EP4623474A1 - Beheizbarer schalldämpfer für einen abgasstrang eines brennstoffzellensystems - Google Patents

Beheizbarer schalldämpfer für einen abgasstrang eines brennstoffzellensystems

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EP4623474A1
EP4623474A1 EP23805462.1A EP23805462A EP4623474A1 EP 4623474 A1 EP4623474 A1 EP 4623474A1 EP 23805462 A EP23805462 A EP 23805462A EP 4623474 A1 EP4623474 A1 EP 4623474A1
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EP
European Patent Office
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water
silencer
heating
chamber
exhaust gas
Prior art date
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Pending
Application number
EP23805462.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Philipp Sperling
Markus Linzmaier
Axel Flach
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ContiTech Techno Chemie GmbH
Original Assignee
ContiTech Techno Chemie GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the exhaust gas produced during the electricity generation reaction in a hydrogen-oxygen fuel cell which is discharged in particular from the cathode of the fuel cell, contains water (mostly in the form of water vapor and water droplets) and has an exhaust gas temperature in the range of 80 °C. Because the exhaust gas temperature is below the boiling point of water, the water is difficult to evaporate and discharge. However, if exhaust gas that is too moist penetrates the silencer, the water vapor condenses, particularly on the surfaces of the silencer, which has a negative impact on the function of the silencer - regardless of whether it is based on the reflection principle or the absorption principle. In unfavorable cases, the moisture that has accumulated in the silencer causes additional noise, which is perceived as unpleasant.
  • the exhaust gas flow which is discharged, for example, from the cathode of a fuel cell of the fuel cell system and fed directly or indirectly to the silencer, can flow through the inlet opening of the cavity into the water separation chamber.
  • the inlet opening of the cavity simultaneously forms the inlet opening of the water separation chamber.
  • the exhaust gas flow is dehumidified, for example by first widening the exhaust gas flow using an impact element and then narrowing it again using a funnel-shaped guide element arranged downstream, so that the exhaust gas flow is guided along the largest possible surface on which water contained in the exhaust gas can condense.
  • the Heating element can be directly connected to a voltage source, e.g. a 12V or 24V vehicle battery, whereby a separate control and/or regulating device for regulating the heating output and any temperature sensors required for detecting the actual temperature can be dispensed with.
  • a voltage source e.g. a 12V or 24V vehicle battery
  • the exhaust gas flow S can be guided from the fuel cell 3 into the silencer 1 via an exhaust gas feed line 4a (Fig. 1) of the exhaust line 4, which can be attached to the inlet nozzle 16 of the silencer 1.
  • the exhaust gas flow S is expanded by the impact element 32 and can thus be guided along an inner surface of a wall 35 delimiting the water separation chamber 31 before the exhaust gas flow S is tapered again by the funnel-shaped guide element 33 arranged downstream.
  • the exhaust gas flow S is thus guided along as large an area as possible on which water contained in the exhaust gas can condense.
  • the exhaust gas flow S is dehumidified to a high degree before the exhaust gas flow S is fed to the silencer device 20.
  • the function of the silencer device 20 is thus not impaired by excessive amounts of moisture.
  • the dehumidified and noise-free exhaust gas can be led away from the silencer 1 via an exhaust gas discharge line 4b (Fig. 1 ) of the exhaust line 3, which can be attached to the outlet nozzle 17 of the silencer 1.
  • the water collection chamber 40 only has to surround a small area of the water separation chamber 31 - e.g. an area located at the bottom with respect to the direction of gravity G, which can be located approximately between a "5 o'clock position" and a "7 o'clock position” when viewed parallel to the longitudinal center axis A.
  • the water collection chamber 40 can therefore have a significantly smaller internal volume than the water separation chamber 31.
  • the wall 43 delimiting the water collection chamber 40 forms a partition 44 between the water separation chamber 31 and the water collection chamber 40.
  • the heating device has a heating element 61 for heating the partition 44, which in the present case essentially forms the entire partition 44. This ensures, among other things, that the drain opening 41 and the other openings 41 a-c are sufficiently heated and cannot freeze even at very low ambient temperatures.
  • Fig. 3 shows the heating element 61 for heating the partition wall 44.
  • the sectional view of the heating element 61 in Fig. 2 corresponds to section 11.
  • the heating element 61 has two metallic electrodes 63a, 63b and a heating element 64 which is arranged at least partially between the electrodes 63a, 63b and contacts both electrodes 63a, 63b and functions as a heating resistor.
  • the heating element 64 consists of a polymer-based material with a positive temperature coefficient. In this way, a self-regulating heating element 61 is created. This allows the heating element 61 to be contacted directly with a voltage source, e.g. a 12V or 24V vehicle battery, whereby a separate control and/or regulating device for regulating the heating output is dispensed with.
  • the electrodes 63a, 63b are embedded in the heating element 64 to protect them from corrosion.
  • the heating element 61 for heating the partition wall 44 has a first surface 611 delimiting the water collecting chamber 40 and a second surface 612 delimiting the water separating chamber 31.
  • the silencer 1 has a housing 13 which delimits a large part of the outer surface of the cylindrical inner volume 10 and also a part of the water separation chamber 40.
  • the housing 13 delimits a cavity within the silencer 1 which is formed by the water separation chamber 31, the sound damping chambers 21 a, 21 b, 21 c, 21 d and the water collection chamber 40.
  • the housing 13 forms a receptacle for the partition wall 44 designed as a separate component, wherein the partition wall 44 received in the receptacle (e.g. inserted) separates the cavity in such a way that the water separation chamber 31 and the sound damping chambers 21 ad are on one side and the water collection chamber 40 is on the other side.
  • the housing 13 also delimits an inlet-side front side of the cavity, while an outlet-side front side is delimited by a separate cover 15.
  • the silencer 1 can be manufactured particularly easily in this way.
  • the silencer 1 can have a structure 14 that can be assembled from modules or formed as a single piece and can be inserted into the housing 13 as a whole, the structure 14 together with the housing 13 forming the water separating device 30 and the sound-damping device 20.
  • the partition wall 44 and the structure can thus be pushed into the housing 13 and the housing 13 can be closed with the cover 15.
  • the water collection chamber 40 has a discharge opening 42 through which collected water can be discharged from the silencer 1, in particular automatically due to gravity.
  • the heating device has a heating element 62 for heating the discharge opening 42, which surrounds the discharge opening 42.
  • the heating body 64 of the heating element 62 for heating the discharge opening 42 forms part of the wall 43a surrounding the discharge opening 42.
  • the water collection chamber 40 has a discharge nozzle 45 protruding from the discharge opening 42, wherein the heating body 64 for heating the discharge opening 42 forms the discharge nozzle 45. In this way, sufficient heat input in the area of the discharge opening 42 and the discharge nozzle 45 is ensured.
  • Fig. 4 shows the heating element 62 for heating the discharge opening 42.
  • the heating element 62 has two metallic electrodes 63a, 63b and a heating element 64 which is arranged at least partially between the electrodes 63a, 63b and contacts both electrodes 63a, 63b and functions as a heating resistor.
  • the heating element 64 consists of a polymer-based material with a positive temperature coefficient. In this way, a self-regulating heating element 62 is created. This allows the heating element 62 to be connected directly to a voltage source, e.g. a 12V or 24V vehicle battery, whereby a separate control and/or regulating device for regulating the heating power can be dispensed with.
  • a voltage source e.g. a 12V or 24V vehicle battery
  • the electrodes 63a, 63b are embedded in the heating element 64 to protect against corrosion.
  • the electrodes 63a, 63b each have a disc ring segment-shaped part 631a, 631b that extends around the discharge opening.
  • the electrodes 63a, 63b also each have a plurality of fingers 632a, 632b that extend into the nozzle 45.
  • the fingers 632a, 632b extend from the disc ring segment-shaped parts 631a, 631b. In this way, a particularly efficient heating of the area around the discharge opening 45 is possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schalldämpfer (1) für einen Abgasstrang eines Brennstoffzellensystems (2) mit einer Schalldämpfvorrichtung (20) zur Reduzierung eines Geräusches des Abgasstroms (S), einer stromaufwärts der Schalldämpfvorrichtung (20) angeordneten Wasserabscheidevorrichtung (30) zur Abtrennung von Wasser aus dem Abgasstrom (S), einer zumindest die Wasserabscheidekammer (31) zumindest teilweise umgebenden Wasserauffangkammer (40), die über eine Abflussöffnung (41) derart mit der Wasserabscheidekammer (31) in fluidleitender Verbindung steht, dass aus dem Abgasstrom (S) abgeschiedenes Wasser aus der Wasserabscheidekammer (31) in die Wasserauffangkammer (40) abfließen und dort aufgefangen werden kann, und einer Heizvorrichtung zum Beheizen zumindest eines Teils einer die Wasserauffangkammer (40) begrenzenden Wandung (43).

Description

Beschreibung
Beheizbarer Schalldämpfer für einen Abgasstrang eines Brennstoffzellensystems
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalldämpfer für einen Abgasstrang eines Brennstoffzellensystems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 .
Eine Brennstoffzelle wandelt die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes, z.B. Wasserstoff, und eines Oxidationsmittels, z.B.
Sauerstoff, in elektrische Energie um. Brennstoffzellen werden beispielsweise in Brennstoffzellenfahrzeugen eingesetzt, um die erzeugte elektrische Energie direkt mittels eines Elektroantriebs in Bewegung umzuwandeln oder in einer Antriebsbatterie zeitweise zwischenzuspeichern. Brennstoffzellen können außer Wasserstoff auch andere Brennstoffe nutzen, insbesondere Methanol, Butan oder Erdgas.
Zur Zuführung des Brennstoffs und des Oxidationsmittels werden in einem Brennstoffzellensystem mehrere mechanische Vorrichtungen verwendet, die im Betrieb mit einer Geräuschentwicklung einhergehen, die als störend empfunden werden kann. Um die im Brennstoffzellensystem erzeugten Geräusche zu verringern, werden Schalldämpfer in dem Brennstoffzellensystem, z.B. in einem Abgasstrang, installiert.
Die in diesem Zusammenhang verwendeten Schalldämpfer können dabei auf dem Reflexionsprinzip oder auf dem Absorptionsprinzip basieren. Ein Reflexionsschalldämpfer besteht aus Kammern unterschiedlicher Größe, die untereinander z.B. durch ein sich durch die Kammern erstreckendes perforiertes Rohr verbunden sind. Die Schallwellen werden in den Kammern reflektiert. Durch die Koppelung der einzelnen Kammern entstehen sogenannte Resonatoren, in denen die Schallwellen reflektiert werden, sich nach dem Interferenzprinzip teilweise gegenseitig auslöschen und somit gedämpft werden. Einzelne Kammern können dabei durch ihre Größe und/oder das Lochmuster der Perforation im Rohr an einen bestimmten zu dämpfenden Frequenzbereich angepasst werden. Je größer die Anzahl der vor- handenen Kammern, desto effizienter wird in der Regel die Dämpfung. Ein Absorptionsschalldämpfer hat in der Regel nur eine Kammer, in der ein perforiertes Rohr verläuft. Die Kammer ist mit einem schallabsorbierenden Material, z.B. einer langfaserigen Mineralwolle, gefüllt. Die Schallwellen dringen durch das perforierte Rohr in das schallabsorbierende Material ein und werden durch Reibungseffekte in Wärme umgewandelt. Die erzielte Dämpfung hängt von dem verwendeten Material, der Stopfdichte, der Länge und der Schichtdicke der Kammer ab.
Das bei der Stromerzeugungsreaktion in einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoff- zelle entstehende Abgas, das insbesondere von der Kathode der Brennstoffzelle abgeführt wird, enthält Wasser (meist in Form von Wasserdampf und Wassertröpfchen) und hat eine Abgastemperatur im Bereich von 80 °C. Dadurch, dass die Abgastemperatur unterhalb der Siedetemperatur des Wassers liegt, lässt sich das Wasser nur schlecht verdampfen und abführen. Dringt allerdings zu feuchtes Abgas in den Schalldämpfer ein, kondensiert der Wasserdampf insbesondere an den Oberflächen des Schalldämpfers, was negative Auswirkungen auf die Funktion des Schalldämpfers hat - unabhängig davon, ob dieser auf dem Reflexionsprinzip oder dem Absorptionsprinzip basiert. In ungünstigen Fällen bewirkt die sich in dem Schalldämpfer angesammelte Feuchtigkeit eine zusätzliche Geräuschentwicklung, das als unangenehm empfunden wird.
Um diesem Problem entgegenzuwirken, wird in der US 2013 175114 A1 ein hybrider Schalldämpfer vorgeschlagen, bei dem einer auf dem Reflexionsprinzip basierenden Schalldämpfvorrichtung eine Entfeuchtungskammer vorgeschaltet ist, die im Wesentlichen vollständig mit einem wasserabsorbierenden Material gefüllt ist. Um eine geeignete Entfeuchtungsfunktion zu gewährleisten, muss die Entfeuchtungskammer allerdings ein wesentlich größeres Volumen aufweisen als die Schalldämpfervorrichtung. Trotzdem kann das Abgas in der Entfeuchtungskammer lediglich zu einem gewissen Grad entfeuchtet werden, so dass das sich in der Schalldämpfervorrichtung weiterhin bildende Kondensat durch einen in die Schalldämpfervorrichtung hineinragenden Teil des wasserabsorbierenden Materials aufgenommen werden muss. Überdies lässt sich das durch das wasserabsorbierende Material aufgenommene Wasser nicht in einfacher Weise abführen, sondern muss in der Regel mithilfe einer Pumpe abgesaugt werden. Insgesamt ergibt sich daher ein relativ komplexer Aufbau des hybriden Schalldämpfers, der relativ viel Bauraum einnimmt und aufwendig in der Herstellung und im Betrieb ist.
Darüber hinaus besteht bei der Implementierung einer separaten Entfeuchtung des Abgases in dem Schalldämpfer das Problem, dass das abgeschiedene Wasser z.B. im Winter bei Umgebungstemperaturen nahe dem Gefrierpunkt gefrieren kann, was die Funktion des Schalldämpfers oder die Abführung des abgeschiedenen Wassers aus dem Schalldämpfer beeinträchtigen oder schlimmstenfalls den Schalldämpfer beschädigen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Schalldämpfer für einen Abgasstrang eines Brennstoffzellensystems bereitzustellen, mit dem auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen eine zuverlässige Verringerung der mit dem Betrieb des Brennstoffzellensystems verbundenen Geräusche unter zumindest teilweiser Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik erreicht werden kann. Zumindest soll eine Alternative zu bestehenden Lösungen geschaffen werden. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Schalldämpfer bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Schalldämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte Merkmale sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Vorteile und Merkmale sind der allgemeinen Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
Der erfindungsgemäße Schalldämpfer für einen Abgasstrang eines Brennstoffzellensystems weist eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung auf, wobei ein Abgasstrom des Brennstoffzellensystems entlang eines Strömungspfades von der Einlassöffnung zu der Auslassöffnung strömen kann. Der Schalldämpfer weist ferner eine Schalldämpfvorrichtung zur Reduzierung eines Geräusches des Abgasstroms auf, wobei die Schalldämpfvorrichtung zumindest eine Schalldämpfkammer aufweist. Ferner weist der Schalldämpfer eine stromaufwärts der Schall- däm pfvorrichtung angeordnete Wasserabscheidevorrichtung zur Abtrennung von Wasser aus dem Abgasstrom auf, wobei die Wasserabscheidevorrichtung zumindest eine Wasserabscheidekammer aufweist. Der Schalldämpfer weist eine zumindest die Wasserabscheidekammer zumindest teilweise umgebende Wasserauffangkammer auf, die über eine Abflussöffnung derart mit der Wasserabscheidekammer in fluidleitender Verbindung steht, dass aus dem Abgasstrom abgeschiedenes Wasser aus der Wasserabscheidekammer, insbesondere gravitationsbedingt selbstständig, in die Wasserauffangkammer abfließen und dort aufgefangen werden kann. Ferner weist der Schalldämpfer eine Heizvorrichtung zum Beheizen zumindest eines Teils einer die Wasserauffangkammer begrenzenden Wandung auf, wobei die Heizvorrichtung zumindest ein Heizelement aufweist.
Der Abgasstrom, der beispielsweise von der Kathode einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems abgeführt und dem Schalldämpfer mittelbar oder unmittelbar zugeführt wird, kann durch die Eintrittsöffnung der Kavität in die Wasserabscheidekammer strömen. Insbesondere bildet die Eintrittsöffnung der Kavität gleichzeitig die Eintrittsöffnung der Wasserabscheidekammer. In der Wasserabscheidekammer wird der Abgasstrom entfeuchtet, beispielsweise indem der Abgasstrom durch ein Prallelement zunächst aufgeweitet und anschließend durch ein stromabwärts angeordnetes trichterförmiges Leitelement wieder verjüngt wird, so dass der Abgasstrom an einer möglichst großen Oberfläche entlanggeführt wird, an der im Abgas enthaltenes Wasser kondensieren kann.
Das kondensierte Wasser sammelt sich je nach Einbauposition des Schalldämpfers aufgrund der Gravitation in einen vorbekannten Bereich der Wasserabscheidekammer und kann von dort in einfacher Weise über die Abflussöffnung in die Wasserauffangkammer abfließen. Auf diese Weise wird das abgeschiedene Wasser effizient aus der Wasserabscheidekammer abgeführt, wodurch eine Wasseransammlung in der Wasserabscheidevorrichtung vermieden wird, die sich sonst negativ auf die Entfeuchtung auswirken könnte. Ferner wird verhindert, das angesammeltes Wasser durch den Abgasstrom in Richtung der Schalldämpfvorrichtung transportiert wird und deren Funktion beeinträchtigt. Eine zuverlässige Abführung von Wasser aus der Wasserabscheidekammer ist für die Funktion des Schalldämpfers entscheidend, da z.B. bei Volllastfahrt einer 100 kW-Brennstoffzelle bereits etwa 0,5 L Wasser aus dem Abgas abgeschieden werden kann. Das in der Wasserauffangkammer aufgefangene Wasser kann in einfacher Weise z.B. über eine Abführöffnung aktiv - z.B. durch eine Pumpe - oder passiv - z.B. gravitationsbedingt selbstständig - aus der Wasserauffangkammer bzw. aus dem Schalldämpfer abgeführt werden.
Da die Wasserauffangkammer in der Regel abseits des Strömungspfades für den warmen Abgasstrom angeordnet ist, besteht das Risiko, dass das aufgefangene Wasser bei Umgebungstemperaturen nahe dem Gefrierpunkt gefriert, was die Abführung des abgeschiedenen Wassers aus dem Schalldämpfer beeinträchtigen oder verhindern kann. Dieses Risiko wird durch die Heizvorrichtung zum Beheizen zumindest eines Teils einer die Wasserauffangkammer begrenzenden Wandung vermieden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers ist das zumindest eine Heizelement der Heizvorrichtung in der die Wasserauffangkammer begrenzenden Wandung eingebettet.
Unter „Wasserabscheidevorrichtung“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die primär der Abtrennung von Wasser (und/oder einer anderen Flüssigkeit) aus dem Abgas dient. Eine Schalldämpfvorrichtung ist somit nicht als Wasserabscheidevorrichtung anzusehen, selbst wenn es in der Schalldämpfkammer ebenfalls zu einer gewissen Kondensation und Abführung von Feuchtigkeit kommt.
Die Wasserauffangkammer muss lediglich einen kleinen Bereich der Wasserabscheidekammer umgeben - z.B. einen bezüglich der Gravitationsrichtung unten liegenden Bereich. Die Wasserauffangkammer kann somit ein wesentlich geringeres Innenvolumen aufweisen als die Wasserabscheidekammer.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers umgibt die Wasserauffangkammer ferner die Schalldämpfkammer zumindest teilweise und steht über eine Öffnung derart mit der Schalldämpfkammer in fluidlei- tender Verbindung, dass aus dem Abgasstrom kondensiertes Wasser aus der Schalldämpfkammer, insbesondere gravitationsbedingt selbstständig, in die Wasserauffangkammer abfließen kann. Auf diese Weise wird das abgeschiedene Wasser aus der Schalldämpfkammer abgeführt, wodurch eine Wasseransammlung in der Schalldämpfvorrichtung vermieden wird, die sich sonst negativ auf die Geräuschdämpfung auswirken könnte. Um die Funktion nicht zu beeinträchtigen ist die Öffnung für das kondensierte Wasser bevorzugt in einer Ecke der Schalldämpfkammer angeordnet. Vorzugsweise ist bei Vorliegen mehrerer durch eine Trennwand getrennter, benachbarter Schalldämpfkammem eine gemeinsame Öffnung im Bereich einer Stirnseite der Trennwand angeordnet, wobei kondensiertes Wasser aus beiden Schalldämpfkammem durch die Öffnung in die Wasserauffangkammer abfließen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers weist das zumindest eine Heizelement zwei metallische Elektroden und einen zumindest teilweise zwischen den Elektroden angeordneten und beide Elektroden kontaktierenden Heizkörper auf, wobei der Heizkörper einen polymerbasierten Werkstoff mit positivem Temperaturkoeffizienten aufweist. Bevorzugt besteht der Heizkörper aus dem polymerbasierten Werkstoff mit positivem Temperaturkoeffizienten.
Ein Werkstoff mit positivem Temperaturkoeffizienten (positive temperature coef- fcient, PTC) ist ein Werkstoff, bei dem sich der elektrische Widerstand erhöht, wenn seine Temperatur steigt. Im Rahmen dieser Erfindung ist damit insbesondere ein Werkstoff gemeint, der so ausgelegt ist, dass der Werkstoff bei einer bestimmten Eingangsspannung eine maximale Temperatur erreicht, da jeder weitere Temperaturanstieg zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einem signifikant höheren elektrischen Widerstand einhergehen würde. Mit anderen Worten wird durch die Verwendung eines PTC-Werkstoffs ein selbstregulierendes Heizelement geschaffen. Wird an die beiden Elektroden eine Spannung angelegt, fließt ein Strom von der einen Elektrode durch den Heizkörper zur anderen Elektrode, wobei der Heizkörper sich bis zu einer werkstoffspezifischen Maximaltemperatur erwärmt. Der Heizkörper dient somit als selbstregulierender Heizwiderstand. Auf diese Weise kann das Heizelement unmittelbar mit einer Spannungsquelle, z.B. einer 12V- oder 24V-Fahrzeugbatterie, kontaktiert werden, wobei auf eine separate Steuer- und/oder Regelvorrichtung zur Regulierung der Heizleistung sowie etwaigen hierzu nötigen Temperatursensoren zur Erfassung der Ist-Temperatur verzichtet werden kann.
Bekannt sind verschiedene PTC-Werkstoffe auf Basis von (Halb-)Metallen, Keramiken oder Polymeren. Ein Beispiel für einen bekannten polymerbasierten PTC-Werkstoff ist „PTC rubber“. Erfindungsgemäß ist der PTC-Werkstoff polymerbasiert, d.h. der Werkstoff weist wenigstens ein Polymer auf, wobei der Werkstoff bevorzugt zumindest 50 Vol.-% wenigstens eines Polymers aufweist. Hierdurch kann das Heizelement als strukturelles Bauteil des Schalldämpfers verwendet werden und somit neben seiner Heizfunktion auch eine tragende und/oder raumabschließende Funktion übernehmen. Der polymerbasierte Werkstoff lässt sich zudem in einfacher Weise verarbeiten und problemlos in die übrigen vorzugsweise ebenfalls aus einem polymeren Material gefertigten Baugruppen des Schalldämpfers integrieren.
Überdies kann auf diese Weise auf eine separate Isolierung des Heizkörpers zum Schutz vor Korrosion durch Kontakt mit dem feuchten Abgas oder dem aus dem Abgas kondensierten Wasser verzichtet werden. Der Heizkörper kann somit problemlos den in den Kammern des Schalldämpfers vorherrschenden Atmosphären ausgesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Polymer des Werkstoffes ein Thermoplast (TP) oder ein thermoplastisches Elastomer (TPE), insbesondere wobei das TP oder TPE mit leitfähigen Partikeln (z.B. Ruß oder Metallpartikeln) versetzt ist. Vorzugsweise ist das Material ausgebildet, seinen elektrischen Widerstand bei einer vorbestimmten Maximalbetriebstemperatur mindestens um einen Faktor 5 gegenüber seinem bei 20 °C vorliegenden elektrischen Widerstand zu erhöhen, insbesondere wobei die Maximalbetriebstemperatur zwischen 50 °C und 60 °C liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers sind die Elektroden des Heizelements in dem Heizkörper eingebettet. Mit anderen Worten sind die Elektroden bis auf ihre elektrische Anschlusskontakte vollständig, d.h. von allen Seiten, von dem polymerbasierten Heizkörperwerkstoff umgeben. Auf diese Weise wird eine Kapselung der Elektroden zum Schutz insbesondere vor den feucht-warmen Umgebungen des Schalldämpfers erzielt. Ferner wird die Heizleistung des Heizelements vergrößert, da sich die möglichen Strompfade nicht mehr ausschließlich in dem Bereich zwischen den Elektroden befinden, sondern auch in einem daran angrenzenden Bereich. Zwar fließt der Strom zunächst unmittelbar von einer Elektrode durch den zwischen den Elektroden befindlichen Teil des Heizkörpers zur anderen Elektrode. Wenn sich der zwischen den Elektroden befindliche Bereich des Heizkörpers allerdings derart erwärmt hat, dass sein Widerstand sich um ein gewisses Maß erhöht, dann beginnt der Strom auch durch die angrenzenden Bereiche des Heizkörpers zu strömen und diese dadurch zu erwärmen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers bildet der Heizkörper einen Teil der die Wasserauffangkammer begrenzenden Wandung aus. Mit anderen Worten wird die Wasserauffangkammer durch eine Fläche des Heizkörpers begrenzt, so dass die vom Heizelement erzeugte Wärme unmittelbar mit dem Innenvolumen der Kammer wechselwirken kann. Auf diese Weise wird ein besonders effizienter Wärmeeintrag in die Wasserauffangkammer gewährleistet. Überdies wird ein kompakter Aufbau des Schalldämpfers geschaffen, da das Heizelement neben seiner Heizfunktion auch eine tragende und/oder raumabschließende Funktion innehat. Bevorzugt umfasst die Trennwand zumindest 50 Vol.-% des polymerbasierten Werkstoffs mit positivem Temperaturkoeffizienten. Besonders bevorzugt besteht die Trennwand aus dem polymerbasierten Werkstoff mit positivem Temperaturkoeffizienten.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers bildet die die Wasserauffangkammer begrenzende Wandung eine Trennwand zwischen der Wasserabscheidekammer und Wasserauffangkammer aus, wobei die Heizvorrichtung ein Heizelement zum Beheizen der Trennwand aufweist, das einen Teil der Trennwand, bevorzugt den überwiegenden Teil der Trennwand, ausbildet. Auf diese Weise kann zumindest ein gewisser Wärmeeintrag in die Wasserabscheidekammer erzielt werden, um auch dort das Risiko des Einfrierens von kondensiertem Wasser zu minimieren. Zudem kann auf diese Weise ein gewisser Wärmeeintrag im Bereich der zumindest einen Abflussöffnung in der Trennwand realisiert werden, die aufgrund ihres relativ geringen Durchflussquerschnitts bei Umgebungstemperaturen nahe dem Gefrierpunkt sonst verstopfen könnte. Besonders bevorzugt weist das Heizelement zum Beheizen der Trennwand eine erste, die Wasserauffangkammer begrenzende Fläche und eine zweite, die Wasserabscheidekammer begrenzende Fläche auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers weist der Schalldämper ein Gehäuse auf, das eine Kavität innerhalb des Schalldämpfers begrenzt und eine Aufnahme für die als separates Bauteil ausgebildete Trennwand ausbildet, wobei die in der Aufnahme aufgenommene (z.B. eingeschobene) Trennwand die Kavität zumindest in die Wasserabscheidekammer und die Wasseraufnahmekammer trennt. Durch diese konstruktive Ausgestaltung kann die teilweise oder vollständig von dem Heizkörper des Heizelements ausgebildete Trennwand in einfacher Weise in das Gehäuse des Schalldämpfers integriert werden. Gehäuse und Trennwand können separat aus unterschiedlichen Materialien gefertigt und anschließend zusammengebaut werden. Beispielsweise kann das Gehäuse aus einem polymeren Material (z.B. Polypropylen oder einem anderen Thermoplasten) und die Trennwand (zumindest teilweise) aus dem polymerbasierten Werkstoff mit positiven Temperaturkoeffizienten hergestellt sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schalldämpfers weist die Wasserauffangkammer eine Abführöffnung auf, über die aufgefangenes Wasser aus dem Schalldämpfer, insbesondere gravitationsbedingt selbstständig, abgeführt werden kann, wobei die Heizvorrichtung ein Heizelement zum Beheizen der Abführöffnung aufweist, das die Abführöffnung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, umgibt. Auf diese Weise wird ein ausreichender Wärmeeintrag im Bereich der zumindest einen Abführöffnung sichergestellt, die aufgrund ihres relativ geringen Durchflussquerschnitts bei Umgebungstemperaturen nahe dem Gefrierpunkt sonst verstopfen könnte. Das in der Wasserauffangkammer aufgefangene Wasser kann somit in zuverlässiger Weise über die Ab- führöffnung aktiv - z.B. durch eine Pumpe - oder passiv - z.B. gravitationsbedingt selbstständig - aus der Wasserauffangkammer bzw. aus dem Schalldämpfer abgeführt werden.
Vorzugsweise bildet das Heizelement zum Beheizen der Abführöffnung einen Teil der die Abführöffnung umgebenden Wandung aus. Mit anderen Worten wird die Wasserauffangkammer im Bereich der Abführöffnung durch eine Fläche des Heizkörpers des Heizelements zum Beheizen der Abführöffnung begrenzt, so dass die vom Heizelement erzeugte Wärme unmittelbar mit der Abführöffnung und dem Innenvolumen der Kammer wechselwirken kann. Auf diese Weise wird ein besonders effizienter Wärmeeintrag gewährleistet, wodurch das Risiko eines Zufrierens der Abführöffnung minimiert wird. Bevorzugt weist zumindest eine der Elektroden einen scheibenringsegmentförmigen Teil auf, der sich um die Abführöffnung herum erstreckt. Vorzugsweise weist zumindest eine der Elektroden weisen einen sich in den Stutzen hineinerstreckenden Finger auf. Insbesondere gehen die Finger von dem oder den scheibenringsegmentförmigen Teilen ab. Auf diese Weise ist ein besonders effizientes Heizen des Bereichs um die Abführöffnung herum möglich.
Bevorzugt erstreckt sich die Wasserauffangkammer entlang zumindest der Hälfte der Gesamtlänge, bevorzugt zumindest zwei Drittel der Gesamtlänge eines Innenvolumens des Schalldämpfers, das durch die Wasserauffangkammer und der bzw. den Schalldämpfkammer(n) ausgebildet ist. Hierdurch wird die Aufnahmekapazität der Wasserauffangkammer begünstigt. Ferner kann ein kompakter Aufbau des Schalldämpfers realisiert werden.
Der Schalldämpfer kann jeweils im Bereich der Einlassöffnung und im Bereich der Auslassöffnung mit einen Stutzen versehen sein, an den ein Abgasleitungsabschnitt des Abgasstranges befestigt werden kann.
Vorzugsweise besteht das Gehäuse zu mindestens 50 Vol.-% aus einem Werkstoff, das einen Thermoplasten aufweist. Gemäß dem bereits vor- sowie dem weiter unten nachbeschriebenen wird die eingangs gestellte Aufgabe auch durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem weist eine Brennstoffzelle, einen von der Brennstoffzelle abgehenden Abgasstrang sowie ein in dem Abgasstrang installierten erfindungsgemäßen Schalldämpfer auf. Die vor- sowie nachbeschriebenen Vorteile des Schalldämpfers werden auf diese Weise für das Brennstoffzellensystem entsprechend realisiert.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorstehend erläuterten Ausgestaltungen der Erfindung jeweils für sich oder in einer beliebigen technisch sinnvollen Kombination auch untereinander jeweils mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche kombinierbar sind.
Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung sowie weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung lassen sich der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung und den Zeichnungen entnehmen. In den schematischen Figuren zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers in einer Schnittdarstellung;
Fig. 3 das Heizelement zum Beheizen der Trennwand aus Fig. 2 in einer
Draufsicht;
Fig. 4 das Heizelement zum Beheizen zum Beheizen der Abführöffnung aus Fig. 2 in einer detaillierten dreidimensionalen Darstellung. Gleich oder ähnlich wirkende Teile sind - sofern dienlich - mit identischen Be- zugsziffern versehen.
Einzelne technische Merkmale der nachbeschriebenen Ausführungsbeispiele können auch in Kombination mit vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sowie den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche und etwaiger weiterer Ansprüche zu erfindungsgemäßen Gegenständen kombiniert werden.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 2. Einer Brennstoffzelle 3, im vorliegenden Fall einer Wasser- stoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle, werden Wasserstoff 5 und sauerstoffhaltige Luft 6 zugeführt. Zur Zuführung der Luft 6 wird häufig ein Kompressor verwendet, dessen Betrieb mit einer erheblichen Geräuschentwicklung einhergeht. Im Abgasstrang 4 des Brennstoffzellensystems 2 ist ein erfindungsgemäßer Schalldämpfer 1 angeordnet. Eine Abgaszuleitung 4a befördert einen Abgasstrom S der Brennstoffzelle 1 zu dem Schalldämpfer 1 , während eine Abgasableitung 4a den entfeuchteten und geräuschverminderten Abgasstrom S von dem Schalldämpfer 1 weg befördert - z.B. hin zu einem Endrohr des Abgasstrangs 4.
Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schalldämpfers 1 für einen Abgasstrang 4 eines Brennstoffzellensystems 2 in einer Schnittdarstellung. Der Schalldämpfer 1 weist eine Einlassöffnung 11 und eine Auslassöffnung 12 aus, wobei ein Abgasstrom S des Brennstoffzellensystems 2 entlang eines Strömungspfades in einer Hauptströmungsrichtung R von der Einlassöffnung 11 zu der Auslassöffnung 12 strömen kann. Ferner weist der Schalldämpfer 1 eine Schalldämpfvorrichtung 20 zur Reduzierung eines Geräusches des Abgasstroms S auf, wobei die Schalldämpfvorrichtung 20 im vorliegenden Fall als Reflexionsschalldämpfer mit vier Schalldämpfkammern 21 a, 21 b, 21 c, 21 d ausgebildet ist, durch die sich ein perforiertes Rohr 22 erstreckt und die im Übrigen von drei Trennwänden 23a, 23b, 23c voneinander abgetrennt werden. Stromaufwärts der Schalldämpfvorrichtung 20 ist eine Wasserabscheidevorrichtung 30 zur Abtrennung von Wasser aus dem Abgasstrom S angeordnet, wobei die Wasserabscheidevorrichtung 30 zumindest eine Wasserabscheidekammer 31 aufweist. Der Schalldämpfer 1 weist ferner eine die Wasserabscheidekammer 31 teilweise umgebende Wasserauffangkammer 40 auf, die über eine Abflussöffnung 41 derart mit der Wasserabscheidekammer 31 in fluidleitender Verbindung steht, dass aus dem Abgasstrom S abgeschiedenes Wasser aus der Wasserabscheidekammer 31 , insbesondere gravitationsbedingt selbstständig, in die Wasserauffangkammer 40 abfließen und dort aufgefangen werden kann. Ferner weist der Schalldämpfer 1 eine Heizvorrichtung zum Beheizen zumindest eines Teils einer die Wasserauffangkammer 40 begrenzenden Wandung 43 auf, wobei die Heizvorrichtung im vorliegenden Fall zwei Heizelemente 61 , 62 aufweist.
Der Abgasstrom S kann von der Brennstoffzelle 3 über eine Abgaszuleitung 4a (Fig. 1 ) des Abgasstrangs 4, die an dem Einlassstutzen 16 des Schalldämpfers 1 befestigt werden kann, in den Schalldämpfer 1 geleitet werden. In der Wasserabscheidekammer 31 wird der Abgasstrom S durch das Prallelement 32 aufgeweitet, und kann somit an einer Innenfläche einer die Wasserabscheidekammer 31 begrenzenden Wandung 35 entlanggeführt werden, bevor der Abgasstrom S durch das stromabwärts angeordnete trichterförmige Leitelement 33 wieder verjüngt wird. Der Abgasstrom S wird dadurch an einer möglichst großen Fläche entlanggeführt, an der im Abgas enthaltenes Wasser kondensieren kann. Der Abgasstrom S wird in hohem Maße entfeuchtet, bevor der Abgasstrom S der Schalldämpfvorrichtung 20 zugeführt wird. Die Funktion der Schalldämpfvorrichtung 20 wird somit nicht durch zu große Feuchtigkeitsmengen beeinträchtigt. Ferner wird eine Geräuschentwicklung durch sich in der Schalldämpfvorrichtung 20 ansammelnde Feuchtigkeit vermieden. Das entfeuchtete und von Geräuschen befreite Abgas kann über eine Abgasableitung 4b (Fig. 1 ) des Abgasstrangs 3, die an dem Auslassstutzen 17 des Schalldämpfers 1 befestigt werden kann, von dem Schalldämpfer 1 weggeführt werden.
Das in der Wasserabscheidekammer 31 abgeschiedene Wasser kann über die Abflussöffnung 41 gravitationsbedingt (Gravitationsrichtung G) in die Wasserauffangkammer 40 fließen und dort aufgefangen werden. Weitere Öffnungen 41a-c erlauben darüber hinaus ein Abfließen von kondensiertem Wasser aus den Schalldämpfkammern 21 a-d in die Wasserauffangkammer. Teile der die Was- serauffangkammer 40 begrenzenden Wandung 43 sind mittels der Heizvorrichtung beheizbar, so dass das abgeschiedene bzw. aufgefangene Wasser auch bei tieferen Temperaturen nicht gefriert. Das in der Wasserauffangkammer 40 aufgefangene Wasser kann in einfacher Weise z.B. über eine Austrittsöffnung 42 aktiv - z.B. durch eine Pumpe - oder passiv - z.B. gravitationsbedingt selbstständig - aus der Wasserauffangkammer abgeführt werden.
Die Wasserauffangkammer 40 muss lediglich einen kleinen Bereich der Wasserabscheidekammer 31 umgeben - z.B. einen bezüglich der Gravitationsrichtung G unten liegenden Bereich, der sich aus einer Blickrichtung parallel zur Längsmittel- achse A etwa zwischen einer „5-Uhr-Position“ und einer „7-Uhr-Position“ befinden kann. Die Wasserauffangkammer 40 kann somit ein wesentlich geringeres Innenvolumen aufweisen als die Wasserabscheidekammer 31 .
Die die Wasserauffangkammer 40 begrenzende Wandung 43 bildet eine Trennwand 44 zwischen der Wasserabscheidekammer 31 und Wasserauffangkammer 40 aus. Die Heizvorrichtung weist ein Heizelement 61 zum Beheizen der Trennwand 44 auf, das im vorliegenden Fall im Wesentlichen die gesamte Trennwand 44 ausbildet. Auf diese Weise wird u.a. sichergestellt, dass die Abflussöffnung 41 sowie die weiteren Öffnungen 41 a-c ausreichend beheizt werden und auch bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen nicht zufrieren können.
Fig. 3 zeigt das Heizelement 61 zum Beheizen der Trennwand 44. Die Schnittdarstellung des Heizelements 61 in Fig. 2 entspricht dem Schnitt l-l. Das Heizelement 61 hat zwei metallische Elektroden 63a, 63b und einen zumindest teilweise zwischen den Elektroden 63a, 63b angeordneten und beide Elektroden 63a, 63b kontaktierenden Heizkörper 64, der als Heizwiderstand fungiert. Der Heizkörper 64 besteht aus einem polymerbasierten Werkstoff mit positivem Temperaturkoeffizienten. Auf diese Weise wird ein selbstregulierendes Heizelement 61 geschaffen. Dadurch kann das Heizelement 61 unmittelbar mit einer Spannungsquelle, z.B. einer 12V- oder 24V-Fahrzeugbatterie, kontaktiert werden, wobei auf eine separate Steuer- und/oder Regelvorrichtung zur Regulierung der Heizleistung verzichtet werden kann. Im vorliegenden Fall sind die Elektroden 63a, 63b zum Schutz vor Korrosion in dem Heizkörper 64 eingebettet.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, weist das Heizelement 61 zum Beheizen der Trennwand 44 eine erste, die Wasserauffangkammer 40 begrenzende Fläche 611 und eine zweite, die Wasserabscheidekammer 31 begrenzende Fläche 612 auf.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalldämpfers 1 erstreckt sich das von der Wasserabscheidekammer 31 und den Schalldämpfkammern 21 a, 21 b, 21 c, 21 d ausgebildete Innenvolumen 10 des Schalldämpfers 1 entlang der Längsmittelachse A des Schalldämpfers 1 und rotationssymmetrisch um die Längsmittelachse A. Das Innenvolumen 10 ist im Wesentlichen zylindrisch. Die Wasserabscheidevorrichtung 30 und die Schalldämpfervorrichtung 20 sind zentriert zu der Längsmittelachse A angeordnet. Dadurch wird eine gleichmäßige und geräuscharme Strömung des Abgasstromes begünstigt, da insbesondere auf einen Wechsel der Hauptströmungsrichtung R (Strömungsumkehr) verzichtet wird. Das vorteilhafte Strömungsverhalten wird auch dadurch begünstigt, dass die Eintrittsöffnung 11 und die Austrittsöffnung 12 zentriert zur Längsmittelachse A angeordnet sind. Zur Bereitstellung einer ausreichenden Aufnahmekapazität erstreckt sich die Wasserauffangkammer 40 im Wesentlichen entlang der Gesamtlänge L des Innenvolumens 10.
Der Schalldämpfer 1 weist ein Gehäuse 13 auf, das einen Großteil der Mantelfläche des zylindrischen Innenvolumens 10 sowie zusätzlich einen Teil der Wasserabscheidekammer 40 begrenzt. Mit anderen Worten begrenzt das Gehäuse 13 eine Kavität innerhalb des Schalldämpfers 1 , die von der Wasserabscheidekammer 31 , den Schalldämpfkammern 21 a, 21 b, 21 c, 21 d und der Wasserauffangkammer 40 ausgebildet wird. Das Gehäuse 13 bildet hierbei eine Aufnahme für die als separates Bauteil ausgebildete Trennwand 44 aus, wobei die in der Aufnahme aufgenommene (z.B. eingeschobene) Trennwand 44 die Kavität derart trennt, dass sich die Wasserabscheidekammer 31 und die Schalldämpfkammern 21 a-d auf der einen Seite und die Wasseraufnahmekammer 40 auf der anderen Seite befinden. Im vorliegenden Fall begrenzt das Gehäuse 13 zusätzlich auch eine einlassseitige Stirnseite der Kavität, während eine auslassseitige Stirnseite von einem separaten Deckel 15 begrenzt wird. Der Schalldämpfer 1 kann auf diese Weise besonders einfach hergestellt werden. Beispielsweise kann der Schalldämpfer 1 eine aus Modulen zusammenbaubar oder einstückig ausgebildete Struktur 14 aufweisen, die als Ganzes in das Gehäuse 13 einsetzbar ist, wobei die Struktur 14 zusammen mit dem Gehäuse 13 die Wasserabscheidevorrichtung 30 und die Schalldämpfvorrichtung 20 ausbildet. Zur Herstellung des Schalldämpfers kann somit die Trennwand 44 und die Struktur in das Gehäuse 13 eingeschoben werden und das Gehäuse 13 mit dem Deckel 15 verschlossen werden.
Die Wasserauffangkammer 40 hat eine Abführöffnung 42, über die aufgefangenes Wasser aus dem Schalldämpfer 1 , insbesondere gravitationsbedingt selbstständig, abgeführt werden kann. Die Heizvorrichtung weist ein Heizelement 62 zum Beheizen der Abführöffnung 42 auf, das die Abführöffnung 42 umgibt. Der Heizkörper 64 des Heizelements 62 zum Beheizen der Abführöffnung 42 bildet hierbei einen Teil der die Abführöffnung 42 umgebenden Wandung 43a aus. Überdies hat die Wasserauffangkammer 40 einen von der Abführöffnung 42 ragenden Abführstutzen 45, wobei das Heizkörper 64 zum Beheizen der Abführöffnung 42 den Abführstutzens 45 ausbildet. Auf diese Weise wird ein ausreichender Wärmeeintrag im Bereich der Abführöffnung 42 und des Abführstutzens 45 sichergestellt. Diese Bauteile könnten sonst auf aufgrund ihres relativ geringen Durchflussquerschnitts bei Umgebungstemperaturen nahe dem Gefrierpunkt verstopfen. Das in der Wasserauffangkammer 40 aufgefangene Wasser kann somit in zuverlässiger Weise aus dem Schalldämpfer 1 abgeführt werden.
Fig. 4 zeigt das Heizelement 62 zum Beheizen der Abführöffnung 42. Das Heizelement 62 hat zwei metallische Elektroden 63a, 63b und einen zumindest teilweise zwischen den Elektroden 63a, 63b angeordneten und beide Elektroden 63a, 63b kontaktierenden Heizkörper 64, der als Heizwiderstand fungiert. Der Heizkörper 64 besteht aus einem polymerbasierten Werkstoff mit positivem Temperaturkoeffizienten. Auf diese Weise wird ein selbstregulierendes Heizelement 62 geschaffen. Dadurch kann das Heizelement 62 unmittelbar mit einer Spannungsquelle, z.B. einer 12V- oder 24V-Fahrzeugbatterie, kontaktiert werden, wobei auf eine separate Steuer- und/oder Regelvorrichtung zur Regulierung der Heizleistung verzichtet werden kann. Im vorliegenden Fall sind die Elektroden 63a, 63b zum Schutz vor Korrosion in dem Heizkörper 64 eingebettet. Die Elektroden 63a, 63b weisen jeweils einen scheibenringsegmentförmigen Teil 631a, 631 b auf, der sich um die Abführöffnung herum erstreckt. Die Elektroden 63a, 63b weisen ferner jeweils mehrere Finger 632a, 632b auf, die sich in den Stutzen 45 hinein erstrecken. Die Finger 632a, 632b gehen in der vorliegenden Ausführungsform von den scheibenringsegmentförmigen Teilen 631 a, 631 b ab. Auf diese Weise ist ein besonders effizi- entes Heizen des Bereichs um die Abführöffnung 45 herum möglich.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Patentansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
1 Schalldämpfer
2 Brennstoffzellensystem
3 Brennstoffzelle
4 Abgasstrang
4a Abgaszuleitung des Abgasstrangs
4b Abgasableitung des Abgasstrangs
5 Wasserstoff
6 Luft
10 Innenvolumen des Schalldämpfers
11 Einlassöffnung
12 Auslassöffnung
13 Gehäuse des Schalldämpfers
14 Struktur des Schalldämpfers
15 Deckel des Schalldämpfers
16 Einlassstutzen des Schalldämpfers
17 Auslassstutzen des Schalldämpfers
20 Schalldämpfvorrichtung des Schalldämpfers
21a-d Schalldämpfkammem der Schalldämpfvorrichtung
22 perforiertes Rohr der Schalldämpfvorrichtung
23a-c Trennwände der Schalldämpfvorrichtung
30 Wasserabscheidevorrichtung
31 Wasserabscheidekammer der Wasserabscheidevorrichtung
32 Prallelement der Wasserabscheidevorrichtung
33 trichterförmiges Leitelement der Wasserabscheidevorrichtung
35 die Wasserabscheidekammer begrenzende Wandung
40 Wasserauffangkammer des Schalldämpfers
41 Abflussöffnung der Wasserauffangkammer
41 a-c Öffnungen der Wasserauffangkammer
42 Abführöffnung der Wasserauffangkammer
43 die Wasserauffangkammer begrenzende Wandung
43a die Abführöffnung umgebender Teil der Wandung
44 Trennwand zwischen Wasserauffangkammer und Wasserabscheidekammer
45 Abführstutzen
61 Heizelement zum Beheizen der Trennwand
62 Heizelement zum Beheizen der Abführöffnung 63a, 63b Elektroden der Heizelemente
631a, 631 b scheibenringsegmentförmiger Teil der Elektroden
632a, 632b Finger der Elektroden
64 Heizkörper der Heizelemente
A Längsmittelachse des Schalldämpfers
G Gravitationsrichtung
L Gesamtlänge des Innenvolumens
R Hauptströmungsrichtung des Abgasstromes S Abgasstrom

Claims

Patentansprüche
1 . Schalldämpfer (1 ) für einen Abgasstrang eines Brennstoffzellensystems (2) mit einer Einlassöffnung (11 ) und einer Auslassöffnung (12), wobei ein Abgasstrom (S) des Brennstoffzellensystems (2) entlang eines Strömungspfades von der Einlassöffnung (11 ) zu der Auslassöffnung (12) strömen kann, einer Schalldämpfvorrichtung (20) zur Reduzierung eines Geräusches des Abgasstroms (S), wobei die Schalldämpfvorrichtung (20) zumindest eine Schalldämpfkammer (21 a, 21 b, 21 c, 21 d) aufweist, einer stromaufwärts der Schalldämpfvorrichtung (20) angeordneten Wasserabscheidevorrichtung (30) zur Abtrennung von Wasser aus dem Abgasstrom (S), wobei die Wasserabscheidevorrichtung (30) zumindest eine Wasserabscheidekammer (31 ) aufweist, einer zumindest die Wasserabscheidekammer (31 ) zumindest teilweise umgebenden Wasserauffangkammer (40), die über eine Abflussöffnung (41 ) derart mit der Wasserabscheidekammer (31 ) in fluidleitender Verbindung steht, dass aus dem Abgasstrom (S) abgeschiedenes Wasser aus der Wasserabscheidekammer (31 ), insbesondere gravitationsbedingt selbstständig, in die Wasserauffangkammer (40) abfließen und dort aufgefangen werden kann, und einer Heizvorrichtung zum Beheizen zumindest eines Teils einer die Wasserauffangkammer (40) begrenzenden Wandung (43), wobei die Heizvorrichtung zumindest ein Heizelement (61 , 62) aufweist.
2. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das zumindest eine Heizelement (61 , 62) zwei metallische Elektroden (63a, 63b) und einen zumindest teilweise zwischen den Elektroden (63a, 63b) angeordneten und beide Elektroden (63a, 63b) kontaktierenden Heizkörper (64) aufweist, wobei der Heizkörper (64) einen polymerbasierten Werkstoff mit positivem Temperaturkoeffizienten aufweist. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 2, wobei die Elektroden (63a, 63b) in dem Heizkörper (64) eingebettet sind. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Heizkörper (64) einen Teil der die Wasserauffangkammer (40) begrenzenden Wandung
(43) ausbildet. Schalldämpfer (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die die Wasserauffangkammer (40) begrenzende Wandung (43) eine Trennwand
(44) zwischen der Wasserabscheidekammer (31 ) und Wasserauffangkammer (40) ausbildet, wobei die Heizvorrichtung ein Heizelement (61 ) zum Beheizen der Trennwand (44) aufweist, das einen Teil der Trennwand (44), bevorzugt den überwiegenden Teil der Trennwand (44), ausbildet. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 5, wobei das Heizelement (61 ) zum Beheizen der Trennwand (44) eine erste, die Wasserauffangkammer (40) begrenzende Fläche (611 ) und eine zweite, die Wasserabscheidekammer (31 ) begrenzende Fläche (612) aufweist. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 5 oder 6 mit einem Gehäuse (13), das eine Kavität innerhalb des Schalldämpfers (1 ) begrenzt und eine Aufnahme für die als separates Bauteil ausgebildete Trennwand (44) ausbildet, wobei die in der Aufnahme aufgenommene Trennwand (44) die Kavität zumindest in die Wasserabscheidekammer (31 ) und die Wasseraufnahmekammer (40) trennt. Schalldämpfer (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Wasserauffangkammer (40) eine Abführöffnung (42) aufweist, über die aufgefangenes Wasser aus dem Schalldämpfer (1 ), insbesondere gravitationsbedingt selbstständig, abgeführt werden kann, wobei die Heizvorrichtung ein Heizelement (62) zum Beheizen der Abführöffnung (42) aufweist, das die Abführöffnung (42) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, umgibt. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 8, wobei der Heizkörper des Heizelements (62) zum Beheizen der Abführöffnung (42) einen Teil der die Abführöffnung (42) umgebenden Wandung (43a) ausbildet. Schalldämpfer (1 ) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Wasserauffangkammer (40) einen von der Abführöffnung (42) ragenden Abführstutzen (45) aufweist, wobei das Heizkörper (64) zum Beheizen der Abführöffnung (42) zumindest einen Teil des Abführstutzens (45) ausbildet. Brennstoffzellensystem (2) mit einer Brennstoffzelle (3), einem von der Brennstoffzelle (3) abgehenden Abgasstrang (4) und einem in dem Abgasstrang (4) installierten Schalldämpfer (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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