EP4252293A1

EP4252293A1 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: EP4252293A1
Application number: EP21807023.3A
Authority: EP
Inventors: Alexander Gluschke; Gregory Rewers; Pascal Woerner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2023-10-04
Also published as: WO2022111972A1; JP2023549940A; DE102020214814A1; CN116547844A; US20240006639A1

Abstract

Ein Brennstoffzellensystem umfasst eine einer Brennstoffzellenanordnung mit zumindest einer Brennstoffzelle und einem Lufteinlass, eine mit dem Lufteinlass verbundene Zufuhrleitung, eine zentrale Luftfiltereinrichtung, welche direkt oder über einen Verteilerblock mit einem Eingang der Zufuhrleitung verbunden ist, und einen in der Zufuhrleitung angeordneten Verdichter, welcher dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft durch die zentrale Luftfiltereinrichtung anzusaugen und durch die Zufuhrleitung zum Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung zu fördern. Ferner ist ein dezentrales Luftfiltersystem vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, Luft, die von dem Verdichter zu dem Lufteinlass gefördert wird, stromabwärts der zentralen Filtereinrichtung zu filtern. Das dezentrale Luftfiltersystem umfasst zumindest eine dezentrale Luftfiltereinrichtung, welche in der Zufuhrleitung zwischen dem Verdichter und dem Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung, in dem Verteilerblock oder in der zentralen Luftfiltereinrichtung angeordnet ist.

Description

Beschreibung

Titel

Brennstoffzellensystem

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Fahrzeug.

Stand der Technik

Brennstoffzellen kommen zunehmend als Energiewandler, unter anderem auch in Fahrzeugen, zum Einsatz, um in einem Brennstoff, wie z.B. Wasserstoff, gespeicherte chemische Energie zusammen mit Sauerstoff direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Brennstoffzellen weisen typischerweise eine Anode, eine Kathode und eine zwischen Anode und Kathode angeordnete elektrolytische Membrane auf. An der Anode erfolgt eine Oxidation des Brennstoffs und an der Kathode eine Reduktion des Sauerstoffs.

Der Kathode wird zur Sauerstoffzufuhr üblicherweise Umgebungsluft zugeführt, indem ein in einer Zufuhrleitung angeordneter Verdichter Luft aus der Umgebung ansaugt und einem Lufteilnass der Brennstoffzelle zuführt. Um einem Eintrag von Partikeln oder unerwünschten chemischen Bestandteilen an die Kathode entgegenzuwirken, werden typischerweise Luftfiltereinrichtungen eingesetzt, welche stromaufwärts des Verdichters angeordnet sind. Durch den Verdichter oder andere stromabwärts der Luftfiltereinrichtung angeordnete Komponenten kann es zu erneutem Eintrag von Fremdstoffen in die bereits gefilterte Luft kommen. In Fällen, in denen mehrere Brennstoffzellensysteme parallel geschaltet mit einer zentralen Luftfiltereinrichtung verbunden sind, können ferner Situationen auftreten, in denen Luft von einem Brennstoffzellensystem in das andere Brennstoffzellensystem angesaugt wird, ohne dabei den zentralen Luftfilter in einer dafür vorgesehenen Weise zu durchlaufen.

In der US 6 780534 A ist ein Einlassluftfilter für ein Brennstoffzellensystem offenbart.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß sind ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vorgesehen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Brennstoffzellensystem eine Brennstoffzellenanordnung mit zumindest einer Brennstoffzelle und einem Lufteinlass, eine mit dem Lufteinlass verbundene Zufuhrleitung, eine zentrale Luftfiltereinrichtung, welche mit einem Eingang der Zufuhrleitung verbunden ist, einen in der Zufuhrleitung angeordneten Verdichter, welcher dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft durch die zentrale Luftfiltereinrichtung anzusaugen und durch die Zufuhrleitung zum Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung zu fördern, und einer dezentralen Luftfiltereinrichtung, welche in der Zufuhrleitung zwischen dem Verdichter und dem Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung angeordnet ist.

Eine diesem Aspekt der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, zusätzlich zu einer zentralen Filtereinrichtung einen dezentralen Luftfilter in einer jeweiligen Zufuhrleitung vorzusehen, insbesondere stromabwärts des Verdichters. Dadurch wird der Vorteil erzielt, dass Fremdstoffe, die durch den Verdichter selbst in die Luft eingetragen werden, zumindest teilweise durch die dezentrale Luftfiltereinrichtung abgeschieden werden. Damit wird einer Beschädigung oder Verschmutzung der Kathode der Brennstoffzellenanordnung, welche z.B. ein Stack mit einer Vielzahl an Brennstoffzellen sein kann, entgegengewirkt.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass, wenn mehrere Brennstoffzellenanordnungen parallel zueinander an den zentralen Luftfilter angeschlossen sind, z.B. direkt oder über einen Verteilerblock, in der Zufuhrleitung, welche mit dem Lufteinlass der jeweiligen Brennstoffzellenanordnung verbunden ist, jeweils eine dezentrale Filtereinrichtung vorgesehen ist. Dadurch wird die der jeweiligen Brennstoffzellenanordnung zugeführte Luft in jedem Fall zumindest einmal in definierter Weise gefiltert, beispielsweise auch dann, wenn die Luft am zentralen Luftfilter vorbei oder entgegen einer vorgesehenen Strömungsrichtung durch den zentralen Luftfilter angesaugt wird.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann das Brennstoffzellensystem einen in der Zufuhrleitung zwischen dem Verdichter und dem Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung angeordneten Kühler zum Kühlen der vom Verdichter geförderten Luft aufweisen, wobei die dezentrale Luftfiltereinrichtung zwischen dem Verdichter und dem Kühler oder zwischen dem Kühler und dem Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung angeordnet ist. In dem letztgenannten Fall wird der Vorteil erzielt, dass die Luft bereits durch den Kühler abgekühlt wurde, sich den Verschleiß der dezentralen Filtereinrichtung vorteilhaft verringert.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann das Brennstoffzellensystem einen in der Zufuhrleitung zwischen dem Verdichter und dem Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung angeordneten Befeuchter zum Befeuchten der vom Verdichter geförderten Luft aufweisen, wobei die dezentrale Luftfiltereinrichtung zwischen dem Verdichter und dem Befeuchter oder zwischen dem Befeuchter und dem Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung angeordnet ist.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann das Brennstoffzellensystem den Kühler und den Befeuchter aufweisen, wobei der Befeuchter zwischen dem Kühler und dem Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung angeordnet ist, und wobei die dezentrale Luftfiltereinrichtung zwischen dem Kühler und dem Befeuchter angeordnet ist. Diese Anordnung bietet den Vorteil, dass die Luft durch den Kühler bereits gekühlt ist, jedoch noch eine relativ geringe Luftfeuchtigkeit aufweist. Dadurch wird eine besonders effiziente Filterung der Luft erzielt und gleichzeitig wird der Verschleiß des Filters weiter verringert.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Brennstoffzellensystem eine Mehrzahl an Brennstoffzellenanordnungen, welche jeweils zumindest eine Brennstoffzelle und einen Lufteinlass aufweisen, eine zentrale Luftfiltereinrichtung und einer Mehrzahl an Zufuhrleitungen, welche jeweils mit der zentralen Luftfiltereinrichtung und mit dem Lufteinlass jeweils einer Brennstoffzellenanordnung verbunden sind, wobei in jeder Zufuhrleitung ein Verdichter angeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft durch die zentrale Luftfiltereinrichtung anzusaugen und durch die jeweilige Zufuhrleitung zum Lufteinlass der jeweiligen Brennstoffzellenanordnung zu fördern. Das Brennstoffzellensystem weist ferner ein dezentrales Filtersystem auf, welches dazu eingerichtet ist, Luft, die von einem jeweiligen Verdichter zu dem jeweiligen Lufteinlass gefördert wird, stromabwärts der zentralen Filtereinrichtung zu filtern.

Eine diesem Aspekt der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, in einem Brennstoffzellensystem mit zumindest zwei Brennstoffzellenanordnungen, die parallel zueinander an eine zentrale Luftfiltereinrichtung angeschlossen sind, z.B. direkt oder über einen Verteilerblock, ein dezentrales Filtersystem vorzusehen, welches dazu eingerichtet ist, Luft, die von einem jeweiligen Verdichter über einen Strömungspfad angesaugt wird, der an der zentralen Luftfiltereinrichtung vorbei läuft oder diese entgegen einer vorgesehenen Strömungsrichtung durchläuft, zu filtern. Das dezentrale Filtersystem kann beispielsweise eine oder mehrere Filtereinheiten aufweisen, welche stromabwärts einer Filtereinheit der zentralen Luftfiltervorrichtung angeordnet sind.

Ein Vorteil des dezentralen Luftfiltersystems liegt darin, dass die der jeweiligen Brennstoffzellenanordnung zugeführte Luft in jedem Fall zumindest einmal in definierter Weise gefiltert wird, beispielsweise auch dann, wenn die Luft am zentralen Luftfilter vorbei oder entgegen einer vorgesehenen Strömungsrichtung durch den zentralen Luftfilter angesaugt wird. Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die zentrale Luftfiltereinrichtung einen Eingang, eine mit dem Eingang verbundene zentrale Filtereinheit und eine Mehrzahl an Ausgängen aufweist, wobei jede Zufuhrleitung mit jeweils einem Ausgang der zentralen Luftfiltereinrichtung verbunden ist, wobei das dezentrale Filtersystem eine oder mehrere Filtereinheiten aufweist, welche in einem Strömungspfad zwischen den Ausgängen der zentralen Luftfiltereinrichtung angeordnet sind. Beispielsweise können die Filtereinheit der zentralen Luftfiltereinrichtung und die Filtereinheit(en) des dezentralen Luftfiltersystems in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden. Dadurch ergibt sich vorteilhaft ein kompakter Aufbau.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die zentrale Filtereinheit und die zumindest eine Filtereinheit des dezentralen Filtersystems in einer Kartusche integriert sind. Somit können die zentrale Filtereinheit und die Filtereinheit(en) des dezentralen Filtersystems zu einer einzigen Filtereinheit zusammengefasst sein. Beispielsweise kann die Kartusche einen ersten Abschnitt aufweisen, welcher mit dem Eingang der zentralen Filtereinrichtung verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt, wobei der zweite Abschnitt mit den Ausgängen der zentralen Filtereinrichtung verbunden ist. Der erste Abschnitt kann dazu eingerichtet sein, Luft zu Filtern, die durch den Eingang der zentralen Filtereinrichtung angesaugt wird, und der zweite Abschnitt kann dazu eingerichtet sein, Luft zu filtern, die durch einen der Ausgänge der zentralen Filtereinrichtung angesaugt wird.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass das dezentrale Filtersystem mehrere Filtereinheiten mit separaten Kartuschen aufweist, die in den Ausgängen der zentralen Filtereinrichtung angeordnet sind.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die zentrale Luftfiltereinrichtung einen Eingang, einen Ausgang und eine mit dem Eingang und dem Ausgang verbundene zentrale Filtereinheit aufweist, wobei das Brennstoffzellensystem ferner ein Verteilerblock mit einem Eingang, der mit dem Ausgang der zentralen Luftfiltereinrichtung verbunden ist, und einer Mehrzahl an Ausgängen aufweist, wobei jede Zufuhrleitung mit jeweils einem Ausgang des Verteilerblocks verbunden ist, und wobei das dezentrale Filtersystem eine oder mehrere Filtereinheiten aufweist, welche in einem Strömungspfad zwischen den Ausgängen des Verteilerblocks angeordnet sind.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das dezentrale Filtersystem eine in einem Innenraum des Verteilerblocks angeordnete Filtereinheit aufweist, die mit allen Ausgängen des Verteilerblocks verbunden ist, oder dass in jedem Ausgang des Verteilerblocks jeweils eine Filtereinheit angeordnet ist.

Gemäß manchen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass in jeder Zufuhrleitung zwischen dem Verdichter und dem Lufteinlass der jeweiligen Brennstoffzellenanordnung eine Filtereinheit des dezentralen Luftfiltersystems angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass auf effiziente Weise auch durch den Verdichter eingetragene Fremdstoffe abgeschieden werden können. Optional kann das Brennstoffzellensystem einen in der jeweiligen Zufuhrleitung zwischen dem Verdichter und dem Lufteinlass der jeweiligen Brennstoffzellenanordnung angeordneten Kühler zum Kühlen der vom Verdichter geförderten Luft aufweisen, wobei die dezentrale Luftfiltereinrichtung zwischen dem Verdichter und dem Kühler oder zwischen dem Kühler und dem Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung angeordnet ist. Weiterhin optional kann das Brennstoffzellensystem einen in der jeweiligen Zufuhrleitung zwischen dem Verdichter und dem jeweiligen Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung angeordneten Befeuchter zum Befeuchten der vom Verdichter geförderten Luft aufweisen, wobei die dezentrale Luftfiltereinrichtung zwischen dem Verdichter und dem Befeuchter oder zwischen dem Befeuchter und dem Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung angeordnet ist. Beispielsweise kann der Befeuchter zwischen dem Kühler und dem Lufteinlass der Brennstoffzellenanordnung angeordnet sein, wobei die dezentrale Luftfiltereinrichtung zwischen dem Kühler und dem Befeuchter angeordnet ist.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen erläutert. Von den Figuren zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines hydraulischen Schaltbilds eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer zentralen Luftfiltereinrichtung eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer zentralen Luftfiltereinrichtung eines Brennstoffzellensystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht einer zentralen Luftfiltereinrichtung und eines Verteilerblocks eines Brennstoffzellensystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer zentralen Luftfiltereinrichtung und eines Verteilerblocks eines Brennstoffzellensystems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.

Unter einem „Filtern“ kann hierin allgemein ein Abscheiden von festen und/oder flüssigen Partikeln und optional auch ein Abscheiden molekularer Bestandteile verstanden werden, welche in einem festen, flüssigen oder gasförmigen Zustand vorliegen können.

Fig. 1 zeigt in rein schematischer Weise ein Brennstoffzellensystem 100 mit eine ersten Brennstoffzellenanordnung 1A, einer zweiten Brennstoffzellenanordnung 1B, einer zentralen Luftfiltereinrichtung 3, einem optionalen Verteilerblock 8 und einem dezentralen Luftfiltersystem 5. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, können die erste und die zweite Brennstoffzellenanordnung 1A, 1B gleich aufgebaut sein. Nachfolgend wird daher lediglich allgemein eine Brennstoffzellenanordnung 1 beschrieben, sofern sich keine Unterschiede ergeben. Wie in Fig. 1 schematisch gezeigt, weist die Brennstoffzellenanordnung 1 zumindest eine Brennstoffzelle 10, einen Lufteinlass 11, einen Luftauslass 12, einen Brennstoffeinlass 13 und einen Brennstoffauslass 14 auf. Vorzugsweise weist die Brennstoffzellenanordnung 1 einen Brennstoffzellenstack mit mehreren Brennstoffzellen 10 auf, die beispielsweise elektrisch in Reihe geschaltet sein können. Der Lufteinlass 11 und der Luftauslass 12 sind jeweils mit einer Kathodenseite der Brennstoffzelle 10 verbunden. Der Brennstoffeinlass 13 und der Brennstoffauslass 14 sind jeweils mit einer Kathodenseite der Brennstoffzelle 10 verbunden.

Die in Fig. 1 lediglich symbolisch als Block dargestellte zentrale Luftfiltereinrichtung 3 weist einen Eingang 31, einen Ausgang 32 und eine Filtereinheit 30, z.B. eine Filterkartusche auf. Die Filtereinheit 30 ist fluidisch leitend mit dem Eingang 31 und dem Ausgang 32 verbunden und dazu eingerichtet, Luft, die vom Eingang 31 zum Ausgang 32 strömt zu filtern.

Der optionale Verteilerblock 8 ist in Fig. 1 ebenfalls lediglich symbolisch als Block dargestellt und weist einen Eingang 81, der mit dem Ausgang 32 der zentralen Filtereinrichtung 3 verbunden ist, sowie mehrere Ausgänge 82 auf. In Fig. 1 ist beispielhaft ein Verteilerblock 8 mit zwei Ausgängen 82 dargestellt.

Wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt, kann der Lufteinlass 11 der ersten Brennstoffzellenanordnung 1A durch eine erste Zufuhrleitung 2A mit einem Ausgang 82 des Verteilerblocks 8 verbunden sein. In gleicher Weise kann der Lufteinlass 11 der zweiten Brennstoffzellenanordnung 1B durch eine erste Zufuhrleitung 2B mit einem weiteren Ausgang 82 des Verteilerblocks 8 verbunden sein. Somit sind die Lufteinlässe 11 der Brennstoffzellenanordnungen 1 jeweils durch eine Zufuhrleitung 2 über den Verteilerblock 8 mit der zentralen Luftfiltereinrichtung 3 verbunden. Alternativ wäre denkbar, dass die zentrale Luftfiltereinrichtung 3 mehrere Ausgänge 32 aufweist, wobei jede Zufuhrleitung 2A, 2B mit jeweils einem Ausgang 32 der zentralen Luftfiltereinrichtung 3 verbunden ist, wie dies z.B. in den Fign. 2 und 3 schematisch gezeigt ist und nachfolgend noch im Detail erläutert wird. Allgemein ist die zentrale Luftfiltereinrichtung 3 somit mit einem Eingang 21 der Zufuhrleitung 2 verbunden.

Wie in Fig. 1 ferner gezeigt ist, kann an den Luftauslass 12 der jeweiligen Brennstoffzellenanordnung 1A, 1B jeweils eine Abfuhrleitung 9A, 9B anschlossen sein, welche in die Umgebung mündet.

Wie in Fig. 1 erkennbar, können die hydraulischen Komponenten in den Zufuhrleitungen 2A, 2B und den Abfuhrleitungen 9A, 9B für jede der Brennstoffzellenanordnungen 1A, 1B gleich angeordnet sein. Im Folgenden wird aus Gründen der Übersichtlichkeit daher lediglich das Layout für eine Zufuhrleitung 2 und eine Abfuhrleitung 9 erläutert.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist in der Zufuhrleitung 2 ein Verdichter 4 angeordnet. Der Verdichter 4 kann beispielsweise durch einen elektrischen Motor 41 angetrieben sein und ist dazu eingerichtet, Umgebungsluft durch den Eingang 21 der Zufuhrleitung 2 anzusaugen und zu dem mit dem Lufteinlass 11 der Brennstoffzellenanordnung 1 verbundenen Ausgang 22 der Zufuhrleitung 2 zu fördern.

Wie in Fig. 1 ferner dargestellt, kann in der Zufuhrleitung 2 zwischen dem Verdichter 4 und dem Lufteinlass 11 der Brennstoffzellenanordnung 1 bzw. dem Auslass 22 der Zufuhrleitung 2 ein Kühler 6 zum Kühlen der vom Verdichter 4 geförderten Luft angeordnet sein. Der Kühler 6 kann beispielsweise als Wärmetauscher realisiert sein, mit dem Wärme aus der in der Zufuhrleitung 2 strömenden Luft abgeführt werden kann.

Alternativ oder zusätzlich zu dem Kühler 6 kann ein zwischen dem Verdichter 4 und dem Lufteinlass 11 der Brennstoffzellenanordnung 1 bzw. dem Auslass 22 der Zufuhrleitung 2 ein Befeuchter 7 zum Befeuchten der vom Verdichter 4 geförderten Luft in der Zufuhrleitung 2 angeordnet sein. Wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt, kann der Befeuchter 7 insbesondere zwischen dem Kühler 6 und dem Auslass 22 der Zufuhrleitung 2 angeordnet sein. Wie in Fig. 1 außerdem gezeigt, kann in der Zufuhrleitung 2 optional ein erstes Absperrventil 25 vorgesehen sein, welches zwischen dem Verdichter 4 und dem Auslass 22 der Zufuhrleitung 2 angeordnet ist. Das Absperrventil 25 ist vorzugsweise unmittelbar vor dem Auslass 22 der Zufuhrleitung 2 angeordnet, z.B. zwischen dem Befeuchter 7 und dem Auslass 22, wie dies in Fig. 1 beispielhaft gezeigt ist.

Wie in Fig. 1 ferner beispielhaft gezeigt ist, kann ein optionales zweites Absperrventil 95 in der Abfuhrleitung 9 vorgesehen sein. Eine optionale Bypassleitung 91 verbindet die Zufuhrleitung 2 mit der Abfuhrleitung 9, wobei die Bypassleitung 91 zwischen dem Verdichter 4 und dem ersten Absperrventil 25 und damit stromaufwärts des ersten Absperrventils 25 an die Zufuhrleitung 2 und stromabwärts des zweiten Absperrventils 95 an die Abfuhrleitung 9 angeschlossen ist. Das zweite Absperrventil 95 ist somit zwischen dem Luftauslass 12 der Brennstoffzellenanordnung 1 und einer Einmündung der Bypassleitung 91 angeordnet. Wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt, kann die Bypassleitung 91 zwischen dem Kühler 6 und dem Befeuchter 7 an die Zufuhrleitung 2 angeschlossen sein. In der Bypassleitung 91 ist ein Bypassventil 92 vorgesehen.

In der Abfuhrleitung 9 kann optional ein Durchflussregelventil 93 vorgesehen sein, um den Luftmassenstrom in der Abfuhrleitung 9 zu variieren. Das Durchflussregelventil 93 ist gegebenenfalls stromabwärts der Einmündung der Bypassleitung 91 in der Abfuhrleitung 9 angeordnet, wie dies in Fig. 1 beispielhaft gezeigt ist. Weiterhin optional kann ein Schalldämpfer 93 in der Abfuhrleitung 9 vorgesehen sein, welcher vorzugsweise unmittelbar stromaufwärts eines in die Umgebung mündenden Auslasses 96 der Abfuhrleitung 9 angeordnet ist, wie dies in Fig. 1 beispielhaft gezeigt ist.

Das dezentrale Filtersystem 5 kann, wie in Fig. 1 beispielhaft gezeigt, zumindest eine dezentrale Luftfiltereinrichtung 50 aufweisen. Bei dem in Fig. 1 beispielhaft gezeigten System 100 ist in der ersten und der zweiten Zufuhrleitung 2A, 2B jeweils eine dezentrale Luftfiltereinrichtung 50 stromabwärts des Verdichters 4 bzw. zwischen dem Verdichter 4 und dem Lufteinlass 11 der jeweiligen Brennstoffzellenanordnung 1A, 1B angeordnet. Beispielsweise kann die dezentrale Luftfiltereinrichtung 50 zwischen dem Kühler 6 und dem Befeuchter 7, insbesondere stromaufwärts der optionalen Bypassleitung 91 angeordnet sein, wie dies in Fig. 1 beispielhaft gezeigt ist. Grundsätzlich wäre auch denkbar, die dezentrale Luftfiltereinrichtung 50 zwischen dem Verdichter 4 und dem Kühler 6 oder zwischen dem Befeuchter 7 und dem Lufteinlass 11 der jeweiligen Brennstoffzellenanordnung 1A, 1B anzuordnen.

Die dezentrale Luftfiltereinrichtung 50 bietet den Vorteil, dass sie aufgrund deren Anordnung stromabwärts des Verdichters 4 Partikel und/oder Stoffe aus dem Luftstrom filtern kann, die durch den Verdichter 4 in die Luftströmung gelangt sind. Wenn die dezentrale Luftfiltereinrichtung 50 weiter stromabwärts, z.B. wie in Fig. 1 nach dem Kühler 6 angeordnet ist, können natürlich auch Fremdstoffe entfernt bzw. gefiltert werden, die durch die weiteren Komponenten in die Luftströmung eingetragen werden.

Ein weiterer Vorteil des dezentralen Luftfiltersystems 5 besteht darin, dass dieses dazu eingerichtet ist, Luft, die von einem jeweiligen Verdichter 4 zu dem jeweiligen Lufteinlass 1 gefördert wird, stromabwärts der zentralen Filtereinrichtung 3 zu filtern. Wenn bei dem in Fig. 1 beispielhaft gezeigten Brennstoffzellensystem 100 nur die erste Brennstoffzellenanordnung 1A betrieben wird und die zweite Brennstoffzellenanordnung 1B nicht, fördert der in der ersten Zufuhrleitung 2A angeordnete Verdichter 4 Luft zu dem Lufteinlass 11 der ersten Brennstoffzellenanordnung 1. Der in der zweiten Zufuhrleitung 2B angeordnete Verdichter 4 ist ausgeschaltet. Gegebenenfalls können die Sperrventile 25, 95 in der zweiten Zufuhrleitung 2B und der zweiten Abfuhrleitung 9B geschlossen und das Bypassventil 92 und das gegebenenfalls vorhandene Regelventil 93 in der zweiten Abfuhrleitung 9B geöffnet sein. Somit kann es Vorkommen, dass der in der ersten Zufuhrleitung 2A angeordnete Verdichter 4 Luft durch die zweite Abfuhrleitung 9B aus der Umgebung ansaugt, wie dies in Fig. 1 symbolisch durch die gepunktete Linie L dargestellt ist. Dieser Fremdluftstrom L strömt durch den Verteilerblock 8 und passiert nicht die zentrale Luftfiltereinrichtung 3. Durch die dezentrale Luftfiltereinrichtung 50 wird der Fremdluftstrom L jedoch trotzdem gefiltert, bevor er über den Lufteinlass 11 an die Kathodenseite der Brennstoffzelle 10 der ersten Brennstoffzellenanordnung 1A gelangt.

Das in Fig. 1 beispielhaft gezeigte Brennstoffzellensystem 100 umfasst lediglich beispielhaft eine erste und eine zweite Brennstoffzellenanordnung 1A, 1B. Grundsätzlich kann das System 100 auch mit lediglich einer Brennstoffzellenanordnung 1 realisiert sein. Auch ist denkbar, dass mehr als zwei Brennstoffzellenanordnungen 1 vorgesehen sind.

Wenn das Brennstoffzellensystem 100 mehr als eine Brennstoffzellenanordnung 1 aufweist, z.B. eine erste und eine zweite Brennstoffzellenanordnung 1A, 1B, wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, kann die die zentrale Luftfiltereinrichtung 3 einen Eingang 31, einen Ausgang 32 und eine mit dem Eingang 31 und dem Ausgang 32 verbundene zentrale Filtereinheit 30 aufweisen, wobei das Brennstoffzellensystem 100 ferner einen Verteilerblock 8 mit einem Eingang 81, der mit dem Ausgang 32 der zentralen Luftfiltereinrichtung 3 verbunden ist, und einer Mehrzahl an Ausgängen 82 aufweist, wobei jede Zufuhrleitung 2A, 2B mit jeweils einem Ausgang 82 des Verteilerblocks 8 verbunden ist. Diese Konfiguration ist in Fig. 1 beispielhaft gezeigt. In Fig. 1 ist ferner gezeigt, dass das in jeder Zufuhrleitung 2A, 2B zwischen dem Verdichter 4 und dem Lufteinlass 11 der jeweiligen Brennstoffzellenanordnung 1A, 1B eine Filtereinheit 50 oder Filtereinrichtung 50 des dezentralen Luftfiltersystems 5 angeordnet ist.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das dezentrale Filtersystem 5 eine in einem Innenraum 80 des Verteilerblocks 8 angeordnete Filtereinheit 50 aufweisen, die mit allen Ausgängen 82 des Verteilerblocks 8 verbunden ist, wie dies schematisch in Fig. 4 dargestellt ist. Beispielsweise kann eine Filterkartusche 55 in dem Innenraum 80 des Verteilerblocks 8 aufgenommen sein, die fluidisch leitend mit den Ausgängen 82 und vorzugsweise auch mit dem Eingang 81 des Verteilerblocks 8 verbunden ist. Die Filterkartusche 55 kann dazu ausgelegt sein, Luft zu filtern, die an einem der Ausgänge 82 in den Innenraum 80 gelangt und diesen an einem anderen Ausgang 82 wieder verlässt. Somit ist die Filtereinheit 50 in einem Strömungspfad zwischen den Ausgängen 82 des Verteilerblocks 8 angeordnet und dazu eingerichtet, Luft, die von einem jeweiligen Verdichter 4 zu dem jeweiligen Lufteinlass 11 gefördert wird, stromabwärts der zentralen Filtereinrichtung 3 zu filtern.

Alternativ zu der in Fig. 4 gezeigten Aufbau des Verteilerblocks 8 kann auch in jedem Ausgang 82 des Verteilerblocks 8 jeweils eine separate Filtereinheit 50A, 50B angeordnet sein, wie dies in Fig. 5 schematisch dargestellt ist. Die Filtereinheiten 50A, 50B können beispielsweise jeweils einzelne Kartuschen 55 sein.

Wie in den Fign. 4 und 5 erkennbar ist, kann das dezentrale Filtersystem 5 somit allgemein eine oder mehrere Filtereinheiten 50, 50A, 50B aufweisen, welche in einem Strömungspfad zwischen den Ausgängen 82 des Verteilerblocks 8 angeordnet sind.

Wie bereits erläutert, ist es auch denkbar, den Verteilerblock 8 wegzulassen. In diesem Fall weist die zentrale Luftfiltereinrichtung 3 einen Eingang 31, eine mit dem Eingang 31 verbundene zentrale Filtereinheit 30 und eine Mehrzahl an Ausgängen 32 auf, wobei jede Zufuhrleitung 2A, 2B mit jeweils einem Ausgang 32 der zentrale Luftfiltereinrichtung 3 verbunden ist, wie dies schematisch in den Fign. 2 und 3 gezeigt ist. Auch in diesem Fall kann das dezentrale Filtersystem 5 dezentrale Filtereinheiten 50 aufweisen, wobei in jeder Zufuhrleitung 2A, 2B zwischen dem Verdichter 4 und dem Lufteinlass 11 der jeweiligen BrennstoffzellenanordnunglA, 1B eine Filtereinheit 50 des dezentralen Luftfiltersystem 5 angeordnet ist, wie dies in Fig. 1 schematisch gezeigt ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das dezentrale Filtersystem 5 eine oder mehrere Filtereinheiten 50A, 50B aufweisen, welche in einem Strömungspfad zwischen den Ausgängen 32 der zentralen Luftfiltereinrichtung 3 angeordnet sind, wie dies in den Fign. 2 und 3 beispielhaft und rein schematisch dargestellt ist.

In Fig. 2 ist beispielhaft gezeigt, dass die zentrale Filtereinheit 30 der zentralen Filtereinrichtung 3 und die Filtereinheiten 50A, 50B des dezentralen Filtersystems 5 in einer gemeinsamen Kartusche 350 integriert sein können. Beispielsweise kann die Kartusche 350 eine zentrale Filtereinheit 30, die mit dem Eingang 31 verbunden ist, und je Ausgang 32 eine dezentrale Filtereinheit 50A, 50B umfassen, die mit dem jeweiligen Ausgang 32 verbunden ist. Somit sind die dezentralen Filtereinheiten 50A, 50B in einem Strömungspfad zwischen den Ausgängen 32 der zentralen Luftfiltereinrichtung 3 angeordnet.

Alternativ zu dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau der zentralen Filtereinrichtung 3 ist auch denkbar, dass das dezentrale Filtersystem 5 mehrere Filtereinheiten 50A, 50B mit separaten Kartuschen 55 aufweist, die in den Ausgängen 32 der zentralen Filtereinrichtung 3 angeordnet sind, wie dies in Fig. 3 beispielhaft und schematisch gezeigt ist. Auch in diesem Fall sind die dezentralen Filtereinheiten 50A, 50B in einem Strömungspfad zwischen den Ausgängen 32 der zentralen Luftfiltereinrichtung 3 angeordnet. Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von

Ausführungsbeispielen exemplarisch erläutert wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind auch Kombinationen der voranstehenden Ausführungsbeispiele denkbar.

Claims

Ansprüche

1. Brennstoffzellensystem (100), mit: einer Brennstoffzellenanordnung (1) mit zumindest einer Brennstoffzelle (10) und einem Lufteinlass (11); einer mit dem Lufteinlass (11) verbundenen Zufuhrleitung (2); einer zentralen Luftfiltereinrichtung (3), welche mit einem Eingang (21) der Zufuhrleitung (2) verbunden ist; einem in der Zufuhrleitung (2) angeordneten Verdichter (4), welcher dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft durch die zentrale Luftfiltereinrichtung (3) anzusaugen und durch die Zufuhrleitung (2) zum Lufteinlass (11) der Brennstoffzellenanordnung (1) zu fördern; und einer dezentralen Luftfiltereinrichtung (50), welche in der Zufuhrleitung (2) zwischen dem Verdichter (4) und dem Lufteinlass (11) der Brennstoffzellenanordnung (1) angeordnet ist.

2. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1, zusätzlich aufweisend: einen in der Zufuhrleitung (2) zwischen dem Verdichter (4) und dem Lufteinlass (11) der Brennstoffzellenanordnung (1) angeordneten Kühler (6) zum Kühlen der vom Verdichter (4) geförderten Luft, wobei die dezentrale Luftfiltereinrichtung (50) zwischen dem Verdichter (4) und dem Kühler (6) oder zwischen dem Kühler (6) und dem Lufteinlass (11) der Brennstoffzellenanordnung (1) angeordnet ist.

3. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, zusätzlich aufweisend: einen in der Zufuhrleitung (2) zwischen dem Verdichter (4) und dem Lufteinlass (11) der Brennstoffzellenanordnung (1) angeordneten Befeuchter (7) zum Befeuchten der vom Verdichter (4) geförderten Luft, wobei die dezentrale Luftfiltereinrichtung (50) zwischen dem Verdichter (4) und dem Befeuchter (7) oder zwischen dem Befeuchter (7) und dem Lufteinlass (11) der Brennstoffzellenanordnung (1) angeordnet ist.

4. Brennstoffzellensystem (100) nach den Ansprüchen 2 und 3, wobei der Befeuchter (7) zwischen dem Kühler (6) und dem Lufteinlass (11) der Brennstoffzellenanordnung (1) angeordnet ist, und wobei die dezentrale Luftfiltereinrichtung (50) zwischen dem Kühler (6) und dem Befeuchter (7) angeordnet ist.

5. Brennstoffzellensystem (100), mit: einer Mehrzahl an Brennstoffzellenanordnungen (1A, 1B), welche jeweils zumindest eine Brennstoffzelle (10) und einen Lufteinlass (11) aufweisen; einer zentralen Luftfiltereinrichtung (3); einer Mehrzahl an Zufuhrleitungen (2A, 2B), welche jeweils mit der zentralen Luftfiltereinrichtung (3) und mit dem Lufteinlass (11) jeweils einer Brennstoffzellenanordnung (1A, 1B) verbunden sind, wobei in jeder Zufuhrleitung (2A, 2B) ein Verdichter (4) angeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft durch die zentrale Luftfiltereinrichtung (3) anzusaugen und durch die jeweilige Zufuhrleitung (2A, 2B) zum Lufteinlass (11) der jeweiligen Brennstoffzellenanordnung (1A, 1B) zu fördern; und einem dezentralen Filtersystem (5), welches dazu eingerichtet ist, Luft, die von einem jeweiligen Verdichter (4) zu dem jeweiligen Lufteinlass (11) gefördert wird, stromabwärts der zentralen Filtereinrichtung (3) zu filtern.

6. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 5, wobei die zentrale Luftfiltereinrichtung (3) einen Eingang (31), eine mit dem Eingang (31) verbundene zentrale Filtereinheit (30) und eine Mehrzahl an Ausgängen (32) aufweist, wobei jede Zufuhrleitung (2A, 2B) mit jeweils einem Ausgang (32) der zentrale Luftfiltereinrichtung (3) verbunden ist, wobei das dezentrale Filtersystem (5) eine oder mehrere Filtereinheiten (50A, 50B) aufweist, welche in einem Strömungspfad zwischen den Ausgängen (32) der zentralen Luftfiltereinrichtung (3) angeordnet sind.

7. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 6, wobei die zentrale Filtereinheit (30) und die zumindest eine Filtereinheit (50, 50A, 50B) des dezentralen Filtersystems (5) in einer Kartusche (350) integriert sind oder wobei das dezentrale Filtersystem (5) mehrere Filtereinheiten (50A, 50B) mit separaten Kartuschen (55) aufweist, die in den Ausgängen (32) der zentralen Filtereinrichtung (3) angeordnet sind.

8. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 5, wobei die zentrale Luftfiltereinrichtung (3) einen Eingang (31), einen Ausgang (32) und eine mit dem Eingang (31) und dem Ausgang (32) verbundene zentrale Filtereinheit (30) aufweist, wobei das Brennstoffzellensystem (100) ferner ein Verteilerblock (8) mit einem Eingang (81), der mit dem Ausgang (32) der zentralen Luftfiltereinrichtung (3) verbunden ist, und einer Mehrzahl an Ausgängen (82) aufweist, wobei jede Zufuhrleitung (2A, 2B) mit jeweils einem Ausgang (82) des Verteilerblocks (8) verbunden ist, und wobei das dezentrale Filtersystem (5) eine oder mehrere Filtereinheiten (50, 50A, 50B) aufweist, welche in einem Strömungspfad zwischen den Ausgängen (82) des Verteilerblocks (8) angeordnet sind.

9. Brennstoffzellensystem (100) nach Anspruch 8, wobei das dezentrale Filtersystem (5) eine in einem Innenraum (80) des Verteilerblocks (8) angeordnete Filtereinheit (50) aufweist, die mit allen Ausgängen (82) des Verteilerblocks (8) verbunden ist, oder wobei in jedem Ausgang (82) des Verteilerblocks (8) jeweils eine Filtereinheit (50A, 50B) angeordnet ist.

10. Brennstoffzellensystem (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei in jeder Zufuhrleitung (2A, 2B) zwischen dem Verdichter (4) und dem Lufteinlass (11) der jeweiligen Brennstoffzellenanordnung (1) eine Filtereinheit (50) des dezentralen Luftfiltersystems (5) angeordnet ist.