WO2022012848A1 - Fuel cell system - Google Patents

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WO2022012848A1
WO2022012848A1 PCT/EP2021/066431 EP2021066431W WO2022012848A1 WO 2022012848 A1 WO2022012848 A1 WO 2022012848A1 EP 2021066431 W EP2021066431 W EP 2021066431W WO 2022012848 A1 WO2022012848 A1 WO 2022012848A1
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sprinkling
fuel cell
cell system
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PCT/EP2021/066431
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Richard BRÜMMER
Christian BÜRCK
Rainer Lutz
Jan Schultes
Thomas Strauss
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Mahle International Gmbh
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system which has a stack with at least one fuel cell, an exhaust gas system for discharging exhaust gas produced during operation of the stack, and a cooling device for cooling the stack.
  • a cathode gas and a fuel are supplied to the fuel cell.
  • Fuel cells are usually present as so-called stacks, in which several individual fuel cells are combined.
  • a cathode gas supply system and an exhaust system are provided in an associated fuel cell system for supplying the cathode gas and for discharging the exhaust gas produced during operation.
  • heat is generated which makes it necessary to cool the fuel cell, in particular the stack, as required.
  • a cooling device which has a circuit in which a coolant circulates in order to cool the stack.
  • DE 102016 106919 A1 discloses a method for operating a sprinkling device of a charge air cooler for an internal combustion engine of a motor vehicle, with the sprinkling of the charge air cooler with water depending on the temperatures in the associated motor vehicle.
  • Other sprinkler systems for motor vehicles are from DE 102008051 368 A1, US 4771822 A, US 4215753 A, KR 100634870 B1, DE 19637926 A1, US 5101775 A, US 6298809 B1, DE 2358631 A1,
  • a fuel cell system in a motor vehicle is known from DE 102017002 471 A1.
  • a condenser for condensing the exhaust gas is integrated in the exhaust system.
  • the condenser has a collection area in which the water that occurs when the exhaust gas condenses collects.
  • a cooling device for cooling the stack has a coolant cooler, with which the coolant circulating through a circuit is cooled, the coolant being used for cooling the stack.
  • the fuel cell system also has a sprinkling device with which the coolant cooler is sprinkled with water in order to increase the cooling capacity.
  • This water originates from the collection area of the condenser, with the sprinkler device being arranged below the collection area with respect to gravity, so that the water flows from the collection area in the direction of outlets of the sprinkler device due to gravity.
  • the conveyor of the sprinkling device is omitted.
  • the disadvantage here is that the sprinkling device is only supplied with water in this way if there is a corresponding relative arrangement of the coolant cooler to the collection area.
  • interruptions in the water supply to the sprinkler system can occur with corresponding positions of the associated motor vehicle.
  • the present invention is concerned with the task of improving or for a fuel cell system of the type mentioned above specify at least another embodiment which is characterized in particular by increased overall efficiency and/or a reduced space requirement.
  • the present invention is based on the general idea of using water present in a fuel cell system in the exhaust gas of a fuel cell with a sprinkling device for sprinkling a cooler for cooling the fuel cell and conveying the water in the direction of the cooler with the aid of a conveyor device, which is in the fuel cell system and/or in the associated area of application of the fuel cell system, it is also used to convey a gas in an application that is separate from the sprinkler system.
  • the application separate from the sprinkling device is a main application for the delivery device, ie one in which the delivery device primarily and primarily delivers a gas.
  • a conveying device provided specifically for the sprinkling device for conveying the water is therefore not necessary.
  • the sprinkling device and the fuel cell system can be operated in a more energy-efficient manner and at the same time can be provided with a smaller installation space requirement and a structure that is easier to adapt.
  • the cooler can be sprinkled as required, in particular independently of the relative position of individual components of the fuel cell system.
  • the gas conveyed by the conveying device is used to apply pressure to the water and thus to sprinkle the cooler.
  • the overall efficiency of the fuel cell system is increased with a reduced space requirement and an adaptable structure.
  • the fuel cell system has a stack with at least one fuel cell.
  • the fuel cell system has an exhaust gas system for discharging exhaust gas produced in the stack during operation.
  • the exhaust system has an integrated device for extracting water from the exhaust gas, which is also referred to below as a water separator. During operation, water is thus obtained from the exhaust gas, in particular separated, by means of the water separator.
  • the fuel cell system also has a cooling device for cooling the stack.
  • the cooling device has a circuit in which a coolant circulates during operation. The coolant serves to cool the stack. Consequently, the stack is integrated in the circuit, so that the coolant cools the stack during operation.
  • the cooler for cooling the coolant which is also referred to below as the coolant cooler.
  • the coolant cooler has at least one channel body, through which a flow path of the coolant, also referred to below as the coolant path, leads.
  • the at least one channel body is arranged in the flow path of a cooling gas, which is also referred to below as the cooling gas path.
  • the coolant path and the cooling gas path are fluidically separated from one another, so that during operation the coolant transfers fluidly separated from the cooling gas heat to the cooling gas and is thus cooled.
  • the fuel cell system also has the sprinkling device for introducing water into the cooling gas path.
  • the sprinkling device has at least one outlet opening into the coolant cooler, which is also referred to below as the sprinkling outlet.
  • the sprinkling outlet is arranged and/or designed in such a way that during operation water gets into the cooling gas path via the at least one sprinkling outlet.
  • the sprinkler device is also fluidically connected to the water separator in such a way that water passes from the water separator into the sprinkler device.
  • the sprinkling device has a feed path, which is also referred to below as Separator feed path is referred to, wherein the separator feed path is fluidly connected to the water separator.
  • the fuel cell system has the conveying device for conveying the water originating from the water separator in the direction of the at least one sprinkler outlet and thus for sprinkling the coolant cooler, which is also referred to below as the sprinkler conveying device.
  • the sprinkling device is also used to convey gas in an application separate from the sprinkling device.
  • the sprinkling delivery device is arranged in a service path of the application and during operation delivers gas through the service path, the service path being a flow path of the separate application, ie separate from the sprinkling device.
  • the main path serves to supply an application of the fuel cell system that is separate from the sprinkler system. Gas is branched off from the flow path on the pressure side of the sprinkling conveyor device and fed to the sprinkling device.
  • the sprinkling device has an associated supply path, also referred to below as the gas supply path, which branches off from the flow path on the pressure side of the sprinkling conveyor device and thus fluidly connects the flow path to the at least one sprinkling outlet, so that during operation gas from the flow path via the gas supply path water in the direction of the promotes at least one sprinkling outlet.
  • the gas supply path also referred to below as the gas supply path
  • the gas conveyed by the existing conveying device is partially branched off and fed to the sprinkler device in order to convey the water in the direction of the at least one sprinkler outlet.
  • the water separator can be configured in any way to recover water from the exhaust gas.
  • the water separator the exhaust gas condense to obtain water from the exhaust gas.
  • the water separator can therefore be a condenser or have a condenser.
  • the water with which the coolant cooler is sprinkled can also contain other components in addition to the water originating from the water separator.
  • the conveying of the water within the sprinkling device with the gas conveyed by the conveying device can result in the gas being admixed with the water and the cooler being sprinkled with water droplets, in particular mist and/or steam. This leads to an improved cooling performance of the cooler and a further increase in the efficiency of the fuel cell system.
  • the sprinkling device preferably has a plurality of sprinkling outlets. This results in improved and/or more even irrigating of the cooler.
  • the sprinkling outlets can be provided in a network and/or grid of the sprinkling device.
  • the sprinkler conveyor is preferably one that is required to operate the fuel cell system. This leads to a particularly simple and compact design of the fuel cell system with increased overall efficiency at the same time.
  • Embodiments are considered to be advantageous in which the sprinkling delivery device is one for delivering a gas supplied to the stack. This leads to a particularly compact design of the fuel cell system.
  • the sprinkling delivery device is preferably one for delivering a cathode gas to be supplied to the stack.
  • the fuel cell system has a cathode gas supply system for supplying the cathode gas, for example air and/or oxygen, to the stack.
  • the cathode gas supply system also has a conveyor device for conveying the cathode gas, which is integrated in the cathode gas supply system and is also referred to below as a cathode gas conveyor device.
  • the cathode gas delivery device is in particular a compressor for compressing the cathode gas.
  • the cathode gas conveying device corresponds to the sprinkler conveying device. Accordingly, the cathode gas conveying device is arranged in the main path. This means that the main path is defined and/or limited by the cathode gas supply system.
  • the gas supply path branches off from the cathode gas supply system.
  • the use of the cathode gas delivery device as a sprinkler delivery device also offers the advantage that the volume flow through the at least one sprinkler outlet is related to the volume flow through the cathode gas supply system.
  • Increased cooling of the stack is generally necessary when there are increased performance requirements for the stack and thus an increased demand for cathode gas from the stack.
  • the increased demand for cathode gas results from an increased delivery rate of the cathode gas delivery device, which in turn leads to increased sprinkling of the coolant cooler and consequently to increased cooling of the coolant. In this way, simple, reliable and needs-based cooling of the stack is achieved with improved overall efficiency.
  • the fuel cell system is used in a motor vehicle, it is conceivable to use a conveyor device of a braking system of the motor vehicle as the conveyor device arranged in the main path.
  • the sprinkling conveyor of a braking system conveyor of a Brake system of an associated motor vehicle corresponds.
  • the brake system delivery device primarily delivers gas, in particular air, for the brake system.
  • the fuel cell system in a motor vehicle, it is also conceivable to use a conveyor device of a tire filling system of the motor vehicle as the conveyor device arranged in the main path.
  • the sprinkler conveying device corresponds to a tire air conveying device of the tire inflation system. In that case it serves
  • Tire air conveying device as a sprinkler conveying device also for filling tires of the motor vehicle, especially in an emergency, for example in the event of damage, in particular a leak, to an associated tire.
  • the sprinkling device has a container for storing water originating from the water separator, which is also referred to below as a water container.
  • the water tank is expediently fluidically connected to the at least one sprinkling outlet, in particular to the separator feed path, so that water accumulating in the water separator can get into the water tank and be conveyed to the at least one sprinkling outlet with the gear pump.
  • the sprinkling device has a flow path that fluidly connects the water tank to the at least one sprinkling outlet, which flow path is also referred to below as the water supply path.
  • the sprinkling device can have the separator supply path fluidically connecting the water tank to the water separator and the water supply path fluidly connecting the water tank to the at least one sprinkling outlet.
  • the water tank makes it possible to collect water in the sprinkler system in order to use the collected water to sprinkle the coolant radiator when required.
  • the water tank thus allows the Irrigate the coolant cooler more independently of the water present directly in the exhaust gas and consequently leads to an improvement in the needs-based cooling of the stack.
  • the sprinkling conveying device applies pressure to the water supply path for sprinkling the coolant cooler.
  • the flow of water originating from the water separator into the water tank is independent of the sprinkler conveyor. Gravity can be used for this purpose, ie a gravitational flow of water from the water separator into the water tank.
  • the fuel cell system has a valve device for releasing and blocking flows in the sprinkler device.
  • the sprinkler system can thus be used variably and as required.
  • the valve device is therefore designed in such a way that it selectively opens and blocks at least one fluidic connection in the sprinkler system. Accordingly, the valve device has at least one valve.
  • the valve device has a valve which selectively blocks and releases the fluidic connection between the water tank and the at least one sprinkling outlet.
  • the valve hereinafter also referred to as the first valve
  • the first valve it is therefore possible either to spray the coolant cooler or to interrupt the spraying. In this way, the coolant and thus the stack can be cooled as required and variably.
  • the valve device has a valve which blocks a flow from the water container in the direction of the main path.
  • This valve also referred to below as the second valve, prevents water from getting into the main path during operation and being mixed with the gas flowing through the main path. This prevents unwanted ingress of water into the main path.
  • the second valve can in particular be a valve that can only be flowed through in one direction, for example a non-return valve.
  • the sprinkler device is additionally emptied of water with the aid of the valve device. This in particular prevents the water in the sprinkler device from freezing at low temperatures and leading to damage to the sprinkler device and/or the coolant cooler. Accordingly, the fuel cell system is designed accordingly.
  • the fuel cell system is configured such that it sets the valve device in a first emptying operation in such a way that the sprinkling conveyor device delivers water from the separator feed path in the direction of the exhaust system.
  • the valve device in a second emptying operation, is set in such a way that the sprinkler conveyor device conveys water from the water supply path in the direction of the at least one sprinkler outlet, with the separator supply path and the water supply path being emptied of water after the first and second emptying operations have been carried out. It goes without saying here that the first emptying operation and the second emptying operation can also be carried out in reverse order.
  • the water container can also be emptied of water when required.
  • the fuel cell system can be designed in such a way that the sprinkling conveyor device in the first Drainage operation also promotes water from the water tank in the direction of the exhaust system, so that the water tank and the consensus water supply path are emptied of water after the first drainage operation.
  • the fuel cell system empties the water container in an associated emptying operation, also referred to below as container emptying operation.
  • the valve device is set in such a way that the sprinkling delivery device delivers water from the water tank into the environment.
  • the fuel cell system in particular the sprinkling device, can have a flow path that fluidly connects the water tank to the environment, also referred to below as a drain path.
  • the valve device can have a valve arranged in the discharge path, also referred to below as the third valve.
  • the third valve is designed in such a way that it can selectively open and block the drain path.
  • the fuel cell system has a control device that is designed accordingly.
  • the control device is expediently connected in a communicating manner to the valve device, so that the control device adjusts the at least one valve of the valve device during operation.
  • the control device can be communicatively connected to the sprinkler conveyor device, so that the control device controls the sprinkler conveyor device during operation, and in particular can change the conveying capacity of the sprinkler conveyor device.
  • valves of the valve device can selectively release and block a flow.
  • releasing also means partial releasing. This means that at least two release states can be possible for each release, with which different volume flows and/or through-flow cross-sections can be released.
  • the fuel cell system can be part of a motor vehicle.
  • the stack is used in particular to drive the motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a fuel cell system with a sprinkling device
  • Fig. 2 is a partial view of the fuel cell system in the area
  • Fig. 3 is a partial view of the fuel cell system in the area
  • Fig. 4 is a partial view of the fuel cell system in the area
  • Fig. 5 is a partial view of the fuel cell system in the area
  • a fuel cell system 1, as shown for example in FIGS. 1 to 6, has a stack 2 with at least one fuel cell 3.
  • the fuel cell system 1 is used, for example, in a motor vehicle 4 , with the stack 2 being able to serve to drive the motor vehicle 4 .
  • the stack 2 usually has two or more fuel cells 3 .
  • the stack 2 requires a fuel and a cathode gas, such as air.
  • the fuel is supplied to the stack 2 via a fuel supply system that is not shown.
  • the cathode gas is fed to the stack 2 with the aid of a cathode gas feed system 5 .
  • the cathode gas supply system 5 has a conveying device 6 , which is also referred to below as a cathode gas conveying device 6 .
  • the cathode gas conveying device 6 can compress the cathode gas for conveying the cathode gas.
  • the cathode gas supply system 5 also preferably has a filter device 7 for filtering the cathode gas, as shown in particular in FIG.
  • exhaust gas that contains water, in particular steam, is produced. This exhaust gas is discharged using an exhaust system 17 of the fuel cell system 1 .
  • the cooling device 8 has a cooling circuit 9, shown only in simplified form in FIG. 1, through which a coolant circulates during operation.
  • the stack 2 is integrated into the circuit 9 in such a way that it is cooled by the coolant during operation.
  • the cooling device 8 has a cooler 10 which is also referred to below as a coolant cooler 10 .
  • the coolant cooler 10 is also integrated in the cooling circuit 9 and the coolant flows through it during operation.
  • the cooling device 8 expediently has further components, for example a conveying device 11 for conveying the coolant through the cooling circuit 9 , also called coolant conveying device 11 here, which are integrated in the cooling circuit 9 .
  • a cooling gas is used to cool the coolant, which flows through the coolant cooler 10 along an associated flow path 12 (cf. FIG. 1), also referred to below as the cooling gas path 12, fluidically separated from the coolant.
  • the coolant cooler 10 has at least one channel body 13, preferably a plurality of channel bodies 13, through which a flow path 14 of the coolant, also referred to below as the coolant path 14 (cf. FIG. 1), leads.
  • the at least one channel body 13 is arranged in the cooling gas path 12, so that in the coolant cooler 10 the coolant via the at least one channel body 13, fluidically separated from the cooling gas, transfers heat to the cooling gas and is thus cooled.
  • the fuel cell system 1 also has a sprinkling device 15, with which water is introduced into the cooling gas path 12 in the coolant cooler 10 and the coolant cooler 10, in particular the at least one channel body 13, is thus sprinkled.
  • the sprinkler device 15 has at least one outlet 16 which opens into the coolant cooler 10 and is also referred to below as the sprinkler outlet 16 .
  • the at least one sprinkler outlet 16 is expediently arranged in such a way that the water is introduced into the cooling gas path 12 upstream of the at least one channel body 13 with respect to the cooling gas path 12 .
  • the sprinkling device 15 has several such sprinkling outlets 16 . This results in a uniform and/or large-area distribution of the sprinkled water.
  • the water used for sprinkling to operate the sprinkling device 15 originates at least partially from the exhaust gas occurring in the stack 2 .
  • the fuel cell system 1 has an exhaust gas system 17 which is used to discharge the exhaust gas.
  • a device 18 for extracting, in particular separating, water from the exhaust gas is integrated into the exhaust system 17 and is also referred to below as a water separator 18 .
  • the water separator 18 can have, for example, a condenser 44 for condensing the exhaust gas or can be such a condenser 44 .
  • the sprinkler system 15 is connected to the water separator 18 via a flow path 19 fluidically connecting the water separator 18 to the sprinkler system 15, hereinafter also referred to as the separator feed path 19, so that the water obtained by the water separator 18 reaches the sprinkler system 15 via the separator feed path 19 and at least a sprinkling outlet 16 can be promoted.
  • a conveyor device 20 is used to convey the water in the direction of the at least one sprinkler outlet 16 , which is also referred to below as a sprinkler conveyor device 20 .
  • the sprinkling device 15 also has a container 21 for storing water, which is also referred to below as the water container 21 .
  • the separator feed path 19 fluidly connects the water separator 18 to the water tank 21 so that water can flow from the water separator 18 into the water tank 21 .
  • a flow path 22 connects the water tank 21 with the at least one sprinkling outlet 16, so that in the Operation, funded by the sprinkler conveyor 20, water via the flow path 22, hereinafter also referred to as water supply path 22, to which at least one sprinkler outlet 16 can flow.
  • the sprinkling delivery device 20 corresponds to an already existing delivery device 6, 23, 24 of the fuel cell system 1, in particular of the associated motor vehicle 4, with which a gas is delivered during operation.
  • the conveyor device 6, 20, 23, 24 is arranged in a flow path 25 of the associated application and, during operation, conveys a gas for the associated application.
  • the sprinkling device 15 has a pressure side with the Flauptpfad 25 of the conveyor 6, 20, 24, 25, d. H. flow path 26 which is connected downstream of the conveying device 6, 20, 23, 24 and thus branches off from the flow path 25, which is also referred to below as the gas supply path 26.
  • gas is thus conveyed into the sprinkler system 15 via the gas supply path 26 and thus conveys water in the sprinkler system 15 in the direction of the at least one sprinkler outlet 16.
  • the sprinkler conveyor device 20 corresponds to the cathode gas conveyor device 6. Accordingly, the flow path 25 is delimited and defined by the cathode gas feed system 5. Cathode gas is thus delivered to the stack 2 during operation of the cathode gas delivery device 6 . At the same time, the delivered cathode gas serves to introduce the water into the cooling gas path 12 via the at least one sprinkler outlet 16.
  • Figure 6 shows an embodiment in which the sprinkling conveyor 20 corresponds to the use of the fuel cell system 1 in an associated motor vehicle 4 of a brake system conveyor 23 of a brake system 29 for braking the motor vehicle 4, the brake system 29 with a gas, in particular with air, is operated.
  • the sprinkler conveyor device 20 can correspond to a tire air conveyor device 24 of the motor vehicle 4 .
  • tire air conveying device 24 is also used to fill at least one tire (not shown) of motor vehicle 4 with air, in particular for emergency filling of the tire, and is therefore a component of a tire inflation system 30 of motor vehicle 4.
  • the fuel cell system 1, in particular the sprinkler device 15, has a valve device 31 for controlling flows in the sprinkler device 15 in the exemplary embodiments shown.
  • the valve device 31 has a valve 32 which selectively opens and blocks the fluidic connection between the water tank 21 and the at least one sprinkling outlet 16 .
  • this valve 32 also referred to below as the first valve 32, it is therefore possible to selectively interrupt or allow the sprinkling of the coolant cooler 10.
  • the optional release can be multi-stage or stepless.
  • the valve device 31 also has a valve 33 which selectively enables and blocks the flow of gas between the main path 25 and the gas supply path 26 .
  • This valve 33 also referred to below as the second valve 33, is expediently arranged in the gas supply path 26.
  • a check valve 34 is also provided in the exemplary embodiments shown, which is expediently arranged in the gas supply path 26.
  • the valve device 31 also preferably has a valve 35 that selectively blocks and releases the separator feed path 19 and is also referred to below as the third valve 35 .
  • the third valve 35 can therefore selectively release and block a flow between the water separator 18 and the sprinkler conveyor device 20 .
  • the third valve 35 arranged in the separator feed path 19.
  • the first valve 33 can thus selectively block and release a fluidic connection to the main path 25 .
  • the fuel cell system 1 also has a control device 36, which is only indicated in FIG.
  • the control device 36 communicates with the valve device 31, in particular the valves 32, 33, 35, in order to control the valve device 31 and thus selectively enable or block the corresponding flows.
  • the second valve 33 is closed and the third valve 35 is opened in order to fill the water container 21 with water originating from the water separator 18 .
  • water obtained with the water separator 18 reaches the water tank 21, in particular by gravity.
  • the third valve 35 is closed, whereas the second valve 33 and the first valve 32 are opened.
  • the sprinkler conveying device 20 corresponding to the cathode gas conveying device 6 thus conveys cathode gas into the water tank 21 and, via the water tank 21 and the water supply path 22, water to the at least one sprinkler outlet 16.
  • the fuel cell system 1, in particular the sprinkler device 15 and the valve device 31, is designed in such a way that the sprinkler device 15 is emptied when water is required, in particular to prevent or at least to prevent water from freezing to reduce.
  • the second valve 33 is designed as a three-way valve 37 for this purpose, in comparison to the exemplary embodiment shown in FIG.
  • an additional flow path 38 provided which, bypassing the water tank 21, connects the main path 25 to the separator feed path 19.
  • This flow path 38 also referred to below as the bypass flow path 38, connects the separator feed path 19 to the main path 25 via the second valve 33.
  • the valve device 31 is set in a first emptying operation in such a way that the sprinkler conveyor system 20 draws water from the separator feed path 19 to the exhaust system 17, in particular to the water separator 18 promotes.
  • the fluidic connection between the main path 25 and the bypass path 38 is released via the second valve 33 .
  • the third valve 35 is opened.
  • the valve device 31 is set in such a way that the sprinkler conveyor device 20 conveys water from the water supply path 22 in the direction of the at least one sprinkler outlet 16 .
  • the third valve 35 is blocked, the first valve 32 is opened and the second valve 33 is set in such a way that gas from the main path 5 pumps the water present in the water supply path 22 out of the at least one sprinkling outlet 16 .
  • the water present in the water tank 21 can also be emptied in the first emptying operation and/or in the second emptying operation.
  • the first emptying operation the water is conveyed in the direction of the exhaust system 17 .
  • the second emptying operation the water in the water tank 21 is conveyed via the water supply path 22 in the direction of the at least one sprinkler outlet 16 .
  • no bypass path 38 is provided in comparison to the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the second valve 33 is designed as a simple valve.
  • the sprinkling device 15 has a discharge path 39 for discharging im Water tank 21 stored water in the environment.
  • the drain path 39 is thus separate from the water supply path 22 .
  • a further valve 40 of the valve device 31 also referred to below as the fourth valve 40 , is arranged in the discharge path 39 .
  • the fourth valve 40 is closed and is only opened to empty the water tank 21 . This can be done by opening the fourth valve 40 either in the first and/or second emptying mode.
  • valve device 31 is adjusted in such a way that the sprinkling conveyor device 20 conveys water from the water tank 21 into the environment.
  • the fourth valve 40 is opened, the first valve 32 and the third valve 35 are closed and the second valve 33 is opened.
  • the sprinkling device 15 can be emptied independently of the sprinkling device 15 by the conveying device 6 , 23 , 24 arranged in the main path 25 .
  • an emptying path 41 is fluidically connected to the main path 25 on the pressure side of the conveying device 6 , 23 , 24 , with a check valve 34 preferably being arranged in the emptying path 41 to prevent a flow in the direction of the main path 25 .
  • a valve 42 of the valve device 31, which is generally referred to below as a drain valve 42 and can correspond to one of the valves 32, 33, 35 mentioned above, can be arranged in the drain path 41.

Abstract

The present invention relates to a fuel cell system (1) comprising a stack (2) which has at least one fuel cell (3). The fuel cell system (1) also has a cooling device (8) for cooling the stack (2), said cooling device cooling the stack (2) using a coolant and having a coolant cooler (10) for cooling the coolant, wherein the coolant cooler (10) is sprinkled with water with the aid of a sprinkler device (15). The fact that the water of the sprinkler device (15) is removed from the exhaust gas produced during operation of the stack (2) results in increased overall efficiency and a flexible and space-saving use of the fuel cell system (1), wherein a sprinkler conveying device (20) corresponds to a conveying device (6, 23, 24) which is already present for conveying a gas in an application separate from the sprinkler device (25).

Description

Brennstoffzellensystem fuel cell system
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, welches einen Stack mit zumindest einer Brennstoffzelle, eine Abgasanlage zum Abführen von im Betrieb des Stacks entstehendem Abgas sowie eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Stacks aufweist. The present invention relates to a fuel cell system which has a stack with at least one fuel cell, an exhaust gas system for discharging exhaust gas produced during operation of the stack, and a cooling device for cooling the stack.
Im Betrieb einer Brennstoffzelle werden der Brennstoffzelle ein Kathodengas und ein Brennstoff zugeführt. Dabei entsteht ein wasserhaltiges Abgas. Brennstoffzellen liegen üblicherweise als sogenannte Stacks vor, in denen mehrere einzelne Brennstoffzellen zusammengefasst sind. Zum Zuführen des Kathodengases und zum Abführen des im Betrieb entstehenden Abgases sind in einem zugehörigen Brennstoffzellensystem eine Kathodengaszuführanlage sowie eine Abgasanlage vorgesehen. Im Betrieb der Brennstoffzellen entsteht dabei Wärme, die eine bedarfsgerechte Kühlung der Brennstoffzelle, insbesondere des Stacks, erforderlich macht. Zu diesem Zweck ist es bekannt, das Brennstoffzellensystem mit einer Kühleinrichtung auszustatten, welche einen Kreislauf aufweist, in dem ein Kühlmittel zirkuliert, um den Stack zu kühlen. During operation of a fuel cell, a cathode gas and a fuel are supplied to the fuel cell. This produces a water-containing exhaust gas. Fuel cells are usually present as so-called stacks, in which several individual fuel cells are combined. A cathode gas supply system and an exhaust system are provided in an associated fuel cell system for supplying the cathode gas and for discharging the exhaust gas produced during operation. When the fuel cells are in operation, heat is generated which makes it necessary to cool the fuel cell, in particular the stack, as required. For this purpose it is known to equip the fuel cell system with a cooling device which has a circuit in which a coolant circulates in order to cool the stack.
Es ist bekannt, zur Erhöhung der Kühlleistung eines Kühlers den Kühler mit Wasser zu berieseln. In der DE 102016 106919 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Berieselungseinrichtung eines Ladeluftkühlers für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs offenbart, wobei die Berieselung des Ladeluftkühlers mit Wasser abhängig von Temperaturen im zugehörigen Kraftfahrzeug erfolgt. Weitere Berieselungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge sind aus DE 102008051 368 A1 , US 4771822 A, US 4215753 A, KR 100634870 B1 , DE 19637926 A1 , US 5101775 A, US 6298809 B1 , DE 2358631 A1 , It is known to sprinkle the cooler with water in order to increase the cooling capacity of a cooler. DE 102016 106919 A1 discloses a method for operating a sprinkling device of a charge air cooler for an internal combustion engine of a motor vehicle, with the sprinkling of the charge air cooler with water depending on the temperatures in the associated motor vehicle. Other sprinkler systems for motor vehicles are from DE 102008051 368 A1, US 4771822 A, US 4215753 A, KR 100634870 B1, DE 19637926 A1, US 5101775 A, US 6298809 B1, DE 2358631 A1,
US 4494384 A, DE 102017209735 A1 , DE 11 2007001 422 B4, FR 2833803 A1 und DE 102010036502 A1 bekannt. Diese Berieselungseinrichtungen weisen jeweils eine zugehörige Fördereinrichtung, insbesondere Pumpe, zum Fördern des Wassers innerhalb der Berieselungseinrichtung auf. Dies führt zu einer Erhöhung der Kosten zum Fierstellen der Berieselungseinrichtung und zu einem erhöhten Energiebedarf. Zudem benötigt die Berieselungseinrichtung einen erhöhten Bauraum und reduziert somit auch die Gestaltungsmöglichkeiten der Berieselungseinrichtung. US 4494384 A, DE 102017209735 A1, DE 11 2007001 422 B4, FR 2833803 A1 and DE 102010036502 A1. These sprinkling devices each have an associated conveying device, in particular a pump, for conveying the water within the sprinkling device. This leads to an increase in the cost of installing the sprinkler system and to an increased energy requirement. In addition, the sprinkler system requires more installation space and thus also reduces the design options for the sprinkler system.
Ein Brennstoffzellensystem in einem Kraftfahrzeug ist aus der DE 102017002 471 A1 bekannt. Hierbei ist in der Abgasanlage ein Kondensator zum Kondensieren des Abgases eingebunden. Der Kondensator weist einen Sammelbereich auf, in welchem sich beim Kondensieren des Abgases anfallendes Wasser sammelt. Eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Stacks weist einen Kühlmittelkühler auf, mit dem das durch einen Kreislauf zirkulierende Kühlmittel gekühlt wird, wobei das Kühlmittel zum Kühlen des Stacks eingesetzt wird. Das Brennstoffzellensystem weist zudem eine Berieselungseinrichtung auf, mit der der Kühlmittelkühler mit Wasser berieselt wird, um die Kühlleistung zu erhöhen. A fuel cell system in a motor vehicle is known from DE 102017002 471 A1. A condenser for condensing the exhaust gas is integrated in the exhaust system. The condenser has a collection area in which the water that occurs when the exhaust gas condenses collects. A cooling device for cooling the stack has a coolant cooler, with which the coolant circulating through a circuit is cooled, the coolant being used for cooling the stack. The fuel cell system also has a sprinkling device with which the coolant cooler is sprinkled with water in order to increase the cooling capacity.
Dieses Wasser stammt aus dem Sammelbereich des Kondensators, wobei die Berieselungseinrichtung bezüglich der Schwerkraft unterhalb des Sammelbereiches angeordnet ist, sodass das Wasser aus dem Sammelbereich gravitationsbedingt in Richtung von Auslässen der Berieselungseinrichtung strömt. Somit entfällt die Fördereinrichtung der Berieselungseinrichtung. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Berieselungseinrichtung auf diese Weise lediglich dann mit Wasser versorgt wird, wenn eine entsprechende relative Anordnung des Kühlmittelkühlers zum Sammelbereich gegeben ist. Zudem können bei entsprechenden Stellungen des zugehörigen Kraftfahrzeugs Unterbrechungen der Wasserversorgung der Berieselungseinrichtung auftreten. This water originates from the collection area of the condenser, with the sprinkler device being arranged below the collection area with respect to gravity, so that the water flows from the collection area in the direction of outlets of the sprinkler device due to gravity. Thus, the conveyor of the sprinkling device is omitted. The disadvantage here, however, is that the sprinkling device is only supplied with water in this way if there is a corresponding relative arrangement of the coolant cooler to the collection area. In addition, interruptions in the water supply to the sprinkler system can occur with corresponding positions of the associated motor vehicle.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für ein Brennstoffzellensystem der vorstehend genannten Art eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Gesamteffizienz und/oder einen reduzierten Bauraumbedarf auszeichnet. The present invention is concerned with the task of improving or for a fuel cell system of the type mentioned above specify at least another embodiment which is characterized in particular by increased overall efficiency and/or a reduced space requirement.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. According to the invention, this object is achieved by the subject matter of independent claim 1 . Advantageous embodiments are the subject matter of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem Brennstoffzellensystem im Abgas einer Brennstoffzelle vorhandenes Wasser mit einer Berieselungseinrichtung zum Berieseln eines Kühlers zum Kühlen der Brennstoffzelle einzusetzen und das Wasser mit Hilfe einer Fördereinrichtung in Richtung des Kühlers zu fördern, welche im Brennstoffzellensystem und/oder im zugehörigen Einsatzbereich des Brennstoffzellensystems zudem zum Fördern eines Gases in einer von der Berieselungseinrichtung separaten Anwendung zum Einsatz kommt. Insbesondere handelt es sich bei der von der Berieselungseinrichtung separaten Anwendung um eine Hauptanwendung für die Fördereinrichtung, also einer solchen, in der die Fördereinrichtung hauptsächlich und vordergründig ein Gas fördert. Somit ist eine eigens für die Berieselungseinrichtung vorgesehene Fördereinrichtung zum Fördern des Wassers nicht notwendig. Folglich können die Berieselungseinrichtung und das Brennstoffzellensystem energieeffizienter betrieben werden und zugleich mit einem geringeren Bauraumbedarf und einem vereinfacht anpassungsfähigem Aufbau bereitgestellt werden. Zugleich kann der Kühler bedarfsgerecht, insbesondere unabhängig von der relativen Lage einzelner Bestandteile des Brennstoffzellensystems, berieselt werden. Das mit der Fördereinrichtung geförderte Gas wird dabei eingesetzt, um das Wasser mit Druck zu beaufschlagen und somit den Kühler zu berieseln. Folglich wird die Gesamteffizienz des Brennstoffzellensystems bei zugleich reduziertem Bauraumbedarf und anpassungsfähigem Aufbau gesteigert. Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist das Brennstoffzellensystem einen Stack mit zumindest einer Brennstoffzelle auf. Zudem weist das Brennstoffzellensystem eine Abgasanlage zum Abführen von im Betrieb im Stack entstehendem Abgas auf. Die Abgasanlage weist eine eingebundene Einrichtung zum Gewinnen von Wasser aus dem Abgases auf, die nachfolgend auch als Wasserabscheider bezeichnet wird. Im Betrieb wird also mittels des Wasserabscheiders Wasser aus dem Abgas gewonnen, insbesondere abgeschieden. Das Brennstoffzellensystem weist ferner eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Stacks auf. Die Kühleinrichtung weist einen Kreislauf auf, in welchem im Betrieb ein Kühlmittel zirkuliert. Das Kühlmittel dient dem Kühlen des Stacks. Folglich ist der Stack im Kreislauf eingebunden, sodass das Kühlmittel den Stack im Betrieb kühlt. Im Kreislauf ist ferner der Kühler zum Kühlen des Kühlmittels eingebunden, der nachfolgend auch als Kühlmittelkühler bezeichnet wird. Der Kühlmittelkühler weist zumindest einen Kanalkörper auf, durch den ein Strömungspfad des Kühlmittels, nachfolgend auch Kühlmittelpfad genannt, führt. Zudem ist der zumindest eine Kanalkörper im Strömungspfad eines Kühlgases angeordnet, der nachfolgend auch als Kühlgaspfad bezeichnet wird. Dabei sind der Kühlmittelpfad und der Kühlgaspfad fluidisch voneinander getrennt, sodass im Betrieb das Kühlmittel vom Kühlgas fluidisch getrennt Wärme auf das Kühlgas überträgt und somit gekühlt wird. Das Brennstoffzellensystem weist ferner die Berieselungseinrichtung zum Einbringen von Wasser in den Kühlgaspfad auf. Die Berieselungseinrichtung weist zu diesem Zweck zumindest einen in den Kühlmittelkühler mündenden Auslass auf, der nachfolgend auch als Berieselungsauslass bezeichnet wird. Der Berieselungsauslass ist derart angeordnet und/oder ausgestaltet, dass im Betrieb über den zumindest einen Berieselungsauslass Wasser in den Kühlgaspfad gelangt. Die Berieselungseinrichtung ist ferner fluidisch mit dem Wasserabscheider so verbunden, dass Wasser aus dem Wasserabscheider in die Berieselungseinrichtung gelangt. Zu diesem Zweck weist die Berieselungseinrichtung einen Zuführpfad auf, der nachfolgend auch als Abscheiderzuführpfad bezeichnet wird, wobei der Abscheiderzuführpfad fluidisch mit dem Wasserabscheider verbunden ist. Zum Fördern des aus dem Wasserabscheider stammenden Wasser in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses und somit zum Berieseln des Kühlmittelkühlers weist das Brennstoffzellensystem die Fördereinrichtung auf, welche nachfolgend auch als Berieselungsfördereinrichtung bezeichnet wird. Die Berieselungseinrichtung dient ferner dem Fördern von Gas in einer von der Berieselungseinrichtung separaten Anwendung. Zu diesem Zweck ist die Berieselungsfördereinrichtung in einem Flauptpfad der Anwendung angeordnet ist fördert im Betrieb Gas durch den Flauptpfad fördert, wobei der Flauptpfad ein Strömungspfad der separaten Anwendung, also von der Berieselungseinrichtung separat ist. Der Flauptpfad dient der Versorgung einer von der Berieselungseinrichtung separaten Anwendung des Brennstoffzellensystems. Dabei wird Gas druckseitig der Berieselungsfördereinrichtung vom Flauptpfad abgezweigt und der Berieselungseinrichtung zugeführt. Zu diesem Zweck weist die Berieselungseinrichtung einen zugehörigen Zuführpfad, nachfolgend auch Gaszuführpfad genannt, auf, der druckseitig der Berieselungsfördereinrichtung vom Flauptpfad abzweigt und den Flauptpfad somit fluidisch mit dem zumindest einen Berieselungsauslass verbindet, sodass im Betrieb Gas aus dem Flauptpfad über den Gaszuführpfad Wasser in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslass fördert. The present invention is based on the general idea of using water present in a fuel cell system in the exhaust gas of a fuel cell with a sprinkling device for sprinkling a cooler for cooling the fuel cell and conveying the water in the direction of the cooler with the aid of a conveyor device, which is in the fuel cell system and/or in the associated area of application of the fuel cell system, it is also used to convey a gas in an application that is separate from the sprinkler system. In particular, the application separate from the sprinkling device is a main application for the delivery device, ie one in which the delivery device primarily and primarily delivers a gas. A conveying device provided specifically for the sprinkling device for conveying the water is therefore not necessary. Consequently, the sprinkling device and the fuel cell system can be operated in a more energy-efficient manner and at the same time can be provided with a smaller installation space requirement and a structure that is easier to adapt. At the same time, the cooler can be sprinkled as required, in particular independently of the relative position of individual components of the fuel cell system. The gas conveyed by the conveying device is used to apply pressure to the water and thus to sprinkle the cooler. As a result, the overall efficiency of the fuel cell system is increased with a reduced space requirement and an adaptable structure. According to the idea of the invention, the fuel cell system has a stack with at least one fuel cell. In addition, the fuel cell system has an exhaust gas system for discharging exhaust gas produced in the stack during operation. The exhaust system has an integrated device for extracting water from the exhaust gas, which is also referred to below as a water separator. During operation, water is thus obtained from the exhaust gas, in particular separated, by means of the water separator. The fuel cell system also has a cooling device for cooling the stack. The cooling device has a circuit in which a coolant circulates during operation. The coolant serves to cool the stack. Consequently, the stack is integrated in the circuit, so that the coolant cools the stack during operation. Also included in the circuit is the cooler for cooling the coolant, which is also referred to below as the coolant cooler. The coolant cooler has at least one channel body, through which a flow path of the coolant, also referred to below as the coolant path, leads. In addition, the at least one channel body is arranged in the flow path of a cooling gas, which is also referred to below as the cooling gas path. In this case, the coolant path and the cooling gas path are fluidically separated from one another, so that during operation the coolant transfers fluidly separated from the cooling gas heat to the cooling gas and is thus cooled. The fuel cell system also has the sprinkling device for introducing water into the cooling gas path. For this purpose, the sprinkling device has at least one outlet opening into the coolant cooler, which is also referred to below as the sprinkling outlet. The sprinkling outlet is arranged and/or designed in such a way that during operation water gets into the cooling gas path via the at least one sprinkling outlet. The sprinkler device is also fluidically connected to the water separator in such a way that water passes from the water separator into the sprinkler device. For this purpose, the sprinkling device has a feed path, which is also referred to below as Separator feed path is referred to, wherein the separator feed path is fluidly connected to the water separator. The fuel cell system has the conveying device for conveying the water originating from the water separator in the direction of the at least one sprinkler outlet and thus for sprinkling the coolant cooler, which is also referred to below as the sprinkler conveying device. The sprinkling device is also used to convey gas in an application separate from the sprinkling device. For this purpose, the sprinkling delivery device is arranged in a service path of the application and during operation delivers gas through the service path, the service path being a flow path of the separate application, ie separate from the sprinkling device. The main path serves to supply an application of the fuel cell system that is separate from the sprinkler system. Gas is branched off from the flow path on the pressure side of the sprinkling conveyor device and fed to the sprinkling device. For this purpose, the sprinkling device has an associated supply path, also referred to below as the gas supply path, which branches off from the flow path on the pressure side of the sprinkling conveyor device and thus fluidly connects the flow path to the at least one sprinkling outlet, so that during operation gas from the flow path via the gas supply path water in the direction of the promotes at least one sprinkling outlet.
Im Betrieb des Brennstoffzellensystem wird insbesondere das durch die vorhandene Fördereinrichtung geförderte Gas teilweise abgezweigt und der Berieselungseinrichtung zugeführt, um somit das Wasser in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses zu fördern. During operation of the fuel cell system, in particular the gas conveyed by the existing conveying device is partially branched off and fed to the sprinkler device in order to convey the water in the direction of the at least one sprinkler outlet.
Der Wasserabscheider kann zum Gewinnen von Wasser aus dem Abgas beliebig ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Wasserabscheider das Abgas kondensieren, um aus dem Abgas Wasser zu gewinnen. Der Wasserabscheider kann also ein Kondensator sein oder einen Kondensator aufweisen. The water separator can be configured in any way to recover water from the exhaust gas. In particular, the water separator, the exhaust gas condense to obtain water from the exhaust gas. The water separator can therefore be a condenser or have a condenser.
Es versteht sich, dass das Wasser, mit dem der Kühlmittelkühler berieselt wird, außer dem vom Wasserabscheider stammenden Wasser auch andere Bestandteile enthalten kann. It goes without saying that the water with which the coolant cooler is sprinkled can also contain other components in addition to the water originating from the water separator.
Das Fördern des Wassers innerhalb der Berieselungseinrichtung mit dem von der Fördereinrichtung geförderten Gas kann dazu führen, dass das Gas dem Wasser beigemischt wird und der Kühler somit mit Wassertropfen, insbesondere Dunst und/oder Dampf, berieselt wird. Dies führt zu einer verbesserten Kühlleitung des Kühlers und einerweiteren Effizienzsteigerung des Brennstoffzellensystems. The conveying of the water within the sprinkling device with the gas conveyed by the conveying device can result in the gas being admixed with the water and the cooler being sprinkled with water droplets, in particular mist and/or steam. This leads to an improved cooling performance of the cooler and a further increase in the efficiency of the fuel cell system.
Die Berieselungseinrichtung weist bevorzugt mehrere Berieselungsauslässe auf. Dies führt zu einem verbesserten und/oder gleichmäßigerem Berieseln des Kühlers. Die Berieselungsauslässe können dabei in einem Netz und/oder Gitter der Berieselungseinrichtung vorgesehen sein. The sprinkling device preferably has a plurality of sprinkling outlets. This results in improved and/or more even irrigating of the cooler. The sprinkling outlets can be provided in a network and/or grid of the sprinkling device.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen als Berieselungsfördereinrichtung eine bereits im Brennstoffzellensystem vorhandene Fördereinrichtung zum Fördern eines Gases zum Einsatz kommt. Das heißt, dass die Berieselungsfördereinrichtung bevorzugt eine solche ist, die zum Betreiben des Brennstoffzellensystems benötigt wird. Dies führt zu einer besonders einfachen und kompakten Ausbildung des Brennstoffzellensystems bei zugleich erhöhter Gesamteffizienz. Particular preference is given to embodiments in which a delivery device for delivering a gas that is already present in the fuel cell system is used as the sprinkling delivery device. That is, the sprinkler conveyor is preferably one that is required to operate the fuel cell system. This leads to a particularly simple and compact design of the fuel cell system with increased overall efficiency at the same time.
Als vorteilhaft gelten dabei Ausführungsformen, bei denen die Berieselungsfördereinrichtung eine solche zum Fördern eines dem Stack zugeführten Gases ist. Dies führt zu einer besonderes kompakten Ausbildung des Brennstoffzellensystems. Bevorzugt ist die Berieselungsfördereinrichtung eine solche zum Fördern eines dem Stack zuzuführenden Kathodengases. Das Brennstoffzellensystem weist dabei eine Kathodengaszuführanlage zum Zuführen des Kathodengases, beispielsweise von Luft und/oder Sauerstoff, zum Stack auf. Die Kathodengaszuführanlage weist ferner eine Fördereinrichtung zum Fördern des Kathodengases auf, die in der Kathodengaszuführanlage eingebunden ist und nachfolgend auch als Kathodengasfördereinrichtung bezeichnet wird. Die Kathodengasfördereinrichtung ist insbesondere ein Verdichter zum Verdichten des Kathodengases. Dabei entspricht die Kathodengasfördereinrichtung der Berieselungsfördereinrichtung. Dementsprechend ist die Kathodengasfördereinrichtung im Hauptpfad angeordnet. Das heißt, dass der Hauptpfad durch die Kathodengaszuführanlage definiert und/oder begrenzt ist.Embodiments are considered to be advantageous in which the sprinkling delivery device is one for delivering a gas supplied to the stack. This leads to a particularly compact design of the fuel cell system. The sprinkling delivery device is preferably one for delivering a cathode gas to be supplied to the stack. The fuel cell system has a cathode gas supply system for supplying the cathode gas, for example air and/or oxygen, to the stack. The cathode gas supply system also has a conveyor device for conveying the cathode gas, which is integrated in the cathode gas supply system and is also referred to below as a cathode gas conveyor device. The cathode gas delivery device is in particular a compressor for compressing the cathode gas. In this case, the cathode gas conveying device corresponds to the sprinkler conveying device. Accordingly, the cathode gas conveying device is arranged in the main path. This means that the main path is defined and/or limited by the cathode gas supply system.
Das heißt ferner, dass der Gaszuführpfad von der Kathodengaszuführanlage abzweigt. Die Verwendung der Kathodengasfördereinrichtung als Berieselungsfördereinrichtung bietet ferner den Vorteil, dass der Volumenstrom durch den zumindest einen Berieselungsauslass mit dem Volumenstrom durch die Kathodengaszuführanlage zusammenhängt. Eine erhöhte Kühlung des Stacks ist in der Regel bei erhöhten Leistungsanforderungen an den Stack und somit einem erhöhten Bedarf des Stacks an Kathodengas notwendig. Der erhöhte Bedarf an Kathodengas erfolgt durch eine erhöhte Förderleistung der Kathodengasfördereinrichtung, die wiederum zu einem verstärkten Berieseln des Kühlmittelkühlers und folglich einer erhöhten Kühlung des Kühlmittels führt. Somit ist bei einer verbesserten Gesamteffizienz eine einfache, zuverlässige sowie bedarfsgerechte Kühlung des Stacks realisiert. This also means that the gas supply path branches off from the cathode gas supply system. The use of the cathode gas delivery device as a sprinkler delivery device also offers the advantage that the volume flow through the at least one sprinkler outlet is related to the volume flow through the cathode gas supply system. Increased cooling of the stack is generally necessary when there are increased performance requirements for the stack and thus an increased demand for cathode gas from the stack. The increased demand for cathode gas results from an increased delivery rate of the cathode gas delivery device, which in turn leads to increased sprinkling of the coolant cooler and consequently to increased cooling of the coolant. In this way, simple, reliable and needs-based cooling of the stack is achieved with improved overall efficiency.
Kommt das Brennstoffzellensystem in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, ist es vorstellbar, als im Hauptpfad angeordnete Fördereinrichtung eine solche einer Bremsanlage des Kraftfahrzeugs einzusetzen. Das heißt, dass die Berieselungsfördereinrichtung einer Bremsanlagenfördereinrichtung einer Bremsanlage eines zugehörigen Kraftfahrzeugs entspricht. In diesem Fall fördert also die Bremsanlagenfördereinrichtung primär Gas, insbesondere Luft, für die Bremsanlage. If the fuel cell system is used in a motor vehicle, it is conceivable to use a conveyor device of a braking system of the motor vehicle as the conveyor device arranged in the main path. This means that the sprinkling conveyor of a braking system conveyor of a Brake system of an associated motor vehicle corresponds. In this case, the brake system delivery device primarily delivers gas, in particular air, for the brake system.
Beim Einsatz des Brennstoffzellensystems in einem Kraftfahrzeug ist auch vorstellbar, als im Hauptpfad angeordnete Fördereinrichtung eine solche einer Reifenbefüllungsanlage des Kraftfahrzeugs einzusetzen. Das heißt, dass die Berieselungsfördereinrichtung einer Reifenluftfördereinrichtung der Reifenbefüllungsanlage entspricht. In dem Fall dient derWhen using the fuel cell system in a motor vehicle, it is also conceivable to use a conveyor device of a tire filling system of the motor vehicle as the conveyor device arranged in the main path. This means that the sprinkler conveying device corresponds to a tire air conveying device of the tire inflation system. In that case it serves
Reifenluftfördereinrichtung als Berieselungsfördereinrichtung zudem dem Befüllen von Reifen des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Notfall, beispielsweise bei einer Beschädigung, insbesondere einem Leck, eines zugehörigen Reifens. Tire air conveying device as a sprinkler conveying device also for filling tires of the motor vehicle, especially in an emergency, for example in the event of damage, in particular a leak, to an associated tire.
Bei vorteilhaften Ausführungsformen weist die Berieselungseinrichtung einen Behälter zum Speichern von aus dem Wasserabscheider stammendem Wasser auf, der nachfolgend auch als Wasserbehälter bezeichnet wird. Der Wasserbehälter ist zweckmäßig mit dem zumindest einen Berieselungsauslass, insbesondere mit dem Abscheiderzuführpfad, fluidisch verbunden, sodass im Wasserabscheider anfallendes Wasser in den Wasserbehälter gelangen und mit der Zahnradpumpe zum zumindest einen Berieselungsauslass gefördert werden kann. Bevorzugt ist es ferner, wenn die Berieselungseinrichtung einen den Wasserbehälter mit dem zumindest einen Berieselungsauslass fluidisch verbindenden Strömungspfad aufweist, der nachfolgend auch als Wasserzuführpfad bezeichnet wird. Das heißt, dass die Berieselungseinrichtung den den Wasserbehälter fluidisch mit dem Wasserabscheider verbindenden Abscheiderzuführpfad und den den Wasserbehälter fluidisch mit dem zumindest einen Berieselungsauslass verbindenden Wasserzuführpfad aufweisen kann. Der Wasserbehälter ermöglicht es, in der Berieselungseinrichtung Wasser zu sammeln, um das gesammelte Wasser bei Bedarf zum Berieseln des Kühlmittelkühlers einzusetzen. Der Wasserbehälter ermöglicht es somit, den Kühlmittelkühler unabhängiger vom unmittelbar im Abgas vorhandenem Wasser zu berieseln und führt folglich zu einer Verbesserung der bedarfsgerechten Kühlung des Stacks. In advantageous embodiments, the sprinkling device has a container for storing water originating from the water separator, which is also referred to below as a water container. The water tank is expediently fluidically connected to the at least one sprinkling outlet, in particular to the separator feed path, so that water accumulating in the water separator can get into the water tank and be conveyed to the at least one sprinkling outlet with the gear pump. It is also preferred if the sprinkling device has a flow path that fluidly connects the water tank to the at least one sprinkling outlet, which flow path is also referred to below as the water supply path. This means that the sprinkling device can have the separator supply path fluidically connecting the water tank to the water separator and the water supply path fluidly connecting the water tank to the at least one sprinkling outlet. The water tank makes it possible to collect water in the sprinkler system in order to use the collected water to sprinkle the coolant radiator when required. The water tank thus allows the Irrigate the coolant cooler more independently of the water present directly in the exhaust gas and consequently leads to an improvement in the needs-based cooling of the stack.
Bevorzugt ist es, wenn die Berieselungsfördereinrichtung zum Berieseln des Kühlmittelkühlers den Wasserzuführpfad mit Druck beaufschlagt. Mit anderen Worten, die Strömung von aus dem Wasserabscheider stammendem Wasser in den Wasserbehälter erfolgt unabhängig von der Berieselungsfördereinrichtung. Zu diesem Zweck kann die Gravitation zum Einsatz kommen, also eine gravitationsbedingte Strömung von Wasser aus dem Wasserabscheider in den Wasserbehälter erfolgen. It is preferred if the sprinkling conveying device applies pressure to the water supply path for sprinkling the coolant cooler. In other words, the flow of water originating from the water separator into the water tank is independent of the sprinkler conveyor. Gravity can be used for this purpose, ie a gravitational flow of water from the water separator into the water tank.
Bei bevorzugten Ausführungsformen weist das Brennstoffzellensystem eine Ventileinrichtung zum Freigeben und Sperren von Strömungen in der Berieselungseinrichtung auf. Somit lässt sich die Berieselungseinrichtung variabel und bedarfsgerecht einsetzen. Die Ventileinrichtung ist also derart ausgestaltet, dass sie in der Berieselungseinrichtung zumindest eine fluidische Verbindung wahlweise freigibt und sperrt. Dementsprechend weist die Ventileinrichtung zumindest ein Ventil auf. In preferred embodiments, the fuel cell system has a valve device for releasing and blocking flows in the sprinkler device. The sprinkler system can thus be used variably and as required. The valve device is therefore designed in such a way that it selectively opens and blocks at least one fluidic connection in the sprinkler system. Accordingly, the valve device has at least one valve.
Vorteilhaft ist es, wenn die Ventileinrichtung ein Ventil aufweist, welches die fluidische Verbindung zwischen dem Wasserbehälter und dem zumindest einen Berieselungsauslass wahlweise sperrt und freigibt. Mit dem Ventil, nachfolgend auch als erstes Ventil bezeichnet, ist es also möglich, wahlweise den Kühlmittelkühler zu berieseln oder die Berieselung zu unterbrechen. Somit kann das Kühlmittel und somit der Stack bedarfsgerecht und variabel gekühlt werden. Ferner ist es mit dem ersten Ventil möglich, innerhalb der Berieselungseinrichtung auch Strömungen zu realisieren, die nicht zu dem zumindest einen Berieselungsauslauf führen. Bevorzugt ist es, wenn die Ventileinrichtung ein Ventil aufweist, das eine Strömung vom Wasserbehälter in Richtung des Hauptpfads sperrt. Dieses Ventil, nachfolgend auch zweites Ventil genannt, verhindert also, dass im Betrieb Wasser in den Hauptpfad gelangt und dem durch den Hauptpfad strömenden Gas beigemischt wird. Somit werden unerwünschte Eintritte von Wasser in den Hauptpfad verhindert. Das zweite Ventil kann hierbei insbesondere ein lediglich in einer Richtung durchström bares Ventil, beispielsweise ein Rückschlagventil, sein. It is advantageous if the valve device has a valve which selectively blocks and releases the fluidic connection between the water tank and the at least one sprinkling outlet. With the valve, hereinafter also referred to as the first valve, it is therefore possible either to spray the coolant cooler or to interrupt the spraying. In this way, the coolant and thus the stack can be cooled as required and variably. Furthermore, with the first valve it is also possible to realize flows within the sprinkler device that do not lead to the at least one sprinkler outlet. It is preferred if the valve device has a valve which blocks a flow from the water container in the direction of the main path. This valve, also referred to below as the second valve, prevents water from getting into the main path during operation and being mixed with the gas flowing through the main path. This prevents unwanted ingress of water into the main path. In this case, the second valve can in particular be a valve that can only be flowed through in one direction, for example a non-return valve.
Bei bevorzugten Ausführungsformen erfolgt mit Hilfe der Ventileinrichtung bei Bedarf zusätzlich ein Entleeren der Berieselungseinrichtung von Wasser. Somit wird insbesondere verhindert, dass das Wasser in der Berieselungseinrichtung bei niedrigen Temperaturen gefriert und zu Beschädigungen der Berieselungseinrichtung und/oder des Kühlmittelkühlers führt. Dementsprechend ist das Brennstoffzellensystem entsprechend ausgestaltet. In preferred embodiments, if necessary, the sprinkler device is additionally emptied of water with the aid of the valve device. This in particular prevents the water in the sprinkler device from freezing at low temperatures and leading to damage to the sprinkler device and/or the coolant cooler. Accordingly, the fuel cell system is designed accordingly.
Vorteilhaft ist es hierbei, wenn das Brennstoffzellensystem derart ausgestaltet ist, dass es in einem ersten Entleerungsbetrieb die Ventileinrichtung derart einstellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung Wasser aus dem Abscheiderzuführpfad in Richtung der Abgasanlage fördert. Zudem wird in einem zweiten Entleerungsbetrieb die Ventileinrichtung derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung Wasser aus dem Wasserzuführpfad in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses fördert, wobei nach dem Durchführen des ersten und des zweiten Entleerungsbetriebs der Abscheiderzuführpfad und der Wasserzuführpfad von Wasser entleert sind. Es versteht sich hierbei, dass der erste Entleerungsbetrieb und der zweite Entleerungsbetrieb auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden können. It is advantageous here if the fuel cell system is configured such that it sets the valve device in a first emptying operation in such a way that the sprinkling conveyor device delivers water from the separator feed path in the direction of the exhaust system. In addition, in a second emptying operation, the valve device is set in such a way that the sprinkler conveyor device conveys water from the water supply path in the direction of the at least one sprinkler outlet, with the separator supply path and the water supply path being emptied of water after the first and second emptying operations have been carried out. It goes without saying here that the first emptying operation and the second emptying operation can also be carried out in reverse order.
Bevorzugt ist es ferner, wenn auch der Wasserbehälter bei Bedarf von Wasser entleert werden kann. Zu diesem Zweck kann das Brennstoffzellensystem derart ausgestaltet sein, dass die Berieselungsfördereinrichtung im ersten Entleerungsbetrieb zudem Wasser aus dem Wasserbehälter in Richtung der Abgasanlage fördert, sodass nach Ablauf des ersten Entleerungsbetriebs der Wasserbehälter sowie der Konsenswasserzuführpfad von Wasser entleert sind. It is also preferred if the water container can also be emptied of water when required. For this purpose, the fuel cell system can be designed in such a way that the sprinkling conveyor device in the first Drainage operation also promotes water from the water tank in the direction of the exhaust system, so that the water tank and the consensus water supply path are emptied of water after the first drainage operation.
Alternativ oder zusätzlich ist es vorstellbar, dass das Brennstoffzellensystem den Wasserbehälter in einem zugehörigen Entleerungsbetrieb, nachfolgend auch Behälterentleerungsbetrieb genannt, entleert. Dabei wird die Ventileinrichtung derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung Wasser aus dem Wasserbehälter in die Umgebung fördert. Zu diesem Zweck kann das Brennstoffzellensystem, insbesondere die Berieselungseinrichtung, einen den Wasserbehälter mit der Umgebung fluidisch verbindenden Strömungspfad, nachfolgend auch als Ablasspfad bezeichnet, aufweisen. Zudem kann das Ventileinrichtung zu diesem Zweck ein im Ablasspfad angeordnetes Ventil, nachfolgend auch drittes Ventil genannt, aufweisen. Das dritte Ventil ist derart ausgestaltet, dass der den Ablasspfad wahlweise freigeben und sperren kann. Alternatively or additionally, it is conceivable that the fuel cell system empties the water container in an associated emptying operation, also referred to below as container emptying operation. The valve device is set in such a way that the sprinkling delivery device delivers water from the water tank into the environment. For this purpose, the fuel cell system, in particular the sprinkling device, can have a flow path that fluidly connects the water tank to the environment, also referred to below as a drain path. In addition, for this purpose the valve device can have a valve arranged in the discharge path, also referred to below as the third valve. The third valve is designed in such a way that it can selectively open and block the drain path.
Zum Betreiben des Brennstoffzellensystems, insbesondere zum Wechseln zwischen den Betriebsmodi, weist das Brennstoffzellensystem eine Steuereinrichtung auf, die entsprechend ausgestaltet ist. Die Steuereinrichtung ist zweckmäßig mit der Ventileinrichtung kommunizierend verbunden, sodass die Steuereinrichtung das zumindest eine Ventil der Ventileinrichtung im Betrieb verstellt. Zudem kann die Steuereinrichtung mit der Berieselungsfördereinrichtung kommunizierend verbunden sein, so dass die Steuereinrichtung die Berieselungsfördereinrichtung im Betrieb steuert, insbesondere die Förderleistung der Berieselungsfördereinrichtung ändern kann. To operate the fuel cell system, in particular to switch between the operating modes, the fuel cell system has a control device that is designed accordingly. The control device is expediently connected in a communicating manner to the valve device, so that the control device adjusts the at least one valve of the valve device during operation. In addition, the control device can be communicatively connected to the sprinkler conveyor device, so that the control device controls the sprinkler conveyor device during operation, and in particular can change the conveying capacity of the sprinkler conveyor device.
Die Ventile der Ventileinrichtung können, wie vorstehend beschrieben, eine Strömung wahlweise freigeben und sperren. Selbstverständlich ist unter Freigeben auch ein teilweises Freigeben zu verstehen. Das heißt, dass beim jeweiligen Freigeben zumindest zwei Freigabezustände möglich sein können, mit denen unterschiedliche Volumenströme und/oder durchström bare Querschnitte freigegeben werden. As described above, the valves of the valve device can selectively release and block a flow. Of course, releasing also means partial releasing. This means that at least two release states can be possible for each release, with which different volume flows and/or through-flow cross-sections can be released.
Das Brennstoffzellensystem kann, wie vorstehend erwähnt, Bestandteil eines Kraftfahrzeugs sein. Dabei kommt der Stack insbesondere zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zum Einsatz. As mentioned above, the fuel cell system can be part of a motor vehicle. The stack is used in particular to drive the motor vehicle.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Further important features and advantages of the invention result from the dependent claims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Preferred exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference numbers referring to identical or similar or functionally identical components.
Es zeigen, jeweils schematisch, stark vereinfacht und schaltplanartig: They show, in each case schematically, greatly simplified and like a circuit diagram:
Fig. 1 ein Brennstoffzellensystem mit einer Berieselungseinrichtung, 1 shows a fuel cell system with a sprinkling device,
Fig. 2 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich derFig. 2 is a partial view of the fuel cell system in the area
Berieselungseinrichtung, sprinkler system,
Fig. 3 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich derFig. 3 is a partial view of the fuel cell system in the area
Berieselungseinrichtung bei einem anderen Ausführungsbeispiel, Fig. 4 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich derSprinkler device in another embodiment, Fig. 4 is a partial view of the fuel cell system in the area
Berieselungseinrichtung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, Sprinkler device in a further embodiment,
Fig. 5 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich derFig. 5 is a partial view of the fuel cell system in the area
Berieselungseinrichtung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, Sprinkler device in a further embodiment,
Fig. 6 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems bei einem anderen6 is a partial view of the fuel cell system in another
Ausführungsbeispiel. example.
Ein Brennstoffzellensystem 1 , wie es beispielsweise in den Figuren 1 bis 6 gezeigt ist, weist einen Stack 2 mit zumindest einer Brennstoffzelle 3 auf. Das Brennstoffzellensystem 1 kommt beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 4 zum Einsatz, wobei der Stack 2 dem Antrieb des Kraftfahrzeugs 4 dienen kann. Der Stack 2 weist üblicherweise zwei oder mehr Brennstoffzellen 3 auf. Im Betrieb benötigt der Stack 2 einen Brennstoff sowie ein Kathodengas, beispielsweise Luft. Der Brennstoff wird dem Stack 2 über eine nicht gezeigte Brennstoffzuführanlage zugeführt. Das Kathodengas wird dem Stack 2 mit Hilfe einer Kathodengaszuführanlage 5 zugeführt. Zum Fördern des Kathodengases zum Stack 2 weist die Kathodengaszuführanlage 5 eine Fördereinrichtung 6 auf, die nachfolgend auch als Kathodengasfördereinrichtung 6 bezeichnet wird. Die Kathodengasfördereinrichtung 6 kann zum Fördern des Kathodesgases das Kathodengas verdichten. Die Kathodengaszuführanlage 5 weist zudem und wie insbesondere in Figur 1 gezeigt vorzugsweise eine Filtereinrichtung 7 zum Filtern des Kathodengases auf, wobei die Filtereinrichtung 7 bevorzugt stromauf der Kathodengasfördereinrichtung 6 angeordnet ist. Im Betrieb des Stacks 2 entsteht Abgas, das wasserhaltig ist, insbesondere Dampf. Dieses Abgas wird mit Hilfe einer Abgasanlage 17 des Brennstoffzellensystems 1 abgeführt. Im Betrieb des Stacks 2 entsteht ferner Wärme, sodass im Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 eine Kühlung des Stacks 2 erforderlich sein kann. Zum Kühlen des Stacks 2 weist das Brennstoffzellensystem 1 eine Kühleinrichtung 8 auf. Die Kühleinrichtung 8 weist einen lediglich in Figur 1 vereinfacht dargestellten Kühlkreis 9 auf, durch den im Betrieb ein Kühlmittel zirkuliert. Der Stack 2 ist derart im Kreislauf 9 eingebunden, dass er im Betrieb durch das Kühlmittel gekühlt wird. Zum Kühlen des Kühlmittels weist die Kühleinrichtung 8 einen Kühler 10 auf, der nachfolgend auch als Kühlmittelkühler 10 bezeichnet wird. Der Kühlmittelkühler 10 ist ebenfalls im Kühlkreis 9 eingebunden und im Betrieb vom Kühlmittel durchströmt. Die Kühleinrichtung 8 weist zweckmäßig weitere Bestandteile, beispielsweise eine Fördereinrichtung 11 zum Fördern des Kühlmittels durch den Kühlkreis 9, hier auch Kühlmittelfördereinrichtung 11 genannt, auf, welche im Kühlkreis 9 eingebunden sind. Zum Kühlen des Kühlmittels kommt ein Kühlgas zum Einsatz, das den Kühlmittelkühler 10 entlang eines zugehörigen Strömungspfads 12 (vgl. Figur 1), nachfolgend auch Kühlgaspfad 12 genannt, vom Kühlmittel fluidisch getrennt durchströmt. Wie insbesondere Figur 2 entnommen werden kann, weist der Kühlmittelkühler 10 zumindest einen Kanalkörper 13, vorzugsweise mehrere Kanalkörper 13, auf, durch welche ein Strömungspfad 14 des Kühlmittels, nachfolgend auch als Kühlmittelpfad 14 bezeichnet (vgl. Figur 1), jeweils führt. Der zumindest eine Kanalkörper 13 ist im Kühlgaspfad 12 angeordnet, sodass im Kühlmittelkühler 10 das Kühlmittel über den zumindest einen Kanalkörper 13, vom Kühlgas fluidisch getrennt, Wärme auf das Kühlgas überträgt und somit gekühlt wird. Zur Verbesserung der Kühlung des Kühlmittels weist das Brennstoffzellensystem 1 zudem eine Berieselungseinrichtung 15 auf, mit welcher im Kühlmittelkühler 10 Wasser in den Kühlgaspfad 12 eingebracht und der Kühlmittelkühler 10, insbesondere der zumindest eine Kanalkörper 13, somit berieselt wird. Zu diesem Zweck weist die Berieselungseinrichtung 15 zumindest einen in den Kühlmittelkühler 10 mündenden Auslass 16 auf, der nachfolgend auch als Berieselungsauslass 16 bezeichnet wird. Zweckmäßig ist der zumindest eine Berieselungsauslass 16 derart angeordnet, dass das Wasser bezüglich des Kühlgaspfads 12 stromauf des zumindest einen Kanalkörpers 13 in den Kühlgaspfad 12 eingebracht wird. Wie insbesondere Figur 2 entnommen werden kann, weist die Berieselungseinrichtung 15 dabei mehrere solche Berieselungsauslässe 16 auf. Somit erfolgt eine gleichmäßige und/oder großflächige Verteilung des berieselten Wassers. A fuel cell system 1, as shown for example in FIGS. 1 to 6, has a stack 2 with at least one fuel cell 3. The fuel cell system 1 is used, for example, in a motor vehicle 4 , with the stack 2 being able to serve to drive the motor vehicle 4 . The stack 2 usually has two or more fuel cells 3 . In operation, the stack 2 requires a fuel and a cathode gas, such as air. The fuel is supplied to the stack 2 via a fuel supply system that is not shown. The cathode gas is fed to the stack 2 with the aid of a cathode gas feed system 5 . In order to convey the cathode gas to the stack 2 , the cathode gas supply system 5 has a conveying device 6 , which is also referred to below as a cathode gas conveying device 6 . The cathode gas conveying device 6 can compress the cathode gas for conveying the cathode gas. The cathode gas supply system 5 also preferably has a filter device 7 for filtering the cathode gas, as shown in particular in FIG. When the stack 2 is in operation, exhaust gas that contains water, in particular steam, is produced. This exhaust gas is discharged using an exhaust system 17 of the fuel cell system 1 . When the stack 2 is in operation, heat is also generated, so that when the fuel cell system 1 is in operation it may be necessary to cool the stack 2 . To cool the stack 2 has the fuel cell system 1 has a cooling device 8 . The cooling device 8 has a cooling circuit 9, shown only in simplified form in FIG. 1, through which a coolant circulates during operation. The stack 2 is integrated into the circuit 9 in such a way that it is cooled by the coolant during operation. For cooling the coolant, the cooling device 8 has a cooler 10 which is also referred to below as a coolant cooler 10 . The coolant cooler 10 is also integrated in the cooling circuit 9 and the coolant flows through it during operation. The cooling device 8 expediently has further components, for example a conveying device 11 for conveying the coolant through the cooling circuit 9 , also called coolant conveying device 11 here, which are integrated in the cooling circuit 9 . A cooling gas is used to cool the coolant, which flows through the coolant cooler 10 along an associated flow path 12 (cf. FIG. 1), also referred to below as the cooling gas path 12, fluidically separated from the coolant. As can be seen in particular from FIG. 2, the coolant cooler 10 has at least one channel body 13, preferably a plurality of channel bodies 13, through which a flow path 14 of the coolant, also referred to below as the coolant path 14 (cf. FIG. 1), leads. The at least one channel body 13 is arranged in the cooling gas path 12, so that in the coolant cooler 10 the coolant via the at least one channel body 13, fluidically separated from the cooling gas, transfers heat to the cooling gas and is thus cooled. To improve the cooling of the coolant, the fuel cell system 1 also has a sprinkling device 15, with which water is introduced into the cooling gas path 12 in the coolant cooler 10 and the coolant cooler 10, in particular the at least one channel body 13, is thus sprinkled. For this purpose, the sprinkler device 15 has at least one outlet 16 which opens into the coolant cooler 10 and is also referred to below as the sprinkler outlet 16 . The at least one sprinkler outlet 16 is expediently arranged in such a way that the water is introduced into the cooling gas path 12 upstream of the at least one channel body 13 with respect to the cooling gas path 12 . As can be seen in particular from FIG can, the sprinkling device 15 has several such sprinkling outlets 16 . This results in a uniform and/or large-area distribution of the sprinkled water.
Das zum Betrieb der Berieselungseinrichtung 15 zum Berieseln eingesetzte Wasser stammt zumindest teilweise vom im Stack 2 entstehenden Abgas. Das Brennstoffzellensystem 1 weist dabei eine Abgasanlage 17 auf, das dem Abführen des Abgases dient. In der Abgasanlage 17 ist eine Einrichtung 18 zum Gewinnen, insbesondere Abscheiden, von Wasser aus dem Abgas eingebunden, welche nachfolgend auch als Wasserabscheider 18 bezeichnet wird. Der Wasserabscheider 18 kann beispielsweise einen Kondensator 44 zum Kondensieren des Abgases aufweisen oder ein solcher Kondensator 44 sein. Die Berieselungseinrichtung 15 ist über einen den Wasserabscheider 18 mit der Berieselungseinrichtung 15 fluidisch verbindenden Strömungspfad 19, nachfolgend auch als Abscheiderzuführpfad 19 bezeichnet, mit dem Wasserabscheider 18 verbunden, sodass mit dem Wasserabscheider 18 gewonnenes Wasser über den Abscheiderzuführpfad 19 in die Berieselungseinrichtung 15 gelangen und zum zumindest einen Berieselungsauslass 16 gefördert werden kann. Zum Fördern des Wassers in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses 16 kommt eine Fördereinrichtung 20 zum Einsatz, die nachfolgend auch als Berieselungsfördereinrichtung 20 bezeichnet wird. The water used for sprinkling to operate the sprinkling device 15 originates at least partially from the exhaust gas occurring in the stack 2 . The fuel cell system 1 has an exhaust gas system 17 which is used to discharge the exhaust gas. A device 18 for extracting, in particular separating, water from the exhaust gas is integrated into the exhaust system 17 and is also referred to below as a water separator 18 . The water separator 18 can have, for example, a condenser 44 for condensing the exhaust gas or can be such a condenser 44 . The sprinkler system 15 is connected to the water separator 18 via a flow path 19 fluidically connecting the water separator 18 to the sprinkler system 15, hereinafter also referred to as the separator feed path 19, so that the water obtained by the water separator 18 reaches the sprinkler system 15 via the separator feed path 19 and at least a sprinkling outlet 16 can be promoted. A conveyor device 20 is used to convey the water in the direction of the at least one sprinkler outlet 16 , which is also referred to below as a sprinkler conveyor device 20 .
In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Berieselungseinrichtung 15 ferner einen Behälter 21 zum Speichern von Wasser auf, der nachfolgend auch als Wasserbehälter 21 bezeichnet wird. In den gezeigten Ausführungsbeispielen verbindet der Abscheiderzuführpfad 19 den Wasserabscheider 18 fluidisch mit dem Wasserbehälter 21 , sodass Wasser aus dem Wasserabscheider 18 in den Wasserbehälter 21 strömen kann. Zudem verbindet ein Strömungspfad 22 den Wasserbehälter 21 mit dem zumindest einen Berieselungsauslass 16, sodass im Betrieb, von der Berieselungsfördereinrichtung 20 gefördert, Wasser über den Strömungspfad 22, nachfolgend auch als Wasserzuführpfad 22 bezeichnet, zu dem zumindest einen Berieselungsauslass 16 strömen kann. In the exemplary embodiments shown, the sprinkling device 15 also has a container 21 for storing water, which is also referred to below as the water container 21 . In the exemplary embodiments shown, the separator feed path 19 fluidly connects the water separator 18 to the water tank 21 so that water can flow from the water separator 18 into the water tank 21 . In addition, a flow path 22 connects the water tank 21 with the at least one sprinkling outlet 16, so that in the Operation, funded by the sprinkler conveyor 20, water via the flow path 22, hereinafter also referred to as water supply path 22, to which at least one sprinkler outlet 16 can flow.
Die Berieselungsfördereinrichtung 20 entspricht erfindungsgemäß einer bereits vorhandenen Fördereinrichtung 6, 23, 24 des Brennstoffzellensystems 1, insbesondere des zugehörigen Kraftfahrzeugs 4, mit welcher im Betrieb ein Gas gefördert wird. Die Fördereinrichtung 6, 20, 23, 24 ist in einem Flauptpfad 25 der zugehörigen Anwendung angeordnet und fördert im Betrieb ein Gas für die zugehörige Anwendung. Die Berieselungseinrichtung 15 weist einen mit dem Flauptpfad 25 druckseitig der Fördereinrichtung 6, 20, 24, 25, d. h. stromab der Fördereinrichtung 6, 20, 23, 24, verbundenen und somit vom Flauptpfad 25 abzweigenden Strömungspfad 26 auf, der nachfolgend auch als Gaszuführpfad 26 bezeichnet wird. Im Betrieb wird also über den Gaszuführpfad 26 Gas in die Berieselungseinrichtung 15 gefördert und fördert somit in der Berieselungseinrichtung 15 Wasser in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses 16. According to the invention, the sprinkling delivery device 20 corresponds to an already existing delivery device 6, 23, 24 of the fuel cell system 1, in particular of the associated motor vehicle 4, with which a gas is delivered during operation. The conveyor device 6, 20, 23, 24 is arranged in a flow path 25 of the associated application and, during operation, conveys a gas for the associated application. The sprinkling device 15 has a pressure side with the Flauptpfad 25 of the conveyor 6, 20, 24, 25, d. H. flow path 26 which is connected downstream of the conveying device 6, 20, 23, 24 and thus branches off from the flow path 25, which is also referred to below as the gas supply path 26. During operation, gas is thus conveyed into the sprinkler system 15 via the gas supply path 26 and thus conveys water in the sprinkler system 15 in the direction of the at least one sprinkler outlet 16.
Bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 5 entspricht die Berieselungsfördereinrichtung 20 der Kathodengasfördereinrichtung 6. Dementsprechend ist der Flauptpfad 25 durch die Kathodengaszuführanlage 5 begrenzt und definiert. Im Betrieb der Kathodengasfördereinrichtung 6 wird also Kathodengas zum Stack 2 gefördert. Zugleich dient das geförderte Kathodengas zum Einbringen des Wassers in den Kühlgaspfad 12 über den zumindest einen Berieselungsauslass 16. In the exemplary embodiments of FIGS. 1 to 5, the sprinkler conveyor device 20 corresponds to the cathode gas conveyor device 6. Accordingly, the flow path 25 is delimited and defined by the cathode gas feed system 5. Cathode gas is thus delivered to the stack 2 during operation of the cathode gas delivery device 6 . At the same time, the delivered cathode gas serves to introduce the water into the cooling gas path 12 via the at least one sprinkler outlet 16.
Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei denen die Berieselungsfördereinrichtung 20 beim Einsatz des Brennstoffzellensystems 1 in einem zugehörigen Kraftfahrzeug 4 einer Bremsanlagenfördereinrichtung 23 einer Bremsanlage 29 zum Bremsen des Kraftfahrzeugs 4 entspricht, wobei die Bremsanlage 29 mit einem Gas, insbesondere mit Luft, betrieben ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Berieselungsfördereinrichtung 20 einer Reifenluftfördereinrichtung 24 des Kraftfahrzeugs 4 entsprechen. Hierbei dient die Reifenluftfördereinrichtung 24 auch dem Befüllen zumindest eines nicht gezeigten Reifens des Kraftfahrzeugs 4 mit Luft, insbesondere der Notbefüllung des Reifens, und ist somit Bestandteil einer Reifenbefüllungsanlage 30 des Kraftfahrzeugs 4. Figure 6 shows an embodiment in which the sprinkling conveyor 20 corresponds to the use of the fuel cell system 1 in an associated motor vehicle 4 of a brake system conveyor 23 of a brake system 29 for braking the motor vehicle 4, the brake system 29 with a gas, in particular with air, is operated. Alternatively or additionally, the sprinkler conveyor device 20 can correspond to a tire air conveyor device 24 of the motor vehicle 4 . In this case, tire air conveying device 24 is also used to fill at least one tire (not shown) of motor vehicle 4 with air, in particular for emergency filling of the tire, and is therefore a component of a tire inflation system 30 of motor vehicle 4.
Wie insbesondere den Figuren 2 bis 4 entnommen werden kann, weist das Brennstoffzellensystem 1, insbesondere die Berieselungseinrichtung 15, in den gezeigten Ausführungsbeispielen eine Ventileinrichtung 31 zum Steuern von Strömungen in der Berieselungseinrichtung 15 auf. Die Ventileinrichtung 31 weist ein Ventil 32 auf, welches die fluidische Verbindung zwischen dem Wasserbehälter 21 und dem zumindest einen Berieselungsauslass 16 wahlweise freigibt und sperrt. Mit diesem Ventil 32, nachfolgend auch als erstes Ventil 32 bezeichnet, ist es also möglich, die Berieselung des Kühlmittelkühlers 10 wahlweise zu unterbrechen oder zu erlauben. Die wahlweise Freigabe kann jeweils dabei mehrstufige oder stufenlos erfolgen. As can be seen in particular from FIGS. 2 to 4, the fuel cell system 1, in particular the sprinkler device 15, has a valve device 31 for controlling flows in the sprinkler device 15 in the exemplary embodiments shown. The valve device 31 has a valve 32 which selectively opens and blocks the fluidic connection between the water tank 21 and the at least one sprinkling outlet 16 . With this valve 32, also referred to below as the first valve 32, it is therefore possible to selectively interrupt or allow the sprinkling of the coolant cooler 10. The optional release can be multi-stage or stepless.
Die Ventileinrichtung 31 weist ferner ein Ventil 33 auf, welches die Strömung des Gases zwischen dem Hauptpfad 25 und dem Gaszuführpfad 26 wahlweise freigibt und sperrt. Dieses Ventil 33, nachfolgend auch als zweites Ventil 33 bezeichnet, ist zweckmäßig im Gaszuführpfad 26 angeordnet. Um eine Strömung vom Wasserbehälter 21 zum Hauptpfad 25 zu verhindern, ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen zudem ein Rückschlagventil 34 vorgesehen, welches zweckmäßig im Gaszuführpfad 26 angeordnet ist. Die Ventileinrichtung 31 weist ferner vorzugsweise ein den Abscheiderzuführpfad 19 wahlweise sperrendes und freigebendes Ventil 35 auf, das nachfolgend auch als drittes Ventil 35 bezeichnet wird. Das dritte Ventil 35 kann also eine Strömung zwischen dem Wasserabscheider 18 und der Berieselungsfördereinrichtung 20 wahlweise freigeben und sperren. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist das dritte Ventil 35 in dem Abscheiderzuführpfad 19 angeordnet. Das erste Ventil 33 kann also eine fluidische Verbindung zum Hauptpfad 25 wahlweise sperren und freigeben. The valve device 31 also has a valve 33 which selectively enables and blocks the flow of gas between the main path 25 and the gas supply path 26 . This valve 33, also referred to below as the second valve 33, is expediently arranged in the gas supply path 26. In order to prevent a flow from the water tank 21 to the main path 25, a check valve 34 is also provided in the exemplary embodiments shown, which is expediently arranged in the gas supply path 26. The valve device 31 also preferably has a valve 35 that selectively blocks and releases the separator feed path 19 and is also referred to below as the third valve 35 . The third valve 35 can therefore selectively release and block a flow between the water separator 18 and the sprinkler conveyor device 20 . In the embodiments shown, the third valve 35 arranged in the separator feed path 19. The first valve 33 can thus selectively block and release a fluidic connection to the main path 25 .
Das Brennstoffzellensystem 1 weist ferner eine Steuereinrichtung 36 auf, welche lediglich in Figur 1 angedeutet ist. Die Steuereinrichtung 36 ist kommunizierend mit der Ventileinrichtung 31, insbesondere den Ventilen 32, 33, 35, verbunden, um die Ventileinrichtung 31 zu steuern und somit die entsprechenden Strömungen wahlweise freigeben oder zu sperren. The fuel cell system 1 also has a control device 36, which is only indicated in FIG. The control device 36 communicates with the valve device 31, in particular the valves 32, 33, 35, in order to control the valve device 31 and thus selectively enable or block the corresponding flows.
Beim in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird zum Befüllen des Wasserbehälters 21 mit vom Wasserabscheider 18 stammenden Wasser das zweite Ventil 33 geschlossen und das dritte Ventil 35 geöffnet. Auf diese Weise gelangt mit dem Wasserabscheider 18 gewonnenes Wasser, insbesondere über die Schwerkraft, in den Wasserbehälter 21. Zum Berieseln des Kühlmittelkühlers 10 wird demgegenüber das dritte Ventil 35 geschlossen, wohingegen das zweite Ventil 33 und das erste Ventil 32 geöffnet werden. Somit fördert die der Kathodengasfördereinrichtung 6 entsprechende Berieselungsfördereinrichtung 20 Kathodengas in den Wasserbehälter 21 und über den Wasserbehälter 21 sowie den Wasserzuführpfad 22 Wasser zu dem zumindest einen Berieselungsauslass 16. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the second valve 33 is closed and the third valve 35 is opened in order to fill the water container 21 with water originating from the water separator 18 . In this way, water obtained with the water separator 18 reaches the water tank 21, in particular by gravity. To sprinkle the coolant cooler 10, the third valve 35 is closed, whereas the second valve 33 and the first valve 32 are opened. The sprinkler conveying device 20 corresponding to the cathode gas conveying device 6 thus conveys cathode gas into the water tank 21 and, via the water tank 21 and the water supply path 22, water to the at least one sprinkler outlet 16.
Wie insbesondere in den Figuren 3 bis 5 gezeigt, ist das Brennstoffzellensystem 1, insbesondere die Berieselungseinrichtung 15 und die Ventileinrichtung 31, derart ausgestaltet, dass die Berieselungseinrichtung 15 bei einem Bedarf von Wasser entleert wird, um insbesondere ein Gefrieren von Wasser zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. As shown in particular in Figures 3 to 5, the fuel cell system 1, in particular the sprinkler device 15 and the valve device 31, is designed in such a way that the sprinkler device 15 is emptied when water is required, in particular to prevent or at least to prevent water from freezing to reduce.
Beim in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck, im Vergleich zu dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, das zweite Ventil 33 als ein Dreiwegeventil 37 ausgestaltet. Zudem ist ein zusätzlicher Strömungspfad 38 vorgesehen, der, unter Umgehung des Wasserbehälters 21, den Hauptpfad 25 mit dem Abscheiderzuführpfad 19 verbindet. Dieser Strömungspfad 38, nachfolgend auch Bypassströmungspfad 38 genannt, verbindet hierbei den Abscheiderzuführpfad 19 über das zweite Ventil 33 mit dem Hauptpfad 25. Zum Entleeren der Berieselungseinrichtung 15 wird dabei in einem ersten Entleerungsbetrieb die Ventileinrichtung 31 derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung 20 Wasser aus dem Abscheiderzuführpfad 19 zur Abgasanlage 17, insbesondere zum Wasserabscheider 18, fördert. Zu diesem Zweck wird über das zweite Ventil 33 die fluidische Verbindung zwischen dem Hauptpfad 25 und dem Bypasspfad 38 freigegeben. Demgegenüber wird eine fluidische Verbindung zwischen dem Wasserbehälter 21 und dem Wasserzuführpfad 22 gesperrt. Ferner wird das dritte Ventil 35 geöffnet. In einem zweiten Entleerungsbetrieb wird die Ventileinrichtung 31 derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung 20 Wasser aus dem Wasserzuführpfad 22 in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses 16 fördert. Zu diesem Zweck wird das dritte Ventil 35 gesperrt, das erste Ventil 32 geöffnet und das zweite Ventil 33 derart eingestellt, dass Gas aus dem Hauptpfad 5 das in dem Wasserzuführpfad 22 vorhandene Wasser aus dem zumindest einen Berieselungsauslass 16 fördert. Wie in Figur 3 dargestellt, kann dabei zudem im ersten Entleerungsbetrieb und/oder im zweiten Entleerungsbetrieb das im Wasserbehälter 21 vorhandene Wasser entleert werden. Im ersten Entleerungsbetrieb wird das Wasser dabei in Richtung der Abgasanlage 17 gefördert. Im zweiten Entleerungsbetrieb wird das Wasser im Wasserbehälter 21 über den Wasserzuführpfad 22 in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses 16 gefördert. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the second valve 33 is designed as a three-way valve 37 for this purpose, in comparison to the exemplary embodiment shown in FIG. In addition, an additional flow path 38 provided which, bypassing the water tank 21, connects the main path 25 to the separator feed path 19. This flow path 38, also referred to below as the bypass flow path 38, connects the separator feed path 19 to the main path 25 via the second valve 33. To empty the sprinkler system 15, the valve device 31 is set in a first emptying operation in such a way that the sprinkler conveyor system 20 draws water from the separator feed path 19 to the exhaust system 17, in particular to the water separator 18 promotes. For this purpose, the fluidic connection between the main path 25 and the bypass path 38 is released via the second valve 33 . On the other hand, a fluid connection between the water tank 21 and the water supply path 22 is blocked. Furthermore, the third valve 35 is opened. In a second emptying operation, the valve device 31 is set in such a way that the sprinkler conveyor device 20 conveys water from the water supply path 22 in the direction of the at least one sprinkler outlet 16 . For this purpose, the third valve 35 is blocked, the first valve 32 is opened and the second valve 33 is set in such a way that gas from the main path 5 pumps the water present in the water supply path 22 out of the at least one sprinkling outlet 16 . As shown in FIG. 3, the water present in the water tank 21 can also be emptied in the first emptying operation and/or in the second emptying operation. In the first emptying operation, the water is conveyed in the direction of the exhaust system 17 . In the second emptying operation, the water in the water tank 21 is conveyed via the water supply path 22 in the direction of the at least one sprinkler outlet 16 .
Beim in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Vergleich zu dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kein Bypasspfad 38 vorgesehen. Zudem ist das zweite Ventil 33 als einfaches Ventil ausgestaltet. Ferner weist die Berieselungseinrichtung 15 einen Ablasspfad 39 zum Ablassen von im Wasserbehälter 21 gespeichertem Wasser in die Umgebung auf. Der Ablasspfad 39 ist somit vom Wasserzuführpfad 22 separat. Im Ablasspfad 39 ist ein weiteres Ventil 40 der Ventileinrichtung 31 , nachfolgend auch viertes Ventil 40 genannt, angeordnet. Das vierte Ventil 40 ist geschlossen und wird lediglich zum Entleeren des Wasserbehälters 21 geöffnet. Dies kann durch das Öffnen des vierten Ventils 40 entweder im ersten und/oder zweiten Entleerungsbetrieb erfolgen. Vorstellbar ist es auch, den Wasserbehälter 21 in einem separaten Entleerungsbetrieb, nachfolgend auch dritter Entleerungsbetrieb genannt, von Wasser zu entleeren. Hierbei wird die Ventileinrichtung 31 derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung 20 Wasser aus dem Wasserbehälter 21 in die Umgebung fördert. Zu diesem Zweck werden im gezeigten Ausführungsbeispiel das vierte Ventil 40 geöffnet, das erste Ventil 32 und das dritte Ventil 35 geschlossen und das zweite Ventil 33 geöffnet. In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, no bypass path 38 is provided in comparison to the exemplary embodiment shown in FIG. In addition, the second valve 33 is designed as a simple valve. Furthermore, the sprinkling device 15 has a discharge path 39 for discharging im Water tank 21 stored water in the environment. The drain path 39 is thus separate from the water supply path 22 . A further valve 40 of the valve device 31 , also referred to below as the fourth valve 40 , is arranged in the discharge path 39 . The fourth valve 40 is closed and is only opened to empty the water tank 21 . This can be done by opening the fourth valve 40 either in the first and/or second emptying mode. It is also conceivable to empty the water tank 21 of water in a separate emptying operation, also referred to below as the third emptying operation. In this case, the valve device 31 is adjusted in such a way that the sprinkling conveyor device 20 conveys water from the water tank 21 into the environment. For this purpose, in the exemplary embodiment shown, the fourth valve 40 is opened, the first valve 32 and the third valve 35 are closed and the second valve 33 is opened.
Wie Figur 5 entnommen werden kann, kann das Entleeren der Berieselungseinrichtung 15 unabhängig von der Berieselungseinrichtung 15 durch die im Hauptpfad 25 angeordnete Fördereinrichtung 6, 23, 24 erfolgen. Hierzu ist ein Entleerungspfad 41 druckseitig der Fördereinrichtung 6, 23, 24 fluidisch mit dem Hauptpfad 25 verbunden, wobei im Entleerungspfad 41 vorzugsweise ein Rückschlagventil 34 zur Verhinderung einer Strömung in Richtung des Hauptpfads 25 angeordnet ist. Zudem kann im Entleerungspfad 41 ein Ventil 42 der Ventileinrichtung 31, das nachfolgende allgemein als Entleerungsventil 42 bezeichnet wird und einem der vorstehend erwähnten Ventile 32, 33, 35 entsprechen kann, angeordnet sein. As can be seen from FIG. 5, the sprinkling device 15 can be emptied independently of the sprinkling device 15 by the conveying device 6 , 23 , 24 arranged in the main path 25 . For this purpose, an emptying path 41 is fluidically connected to the main path 25 on the pressure side of the conveying device 6 , 23 , 24 , with a check valve 34 preferably being arranged in the emptying path 41 to prevent a flow in the direction of the main path 25 . In addition, a valve 42 of the valve device 31, which is generally referred to below as a drain valve 42 and can correspond to one of the valves 32, 33, 35 mentioned above, can be arranged in the drain path 41.
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Claims

Ansprüche Expectations
1. Brennstoffzellensystem (1 ), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (4), das einen1. Fuel cell system (1), in particular for a motor vehicle (4), the one
Stack (2) mit zumindest einer Brennstoffzelle (3) aufweist, Stack (2) with at least one fuel cell (3),
- mit einer Abgasanlage (17) zum Abführen von im Betrieb im Stack (2) entstehendem Abgas, in der ein Wasserabscheider (18) eingebunden ist, mit welchem im Betrieb aus dem Abgas Wasser gewonnen wird, - with an exhaust system (17) for discharging exhaust gas generated during operation in the stack (2), in which a water separator (18) is integrated, with which water is extracted from the exhaust gas during operation,
- mit einer Kühleinrichtung (8) zum Kühlen des Stacks (2), die einen Kreislauf (9) aufweist, in dem im Betrieb ein Kühlmittel zirkuliert, - with a cooling device (8) for cooling the stack (2), which has a circuit (9) in which a coolant circulates during operation,
- wobei der Stack (2) im Kreislauf (9) eingebunden ist, so dass das Kühlmittel im Betrieb den Stack (2) kühlt, - the stack (2) being integrated in the circuit (9) so that the coolant cools the stack (2) during operation,
- wobei im Kreislauf (9) ein Kühlmittelkühler (10) zum Kühlen des Kühlmittels eingebunden ist, - a coolant cooler (10) for cooling the coolant being integrated in the circuit (9),
- wobei der Kühlmittelkühler (10) zumindest einen Kanalkörper (13) aufweist, durch den ein Kühlmittelpfad (14) des Kühlmittels führt, und der in einem Kühlgaspfad (12) eines Kühlgases angeordnet ist, so dass im Betrieb das Kühlmittel vom Kühlgas fluidisch getrennt Wärme auf das Kühlgas überträgt, - wherein the coolant cooler (10) has at least one channel body (13), through which a coolant path (14) of the coolant leads, and which is arranged in a cooling gas path (12) of a cooling gas, so that during operation the coolant is fluidically separated from the cooling gas heat transferred to the cooling gas,
- mit einer Berieselungseinrichtung (15), die zumindest einen in den Kühlmittelkühler (10) mündenden Berieselungsauslass (16) aufweist, so dass im Betrieb über den zumindest einen Berieselungsauslass (16) Wasser in den Kühlgaspfad (12) gelangt, - with a sprinkling device (15), which has at least one sprinkling outlet (16) opening into the coolant cooler (10), so that during operation water enters the cooling gas path (12) via the at least one sprinkling outlet (16),
- wobei die Berieselungseinrichtung (15) einen Abscheiderzuführpfad (19) aufweist, der mit dem Wasserabscheider (18) fluidisch verbunden ist, so dass Wasser aus dem Wasserabscheider (18) über den Abscheiderzuführpfad (19) zum zumindest einen Berieselungsauslass (16) gelangt, - mit einer Berieselungsfördereinrichtung (20), die in einem Berieselungsbetrieb Wasser in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses (16) fördert und den Kühlmittelkühler (10) somit berieselt, dadurch gekennzeichnet, - wherein the sprinkling device (15) has a separator supply path (19) which is fluidically connected to the water separator (18), so that water from the water separator (18) reaches the at least one sprinkling outlet (16) via the separator supply path (19), - with a sprinkling conveyor device (20) which, in a sprinkling operation, conveys water in the direction of the at least one sprinkling outlet (16) and thus sprinkles the coolant cooler (10), characterized in that
- dass die Berieselungsfördereinrichtung (20) in einem Hauptpfad (25) angeordnet ist und im Betrieb Gas durch den Hauptpfad (25) fördert,- that the sprinkling conveying device (20) is arranged in a main path (25) and conveys gas through the main path (25) during operation,
- dass ein Gaszuführpfad (26) der Berieselungseinrichtung (15) druckseitig der Berieselungsfördereinrichtung (20) vom Hauptpfad (25) abzweigt und den Hauptpfad (25) fluidisch mit dem zumindest einen Berieselungsauslass (16) verbindet, so dass im Berieselungsbetrieb Gas aus dem Hauptpfad (25) über den Gaszuführpfad (26) Wasser in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses (16) fördert. - That a gas supply path (26) of the sprinkling device (15) branches off the pressure side of the sprinkling conveyor device (20) from the main path (25) and fluidly connects the main path (25) to the at least one sprinkling outlet (16), so that gas from the main path ( 25) conveys water in the direction of the at least one sprinkling outlet (16) via the gas supply path (26).
2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, 2. Fuel cell system according to claim 1, characterized in that
- dass das Brennstoffzellensystem (1) eine Kathodengaszuführanlage (5) zum Zuführen eines Kathodengases zum Stack (2) aufweist, in der eine Kathodengasfördereinrichtung (6) zum Fördern des Kathodengases eingebunden ist, - that the fuel cell system (1) has a cathode gas supply system (5) for supplying a cathode gas to the stack (2), in which a cathode gas delivery device (6) for delivering the cathode gas is integrated,
- dass die Kathodengaszuführanlage (5) den Hauptpfad (25) aufweist und die Kathodengasfördereinrichtung (6) der Berieselungsfördereinrichtung (20) entspricht, - that the cathode gas supply system (5) has the main path (25) and the cathode gas conveying device (6) corresponds to the sprinkling conveying device (20),
- dass der Gaszuführpfad (26) von der Kathodengaszuführanlage (5) abzweigt. - that the gas supply path (26) branches off from the cathode gas supply system (5).
3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Berieselungsfördereinrichtung (20) einer Bremsanlagenfördereinrichtung (23) einer Bremsanlage (29) eines zugehörigen Kraftfahrzeugs (4) entspricht. 3. Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the sprinkling conveyor (20) of a Brake system conveyor (23) corresponds to a brake system (29) of an associated motor vehicle (4).
4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Berieselungsfördereinrichtung (20) einer Reifenluftfördereinrichtung (24) einer Reifenbefüllungsanlage (30) eines zugehörigen Kraftfahrzeugs (4) entspricht. 4. Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the sprinkling conveyor (20) corresponds to a tire air conveyor (24) of a tire inflation system (30) of an associated motor vehicle (4).
5. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, 5. Fuel cell system according to one of claims 1 to 4, characterized in that
- dass die Berieselungseinrichtung (15) einen Wasserbehälter (21) zum Speichern von Wasser aufweist, der mit dem Abscheiderzuführpfad (19) fluidisch verbunden ist, so dass Wasser vom Wasserabscheider (18) in den Wasserbehälter (21) gelangt, - that the sprinkling device (15) has a water tank (21) for storing water, which is fluidically connected to the separator feed path (19), so that water passes from the water separator (18) into the water tank (21),
- dass die Berieselungseinrichtung (15) einen Wasserzuführpfad (22) aufweist, der den Wasserbehälter (21) fluidisch mit dem zumindest einen Berieselungsauslass (16) verbindet. - that the sprinkling device (15) has a water supply path (22) which fluidly connects the water tank (21) to the at least one sprinkling outlet (16).
6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1) eine Ventileinrichtung (31) aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie in der Berieselungseinrichtung (15) zumindest eine fluidische Verbindung wahlweise freigibt und sperrt. 6. Fuel cell system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the fuel cell system (1) has a valve device (31) which is designed such that it selectively releases and blocks at least one fluidic connection in the sprinkling device (15).
7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (31) ein erstes Ventil (32) aufweist, welches die fluidische Verbindung zwischen dem Wasserbehälter (21) und dem zumindest einen Berieselungsauslass (16) wahlweise sperrt und freigibt. 7. Fuel cell system according to claim 5 and 6, characterized in that the valve device (31) has a first valve (32) which the fluidic connection between the water tank (21) and the selectively blocks and releases at least one sprinkling outlet (16).
8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, 8. Fuel cell system according to claim 6 or 7, characterized in that
- dass der Gaszuführpfad (26) den Hauptpfad (25) fluidisch mit dem Wasserbehälter (21) verbindet, - that the gas supply path (26) fluidly connects the main path (25) to the water tank (21),
- dass die Ventileinrichtung (31) ein zweites Ventil (33) aufweist, das die fluidische Verbindung zwischen dem Hauptpfad (25) und dem Wasserbehälter (21) wahlweise sperrt und freigibt. - That the valve device (31) has a second valve (33) which selectively blocks and releases the fluidic connection between the main path (25) and the water tank (21).
9. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1) derart ausgestaltet ist, dass es wie folgt betrieben wird: 9. Fuel cell system according to one of claims 6 to 8, characterized in that the fuel cell system (1) is designed such that it is operated as follows:
- in einem ersten Entleerungsbetrieb ist die Ventileinrichtung (31) derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung (20) Wasser aus dem Abscheiderzuführpfad (19) in Richtung der Abgasanlage (17) fördert,- In a first emptying operation, the valve device (31) is set in such a way that the sprinkling conveying device (20) conveys water from the separator feed path (19) in the direction of the exhaust system (17),
- in einem zweiten Entleerungsbetrieb ist die Ventileinrichtung (31) derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung (20) Wasser aus dem Wasserzuführpfad (22) in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses (16) fördert, - in a second emptying operation, the valve device (31) is set in such a way that the sprinkler conveyor device (20) conveys water from the water supply path (22) in the direction of the at least one sprinkler outlet (16),
- der erste Entleerungsbetrieb und der zweite Entleerungsbetrieb werden so durchgeführt, dass nach dem ersten Entleerungsbetrieb und dem zweiten Entleerungsbetrieb der Abscheiderzuführpfad (19) und der Wasserzuführpfad (22) von Wasser entleert sind. - the first draining operation and the second draining operation are performed such that after the first draining operation and the second draining operation, the separator supply path (19) and the water supply path (22) are drained of water.
10. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1) derart ausgestaltet ist, dass die Berieselungsfördereinrichtung (20) im ersten Entleerungsbetrieb und/oder im zweiten Entleerungsbetrieb Wasser aus dem Wasserbehälter (21) in Richtung der Abgasanlage (17) fördert, so dass der Wasserbehälter (21) von Wasser entleert ist. 10. Fuel cell system according to claim 9, characterized in that the fuel cell system (1) is designed such that the Sprinkler conveying device (20) in the first emptying operation and/or in the second emptying operation promotes water from the water tank (21) in the direction of the exhaust system (17), so that the water tank (21) is emptied of water.
11. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1) derart ausgestaltet ist, dass es wie folgt betrieben wird: 11. Fuel cell system according to claim 9, characterized in that the fuel cell system (1) is designed such that it is operated as follows:
- in einem Behälterentleerungsbetrieb ist die Ventileinrichtung (31) derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung (20) Wasser aus dem Wasserbehälter (21) in die Umgebung fördert, - in a container emptying operation, the valve device (31) is set in such a way that the sprinkling conveyor device (20) conveys water from the water container (21) into the environment,
- der Wasserbehälter (21) ist nach dem Behälterentleerungsbetrieb von Wasser entleert. - the water tank (21) is emptied of water after the tank emptying operation.
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