen rohrförmigen Einlass 122 ansaugt (der bspw. am Gehäuseteil 123 umlaufend dicht geschweißt ist), in Zusammenarbeit mit dem Seitenkanal 117 eine Druckerhöhung des gasförmigen Brennstoffs bewirkt und diesen anschließend über einen Auslass 124 den Anodenseiten der Brennstoffzellen zuführt. Im Motorraum 112 ist ein im Gehäuse angeordneter Stator 126 sowie ein an einer Antriebswelle 128 angeordneter Rotor 130 vorgesehen, wobei die Antriebswelle 128 das Laufrad 120 antreibt und im Verbindungsraum 118 elektrische Anschlüsse (nicht gezeigt) und gegebenenfalls ein Controller (ebenfalls nicht gezeigt) für den aus Stator 126 und Rotor 130 bestehenden Motor angeordnet ist bzw. sind.
Die elektrischen Anschlüsse zum Stator sind in 2 nicht gezeigt, die Stromzufuhr wird aber über eine Steckverbindung 132 an die Statorwindungen geführt. Diese Steckverbindung ist als so genannter Mil-Stecker realisiert und stellt eine hermetische Abdichtung zwischen dem Innenraum des Seitenkanalverdichters und der Außenumgebung sicher. Die genauen Details des Motors werden hier nicht beschrieben, da sie nicht zur Erfindung gehören. Es versteht sich aber, dass der Elektromotor nach einer bekannten Bauart ausgelegt sein kann bzw. ist.
Systembedingt hat eine Pumpe, wie der in 2 und 3 gezeigte Seitenkanalverdichter 56, kleine Spalten zwischen verschiedenen Bauteilen. Beispielsweise befindet sich zwischen dem Rotor 130 und dem Stator 120 ein kleiner Luftspalt 133, der wohl klein gehalten werden soll, um einen hohen Wirkungsgrad des Motors zu erreichen. D.h. der Rotor 130 sitzt passgenau im Statorpaket des Stators 126.
Ferner schließt das Laufrad 120 mit den Schaufeln 121 knapp mit dem Auslasskanal 134 des Auslasses 124, mit dem Einlasskanal des Einlasses 122 und mit den eingrenzenden Deckeln 136 und 138 ab, die mit dem Abstandsring 140 den Förderraum 116 begrenzen, so dass an diesen Stellen weitere enge Funktionsspalten 123, 125, 127, 149 und 151 zwischen stationären Teilen und einem beweglichen Teil, hier das Laufrad 120, vorliegen. Bauartbedingt ergibt sich im Deckel 136 um das Lager 142 herum eine Rinne 144 unterhalb des Motors. Aufgrund der Rinne wird Wasser im Motorenraum gesammelt. Ferner bleibt Kondensat und auftretendes flüssiges Wasser bei Ausschaltung des Motors in allen vorgesehenen bzw. angesprochenen engen Spalten.
Die Konstruktion des Seitenkanalverdichters 56 so wie bisher beschrieben entspricht dem bisher bekannten Aufbau eines Seitenkanalverdichters. Erfindungsgemäß wird dieser Aufbau aber so modifiziert, dass ein Spülgaseinlass 150 im Deckel 152 vorgesehen ist, der den Verbindungsraum 118 umgrenzt und gegenüber der Außenumgebung abdichtet. Das Spülgas, das über die Leitung 84 geliefert wird, wird durch den Spülgaseinlass 150 in den Verbindungsraum eingespeist. Ferner wird eine Bohrung 154 im Lagerdeckel 138 und eine weitere Bohrung 156 im Steg 158 des Laufrades 120 vorgesehen, so dass das Spülgas in den Hohlräumen auf beiden Seiten des Steges eindringen und von hier aus die Funktionsspalten im Bereich des Laufrades spülen kann.
Bei Abschaltung des Brennstoffzellensystems wird das Spülgas über den Spülgaseinlass in den Verbindungsraum eingespeist, vertreibt bzw. verdampft etwaiges dort bzw. an oder in einem gegebenenfalls vorgesehenen Controller vorhandenes Kondensat durch die Bohrungen 119 in den Motorraum 112 und strömt dann durch den Motor, so dass der Funktionsspalt 133 zwischen dem Rotor und dem Stator durchspült wird. Etwaige dort vorhandene Wassertröpfchen werden aus dem Bereich des Motors in die Rinne 144 verdrängt. Ferner führt das Spülgas dazu, dass etwaiges im Bereich der Rinne 144 vorhandenes Wasser und Wasserdampf an schließend durch die Bohrung 154 im Lagerdeckel 136 und durch die Bohrung 156 im Laufrad 120 in die Hohlräume 160, 162 auf beiden Seiten des Steges 158 des Laufrades eintritt und von dort durch die engen Funktionsspalten oberhalb und unterhalb des Laufrades 120 weiter in den Förderraum 116 des Verdichters verdrängt wird, so dass der Wasserdampf und flüssiges Wasser anschließend den Förderraum über den Auslasskanal 134 und den Auslass 124 den Seitenkanalverdichter verlassen können. Somit wird sämtliches Wasser bzw. Wasserdampf aus dem Seitenkanalverdichter ausgetrieben bzw. durch einen Verdampfungsvorgang, der ebenfalls vom Spülgas bewerkstelligt wird, verdampft und ausgestoßen, so dass keine Feuchtigkeit im Seitenkanalverdichter verbleibt, die bei Minustemperaturen zu der Einfrierung des Seitenkanalverdichters führen kann.
Das Wasser bzw. der Wasserdampf wird dann mittels des Spülgases über den Anodenkreislauf und das Ablassventil 60 vollständig aus dem Anodenkreislauf entfernt. Wie oben gesagt ist dies nicht unbedingt erforderlich, wenn der Anodenkreislauf mit einer Wasser aufnehmenden Beschichtung vorgesehen ist, die der Aufnahme des aus dem Seitenkanalverdichter 56 ausgetriebenen Wassers dient.
2 zeigt eine mögliche Abwandlung des Seitenkanalverdichters. Hier wird nämlich am Brennstoffauslass 124 ein Rohr 164 mit Bogen 166 angebracht, dessen offenes Ende 168 zu dem Brennstoffeinlass 58 bzw. zu der Leitung zwischen dem Ventil 24 und dem Brennstoffeinlass 58 führt. Eine Ablassleitung 170 führt vom unteren Teil des U-Bogens nach unten weg. Ein erstes Ventil 172 ist in das Rohr 164 nach dem Bogen 166 eingefügt, während ein zweites Ventil 174 sich in der Ablassleitung 170 befindet.
Bei Durchführung des Spülvorgangs ist das Ventil 172 zunächst offen und das Ventil 174 geschlossen. Das flüssige Wasser sammelt sich bei richtiger Wahl der Strömungsgeschwindigkeit weitgehend im U-Bogen, der mit einem ausreichend groß bemessenen Wasseraufnahmevolumen ausgeführt werden kann. Es wird dann wenigstens kurzzeitig das Ventil 172 geschlossen und das Ventil 174 geöffnet, wodurch das angesammelte Wasser aus der Ablassleitung 170 herausgedrückt wird und somit nicht erst durch den gesamten Anodenkreis vertrieben werden muss, und auch nicht unter Zufuhr von Spülgas ausgetrocknet werden muss.
Zusätzlich wird darauf hingewiesen, dass der Seitenkanalverdichter gemäß 2 und 3 über eine Wasserkühlung verfügt. Der Einlass 180 und Auslass 182 für das Kühlwasser sind in 3 ersichtlich, das Kühlwasser fließt in den Ringraum 184, der um das Motorgehäuse sich erstreckt und durch die Außenkontur des Gehäuses 110 und die ringförmige Manschette 186 gebildet ist.
Die 2 und 3 zeigen zusätzlich, wie der Seitenkanalverdichter aufgebaut ist, d.h. wo die Lager und Dichtungen sowie die Schrauben sitzen, die die einzelnen Gehäuseteile und Deckel miteinander und mit den weiteren Bauteilen verbinden.
Anstatt eine Wasserkühlung vorzusehen, ist es auch durchaus denkbar, den Seitenkanalverdichter mit einer Luftkühlung zu versehen, die im einfachsten Fall dadurch erzielt werden kann, dass das Gehäuse 110 im Bereich des Ringraums 184, wo die Wasserkühlung in 2 gezeigt ist, mit ringförmigen Rippen (bspw. ähnlich dem Turboverdichter der 5) versehen ist, wobei der Mantel 186 weggelassen wird. Gegebenenfalls kann ein Kühlgebläse oder ein sonst vorgesehener Kühlluftstrom dafür verwendet werden, um Wärme vom Seitenkanalverdichter abzuführen.
4 zeigt nun einen weiteren erfindungsgemäßen Verdichter in Form eines Turboverdichters. Für Teile, die Teilen der 1, 2 und 3 entsprechen, werden in den 4 und 5 die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es versteht sich, dass die bisherige Beschreibung auch für Teile der 4 und 5 gilt, die mit den gleichen Nummern versehen sind wie die entsprechenden Teile der 1, 2 und 3, es sei denn, etwas Gegenteiliges wird gesagt.
Die Grundkonstruktion eines Turboverdichters ist an sich gut bekannt. Der Turboverdichter 56 weist einen innerhalb eines Gehäuses 110 angeordneten Motorraum 112, einen an einem Ende 114 des Gehäuses angeordneten Förderraum 116 und einen am anderen Ende des Gehäuses angeordneten Verbindungsraum 118 auf. Der Förderraum 116 enthält ein Laufrad 120, das gasförmigen Brennstoff über einen rohrförmigen Einlass 122 ansaugt, eine Druckerhöhung des gasförmigen Brennstoffs bewirkt und diesen anschließend über einen Auslass 124 den Anodenseiten der Brennstoffzellen zuführt. Im Motorraum 112 ist ein im Gehäuse angeordneter Stator 126 sowie ein an einer Antriebswelle 128 angeordneter Rotor 130 vorgesehen, wobei die Antriebswelle 128 das Laufrad 120 antreibt und im Verbindungsraum 118 elektrische Anschlüsse (nicht gezeigt) vorgesehen sind. Der Controller 131 für den aus Stator 126 und Rotor 130 bestehenden Motor ist in diesem Beispiel am Gehäuse 110 befestigt und im Bereich des Durchgangs 135 der elektrischen Anschlusskabeln diesem gegenüber hermetisch abgedichtet. Die im Anodenkreislauf vorhandene Atmosphäre kann somit nicht in den Controller gelangen. Der Controller kann aber auch im Verbindungsraum angeordnet werden, wie in der 5 gezeigt.
Die elektrischen Anschlüsse zum Controller 131 sind in 5 nicht gezeigt, die Stromzufuhr an den Controller erfolgt aber über eine Steckverbindung. Diese Steckverbindung ist als so genannter Mil-Stecker realisiert und stellt eine hermetische Abdichtung zwischen dem Innenraum des Turboverdichters und der Außenumgebung sicher. Die genauen Details des Motors werden hier nicht beschrieben, da sie nicht zur Erfindung gehören. Es versteht sich aber, dass der Elektromotor nach einer bekannten Bauart ausgelegt sein kann bzw. ist.
Systembedingt hat eine Pumpe, wie die in 4 und 5 gezeigten Turboverdichter 56, kleine Spalten zwischen verschiedenen Bauteilen. Beispielsweise befindet sich zwischen dem Rotor 130 und dem Stator 120 ein kleiner Luftspalt 133, der wohl klein gehalten werden muss, um einen hohen Wirkungsgrad des Motors zu erreichen. D.h. der Rotor 130 sitzt passgenau im Statorpaket des Stators 126.
Ferner schließt das Laufrad 120 mit den Schaufeln 121 knapp mit den eingrenzenden Deckeln 136 und 138 ab, die den Förderraum 116 begrenzen, so dass an diesen Stellen weitere enge Funktionsspalten 149 und 151 zwischen stationären Teilen (Deckel 138 und 136) und einem beweglichen Teil, hier das Laufrad 120, vorliegen. Bauartbedingt ergibt sich im Deckel 136 um die Lagerung 142 herum eine Rinne 144 unterhalb des Motors. Aufgrund der Rinne wird bei der bisherigen Konstruktion Wasser im Motorenraum gesammelt. Ferner bleibt Kondensat und auftretendes flüssiges Wasser bei Ausschaltung des Motors in allen vorgesehenen bzw. angesprochenen engen Spalten.
Die Konstruktion des Turboverdichters 56 wie bisher beschrieben entspricht dem bisher bekannten Aufbau eines Turboverdichters. Erfindungsgemäß wird dieser Aufbau aber so modifiziert, dass ein Spülgasein lass 150 im Deckel 152 vorgesehen ist, der den Verbindungsraum 118 umgrenzt und gegenüber der Außenumgebung abdichtet. Das Spülgas, das über die Leitung 84 geliefert wird, wird durch den Spülgaseinlass 150, abweichend von der Ausführungsform der 2 und 3, über Bohrungen 155 und 157 in der Welle 128 in den Verbindungsraum 118 eingespeist. Diese Ausführung kann ggf. auch bei der Konstruktion gemäß 2 und 3 verwendet werden. Falls erwünscht, kann in allen Ausführungsbeispielen der Spülgasstrom in den Verbindungsraum durch das Lager 159 hindurch geleitet werden.
Das Spülgas fließt dann durch den Motorraum 112 vor allem durch den Funktionsspalt 133 und vertreibt Kondensat und Wasserdampf aus diesen Bereichen. Ferner wird eine Bohrung 154 im Lagerdeckel 138 vorgesehen, die sich von der Rinne 144 in den ringförmigen Hohlraum 147 erstreckt. Das Spülgas fließt anschließend vom ringförmigen Hohlraum durch den zwischen dem Deckel 138 und dem Laufrad 120 befindlichen Funktionsspalt 149 in den Förderraum 116 hinein.
Ein Teil des Spülgases kann ggf. durch das Lager 142 fließen und anschließend über den Hohlraum 147 und den Funktionsspalt 149 entweichen, sofern das Lager 142 nicht hermetisch gegenüber dem Motorraum und dem Förderraum abgedichtet ist. Diese Varianten gelten auch für den Seitenkanalverdichter 56 der 2 und 3.
Der Wasserdampf und flüssiges Wasser können anschließend den Turboverdichter vom Förderraum über den Auslass 124 verlassen. Es ist möglich, das Rohr 164 mit dem U-Bogen 166, die Ablassleitung 170 und die Ventile 172 und 174 gemäß 2 an den Auslass 124 der Ausführungen gemäß 4 und 5 anzubringen. Ferner ist es möglich, die Ablasseinrichtung 164, 166, 170, 172 und 174 an den Einlass 122 anzubringen. Dies ist vorteilhaft, da das Wasser auch unter Ausnützung des Gefälles des Förderraumes 116 und der Einwirkung der Schwerkraft sich zum tiefsten Punkt des vertikal angeordneten Turboverdichters bewegt. In diesem Fall ist es angebracht, ein weiteres schließbares Ventil nach dem Auslass 124 anzuordnen, so dass das verdrängte Wasser durch die Ablassleitung entfernt wird. Das weitere Ventil kann anschließend wieder geöffnet werden, um den Anodenkreislauf zu durchspülen.
Das Wasser bzw. der Wasserdampf wird dann mittels des Spülgases über den Anodenkreislauf und das Ablassventil 60 vollständig aus dem Anodenkreislauf entfernt. Wie oben gesagt, ist dies nicht unbedingt erforderlich, wenn der Anodenkreislauf mit einer Wasser aufnehmenden Beschichtung vorgesehen ist, die der Aufnahme des aus dem Seitenkanalverdichter 56 ausgetriebenen Wassers dient.
Somit wird sämtliches Wasser bzw. Wasserdampf aus dem Turboverdichter ausgetrieben bzw. durch einen Verdampfungsvorgang, der ebenfalls vom Spülgas bewerkstelligt wird, verdampft und ausgestoßen, so dass keine Feuchtigkeit im Turboverdichter verbleibt, die bei Minustemperaturen zu der Einfrierung des Turboverdichters führen kann.
Zusätzlich wird darauf hingewiesen, dass der Turboverdichter gemäß 4 über eine Wasserkühlung verfügt. Der Einlass 180 für das Kühlwasser ist in 4 auf der rechten Seite des Gehäuses 110 ersichtlich. Das Kühlwasser fließt zunächst in den Lagerdeckel 138 hinein und von dort über Bohrungen 190, 192, 194 und 196 in den Ringraum 184, der um das Motorgehäuse sich erstreckt und durch die Außenkontur des Gehäuses 110 und die ringförmige Manschette 186 gebildet ist. Die Enden der Bohrungen, die geschlossen werden müssen, sind mit Stöpseln, beispielsweise Schraubstöpseln 187 versehen. Das Kühlwasser dient auch der Kühlung des Controllers 131 und fließt im Anschluss an den Ringraum 184 durch Kühlpassagen im Controller 131. Der Wasserauslass ist hier nicht gezeigt, kann aber beispielsweise am Gehäuse des Controllers vorgesehen werden.
Die 4 und 5 zeigen zusätzlich, wie der Turboverdicher aufgebaut ist, d.h. wo die Lager und Dichtungen sowie die Schrauben sitzen, die die einzelnen Gehäuseteile und Deckel miteinander und mit den weiteren Bauteilen verbinden.
Anstatt eine Wasserkühlung vorzusehen, ist es auch durchaus denkbar, den Turboverdichter mit einer Luftkühlung zu versehen, wie in 5 gezeigt ist. Diese Luftkühlung wird im einfachsten Fall dadurch erzielt, dass das Gehäuse 110 im Bereich des Ringraums 184, wo die Wasserkühlung in 2 gezeigt ist, mit ringförmigen Rippen 200 versehen ist, wobei der Mantel 186 der 4 weggelassen wird. Gegebenenfalls kann ein Kühlgebläse oder ein sonst vorgesehener Kühlluftstrom dafür verwendet werden, um Wärme vom Seitenkanalverdichter abzuführen.
Abweichend von der Ausführung gemäß 4 ist bei der Ausführungsform der 5 der Controller 131 nicht außerhalb des Verbindungsraumes 118 sondern innerhalb desselben angebracht, was auch bei dem Seitenkanalverdichter gemäß 2 und 3 möglich ist. In diesem Falle dient das Spülgas, das über den Spülgaseinlass 150 eingespeist wird, auch dazu, etwaige im Bereich des Controllers vorhandene Feuchtigkeit ebenfalls zu verdrängen bzw. auszutrocknen.
Schließlich zeigt die 6 eine Kurve, die die Spülzeit t als Funktion der im System vorhandenen relativen Feuchte Rh darstellt. Ist mehr Wasser im System und damit in der Pumpe 56, muss auch für eine längere Zeit gespült werden. Durch Ermittlung der Kennlinie gemäß 6 kann man die Spülzeit bzw. die Nachlaufzeit nach Stillstand der Rezirkulationspumpe 56 ermitteln und auch regeln. Die vorhandene Feuchte kann beispielsweise über den Feuchtesensor 98 ermittelt werden und unter Kenntnis der vorhandenen Volumen, die zu trocknen sind, kann die Laufzeit der Spülung ermittelt werden. Das heißt, eine Familie von Kennlinien wie in der 6 gezeigt, kann im Speicher 22 abgelegt werden und dann zur Bestimmung der Spülzeit in Kenntnis der vorhandenen relativen Feuchte herangezogen werden. Die Spülzeit kann auch mit einem zusätzlichen Betrag belegt werden, um sicherzugehen, dass die Feuchte ausreichend entfernt wird.
Wie oben beschrieben, ist es nicht erforderlich, den Spülvorgang durchzuführen, wenn im Zeitraum bis zur nächsten Bewegung des Fahrzeugs keine Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts zu erwarten sind. Beispielsweise wird ein solcher Spülvorgang im Sommer nicht erforderlich.
Dieser Zeitraum kann gegebenenfalls vom Fahrer durch eine manuelle Eingabe in die Steuerung festgelegt werden. Wenn das Auto beispielsweise täglich benutzt wird, so kann als Zeitraum 24 Stunden eingegeben werden.
Da die Steuerung 22 die Außenumgebungstemperaturen über den Temperatursensor 102 erhält und wie üblich der Rechner eine interne Uhr aufweist, kann er in einem zugeordneten Speicher (nicht gezeigt) eine Datenbank aufbauen, in der die tiefsten Temperaturen über mehrere Tage gespeichert sind und er kann auf diese Weise relativ zuverlässig vorhersagen, wenn Temperaturen zu erwarten sind, die innerhalb von 24 Stunden unter dem Nullpunkt liegen. Anstatt den Nullpunkt zu wählen, kann beispielsweise 5° als tiefste zulässige Temperatur angesehen werden, so dass für Temperaturen, die unter 5° liegen, auf jeden Fall die Gasspülung einzuschalten wäre, um sicherzugehen, dass das System innerhalb des betrachteten Zeitraums nicht einfriert.
Eine andere Arbeitsweise wäre, einen Spülvorgang erst dann durchzuführen, wenn der Temperatursensor 102 eine kritische Temperatur anzeigt, bei der noch tiefere Temperaturen zu erwarten sind. Sinkt beispielsweise die Temperatur der Außenumgebung unter 5°C oder unter 3°C, so könnte dann eine Spülung lange nach dem Abschalten des Brennstoffzellensystems durchgeführt werden, um die Gefahr des Einfrierens zu verhindern. Diese Variante hat den Vorteil, dass man keinen Zeitraum eingeben muss und daher die Gefahr des falschen Einschätzens des Zeitraumes oder der zu erwartenden Temperatur nicht gegeben ist.
Ferner besteht die Möglichkeit, ein meteorologisches Dienstleistungssystem einzuführen, wobei zu regelmäßigen Zeitintervallen Signale ausgestrahlt werden, die ortsspezifisch angeben, ob für jeden Ort bzw. Ortsbereich eine Temperatur unter dem Nullpunkt zu erwarten ist. Solche Signale können über die Antenne 100 empfangen werden und in der Steuerung 22 kann überprüft werden, ob das Signal unter Berücksichtigung des jeweiligen Standortes des Fahrzeuges es notwendig macht, bei der nächsten Abschaltung oder nach der letzten Abschaltung einen Spülgang durchzuführen. Der Standort des Fahrzeuges kann über ein GPS-System ermittelt werden, das ohnehin häufig in modernen Kraftfahrzeugen eingebaut wird, beispielsweise im Zusammenhang mit einem eingebauten Navigationssystem. Der Sender und der Empfänger des Navigationssystems könnten sogar zu diesem Zweck verwendet werden und es könnten die meteorologischen Signale über das Navigationssystem verarbeitet werden.
Auch hier besteht die Möglichkeit, entweder gleich beim Abschalten des Brennstoffzellensystems einen Spülgang durchzuführen, wenn das meteorologische Signal anzeigt, dass dies innerhalb des vorgegebenen Zeitraums Sinn macht, oder der Spülgang könnte so lange verzögert werden, bis ein meteorologisches Signal zeigt, dass in Kürze mit Temperaturen unter dem Nullpunkt zu rechnen sind. Auch diese Vorgehensweise hätte den Vorteil, dass keine Notwendigkeit mehr besteht, einen Zeitraum zu berücksichtigen. Ein solches System hätte auch den Vorteil, dass, falls das Fahrzeug wieder in Betrieb genommen wird, bevor der Spülvorgang erforderlich ist, der Spülvorgang und der damit verbundene Aufwand an Energie bzw. an Spülgas eingespart werden kann. In diesem Fall wird das System zur Ausführung des Spülvorgangs zurückgesetzt und es wird erst bei oder nach dem nächsten Abstellvorgang geprüft, ob aufgrund von meteorologischen Signalen ein Spülvorgang erforderlich ist. Auf diese Weise können manche Spülvorgänge eingespart werden.
Obwohl es im Regelfall notwendig ist mindestens den Motorraum und den Förderraum mit Spülgas zu durchspülen, um Wasser aus diesen Bereichen zu entfernen, so wäre es schließlich denkbar, nur den Förderaum und die damit verbundenen Funktionsspalten zu durchspülen, wenn es gelingt, eine hermetische Abdichtung zwischen dem Motor und den Förderraum zu erreichen oder wenn der Förderraum Teil einer Pumpe ist, die vom zugeführten frischen Brennstoff angetrieben ist, wie beispielsweise aus der DE 10161521.3 bekannt ist.

Claims

Verfahren zum Verhindern der Einfrierung von Wasser in einer Baueinheit eines Brennstoffzellensystems, vorzugsweise in einer mindestens ein bewegliches Teil (120) enthaltenden Baueinheit (56) im Anodenkreislauf (12) eines Brennstoffzellensystems, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Abschaltvorgang die Baueinheit (56) durch ein trockenes Spülgas durchgespült wird, um eine dort vorhandene Wassermenge zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Anodenkreislauf (12) vorhandene Wassermenge bei Abschalten des Brennstoffzellensystems geschätzt wird und die Menge des Spülgases sowie die Dauer der Spülung des Anodenkreislaufs (12) mit dem Spülgas entsprechend der geschätzten vorhandenen Wassermenge gewählt wird, um diese Wassermenge aus dem Anodenkreislauf zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es nur dann durchgeführt wird, wenn die Umgebungstemperatur (Fühler 102) und/oder der historische Verlauf der Umgebungstemperatur und/oder der erwartete Verlauf der Umgebungstemperatur erkennen lässt, das in einem dem Abschalten folgenden Zeitraum ein Einfrieren des Systems möglich erscheint.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es nur dann durchgeführt wird, wenn ein externes Signal, beispielsweise von einem zentralen Warnsystem (Antenne 102) erkennen lässt, dass im Bereich des Standortes des Brennstoffzellensystems ein Einfrieren des Brennstoffzellensystems innerhalb eines vorgebbaren nachfolgenden Zeitraums möglich erscheint.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Zeitraum vom Fahrer eingebbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Spülgases und/oder die Dauer der Spülung mit dem trockenen Spülgas gewählt wird, um die erwartete Wassermenge durch Trocknen zu entfernen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Spülgases und/oder die Dauer der Spülung mit dem trockenen Spülgas gewählt wird, um einen Teil der vorhandenen Wassermenge, die beispielsweise durch einen Sammelvorgang gesammelt werden kann, aus dem Anodenkreislauf auszutreiben und um einen zweiten Teil der Wassermenge durch einen Trockenvorgang aus dem Anodenkreislauf (12) zu entfernen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Teile, wo Wasseransammlungen zu befürchten wären, so ausgelegt sind, dass die anfallende Wassermenge durch schräg gestellte oder vertikal gestellte Flächen sich zu einer Wasseransammlung sammelt und gegebenenfalls unter Zuhilfenahme des einströmenden Spülgases die Wasseransammlung aus dem Anodenkreislauf abgelassen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das angesammelte Wasser aus einer mittels eines Ventils (174) abschließbaren Ablassöffnung (Ablassleitung 170) ausgelassen bzw. unter Zuhilfenahme des Spülgases ausgeblasen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Spülgas um Druckluft handelt, die durch einen vorgesehenen, Druckluft an die Kathodenseite (14) des Brennstoffzellensystemsliefernden Kompressor (28) oder Hilfskompressor erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft vor dem Spülvorgang (Trockner 88) getrocknet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Spülgas um trockenes H₂ (vom Speicher 18) handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem trockenen Spülgas um ein Inertgas oder eine Inertgasmischung (vom Speicher 92) handelt, das bzw. die aus der Gruppe N₂, Ar und He gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Baueinheit um eine Rezirkulationspumpe (56) handelt, die mindestens einen Motor (126, 128, 130) und ein in einem Förderraum (116) bewegbar angeordnetes Förderglied (120) sowie gegebenenfalls einen Verbindungsraum (118) mit oder ohne Controller (131) aufweist und dass das trockene Spülgas in mindestens einen der genannten Räume eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Rezirkulationspumpe um einen luftgekühlten oder flüssig gekühlten Seitenkanalverdichter (56) handelt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Rezirkulationspumpe um einen luftgekühlten oder flüssig gekühlten Turboverdichter (56) handelt.
Brennstoffzellensystem mit mehreren zu einem Brennstoffzellenstapel zusammengesetzten Brennstoffzellen (26), die jeweils eine Anodenseite, eine Kathodenseite und eine zwischen der Anodenseite und der Kathodenseite angeordnete Membran aufweisen, wobei die Anodenseiten der Brennstoffzellen zu einem Anodenkreislauf (12) zusammengeschlossen sind, der außerdem eine Zuführeinrichtung (18, 20, 24) für frischen gasförmigen Brennstoff, ein Ablassventil (60) zum kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Ablassen mindestens eines Teils der im Anodenkreislauf (12) fließenden Gase sowie eine mindestens ein bewegliches Teil (120) aufweisende Baueinheit (56), wie eine Brennstoffrezirkulationspumpe, umfasst, wobei die Brennstoffrezirkulationspumpe die aus den Anodenseiten der Brennstoffzellen austretenden Abgase, die verwertbaren Brennstoff enthalten, den Anodenseiten der Brennstoffzellen wieder zuführt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spülgaseinlass (150) dem Anodenkreislauf (12) zugeordnet ist, der angeordnet ist, der Baueinheit (56) ein trockenes Spülgas zuzuführen und dieses durch dort vorhandene Räume (118, 112, 116), insbesondere solche mit einem beweglichen einfriergefährdeten Teil (120, 130) hindurchzuschicken, um dort vorgesehenes Wasser auszutreiben und/oder auszutrocknen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Spülgas um trockene Druckluft handelt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Luftkompressor (28) umfasst, der Druckluft an die Kathodenseiten der Brennstoffzellen liefert und dass eine Verbindungsleitung (84) vom Luftkompressor zum Spülgaseinlass führt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lufttrockner (88) zwischen dem Luftkompressor (28) und dem Spülgaseinlass (150) vorgesehen ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (86) in der Verbindungsleitung vorgesehen ist, das an einer Steuerung (22) angeschlossen ist, mit der die Öffnungszeit des Ventils und/oder die Durchflussöffnung des Ventils bestimmbar sind.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (90) in der Verbindungsleitung (84) vorgesehen ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem trockenen Spülgas um Wasserstoff handelt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff von einem Vorratstank (18) des Brennstoffzellensystems (10) kommt, gegebenenfalls von dem Tank, der für die Lieferung des gasförmigen Brennstoffs an das Brennstoffzellensystem sorgt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem trockenen Spülgas um ein Inertgas oder eine Inertgasmischung handelt, das bzw. die aus der Gruppe der Inertgase N₂, Ar und He gewählt ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (22) vorgesehen ist, die die Zufuhr des trockenen Spülgases steuert.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ausgelegt ist, um bei der Steuerung der Zufuhr des trockenen Spülgases die Menge an auszutreibenden und/oder auszutrocknenden Wassers zu berücksichtigen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außentemperaturfühler (102) der Einrichtung zugeordnet ist
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 26, 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (22) zur Steuerung der Spülgaszufuhr ausgelegt ist, um nur dann die Spülgaszufuhr zu bewerkstelligen, wenn Umgebungstemperaturen zu erwarten sind, die ein mögliches Einfrieren der Baueinheit erwarten lassen.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der die Zufuhr des trockenen Spülgases steuernden Einrichtung (22) eine den historischen Verlauf der Umgebungstemperatur (Temperaturfühler 102) in einen dem jeweiligen Abschalten des Brennstoffzellensystems vorausgehenden Zeitraum erfassende Einrichtung zugeordnet ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die den historischen Verlauf der Umgebungstemperatur erfassende Einrichtung mindestens einen Temperaturfühler (102), einen Zeitgeber sowie einen Speicher für die zeitabhängige Speicherung der vom Temperaturfühler gemessenen Temperaturwerte umfasst.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingabeeinrichtung vorgesehen ist, mit der der dem jeweiligen Abschalten nachfolgende Zeitraum eingebbar ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die die Zufuhr des trockenen Spülgases steuernde Einrichtung (22) ein Empfangsteil (100) für ein meteorologisches Signal aufweist, das der Aktivierung der Einrichtung dient.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (22) zur Steuerung der Zuführung des Spülgases erst dann die Zufuhr des Spülgases zulässt, wenn das Brennstoffzellensystem (10) abgeschaltet ist bzw. wird.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit ein Verdichter (56) ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 35, wobei der Verdichter (56) einen innerhalb eines Gehäuses (110) angeordneten Motorraum (112), einen an einem Ende (114) des Gehäuses angeordneten Förderraum (116) und gegebenenfalls einen am anderen Ende des Gehäuses angeordneten Verbindungsraum (118) aufweist, wobei der Förderraum (116) ein Laufrad (120) enthält, das gasförmigen Brennstoff über einen Einlass (122) ansaugt, eine Druckerhöhung des gasförmigen Brennstoffs bewirkt und diesen anschließend über einen Auslass (124) den Anodenseiten der Brennstoffzellen zuführt, im Motorraum ein im Gehäuse angeordneter Stator (126) sowie ein an einer Antriebswelle (128) angeordneter Rotor (130) vorgesehen ist, wobei die Antriebswelle (128) das Laufrad (120) antreibt und im Verbindungsraum (118) die elektrischen Anschlüsse und gegebenenfalls ein Controller für den aus Stator (126) und Rotor (130) bestehenden Motor angeordnet ist bzw. sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülgaseinlass (150) am Verbindungsraum (118) vorgesehen ist und Spülgas in den genannten Verbindungsraum (118) einspeist, wobei das Spülgas anschließend in den Motorraum (112) zwischen dem Rotor (130) und dem Stator (126) und am Rotor (130) und Stator vorbeiströmt und anschließend in den Förderraum (116) eintritt und dort vorgesehene Funktionsspalten (123, 125, 127, 129, 149, 151) zwischen dem Laufrad und dem das Laufrad umgebende, den Förderraum bildende Gehäuse (136, 138, 140) durchspült.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Durchlaufen der Funktionsspalten das trockene Spülgas den Förderraum (116) durch den Auslass (124) verlässt.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das trockene Spülgas nach dem Verlassen des Auslasses (124) den Anodenkreislauf (12) durchströmt und aus dem Ablassventil (60) austritt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem Verdichtergehäuse zugeordneter und zwischen dem Rotor (130) und dem Laufrad (120) angeordneter Lagerdeckel (138) mit einer Bohrung (154) vorgesehen ist, die das Spülgas in das den Förderraum (116) umgrenzende Gehäuse (136, 138, 140) führt, wo es durch die Funktionsspalten hindurchfließt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 36 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass ein Motorcontroller (131) im genannten Verbindungsraum (118) vorgesehen ist und ebenfalls von Spülgas spülbar ist, bevor dieses in den Motorraum (112) weiter fließt.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 36 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsraum (118) mit einer gasdichten Elektrosteckerverbindung (132) ausgestattet ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 36 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (56) mit der Antriebswelle (128) im Allgemeinen vertikal und mit dem Einlass (122) zum Förderraum (116) unten angeordnet ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 36 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (56) wasser- oder luftgekühlt ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 35 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser führende Rillen und Sachlöcher sowie horizontal verlaufende plane Flächen so weit möglich bei der Auslegung des Verdichters vermieden werden.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 35 bis 43 dadurch gekennzeichnet, dass alle Flächen des Verdichters (56), die in Berührung mit kondensierendem Wasserdampf bzw. Wasser gelangen, zur Drainage des flüssigen Wassers angeordnet sind.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 35 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (56) ein Seitenkanalverdichter ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 35 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (56) ein Turboverdichter ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 17 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass am Auslass (124) der Pumpe eine Wassersammeleinrichtung (U-Bogen 166) mit einer Ablassleitung (170), einem ersten Ventil (174) in der Wassersammeleinrichtung und einem zweiten Ventil (172) auf der stromabwärtigen Seite der Wassersammeleinrichtung (U-Bogen 166) vorgesehen ist, wobei das zweite Ventil (172) im geöffneten Zustand eine Strömung in den Einlass (58) des Anodenkreislaufs hinein zulässt und im geschlossenen Zustand und bei geöffnetem ersten Ventil (154) sowie mit Zufuhr eines Spülgases in der Wassersammeleinrichtung gesammeltes Wasser durch die Ablassleitung ablassbar ist.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 17 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass am unten angeordneten Einlass (122) der Pumpe eine Wassersammeleinrichtung (U-Bogen 166) mit einer Ablassleitung (170), einem ersten Ventil (174) in der Wassersammeleinrichtung und einem zweiten Ventil (172) auf der stromabwärtigen Seite der Wassersammeleinrichtung (U-Bogen 166) vorgesehen ist, wobei das zweite Ventil (172) im geöffneten Zustand eine Strömung in den Einlass (122) der Pumpe hinein zulässt und im geschlossenen Zustand und bei geöffnetem ersten Ventil (154) sowie mit Zufuhr eines Spülgases in der Wassersammeleinrichtung gesammeltes Wasser durch die Ablassleitung ablassbar ist.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Ventil dem Auslass (124) der Pumpe zugeordnet ist, wobei das normalerweise geöffnete weitere Ventil beim Ablassen von Wasser aus der Ablassleitung (170) schließbar ist.