WO2022012849A1 - Brennstoffzellensystem - Google Patents

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WO2022012849A1
WO2022012849A1 PCT/EP2021/066434 EP2021066434W WO2022012849A1 WO 2022012849 A1 WO2022012849 A1 WO 2022012849A1 EP 2021066434 W EP2021066434 W EP 2021066434W WO 2022012849 A1 WO2022012849 A1 WO 2022012849A1
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fuel cell
cell system
sprinkling
path
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PCT/EP2021/066434
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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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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.
  • a conveyor device of the sprinkler device is thus eliminated.
  • the disadvantage here is that the sprinkling device is only supplied with water in this way if there is a corresponding arrangement of the coolant cooler relative 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 specifying an improved or at least different embodiment for a fuel cell system of the type mentioned at the outset, which is characterized in particular by increased overall efficiency and/or cost-effective production.
  • 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 to cool the fuel cell and promoting the water with the aid of a gear pump of the sprinkling device in the direction of the cooler.
  • the cooler can thus be sprinkled with water as required and independently of the relative position of individual components of the fuel cell system.
  • the knowledge that the increase in performance of the cooler requires a precisely dosed sprinkling is also used.
  • the gear pump has the advantage that the volume flow it delivers can be set precisely by driving the gear pump.
  • a correspondingly precise sprinkling of the cooler is thus made possible by the drive of the gear pump per se and consequently the overall efficiency of the fuel cell system is increased with reduced effort.
  • the use of the gear pump also makes it possible to dispense with the use of otherwise additional components such as valves in the sprinkling device, or at least to reduce their number. Consequently, the sprinkling device is designed in a simplified manner through the use of the gear pump and is manufactured more cost-effectively.
  • 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 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 from the water separator reaches the at least one sprinkler outlet, in particular the sprinkler device.
  • the sprinkling device has a feed path, which is also referred to below as a separator feed path, the separator feed path being fluidically connected to the water separator.
  • the sprinkling device has the gear pump for conveying the water originating from the water separator in the direction of the at least one sprinkling outlet and thus for sprinkling the coolant cooler. During operation, the gear pump conveys water originating from the water separator in the direction of the at least one sprinkler outlet and thus sprinkles the coolant cooler.
  • 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 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.
  • Embodiments in which the gear pump is designed to be self-locking are particularly preferred.
  • the gear pump conveys a fluid, in particular water, by actively driving it, for example with an electric motor.
  • the gear pump blocks a fluid blockage via the gear pump.
  • other flow shut-offs in the sprinkling device can be dispensed with and the use of valves can be dispensed with or their number can at least be reduced. Consequently, the construction of the sprinkler is simplified and the construction is less expensive.
  • the gear pump in particular a pump mechanism of the gear pump, is advantageously integrated in a housing, in particular a plastic housing. This results in the advantage that a corresponding connection of fluidic connections and thus also their sealing can be dispensed with or at least reduced.
  • the housing of the gear pump can be designed in particular in a water tank of the sprinkling device for storing water or correspond to the water tank. Consequently, embodiments are preferred in which the gear pump is integrated in the water tank of the sprinkling device. This leads to a reduction in the required fluidic connections and a reduction in seals in the sprinkler system. As a result, the construction of the sprinkling device is simplified and the installation is more cost-effective. In addition, the sprinkling device can be made more compact in this way.
  • the water container advantageously serves to store water originating from the water separator.
  • 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 gear pump is integrated in the water tank. This means that the gear pump is accommodated in the water tank. In particular, the gear pump is at least partially arranged inside the water tank.
  • the water tank can be one of the water separator. This means that the water tank can be arranged, in particular designed, on the water separator. In this case, the separator feed path runs between the gear pump and the at least one sprinkler outlet.
  • the water tank can also be a separate component from the water separator.
  • the separator feed path fluidly connects the water separator to the water tank, so that water can pass from the water separator into the water tank.
  • the sprinkling device has a water tank, in particular the gear pump, with the at least has a flow path fluidically connecting a sprinkling outlet, which is also referred to below as a water supply path.
  • 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 makes it possible to sprinkle the coolant cooler independently of the water directly present in the exhaust gas and consequently leads to an improvement in the needs-based cooling of the stack.
  • the gear pump is arranged in the separator feed path which fluidly connects the water separator to the at least one sprinkler outlet. Since an increasing cooling capacity of the coolant cooler is generally required with increasing performance requirements for the stack and the stack generates more exhaust gas and thus water with increasing performance, the sprinkler system can be sufficiently supplied with the water occurring in the water separator even without using a water tank.
  • the sprinkling device is cheaper and simpler as well as saving space.
  • the housing of the gear pump is preferably formed on a box of the coolant cooler for collecting and/or distributing the coolant.
  • a volume delimited by the housing, in which the gear pump, in particular the pump mechanism, is arranged, is expediently fluidically separated from the coolant path.
  • the sprinkling device is thus particularly compact.
  • the box made of plastic is advantageous. This allows the housing to be designed in a particularly simple manner.
  • the sprinkling device is additionally emptied of water with the aid of the gear pump. 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 water in an emptying operation, the water is conveyed from the separator feed path in the direction of the water separator and/or the at least one sprinkler outlet, so that the sprinkler device is emptied of water after the emptying operation.
  • the fuel cell system in particular the sprinkler device, can have a valve device for releasing and blocking flows in the sprinkler device.
  • the valve device is used in particular for emptying the sprinkling device.
  • the valve device is 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 also referred to below as the first valve, it is therefore possible to block a flow between the water tank and the at least one sprinkling outlet despite the active driving of the gear pump. This makes it possible, for example, to empty the water tank without the water flowing out of the water tank to the at least one sprinkling outlet.
  • the sprinkling device has a discharge path for discharging water stored in the water tank into the environment and thus emptying the water tank.
  • the valve device has a valve which selectively blocks and releases a flow from the water container via the discharge path into the environment.
  • this valve also referred to below as the second valve, it is therefore possible to empty the water from the water tank when the gear pump is actively driven.
  • a flow of water to the at least one sprinkling outlet can be prevented at the same time, meaning that water in the water tank can only be emptied via the drain path.
  • the flow of water via the drain path can be blocked and released to at least one sprinkling outlet.
  • valve device in a first emptying operation and to drive the gear pump in such a way that the gear pump conveys water from the water tank and the separator feed path in the direction of the exhaust system.
  • gear pump conveys water from the water supply path in the direction of the at least one sprinkling outlet.
  • the emptying operations are carried out in such a way that after the first emptying operation and the second emptying operation, the sprinkler device is emptied of water. It goes without saying here that the first emptying operation and the second emptying operation can also be carried out in reverse order.
  • a conveyor device of the fuel cell system that is separate from the gear pump can also be used Promote a gas are used.
  • the fuel cell system When the fuel cell system is used in a motor vehicle, it can be a delivery device of the motor vehicle that delivers a gas during operation.
  • the conveying device is preferably one that primarily conveys the gas for an application separate from the sprinkling device.
  • the fuel cell system has a main path of the separate application that is separate from the sprinkling device and in which the delivery device for delivering a gas is arranged.
  • a gas supply path of the sprinkling device is connected to the flow path on the pressure side of the delivery device, so that gas can be branched off from the flow path via the gas supply path.
  • the valve device expediently has a valve, also referred to below as the third valve, which selectively blocks and releases a flow between the flap path and the gas supply path.
  • the valve device In a first emptying operation, the valve device is preferably set in such a way that the delivery device delivers water from the separator feed path in the direction of the exhaust system and out of the sprinkler device. In a second emptying mode, the valve device is set in such a way that the delivery device delivers water from the water supply path in the direction of the at least one sprinkler outlet and out of the sprinkler device. It goes without saying here that the first emptying operation and the second emptying operation can also be carried out in reverse order. It is also conceivable to carry out the first and second emptying operation together.
  • the fuel cell system has a control device that is designed accordingly.
  • the control device is expediently connected in a communicative manner to the valve device, so that the Control device which adjusts at least one valve of the valve device during operation.
  • the control device can be communicatively connected to the gear pump and/or the delivery device, so that the control device controls the gear pump and/or the delivery device during operation, in particular can change the respective delivery capacity.
  • the control device can change the conveying direction of the gear pump.
  • 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 with the respective release, with which different volume flows and/or flow cross sections are 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
  • Fig. 6 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 7, 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 .
  • Operational 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 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 .
  • heat is also generated, so that when the fuel cell system 1 is in operation it may be necessary to cool the stack 2 .
  • the fuel cell system 1 has a cooling device 8 for cooling the stack 2 .
  • 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, hereinafter also referred to as coolant path 14 (see FIG. 1), each 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 a plurality of 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 water from the exhaust gas is integrated in 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 supply path 19, so that water obtained with the water separator 18 via the separator supply path 19 in reach the sprinkling device 15 and can be conveyed to at least one sprinkling outlet 16 .
  • the sprinkler device 15 has a gear pump 20 for conveying the water in the direction of the at least one sprinkler outlet 16 .
  • the gear pump 20 is driven by a drive device, not shown, for example by an electric motor.
  • the gear pump 20 is designed in such a way that it can pump fluid, in particular water, in both directions. This is done by appropriately driving the gear pump 20 in different directions with the drive device.
  • the gear pump 20 in the exemplary embodiments shown is preferably self-locking. If the gear pump 20 is not actively driven by the drive device, it blocks a flow via the gear pump 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 to the at least one sprinkler outlet 16, so that during operation, pumped by the gear pump 20, water can flow via the flow path 22, hereinafter also referred to as the water supply path 22, to the at least one sprinkler outlet 16.
  • the sprinkling device 15 can also be free of water containers 21.
  • the sprinkler device 15 has no water supply path 22 and the gear pump 20 is arranged in the separator supply path 19 .
  • the gear pump 20 is arranged directly on the coolant cooler 10 and is integrated on the coolant cooler 10 .
  • the box 39 is used to collect and/or distribute the coolant.
  • a volume delimited by the housing 38, in which the pump mechanism of the gear pump 20 is arranged, is fluidically separated from the coolant path 14.
  • the box 39 is advantageously made of plastic.
  • the gear pump 20 can be accommodated and integrated in the water tank 21.
  • a separate sealing and/or fluidic connection of the gear pump 20 is not necessary, or at least to a lesser extent.
  • the water tank 21 also serves as the housing 38 of the gear pump 20.
  • the sprinkler system 15 can also have a drain path 23 for draining water stored in the water tank 21 into the environment and thus for emptying the water tank 21 . It is also conceivable to convey the water in the water tank 21 via the water supply path 22 through the at least one sprinkling outlet 16 and/or via the separator supply path 19 in the direction of the exhaust system 17 and thus to empty the water tank 21.
  • the water supply path 22 and/or the separator supply path 19 are expediently also emptied in the process.
  • the valve device 24 can have a valve 25 which selectively blocks and releases the fluidic connection between the water tank 21 and the at least one sprinkling outlet 16 and which is also referred to below as the first valve 25 .
  • the first valve 25 With the first valve 25, a flow between the water tank 21 and the at least one sprinkling outlet 16 can be blocked and interrupted, for example, despite the active drive of the gear pump 20.
  • the water tank 21 can be emptied, in particular via the drain path 23, without the water flowing to the at least one sprinkler outlet 16.
  • the use of the first valve 25 can therefore be dispensed with if no drain path 23 is present.
  • the valve device 24 expediently has a valve 26 which selectively blocks and releases the flow from the water tank 21 into the environment via the discharge path 23 and is also referred to below as the second valve 26 .
  • the first valve 25 can be closed and the second valve 26 can be opened in order to empty the water tank 21 , in particular also the separator feed path 19 , of water.
  • the first valve 25 is opened and the second valve 26 is closed.
  • the drain path 23 and the water supply path 22 can be separate.
  • the first valve 25 and the second valve 26 are separate.
  • the first valve 25 and the second valve 26 can be designed together as a three-way valve 27 of the valve device 24 .
  • the drain path 23 and the water supply path 22 run together up to the three-way valve 27 .
  • the water container 21 is preferably emptied first.
  • the second Valve 26 is opened and the first valve 25 is closed and the gear pump 20 is driven in such a way that the gear pump 20 promotes water from the water tank 21 via the drain path 23 into the environment.
  • first emptying operation the first valve 25 and the second valve 26 can be closed and the gear pump 20 can be driven in such a way that water is conveyed from the separator feed path 19 in the direction of the exhaust system 17 .
  • second emptying operation the first valve 25 is opened, the second valve 26 is closed and the gear pump 20 is driven in such a way that water flows out of the water supply path 22 in the direction of the at least one sprinkler outlet 16 and out of the sprinkler device 15 .
  • the emptying operations are carried out in such a way that the sprinkler device 15 is emptied of water after the emptying operations.
  • the first emptying operation and the second emptying operation can also be carried out in reverse order.
  • water can also be emptied without a valve device 24.
  • the water present in the sprinkler system 15 is conveyed with the gear pump 20 to at least one sprinkler outlet 16 and/or to the exhaust system 17 .
  • the sprinkling device 15 can be emptied of water as an alternative to the gear pump 20 or in addition to the gear pump 20 with a conveying device 28 which conveys a gas during operation.
  • the delivery device 28 is preferably one that primarily delivers gas in the fuel cell system 1 and/or in the motor vehicle 4 for an application separate from the sprinkler device 15 .
  • the conveying device 28 can also be a brake system conveying device 29 of a brake system 30 for braking the motor vehicle 4, the brake system 30 being operated with a gas, in particular with air .
  • the conveying device 28 can alternatively or additionally correspond to a tire air conveying device 31 of the motor vehicle 4 .
  • the tire air conveying device 31 is also used to fill at least one tire (not shown) of the motor vehicle 4 with air, in particular for emergency inflation of the tire, and is therefore part of a tire inflation system 32 of the motor vehicle 4.
  • the conveying device 28 is in a flow path 33 of the associated application, in In the exemplary embodiments shown, for example, the cathode gas supply system 5, the brake system 30 and the tire inflation system 32 are arranged, which is also referred to below as the main path 33.
  • the sprinkling device 15 has a flow path 34 which is connected to the main path 33 on the pressure side of the delivery device 28 , ie downstream of the delivery device 28 and thus branches off from the main path 33 , which is also referred to below as the gas supply path 34 .
  • the delivery device 28 can deliver gas into the sprinkler device 20 via the gas supply path 34 .
  • the valve device 24 has a valve 35, also referred to below as the third valve 35, which the flow between the main path 33 and the gas supply path 34 selectively enables and blocks.
  • the third valve 35 is arranged in the gas supply path 34 .
  • the gas supply path 34 leads directly to the at least one sprinkling outlet 16.
  • a check valve 37 is arranged in the gas supply path 34 to prevent a flow in the direction of the main path 25.
  • the gas supply path has two branches 34a, 34b, namely a first branch 34a and a second branch 34b.
  • the branches 34a, 34b each bypass the water tank 21.
  • the first branch 34a opens into the separator feed path 19.
  • the second branch 34b opens into the water feed path 22.
  • the third valve 35 is designed as a three-way valve 27 and thus allows a flow between the respective Branch 34a, 34b and the main path 33 or blocks them.
  • the water container 21, if present, is preferably emptied first. This is preferably done with the gear pump 20.
  • the second valve 26 is opened and the first valve 25 and closed and the gear pump 20 is driven in such a way that the gear pump 20 pumps water from the water tank 21 via the drain path 23 into the environment.
  • the first valve 25 and the second valve 26 are closed in a first emptying operation and the third valve 35 is adjusted in such a way that gas flows from the main path 33 via the first branch 34a to the separator feed path 19 and the water in the separator feed path 19 to the Exhaust system 17 promotes.
  • the first valve 25 and the second valve 26 are closed and the third valve 35 is adjusted in such a way that gas flows from the main path 33 via the second branch 34b to the water supply path 22 and the water flows from the water supply path 22 in the direction of the at least one Irrigation outlet 16 and promotes from the irrigation device 15.
  • the emptying operations are carried out in such a way that the sprinkler device 15 is emptied of water after the emptying operations.
  • the first emptying operation and the second emptying operation can also be carried out in reverse order. Also, the first and second purge operations can be performed together.
  • the fuel cell system 1 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 25, 26, 35, in order to control the valve device 31 and thus selectively enable or block the corresponding flows.
  • the control device 36 is connected to the gear pump 20, in particular the drive device of the gear pump 20, and/or the delivery device 28 in order to control them in each case.
  • the control device 36 is used in particular for changing between the operating modes.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (1) mit einem Stack (2), der zumindest eine Brennstoffzelle (3) aufweist. Das Brennstoffzellensystem (1) weist ferner eine Kühleinrichtung (8) zum Kühlen des Stacks (2) auf, welche den Stack (2) mit einem Kühlmittel kühlt und zum Kühlen des Kühlmittels einen Kühlmittelkühler (10) aufweist, wobei der Kühlmittelkühler (10) mit Hilfe einer Berieselungseinrichtung (15) mit Wasser berieselt wird. Eine erhöhte Gesamteffizienz sowie eine kostengünstige Herstellung des Brennstoffzellensystems (1) ergeben sich dadurch, dass die Berieselungseinrichtung (15) zum Fördern von Wasser eine Zahnradpumpe (20) aufweist.

Description

Brennstoffzellensystem
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.
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.
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 ,
US 4494384 A, DE 102017209735 A1 , DE 11 2007001 422 B4, FR 2833803 A1 und DE 102010036502 A1 bekannt. 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.
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 eine Fördereinrichtung der Berieselungseinrichtung. Nachteilig hierbei ist, 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.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Gesamteffizienz und/oder kostengünstige Herstellung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. 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 Zahnradpumpe der Berieselungseinrichtung in Richtung des Kühlers zu fördern. Somit kann der Kühler bedarfsgerecht und unabhängig von der relativen Lage einzelner Bestandteile des Brennstoffzellensystems mit Wasser berieselt werden. Genutzt wird zudem die Erkenntnis, dass die Leistungssteigerung des Kühlers einer genau dosierten Berieselung bedarf. Die Zahnradpumpe hat hierbei den Vorteil, dass sich der von ihr geförderte Volumenstrom durch den Antrieb der Zahnradpumpe präzise einstellen lässt. Somit wird ein entsprechend präzises Berieseln des Kühlers durch den Antrieb der Zahnradpumpe an sich ermöglicht und folglich die Gesamteffizienz des Brennstoffzellensystems bei reduziertem Aufwand gesteigert. Der Einsatz der Zahnradpumpe erlaubt es ferner, auf die Verwendung von ansonsten zusätzlichen Bestandteilen wie Ventilen in der Berieselungseinrichtung zu verzichten oder deren Anzahl zumindest zu reduzieren. Folglich ist die Berieselungseinrichtung durch den Einsatz der Zahnradpumpe vereinfacht konstruiert und kostengünstiger hergestellt.
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 Abgas auf, die nachfolgend auch als Wasserabscheider bezeichnet wird. Im Betrieb wird also mittels des Wasserabscheiders aus dem Abgas Wasser gewonnen. 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 zum zumindest einen Berieselungsauslass, insbesondere 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 die Berieselungseinrichtung die Zahnradpumpe auf. Im Betrieb fördert die Zahnradpumpe aus dem Wasserabscheider stammendes Wasser in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses und berieselt somit den Kühlmittelkühler.
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.
Es versteht sich, dass das Wasser, mit dem der Kühlmittelkühler berieselt wird, außer dem vom Wasserabscheider stammenden Wasser auch andere Bestandteile enthalten kann.
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.
Als besonders bevorzugt gelten Ausführungsformen, bei denen die Zahnradpumpe selbsthemmend ausgestaltet ist. Das heißt, dass die Zahnradpumpe ein Fluid, insbesondere das Wasser, durch aktives Antreiben, beispielsweise mit einem Elektromotor, fördert. Beim Unterbleiben des aktiven Antreibens sperrt die Zahnradpumpe demgegenüber eine Fluidsperrung über die Zahnradpumpe. Somit können anderweitige Absperrungen von Strömungen in der Berieselungseinrichtung entfallen und auf den Einsatz von Ventilen verzichtet oder deren Anzahl zumindest reduziert werden. Folglich sind die Konstruktion der Berieselungseinrichtung vereinfacht und die Fierstellung kostengünstiger.
Vorteilhaft ist die Zahnradpumpe, insbesondere eine Pumpenmechanik der Zahnradpumpe in einem Gehäuse, insbesondere einem Kunststoffgehäuse, integriert. Somit ergibt sich der Vorteil, dass auf eine entsprechende Verbindung von fluidischen Verbindungen und somit auch auf deren Abdichtung verzichtete oder diese zumindest reduziert werden können.
Das Gehäuse der Zahnradpumpe kann insbesondere in einem Wasserbehälter der Berieselungseinrichtung zum Speichern von Wasser ausgebildet sein oder dem Wasserbehälter entsprechen. Folglich sind Ausführungsformen bevorzugt, bei denen die Zahnradpumpe im Wasserbehälter der Berieselungseinrichtung integriert ist. Dies führt zu einer Reduzierung der benötigten fluidischen Verbindungen sowie einer Reduzierung von Dichtungen in der Berieselungseinrichtung. In der Folge sind die Konstruktion der Berieselungseinrichtung vereinfacht und die Fierstellung kostengünstiger. Zudem kann die Berieselungseinrichtung auf diese Weise kompakter ausgebildet werden.
Der Wasserbehälter dient vorteilhaft dem Speichern von aus dem Wasserabscheider stammendem Wasser. 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. Dabei ist die Zahnradpumpe ist im Wasserbehälter integriert. Das heißt, dass die Zahnradpumpe im Wasserbehälter aufgenommen ist. Insbesondere ist die Zahnradpumpe zumindest teilweise innerhalb des Wasserbehälters angeordnet.
Beim Wasserbehälter kann es sich um einen solchen des Wasserabscheiders handeln. Das heißt, dass der Wasserbehälter am Wasserabscheider angeordnet, insbesondere ausgebildet sein kann. In diesem Fall verläuft der Abscheiderzuführpfad zwischen der Zahnradpumpe und dem zumindest einen Berieselungsauslass.
Der Wasserbehälter kann auch ein vom Wasserabscheider separater Bestandteil sein. In diesem Fall verbindet der Abscheiderzuführpfad den Wasserabscheider fluidisch mit dem Wasserbehälter, so dass Wasser aus dem Wasserabscheider in den Wasserbehälter gelangen kann. Zudem weist die Berieselungseinrichtung einen den Wasserbehälter, insbesondere die Zahnradpumpe, mit dem zumindest einen Berieselungsauslass fluidisch verbindenden Strömungspfad aufweist, der nachfolgend auch als Wasserzuführpfad bezeichnet wird.
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.
Vorstellbar ist es, auf einen Wasserbehälter zu verzichten, sodass die Berieselungseinrichtung frei von Wasserbehältern ist. In diesem Fall ist die Zahnradpumpe im Abscheiderzuführpfad angeordnet, welcher den Wasserabscheider fluidisch mit dem zumindest einen Berieselungsauslass verbindet. Da eine steigende Kühlleistung des Kühlmittelkühlers in der Regel bei steigenden Leistungsanforderungen an den Stack benötigt wird und der Stack bei steigenden Leistungen mehr Abgas und somit Wasser erzeugt, kann somit auch ohne den Einsatz eines Wasserbehälters eine ausreichende Versorgung der Berieselungseinrichtung mit im Wasserabscheider anfallenden Wassers erfolgen.
In diesem Fall ist die Berieselungseinrichtung kostengünstiger und einfacher sowie bauraumsparender.
Vorstellbar ist es, das Gehäuse der Zahnradpumpe am Kühlmittelkühler zu integrieren. Bevorzugt ist das Gehäuse der Zahnradpumpe an einem Kasten des Kühlmittelkühlers zum Sammeln und/oder Verteilen des Kühlmittels ausgeformt. Zweckmäßig ist dabei ein vom Gehäuse begrenztes Volumen, in welchem die Zahnradpumpe, insbesondere die Pumpenmechanik, angeordnet ist, fluidisch vom Kühlmittelpfad getrennt. Somit ist die Berieselungseinrichtung besonders kompakt. Vorteilhaft ist der Kasten aus Kunststoff. Dies erlaubt ein besonders einfaches Ausbilden des Gehäuses.
Bei bevorzugten Ausführungsformen erfolgt mit Hilfe der Zahnradpumpe 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. Dabei wird in einem Entleerungsbetrieb das Wasser aus dem Abscheiderzuführpfad in Richtung des Wasserabscheiders und/oder des zumindest einen Berieselungsauslasses gefördert, sodass die Berieselungseinrichtung nach dem Entleerungsbetrieb von Wasser entleert ist.
Das Brennstoffzellensystem, insbesondere die Berieselungseinrichtung, kann eine Ventileinrichtung zum Freigeben und Sperren von Strömungen in der Berieselungseinrichtung aufweisen. Die Ventileinrichtung kommt dabei insbesondere zum Entleeren der Berieselungseinrichtung zum Einsatz. Die Ventileinrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie in der Berieselungseinrichtung zumindest eine fluidische Verbindung wahlweise freigibt und sperrt. Dementsprechend weist die Ventileinrichtung zumindest ein Ventil auf.
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, trotz des aktiven Antreibens der Zahnradpumpe eine Strömung zwischen dem Wasserbehälter und dem zumindest einen Berieselungsauslass zu sperren. Dies erlaubt es beispielsweise, den Wasserbehälter zu entleeren, ohne dass das Wasser aus dem Wasserbehälter zum zumindest einen Berieselungsauslass strömt. Bevorzugt ist es, wenn die Berieselungseinrichtung einen Ablasspfad zum Ablassen von im Wasserbehälter gespeichertem Wasser in die Umgebung und somit Entleeren des Wasserbehälters aufweist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Ventileinrichtung ein Ventil aufweist, welches eine Strömung vom Wasserbehälter über den Ablasspfad in die Umgebung wahlweise sperrt und freigibt. Mit diesem Ventil, nachfolgend auch als zweites Ventil bezeichnet, ist es also möglich, beim aktiven Antreiben der Zahnradpumpe das Wasser aus dem Wasserbehälter zu entleeren. In Kombination mit dem ersten Ventil kann zugleich eine Strömung von Wasser zum zumindest einen Berieselungsauslass verhindert, dass Wasser im Wasserbehälter also ausschließlich über den Ablasspfad entleert werden. Umgekehrt kann zum Berieseln des Kühlmittelkühlers und somit in einem Berieselungsbetrieb die Strömung von Wasser über den Ablasspfad gesperrt und zum zumindest einen Berieselungsauslass freigegeben werden.
Vorstellbar ist es, in einem ersten Entleerungsbetrieb die Ventileinrichtung derart einzustellen und die Zahnradpumpe derart anzutreiben, dass die Zahnradpumpe Wasser aus dem Wasserbehälter und dem Abscheiderzuführpfad in Richtung der Abgasanlage fördert. Zudem werden in einem zweiten Entleerungsbetrieb die Ventileinrichtung derart eingestellt und die Zahnradpumpe derart angetrieben, dass die Zahnradpumpe Wasser aus dem Wasserzuführpfad in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses fördert. Die Entleerungsbetriebe werden dabei so durchgeführt, dass nach dem ersten Entleerungsbetrieb und dem zweiten Entleerungsbetrieb die Berieselungseinrichtung von Wasser entleert ist. Es versteht sich hierbei, dass der erste Entleerungsbetrieb und der zweite Entleerungsbetrieb auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden können.
Zum Entleeren der Berieselungseinrichtung von Wasser kann auch eine von der Zahnradpumpe separate Fördereinrichtung des Brennstoffzellensystems zum Fördern eines Gases zum Einsatz kommen. Beim Einsatz des Brennstoffzellensystems in einem Kraftfahrzeug kann es sich dabei um eine Fördereinrichtung des Kraftfahrzeugs handeln, die im Betrieb ein Gas fördert.
Die Fördereinrichtung ist bevorzugt eine solche, die primär das Gas für eine von der Berieselungseinrichtung separate Anwendung fördert. Dementsprechend weist das Brennstoffzellensystem einen von der Berieselungseinrichtung separaten Flauptpfad der separaten Anwendung auf, in dem die Fördereinrichtung zum Fördern eines Gases angeordnet ist. Ein Gaszuführpfad der Berieselungseinrichtung ist druckseitig der Fördereinrichtung mit dem Flauptpfad verbunden, sodass über den Gaszuführpfad Gas vom Flauptpfad abgezweigt werden kann. Dabei weist die Ventileinrichtung zweckmäßig ein Ventil, nachfolgend auch drittes Ventil genannt, auf, welches eine Strömung zwischen dem Flauptpfad und dem Gaszuführpfad wahlweise sperrt und freigibt.
Bevorzugt wird dabei in einem ersten Entleerungsbetrieb die Ventileinrichtung derart eingestellt, dass die Fördereinrichtung Wasser aus dem Abscheiderzuführpfad in Richtung der Abgasanlage und aus der Berieselungseinrichtung fördert. In einem zweiten Entleerungsbetrieb ist die Ventileinrichtung derart eingestellt, dass die Fördereinrichtung Wasser aus dem Wasserzuführpfad in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses und aus der Berieselungseinrichtung fördert. Es versteht sich hierbei, dass der erste Entleerungsbetrieb und der zweite Entleerungsbetrieb auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden können. Auch ist es vorstellbar, den ersten und zweiten Entleerungsbetrieb gemeinsam durchzuführen.
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 Zahnradpumpe und/oder der Fördereinrichtung kommunizierend verbunden sein, so dass die Steuereinrichtung die Zahnradpumpe und/oder der Fördereinrichtung im Betrieb steuert, insbesondere die jeweilige Förderleistung ändern kann. Insbesondere kann die Steuereinrichtung die Förderrichtung der Zahnradpumpe ändern.
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.
Das Brennstoffzellensystem kann, wie vorstehend erwähnt, Bestandteil eines Kraftfahrzeugs sein. Dabei kommt der Stack insbesondere zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zum Einsatz.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
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.
Es zeigen, jeweils schematisch, stark vereinfacht und schaltplanartig
Fig. 1 ein Brennstoffzellensystem mit einer Berieselungseinrichtung,
Fig. 2 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich der
Berieselungseinrichtung,
Fig. 3 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich der
Berieselungseinrichtung bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich der
Berieselungseinrichtung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 5 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich der
Berieselungseinrichtung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich der
Berieselungseinrichtung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems bei einem anderen
Ausführungsbeispiel.
Ein Brennstoffzellensystem 1 , wie es beispielsweise in den Figuren 1 bis 7 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 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.
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 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 weist die Berieselungseinrichtung 15 eine Zahnradpumpe 20 auf. Die Zahnradpumpe 20 wird von einer nicht gezeigten Antriebeinrichtung, beispielweise von einem Elektromotor, angetrieben. In den gezeigten Ausführungsbeispielen und bevorzugt ist die Zahnradpumpe 20 derart ausgestaltet, dass sie Fluid, insbesondere Wasser, in beiden Richtungen fördern kann. Dies erfolgt durch einen entsprechenden Antrieb der Zahnradpumpe 20 in unterschiedlichen Richtungen mit der Antriebseinrichtung. Zudem ist die Zahnradpumpe 20 in den gezeigten Ausführungsbeispielen und bevorzugt selbthemmend. Wird die Zahnradpumpe 20 also mit der Antriebseinrichtung nicht aktiv angetrieben, sperrt sie eine Strömung über die Zahnradpumpe 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 Zahnradpumpe 20 gefördert, Wasser über den Strömungspfad 22, nachfolgend auch als Wasserzuführpfad 22 bezeichnet, zu dem zumindest einen Berieselungsauslass 16 strömen kann.
Wie in den Figuren 3 und 6 jeweils gestrichelt angedeutet, kann die Berieselungseinrichtung 15 auch frei von Wasserbehältern 21 sein. In diesem Fall weist die Berieselungseinrichtung 15 keinen Wasserzuführpfad 22 auf und ist die Zahnradpumpe 20 im Abscheiderzuführpfad 19 angeordnet. In den gezeigten Ausführungsbespielen ist die Zahnradpumpe 20 dabei unmittelbar am Kühlmittelkühler 10 angeordnet und am Kühlmittelkühler 10 integriert. Hierzu ist ein Gehäuse 38 der Zahnradpumpe 20, in welchem zumindest eine nicht gezeigte Pumpenmechanik der Zahnradpumpe 20 aufgenommen ist, vorteilhaft an einem Kasten 39 des Kühlmittelkühlers 10 ausgeformt. Der Kasten 39 dient dem Sammeln und/oder Verteilen des Kühlmittels. Dabei ist ein vom Gehäuse 38 begrenztes Volumen, in welchem die Pumpenmechanik der Zahnradpumpe 20 angeordnet ist, fluidisch vom Kühlmittelpfad 14 getrennt. Vorteilhaft ist der Kasten 39 aus Kunststoff.
Weist die Berieselungseinrichtung 15 einen Wasserbehälter 21 auf, kann die Zahnradpumpe 20, wie in den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 5 gezeigt, im Wasserbehälter 21 aufgenommen und integriert sein. Somit ist ein gesondertes Abdichten und/oder fluidisches Verbinden der Zahnradpumpe 20 nicht oder zumindest in geringerem Umfang notwendig. Bei einer derartigen Ausführung dient der Wasserbehälter 21 also zugleich als Gehäuse 38 der Zahnradpumpe 20.
Ist in der Berieselungseinrichtung 15 ein Wasserbehälter 21 der gezeigten Art vorgesehen, kann, wie in den Figuren 2 und 5 gezeigt, die Berieselungseinrichtung 15 ferner einen Ablasspfad 23 zum Ablassen von im Wasserbehälter 21 gespeichertem Wasser in die Umgebung und somit zum Entleeren des Wasserbehälters 21 aufweisen. Vorstellbar ist es auch, das Wasser im Wasserbehälter 21 über den Wasserzuführpfad 22 durch den zumindest einen Berieselungsauslass 16 und/oder über den Abscheiderzuführpfad 19 in Richtung der Abgasanlage 17 zu fördern und den Wasserbehälter 21 somit zu Entleeren. Dabei werden zweckmäßig auch der Wasserzuführpfad 22 und/oder der Abscheiderzuführpfad 19 entleert.
Wie lediglich in den Figuren 2 und 3 sowie 5 und 6 gezeigt, kann das Brennstoffzellensystem 1, insbesondere die Berieselungseinrichtung 15, eine Ventileinrichtung 24 zum Steuern von Strömungen in der Berieselungseinrichtung 20 aufweisen. Wie gezeigt kann die Ventileinrichtung 24 ein Ventil 25 aufweisen, welches die fluidische Verbindung zwischen dem Wasserbehälter 21 und dem zumindest einen Berieselungsauslass 16 wahlweise sperrt und freigibt und welches nachfolgend auch als erstes Ventil 25 bezeichnet wird. Mit dem ersten Ventil 25 kann beispielsweise trotz aktivem Antrieb der Zahnradpumpe 20 eine Strömung zwischen dem Wasserbehälter 21 und dem zumindest einen Berieselungsauslass 16 gesperrt und unterbrochen werden.
Somit kann beispielsweise der Wasserbehälter 21 , insbesondere über den Ablasspfad 23 entleeren werden, ohne dass das Wasser zum zumindest einen Berieselungsauslass 16 strömt. Auf die Verwendung des ersten Ventils 25 kann also verzichtet werden, wenn kein Ablasspfad 23 vorhanden ist. Bei vorhandenem Ablasspfad 23 weist die Ventileinrichtung 24 zweckmäßig ein Ventil 26 auf, welches die Strömung vom Wasserbehälter 21 über den Ablasspfad 23 in die Umgebung wahlweise sperrt und freigibt und nachfolgend auch als zweites Ventil 26 bezeichnet wird. Beim aktiven Antreiben der Zahnradpumpe 20 kann das erste Ventil 25 geschlossen und das zweiten Ventil 26 geöffnet werden, um den Wasserbehälter 21 , insbesondere auch den Abscheiderzuführpfad 19, von Wasser zu entleeren. Zum Berieseln des Kühlmittelkühlers 10 und somit in einem Berieselungsbetrieb wird demgegenüber das erste Ventil 25 geöffnet und das zweite Ventil 26 geschlossen. Wie Figur 2 entnommen werden kann, können der Ablasspfad 23 und der Wasserzuführpfad 22 separat sein. Somit sind auch das erste Ventil 25 und das zweite Ventil 26 separat. Wie Figur 5 entnommen werden kann, können das erste Ventil 25 und das zweite Ventil 26 gemeinsam als ein Dreiwegeventil 27 der Ventileinrichtung 24 ausgestaltet sein. Beim in Figur 5 gezeigten Beispiel verlaufen dabei der Ablasspfad 23 und der Wasserzuführpfad 22 bis zum Dreiwegeventil 27 gemeinsam.
Bevorzugt wird zum Entleeren der Berieselungseinrichtung 15, soweit vorhanden, zunächst der Wasserbehälter 21 entleert. Zu diesem Zweck kann das zweite Ventil 26 geöffnet und das erste Ventil 25 geschlossen sowie die Zahnradpumpe 20 derart angetrieben werden, dass die Zahnradpumpe 20 Wasser aus dem Wasserbehälter 21 über den Ablasspfad 23 in die Umgebung fördert.
In einem ersten Entleerungsbetrieb können das erste Ventil 25 und das zweite Ventil 26 geschlossen und die Zahnradpumpe 20 derart angetrieben werden, dass Wasser aus dem Abscheiderzuführpfad 19 in Richtung der Abgasanlage 17 gefördert wird. Zudem werden in einem zweiten Entleerungsbetrieb das erste Ventil 25 geöffnet, das zweite Ventil 26 geschlossen und die Zahnradpumpe 20 derart angetrieben, dass Wasser aus dem Wasserzuführpfad 22 in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses16 und aus der Berieselungseinrichtung 15 strömt. Die Entleerungsbetriebe werden dabei so durchgeführt, dass nach den Entleerungsbetrieben die Berieselungseinrichtung 15 von Wasser entleert ist. Dabei können der erste Entleerungsbetrieb und der zweite Entleerungsbetrieb auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden können.
Weist die Berieselungseinrichtung keinen Wasserbehälter 21 auf, kann auch ohne eine Ventileinrichtung 24 von Wasser entleert werden. Hierzu wird das in der Berieselungseinrichtung 15 vorhandene Wasser mit der Zahnradpumpe 20 zum zumindest einen Berieselungsauslass 16 und/oder zur Abgasanlage 17 gefördert.
Wie insbesondere den Figuren 4 bis 7 entnommen werden kann, kann das Entleeren der Berieselungseinrichtung 15 von Wasser alternativ zur Zahnradpumpe 20 oder zusätzlich zur Zahnradpumpe 20 mit einer Fördereinrichtung 28 erfolgen, die im Betrieb ein Gas fördert. Bei der Fördereinrichtung 28 handelt es sich vorzugsweise um eine solche, die im Brennstoffzellensystem 1 und/oder im Kraftfahrzeug 4 primär für eine von der Berieselungseinrichtung 15 separate Anwendung Gas fördert. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 4 bis 6 handelt es sich bei der Fördereinrichtung 28 um die Kathodengasfördereinrichtung 6. Wie Figur 7 entnommen werden kann, kann es sich bei der Fördereinrichtung 28 auch um eine Bremsanlagenfördereinrichtung 29 einer Bremsanlage 30 zum Bremsen des Kraftfahrzeugs 4 handeln, wobei die Bremsanlage 30 mit einem Gas, insbesondere mit Luft, betrieben ist. Wie Figur 7 ferner entnommen werden kann, kann die Fördereinrichtung 28 alternativ oder zusätzlich eine Reifenluftfördereinrichtung 31 des Kraftfahrzeugs 4 entsprechen. Hierbei dient die Reifenluftfördereinrichtung 31 auch dem Befüllen zumindest eines nicht gezeigten Reifens des Kraftfahrzeugs 4 mit Luft, insbesondere der Notbefüllung des Reifens, und ist somit Bestandteil einer Reifenbefüllungsanlage 32 des Kraftfahrzeugs 4. Die Fördereinrichtung 28 ist dabei in einen Strömungspfad 33 der zugehörigen Anwendung, in den gezeigten Ausführungsbeispielen also beispielsweise der Kathodengaszuführanlag 5, der Bremsanlage 30 bzw. der Reifenbefüllungsanlage 32 angeordnet, der nachfolgend auch als Hauptpfad 33 bezeichnet wird. Die Berieselungseinrichtung 15 weist einen mit dem Hauptpfad 33 druckseitig der Fördereinrichtung 28, d. h. stromab der Fördereinrichtung 28 verbundenen und somit vom Hauptpfad 33 abzweigenden Strömungspfad 34 auf, der nachfolgend auch als Gaszuführpfad 34 bezeichnet wird. Im Betrieb kann also die Fördereinrichtung 28 über den Gaszuführpfad 34 Gas in die Berieselungseinrichtung 20 fördern. Die Ventileinrichtung 24 weist ein Ventil 35, nachfolgend auch als drittes Ventil 35 bezeichnet, auf, welchen die Strömung zwischen dem Hauptpfad 33 und dem Gaszuführpfad 34 wahlweise freigibt und sperrt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist das dritte Ventil 35 im Gaszuführpfad 34 angeordnet.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4 führ der Gaszuführpfad 34 direkt zu dem zumindest einen Berieselungsauslass 16. Dabei ist im Gaszuführpfad 34 ein Rückschlagventil 37 zur Verhinderung einer Strömung in Richtung des Hauptpfads 25 angeordnet. Bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 5 und 6 weist der Gaszuführpfad zwei Zweige 34a, 34b, nämlich einen ersten Zweig 34a und eine zweiten Zweig 34b auf. Die Zweige 34a, 34b umgehen dabei jeweils den Wasserbehälter 21. Der erste Zweige 34a mündet in den Abscheiderzuführpfad 19. Der zweite Zweig 34b mündet in den Wasserzuführpfad 22. Das dritte Ventil 35 ist dabei als Dreiwegeventil 27 ausgebildet und erlaubt somit eine Strömung zwischen dem jeweiligen Zweig 34a, 34b und dem Hauptpfad 33 oder sperrt diese.
Auch beim Einsatz der Fördereinrichtung 28 wird bevorzugt zunächst der Wasserbehälter 21 , sofern vorhanden, entleert. Dies erfolgt vorzugsweise mit der Zahnradpumpe 20. Hierzu werden das zweite Ventil 26 geöffnet und das erste Ventil 25 sowie das geschlossen sowie die Zahnradpumpe 20 derart angetrieben, dass die Zahnradpumpe 20 Wasser aus dem Wasserbehälter 21 über den Ablasspfad 23 in die Umgebung fördert.
Zum Entleeren des Abscheiderzuführpfads 19 werden in einem ersten Entleerungsbetrieb das erste Ventil 25 und das zweite Ventil 26 geschlossen und das dritte Ventil 35 derart verstellt, dass Gas aus dem Hauptpfad 33 über den ersten Zweig 34a zum Abscheiderzuführpfad 19 strömt und das Wasser im Abscheiderzuführpfad 19 zur Abgasanlage 17 fördert. In einem zweiten Entleerungsbetrieb werden das erste Ventil 25 und das zweite Ventil 26 geschlossen und das dritte Ventil 35 derart verstellt, dass Gas aus dem Hauptpfad 33 über den zweiten Zweig 34b zum Wasserzuführpfad 22 strömt und das Wasser aus dem Wasserzuführpfad 22 in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses16 und aus der Berieselungseinrichtung 15 fördert. Die Entleerungsbetriebe werden dabei so durchgeführt, dass nach den Entleerungsbetrieben die Berieselungseinrichtung 15 von Wasser entleert ist. Dabei können der erste Entleerungsbetrieb und der zweite Entleerungsbetrieb auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden können. Auch können der erste und der zweite Entleerungsbetrieb gemeinsam durchgeführt werden. Das Brennstoffzellensystem 1 weist eine Steuereinrichtung 36 auf, welche lediglich in Figur 1 angedeutet ist. Die Steuereinrichtung 36 ist kommunizierend mit der Ventileinrichtung 31, insbesondere den Ventilen 25, 26, 35, verbunden, um die Ventileinrichtung 31 zu steuern und somit die entsprechenden Strömungen wahlweise freigeben oder zu sperren. Zudem ist die Steuereinrichtung 36 mit der Zahnradpumpe 20, insbesondere der Antriebseinrichtung der Zahnradpumpe 20, und/oder der Fördereinrichtung 28 verbunden, um diese jeweils zu steuern. Die Steuereinrichtung 36 kommt insbesondere zum Wechseln zwischen den Betriebsmodi zum Einsatz.
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Claims

Ansprüche
1. Brennstoffzellensystem (1 ), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (4), das einen
Stack (2) mit zumindest einer Brennstoffzelle (3) aufweist,
- 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,
- mit einer Kühleinrichtung (8) zum Kühlen des Stacks (2), die einen Kreislauf (9) aufweist, in dem im Betrieb ein Kühlmittel zirkuliert,
- wobei der Stack (2) im Kreislauf (9) eingebunden ist, so dass das Kühlmittel im Betrieb den Stack (2) kühlt,
- wobei im Kreislauf (9) ein Kühlmittelkühler (10) zum Kühlen des Kühlmittels eingebunden ist,
- 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,
- 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,
- 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Berieselungseinrichtung (15) zwischen dem Wasserabscheider (18) und dem zumindest einen Berieselungsauslass (16) eine Zahnradpumpe (20) zum Fördern von Wasser in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses (16) aufweist.
2. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe (20), selbsthemmend ausgestaltet ist, derart, dass sie durch aktives Antreiben Fluid fördert und im Übrigen eine Fluidströmung sperrt.
3. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Berieselungseinrichtung (15) einen Wasserbehälter (21) zum Speichern von Wasser aufweist, der mit dem Abscheiderzuführpfad (19) fluidische verbunden ist,
- dass die Zahnradpumpe (20) im Wasserbehälter (21) integriert ist.
4. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Abscheiderzuführpfad (19) bis zum zumindest einen Berieselungsauslasses (16) führt,
- dass die Zahnradpumpe (20) im Abscheiderzuführpfad (19) angeordnet und die Berieselungseinrichtung (15) frei von Wasserbehältern (21) ist.
5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1) derart ausgestaltet ist, dass es in einem Entleerungsbetrieb das Wasser aus dem Abscheiderzuführpfad (19) in Richtung der Abgasanlage (17) und/oder des zumindest einen Berieselungsauslasses (16) fördert, sodass die Berieselungseinrichtung (15) nach dem Entleerungsbetrieb von Wasser entleert ist.
6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1) eine Ventileinrichtung (24) aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie in der Berieselungseinrichtung (15) zumindest eine fluidische Verbindung wahlweise freigibt und sperrt.
7. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (24) ein erstes Ventil (25) aufweist, welches die fluidische Verbindung zwischen dem Wasserbehälter (21) und dem zumindest einen Berieselungsauslass (16) wahlweise sperrt und freigibt.
8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3 und Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Berieselungseinrichtung (15) einen Ablasspfad (23) zum Ablassen von im Wasserbehälter (21) gespeichertem Wasser in die Umgebung aufweist,
- dass die Ventileinrichtung (24) ein zweites Ventil (26) aufweist, das eine Strömung vom Wasserbehälter (21) über den Ablasspfad (23) in die Umgebung wahlweise sperrt und freigibt.
9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, das Brennstoffzellensystem (1) derart ausgestaltet ist, dass es in einem Behälterentleerungsbetrieb die das im Wasserbehälter (21) gespeicherte Wasser über den Ablasspfad (23) in die Umgebung fördert und den Wasserbehälter (21 ) somit von Wasser entleert.
10. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (1) derart ausgestaltet ist, dass es wie folgt betrieben wird:
- in einem ersten Entleerungsbetrieb ist die Ventileinrichtung (24) derart eingestellt und die Zahnradpumpe (20) derart angetrieben, dass die Zahnradpumpe (20) Wasser aus dem Abscheiderzuführpfad (19) in Richtung der Abgasanlage (17) und aus der Berieselungseinrichtung (15) fördert,
- in einem zweiten Entleerungsbetrieb ist die Ventileinrichtung (24) derart eingestellt und die Zahnradpumpe (20) derart angetrieben, dass die Zahnradpumpe (20) Wasser aus dem Wasserzuführpfad (22) in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses (16) und aus der Berieselungseinrichtung (15) fördert,
- der erste Entleerungsbetrieb und der zweite Entleerungsbetrieb werden so durchgeführt, dass nach dem ersten Entleerungsbetrieb und dem zweiten Entleerungsbetrieb zumindest der Abscheiderzuführpfad (19) und der Wasserzuführpfad (22) von Wasser entleert sind.
11. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Brennstoffzellensystem (1) eine im einem Hauptpfad (33) angeordnete Fördereinrichtung (28) zum Fördern eines Gases aufweist,
- dass ein Gaszuführpfad (34) der Berieselungseinrichtung (15) druckseitig der Fördereinrichtung (28) mit dem Hauptpfad (33) verbunden ist, - dass die Ventileinrichtung (24) ein drittes Ventil (35) aufweist, welches eine Strömung zwischen dem Hauptpfad (33) und dem Gaszuführpfad (34) wahlweise sperrt und freigibt,
- dass das Brennstoffzellensystem (1) derart ausgestaltet ist, dass es wie folgt betrieben wird:
• in einem ersten Entleerungsbetrieb ist die Ventileinrichtung (24) derart eingestellt, dass die Fördereinrichtung (28) Wasser aus dem Abscheiderzuführpfad (19) in Richtung der Abgasanlage (17) und aus der Berieselungseinrichtung (15) fördert,
• in einem zweiten Entleerungsbetrieb ist die Ventileinrichtung (24) derart eingestellt, dass die Fördereinrichtung (28) Wasser aus dem Wasserzuführpfad (22) in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses (16) und aus der Berieselungseinrichtung (15) fördert,
• der erste Entleerungsbetrieb und der zweite Entleerungsbetrieb werden so durchgeführt, dass nach dem ersten Entleerungsbetrieb und dem zweiten Entleerungsbetrieb zumindest der Abscheiderzuführpfad (19) und der Wasserzuführpfad (22) von Wasser entleert sind.
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