WO2023232523A1

WO2023232523A1 - Energiesystem

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Publication number: WO2023232523A1
Application number: PCT/EP2023/063587
Authority: WO
Inventors: Uwe Benz; Maximilian NEUMANN; Christoph Banhardt; Hendrik Leverenz
Original assignee: Hps Home Power Solutions Ag
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2023-05-22
Publication date: 2023-12-07
Also published as: DE102022114038A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem eine Vorrichtung (70) zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung (22b) eines Brennstoffzellensystems (22), aufweisend eine Sensoreinrichtung (71), mit wenigstens einem ersten Sensorelement (72) zur Messung von, insbesondere gasförmigen, Verunreinigungen, die in einem Luftstrom (73) aus der Filtereinrichtung (22b) austreten. Um kostengünstige Lösungen bereitzustellen, die konstruktiv einfache Komponenten verwenden, die wenig störanfällig sind, und die auf einfache Weise funktionieren, indem so wenige Parameter wie möglich bei der Bestimmung des Adsorptionszustands berücksichtigt werden müssen, weist die Vorrichtung (70) folgende Komponenten auf: eine Auswerteeinrichtung (74) zur qualitativen Auswertung der Änderung der gemessenen Verunreinigungen im Luftstrom (73), die über eine Schnittstelle (75) mit dem wenigstens einen ersten Sensorelement (72) verbunden ist, und die die folgenden Komponenten aufweist: eine Erfassungseinrichtung (76), die zur, insbesondere kontinuierlichen, Erfassung der von dem wenigstens einen ersten Sensorelement (72) gemessenen Verunreinigungen im Luftstrom (73) bereitgestellt ist, eine Komparatoreinrichtung (77), die zum Vergleichen der von der Erfassungseinrichtung (76) erfassten Verunreinigungen im Luftstrom (73) mit Vergleichswerten bereitgestellt ist, eine Ausgabeeinrichtung (78), die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, ein Ausgabesignal auszugeben, wenn die von der Erfassungseinrichtung (77) erfassten Verunreinigungen im Luftstrom (73) einen vorgegebenen Wert erreichen.

Description

Beschreibung

Energiesystem

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 , die insbesondere im Zusammenhang mit einem Brennstoffzellensystem eines Energiesystems zum Einsatz kommt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8, ein Lüftungssystem gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 11 , das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems ist, sowie ein Energiesystem gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 13. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein entsprechendes Verfahren zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung.

Energiesysteme der gattungsgemäßen Art sind im Stand der Technik bereits auf vielfältige Weise bekannt Mit derartigen Systemen wird üblicherweise Energie für verschiedenste Anwendungsgebiete erzeugt und bereitgestellt.

Bei einer bekannten Art solcher Energiesysteme wird in einer ersten Energiequelle Energie erzeugt. Bei der erzeugten Energie kann es sich beispielsweise um Wasserstoff handeln. Der Wasserstoff wird beispielsweise in einer Elektrolyseeinrichtung erzeugt und anschließend in einer Speichereinrichtung gespeichert. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine erste Betriebsweise des Energiesystems. Während des Betriebs des Energiesystems wird der Wasserstoff aus der Speichereinrichtung ausgespeichert und in einem Brennstoffeellensystem verbraucht. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine zweite Betriebsweise des Energiesystems. Üblicherweise sind die vorbeschriebenen Komponenten des Energiesystems räumlich voneinander getrennt und über eine Verbindungsleitungseinrichtung miteinander verbunden. Beide vorgenannten Betriebsweisen bedürfen üblicherweise eines unterschiedlichen Druckniveaus. Während in der ersten Betriebsweise mit der Elektrolyse Drücke von 20 bis 60 bar vorherrschen, sind für den Betrieb der Brennstoffzelleneinrichtung in der zweiten Betriebsweise Drücke von kleiner 20 bar erforderlich. Damit solche Energiesysteme möglichst umfassend, beispielsweise in Form von Gebäudeenergiesystemen, eingesetzt werden können, ist es im Stand der Technik bereits bekannt geworden, ein wie vorstehend beschriebenes Energiesystem um ein Lüftungssystem zu erweitern. Das Lüftungssystem hat insbesondere die Funktion, in einem Raum, beispielsweise in einem Aufenthaltsraum in einem Gebäude, ein gewünschtes Raumklima zu erzeugen, beispielsweise indem der Raum entsprechend belüftet und/oder geheizt und/oder gekühlt wird. Das Lüftungssystem kann im Betrieb auf Prozesse des Energiesystems zurückgreifen. Ein solches bekanntes Lüftungssystem ist beispielsweise in der DE 102018 133 194 A1 der Anmelderin offenbart. Bei dieser bekannten Lösung tritt ein über eine Außenluftzufuhr bereitgestellter Zuluftstrom in das Lüftungssystem ein. Über eine Lüftungseinrichtung des Lüftungssystems, die einen Wärmetauscher aufweist, wird eine Zuluftzufuhr erzeugt und dem Raum als Zuluft bereitgestellt. Aus dem Raum abgeführte Abluft wird über eine Abluftabfuhr als Abluftstrom über die Lüftungseinrichtung geführt und als Fortluftstrom über eine Fortluftabfuhr aus dem Lüftungssystem abgeführt.

Bei derartigen Energiesystemen und Lüftungssystemen handelt es sich um kompakte Systeme, in denen die einzelnen Komponenten effizient genutzt werden. Durch eine Mehrfachnutzung einzelner Komponenten in verschiedenen Prozessen können zudem Herstellungskosten des Systems reduziert werden. Zudem können an einzelnen Stellen des Systems entstehende Prozessresultate, die ansonsten als „Abfallprodukte“ behandelt würden, in manchen Fällen noch für an anderen Stellen des Systems ablaufende Prozesse als „Ausgangsprodukte“ genutzt werden. Zu denken ist hier beispielsweise an entstehende Luftströme, Wärme und dergleichen.

So kann beispielsweise die im Lüftungssystem entstehende Abluft auch als Zuluft für das Brennstoffeellensystem verwendet werden. Die Zuluft zum Brennstoffeellensystem, die dann beispielsweise der Abluft aus dem Lüftungssystem entspricht, kann aber Verunreinigungen enthalten, die für das Brennstoffeellensystem, insbesondere für die Brennstoffeellen, schädlich sind. Aus diesem Grund weist das Brennstoffeellensystem in der Regel eine Filtereinrichtung auf, die die Funktion hat, Verunreinigungen, insbesondere gasförmige Verunreinigungen aus dem Luftstrom, der in das Brennstoffeellensystem eintritt, auszufiltern. Die Filtereinrichtung ist, insbesondere kathodenseitig, in Strömungsrichtung des Luftstroms vor den eigentlichen Brennstoffzellen des Brennstoffeellensystems angeordnet. Bei der Anwendung in Gebäudeenergiesystemen ist bekannt, dass Art und Mengen an schädlichen Verunreinigungen nicht nur stark von der jeweiligen Gebäudenutzung abhängen, sondern auch zeitlich strak unterschiedlich sein können. Beispielsweise haben Neubauten in den ersten Monaten ein Vielfaches an gasförmigen Luftschadstoffen durch Ausdünstungen als nach einigen Jahren. Feste Serviceintervalle für Filtereinrichtungen sind daher als unwirtschaftlich anzusehen.

Eine zu hohe Konzentration an Verunreinigungen in dem Luftstrom, der in die Brennstoffeelle eintritt, führt zumindest zu einer Reduzierung der Leistung der Brennstoffeelle, in der Regel aber auch zu einer Beschädigung in Form einer irreversiblen Alterung bzw. eines irreversiblen Leistungsverlustes der Brennstoffzelle, bis hin zu deren Teilausfall oder sogar Totalausfall. Aus diesem Grund ist es erforderlich zu wissen, wie der Beladungszustand der den Brennstoffeellen vorgeschalteten Filtereinrichtung, das heißt deren Adsorptionszustand, ist, mit dem Ziel diese Filtereinrichtung rechtzeitig zu erneuern.

In der DE 102 30283 A1 ist hierzu bereits eine Lösung bekannt geworden. Gemäß dieser bekannten Lösung werden die Gase für Brennstoffzellen über ein regenerierfähiges Filtersystem geleitet, welches auf Nachlassen der Filterwirkung überwacht wird. Entweder wird dazu die Druckdifferenz zwischen dem Druck vor und hinter dem Filtersystem mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen. Oder aber es werden Schadstoffe mit einem entsprechenden Sensor hinter dem Filtersystem gemessen und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen.

In der DE 11 2007 001 423 B4 ist eine andere Lösung offenbart. Ausgangspunkt dieser bekannten Lehre ist ein Brennstoffeellensystem, welches zur Entfernung von Verunreinigungen eine Filtereinrichtung aufweist, die beispielsweise ein Aktivkohlefilter ist. Nach der Lehre dieser Druckschrift geht es darum, dass verschiedene Parameter gemessen werden, unter anderem die Konzentration schädlicher Stoffe in einem Luftstrom. Diese Messung erfolgt hier in Strömungsrichtung des Luftstroms immer vor der Filtereinrichtung. Aus den gemessenen Parametern wird abgeschätzt, ob das Lebensende der Filtereinrichtung erreicht ist. Das ist der Fall, wenn der aus dem Abschätzvorgang resultierende Schätzwert, in der Regel ein über die Zeit akkumulierter Wert der Schadstoffmenge, über einem definierten Grenzwert liegt. Ist dies der Fall, wird ein Warnhinweis erzeugt. Nachteilig bei der bekannten Lösung ist zunächst, dass das Verfahren aufwändig ist, da eine Rechnereinheit erforderlich ist, in der umfangreiche Berechnungen durchgeführt werden müssen. Zudem ist die Lösung störanfällig, da zur Erzeugung des Schätzwerts nebeneinander mehrere unterschiedliche Parameter, insbesondere gleichzeitig die Schadstoffkonzentration im Gas und der Gasvolumenstrom, hinreichend genau und langzeitstabil erfasst werden müssen, wobei verschiedene Komponenten zusammenspielen müssen. Gibt es hier nur bei einem Parameter Probleme, ist die ganze Messung hinfällig. Problematisch ist auch die in der Regel schlecht bekannte und oft auch chargenabhängige Kapazität der Filtereinrichtung. Eine weitere Störgröße für eine exakte Bestimmung der Filterkapazität ist eine im Allgemeinen ungleichförmige Durchströmung der Filtereinrichtung, was lokal unterschiedliche, ungleichmäßige Beladungsgrade erzeugt und auch bereits Schadstoffdurchbrüche erzeugt, wenn die mittlere Belastung des Filters noch weit unterhalb der Beladungsgrenze ist. Wenn das Brennstoffzellensystem in einem Energiesystem oder in einem Lüftungssystem der eingangs genannten Art eingesetzt wird, können jedoch unbekannte, zeitlich stark veränderliche Schadstoffkonzentrationen in der Abluft des Lüftungssystems auftreten, die als Zuluft für das Brennstoffzellensystem verwendet wird. Die bekannte Lösung ist deshalb insbesondere für den Einsatz im Zusammenhang mit einem Energiesystem oder einem Lüftungssystem ungeeignet. Bei solchen Einsatzgebieten ist es deshalb nach wie vor erforderlich, die Filtereinrichtung in der Zuluft zu den Brennstoffzellen in festen Serviceintervallen zu überprüfen, die aufgrund der vorgenannten möglichen Schwankungen an Verunreinigungen im Luftstrom, aus Sicherheitsgründen ausreichend kurz gewählt werden müssen.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung bzw. der Wirksamkeit einer Filtereinrichtung, ein Brennstoffzellensystem, ein Lüftungssystem und ein Energiesystem der eingangs genannten Art, derart weiterzubilden, dass die zum Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermieden werden. Da es bei den einzelnen Systemkomponenten, insbesondere, wenn sie in Lüftungssystemen und Energiesystemen eingesetzt werden, darauf ankommt, kostenoptimiert zu agieren, besteht die Aufgabe insbesondere darin, kostengünstige Lösungen bereitzustellen, die konstruktiv einfache Komponenten verwenden, die wenig stör- und messfehleranfällig sind, und die auf einfache Weise funktionieren, indem so wenige Parameter wie möglich bei der Beurteilung der Funktionalität der Filtereinrichtung berücksichtigt werden müssen. Verwendete Sensorelemente sollen dabei so einfach wie möglich ausgestaltet sein. Weiterhin soll ein in entsprechender Weise verbessertes Verfahren zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Vorrichtung zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 , welche den ersten Aspekt der Erfindung darstellt, durch das Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 8, welches den zweiten Aspekt der Erfindung darstellt, durch das Lüftungssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11 , welches den dritten Aspekt der Erfindung darstellt, durch das Energiesystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 13, welches den vierten Aspekt der Erfindung darsteilt, sowie durch das Verfahren zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 14, welches den fünften Aspekt der Erfindung darstellt.

Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit einem der Erfindungsaspekte offenbart sind, vollumfänglich auch im Zusammenhang mit allen anderen Erfindungsaspekten, und umgekehrt, so dass hinsichtlich der Offenbarung der einzelnen Erfindungsaspekte stets vollinhaltlich auch Bezug auf die jeweils anderen Erfindungsaspekte genommen wird.

Allen Erfindungsaspekten liegt das gemeinsame erfinderische Konzept zugrunde, dass die Funktionalität einer Filtereinrichtung mittels einer Vorrichtung beurteilt wird. Das heißt, die Vorrichtung ist dafür bereitgestellt, dass sie die Filtereinrichtung auf deren Funktionalität hin überprüft. Insbesondere können mit der Vorrichtung dadurch Rückschlüsse auf den Beladungszustand oder die Wirksamkeit der Filtereinrichtung gezogen werden. Beispielsweise wird mit der Vorrichtung der Adsorptionszustand einer Filtereinrichtung auf qualitative Weise über deren Wirksamkeit beurteilt beziehungsweise bestimmt.

Als Adsorptionszustand wird insbesondere der Grad der Anlagerung von Atomen oder Molekülen von Stoffen, hier von Verunreinigungen, die insbesondere gasförmig vorliegen, an den Oberflächen des Materials der Filtereinrichtung verstanden. Im Neuzustand und im Zustand der ausreichenden Funktionalität der Filtereinrichtung sind noch hinreichend viele freie Plätze an den Oberflächen des Materials der Filtereinrichtung vorhanden und die Schadstoffmoleküle können adsorbiert und damit aus dem Luftstrom entfernt werden. Ein geeigneter Sensor stromauf der Filtervorrichtung würde also eine höhere Konzentration an Schadstoffen messen als ein Sensor stromab des Filterelementes. Wenn sich im Laufe der Betriebszeit immer mehr Schadstoffmoleküle an den Oberflächen des Materials der Filtereinrichtung anlagern wird die Anzahl der freien Adsorptionsplätze zu gering und die Schadstoffe können nicht mehr vollständig aus dem Luftstrom entfernt werden. Ein geeigneter Sensor wird stromab der Filtereinrichtung keine oder eine zu geringe Absenkung des Schadstoffgehaltes im Luftstrom mehr feststellen können.

Eine qualitative Bestimmung des Adsorptionszustands ist nach diesem Messverfahren insbesondere eine Bestimmung der sich ändernden Adsorptionswirksamkeit über die Zeit. Die Bestimmung des Adsorptionszustands ist insbesondere eine Ermittlung des Adsorptionszustands.

Die Bestimmung der Verunreinigungen im Luftstrom kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch Messung, durch Berechnung oder durch eine Kombination von Messung und Berechnung. Die letztgenannte Variante sieht insbesondere vor, dass Werte mittels eines Sensorelements gemessen werden, und dass diese Messwerte anschließend ausgewertet werden. Es ist zu erwähnen, dass einige moderne und in der Regel teure Gassensoren bereits komplizierte interne Verrechnungen des Rohmesswertes unter Nutzung von gespeicherten Stoffdaten machen können, um Quersensitivitäten verschiedener Verunreinigungen zu berücksichtigen. Bei unbekannten Verunreinigungen ist dies erfahrungsgemäß fehlerbehaftet.

Grundsätzlich ausreichend für die Vorrichtung ist ein einziges Sensorelement, welches dazu bereitgestellt ist, Verunreinigungen, die in einem Luftstrom enthalten sind, insbesondere gasförmige Verunreinigungen, zu messen. Ein solcher Luftstrom durchströmt zunächst eine Filtereinrichtung, die zur Reduzierung von Konzentrationswerten von, insbesondere gasförmigen, Verunreinigungen, im Luftstrom bereitgestellt ist. Insbesondere ist die Filtereinrichtung bereitgestellt, um Schadgase für eine Brennstoffzelle auszufiltern. Der Luftstrom tritt mit einer anfänglichen Menge an Verunreinigungen in die Filtereinrichtung ein. Die Filtereinrichtung filtert die Verunreinigungen aus und hält diese in der Filtereinrichtung zurück. Ein an Verunreinigungen reduzierter Luftstrom tritt anschließend aus der Filtereinrichtung aus. Ein Sensorelement, welches sich bevorzugt hinter der Filtereinrichtung befindet, beziehungsweise, welches die verbleibenden Verunreinigungen im Luftstrom hinter der Filtereinrichtung. Dabei ist es erfindungsgemäß nicht mehr erforderlich, die Absolutwerte der Verunreinigungen zu erkennen, um Rückschlüsse über die Funktionalität der Filtereinrichtung ziehen zu können. Vielmehr ist es ausreichend, wenn das Sensorelement, welches die Messung bevorzugt kontinuierlich durchführt, auf Veränderung seines Messwertes überwacht und eine zeitliche Änderung festgestellt wird. Absolutwerte sind somit nicht relevant; wohl aber die zeitliche Änderung. Beispielsweise kann hier eine Langzeitänderung über Wochen überwacht werden. Möglich ist auch die Überwachung einer Kurzzeitänderung in Sekunden oder wenigen Minuten, wenn nach einem Umschaltvorgang im Luftkanal der Luftstrom in kurzer Zeit derart umgeleitet wird, dass die Filtereinrichtung nicht mehr durchströmt wird und der Sensor, der zuvor von der über die Filtereinrichtung gereinigten oder potentiell gereinigten Luft beströmt wird, nun von Luft beströmt wird, die nicht durch die Filtereinrichtungen geströmt ist. Ein Umschaltvorgang in der anderen Richtung ist zur Messung der Filterfunktionalität ebenfalls geeignet. Eine derartige Umschaltung kann ein geschalteter Bypass sein. Beispiele und Ausführungsformen hierzu werden weiter unten, insbesondere auch im Zusammenhang mit den anderen Erfindungsaspekten, näher erläutert. Dadurch können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum einen längere Beladungseffekte (predictive Maintenance) erfasst werden, aber auch Schwellen der Messsignaländerung im Kurzzeitbereich in mehreren Abstufungen (predictive Maintenance bis hin zum (temporären) der Wegschalten einer Brennstoffeelle verwendet werden, zum Schutz der Brennstoffzelle.

Bei Bedarf kann die Messumgebung des Sensorelements aktiv für diese Veränderungsmessung beeinflusst werden, beispielsweise durch luftdichtes Schließen der Brennstoffeellen-Zuluftklappe und/oder durch Abschalten der Wasserstoff-Zufuhr in die Brennstoffeelle über einen bestimmten Zeitraum, der vorzugsweise länger als zehn Minuten ist.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können einfache und kostengünstige, kommerzielle Sensorelemente, beispielsweise so genannte VOC- Sensorelemente mit oder ohne eigene Auswertelogik verwendet werden. Ein VOC- Sensorelement misst insbesondere die Umgebungskonzentration einer breiten Palette an gasförmigen Stoffen, die mit schlechter Luftqualität in Verbindung gebracht werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung geht es somit weniger um den Messwert selbst Vielmehr geht es primär darum, den über das Sensorelement erfassten Gradienten oder einen kurzfristigen Unterschied zu nutzen, um die Funktionalität der Filtereinrichtung zu beurteilen.

Nachfolgend werden zunächst die grundlegenden Zusammenhänge und Vorteile der Erfindung gemäß der einzelnen Erfindungsaspekte beschrieben.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Messung der Konzentration an Verunreinigungen im Luftstrom vor der Filtereinrichtung, so wie dies bei der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung der Fall ist, nicht gebraucht, um zu bestimmen, wie viele Verunreinigungen, bei denen es sich insbesondere um Schadstoffe handelt, in die Filtereinrichtung gelangt sind und deren Kapazität dadurch erschöpfen. Erfind ungsgemäß wird vielmehr bestimmt, ob bei einer Durchströmung der Filtereinrichtung die Konzentration an Verunreinigungen im Luftstrom qualitativ deutlich abnimmt. Dabei ist es nicht erforderlich, die tatsächlichen Werte an Verunreinigungen zu kennen beziehungsweise zu bestimmen. Vielmehr reicht es aus, die Veränderung an sich festzustellen. Ist dies der Fall, ist die Filtereinrichtung noch aktiv. Im besten Fall kann dies durch ein einziges Sensorelement realisiert werden, wie bereits oben beschrieben oder wie anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter unten näher erläutert wird. Für die qualitative Auswertung einer Signalveränderung reicht in der Regel ein einfaches Sensorelement, welches zudem nicht hoch-genau oder per Querverrechnungen kompensiert sein muss.

Wenn der Adsorptionszustand, das heißt die Beladung, und damit die Wirksamkeit der Filtereinrichtung detektiert werden kann, kann eine der Filtereinrichtung nachfolgende Komponente, beispielsweise eine Brennstoffcelle, und hier insbesondere eine Kathode der Brennstoffzelle, zuverlässig vor Verunreinigungen, insbesondere vor Schadstoffen geschützt werden. Zum anderen kann dadurch ein wie eingangs beschriebenes Serviceintervall optimiert werden. Zudem kann mit der Erfindung einer unbekannten, gegebenenfalls zeitlich stark veränderlichen Konzentration an Verunreinigungen, beispielsweise einer Schadstoffkonzentration, in dem in die Filtereinrichtung eintretenden Luftstrom Rechnung getragen werden.

Wenn die Filtereinrichtung einen zu hohen Beladungszustand, das heißt einen zu hohen Adsorptionszustand, den man als kritischen Adsorptionsgrad bezeichnen kann, erreicht hat, steigt die Konzentration an Verunreinigungen in dem die Filtereinrichtung verlassenden Luftstrom stark an und übersteigt gegebenenfalls die zulässigen Grenzwerte. Es gibt Sensorelemente, zu denen weiter unten eine Reihe von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben werden, die eine oder mehrere Verunreinigungsmaterialien, das heißt Stoffe, in einem Luftstrom detektieren können. Wenn die Veränderung an Verunreinigungen nach der Filtereinrichtung gemessen wird, wird die aktuelle Wirksamkeit der Filtereinrichtung bezüglich dieser Verunreinigungsgruppe beziehungsweise bezügliche der betreffenden Verunreinigungsgruppe erkennbar. Es wird insbesondere von der Annahme ausgegangen, dass eine schlechter wirksame Filtereinrichtung auf die Belegung einer Vielzahl der aktiven Zentren der Filtereinrichtung hindeutet und damit auf die schlechter werdende Filterwirkung auch anderer Verunreinigungsmaterialien, das heißt Stoffe, mit vergleichbarem Adsorptionsverhalten. Hierbei reicht es erfindungsgemäß aus, die qualitative Veränderung zu messen. Das heißt, bei der absoluten Genauigkeit der Sensorelemente kann ein niedrigerer Anspruch gestellt werden. Das führt zu kostengünstigeren Lösungen.

Es reicht erfindungsgemäß also aus, die zeitliche Veränderung des Vorhandenseins von einer oder mehreren Verunreinigungsklassen, beziehungsweise Stoffklassen, zu detektieren. Bevorzugt ist, stromab der Filtereinrichtung die Konzentrationsunterschiede zu messen, gegebenenfalls auch stromauf der Filtereinrichtung. Unter speziellen Voraussetzungen, die weiter unten näher beleuchtet werden, reicht es sogar, mit einem Sensorelement beziehungsweise mit einer Gruppe von Sensorelementen an nur einer Stelle zu messen. Dies führt dann zur Einsparung von Sensorelementen, wenn nur an einer Stelle zu messen ist.

Erfindungsgemäß ist realisiert, dass über ein Sensorelement, das hinter der Filtereinrichtung platziert ist, die Funktionalität der Filtereinrichtung beurteilt wird, beispielsweise indem die Beladung der Filtereinrichtung bestimmt, beispielsweise gemessen und/oder berechnet wird. Darüber kann das Austauschintervall der Filtereinrichtung angegeben werden. Die Filtereinrichtung ist beladen, wenn es über das Sensorelement eine messbare Konzentrationssteigerung über ein Zeitintervall hinweg an Verunreinigungen im untersuchten Luftstrom gibt. Die Verwendung eines optionalen zusätzlichen Sensorelements vor der Filtereinrichtung führt zu einer Verbesserung der Genauigkeit, da über eine Differenzenbildung vor und nach der Filtereinrichtung die Aufnahmeleistung der Filtereinrichtung bestimmt werden kann und/oder die Genauigkeit der dann zwei Sensoren in bestimmten Betriebszuständen gegenseitig abgeglichen werden kann. In einer Ausführungsform wird die Messung der Verunreinigungen durch das Sensorelement durch weitere Maßnahmen flankiert, die die Messung weiter vereinfachen. Beispielsweise kann die Messung erfolgen, wenn der Brennstoffzellenbetrieb des Brennstoffzellensystems abgeschaltet ist. In diesem Zustand werden die Brennstoffzellen ohne Last, das heißt insbesondere ohne Wasserstoff und elektrischem Strom, durchströmt. Wenn die Brennstoffzellen nicht laufen, wird ein Sensorelement, welches stromab der Brennstoffzellen angeordnet ist, während der Messung keine erhöhten Temperaturen, keinen Dampfgehalt und auch keine Spuren von Wasserstoff sehen, die das Messergebnis nachteilig beeinflussen könnten. Solche Maßnahmen sind insbesondere dann von Vorteil, wenn eine wie weiter untern beschriebene Bypass-Lösung realisiert ist.

Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die Serviceintervalle optimiert und die Kosten für erforderliche Servicehandlungen reduziert werden können, und dass es eine geringe Gefahr für Beschädigungen von Komponenten nach der Filtereinrichtung, beispielsweise für eine Degradation von der Filtereinrichtung nachgeschatteten Brennstoffzellen, gibt. Dies führt zu einer längeren Lebensdauer.

Im Folgenden werden, auch unter Berücksichtigung der vorstehenden allgemeinen Erläuterungen zur Erfindung, die einzelnen Erfindungsaspekte im Detail erläutert.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung bereitgestellt, welche die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist. Insbesondere ist diese Vorrichtung zur Beurteilung der Filtereinrichtung eines Brennstoffzellensystems bereitgestellt. Mit der Vorrichtung wird somit indirekt der Beladungszustand der Filtereinrichtung bestimmt. Insbesondere wird dabei ein kritischer Adsorptionsgrad, das heißt eine kritische Adsorptionsintensität, bestimmt.

Die Vorrichtung, die im weiteren Verlauf gelegentlich auch als Bestimmungsvorrichtung bezeichnet wird, weist eine Sensoreinrichtung auf. Diese Sensoreinrichtung umfasst eines oder mehrere Sensorelemente. In einigen Ausführungsformen, die weiter unten näher beschrieben sind, weist die Sensoreinrichtung nur ein Sensorelement auf. In anderen Ausführungsformen weist die Sensoreinrichtung mehr als ein Sensorelement, beispielsweise zwei oder drei Sensorelemente, auf. Erfindungsgemäß weist die Sensoreinrichtung wenigstens ein erstes Sensorelement zur, Messung von, insbesondere gasförmigen, Verunreinigungen in einem Luftstrom auf. Das Sensorelement ist insbesondere zur kontinuierlichen Messung bereitgestellt. Insbesondere ist das Sensorelement zur, vorzugsweisekontinuierlichen, Bestimmung von Konzentrationswerten an Verunreinigungen in einem Luftstrom, der aus der Filtereinrichtung austritt, bereitgestellt. Die ersten Sensorelemente zeichnen sich im Lichte der vorliegenden Beschreibung funktional dadurch aus, wie anhand bevorzugter Ausführungsformen im weiteren Verlauf im Detail erläutert wird, dass sie, insbesondere Konzentrationswerte an, Verunreinigungen in einem Luftstrom bestimmen, beispielsweise messen, der aus der Filtereinrichtung austritt, beziehungsweise der sich in Strömungsrichtung des Luftstroms hinter der Filtereinrichtung befindet, oder der im Bypass an der Filtereinrichtung vorbeigeführt wird. Bei einigen Ausführungsformen kommen auch zweite Sensorelemente zum Einsatz. Diese bestimmen, beispielsweise messen Verunreinigungen in einem Luftstrom, der in die Filtereinrichtung eintritt, beziehungsweise der sich in Strömungsrichtung des Luftstroms vor der Filtereinrichtung befindet. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Typen von Sensorelementen beschränkt. Einige bevorzugte Ausführungsformen hierzu werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.

Weiterhin weist die Bestimmungsvorrichtung eine Auswerteeinrichtung zur qualitativen Auswertung der Änderung der gemessenen Verunreinigungen im Luftstrom auf, was auch Rückschlüsse auf eine Konzentrationsänderung möglich macht. Die Auswerteeinrichtung ist über eine Schnittstelle mit dem wenigstens einen ersten Sensorelement verbunden. Die Auswerteeinrichtung weist eine Reihe von Komponenten auf. Diese Komponenten können beispielsweise als eigenständige Bauteile, beispielsweise als elektronische Bauteile oder Bauelemente vorliegen, die miteinander Zusammenwirken. Die Komponenten können beispielsweise auch als elektronische Schaltungen oder Schaltungsteile realisiert sein. In anderer Ausgestaltung handelt es sich bei den Komponenten um Logikbausteine oder Algorithmen oder Bestandteile eines Computerprograms. Beispielsweise befähigt ein Computerprogramm eine Datenverarbeitungsanlage, oder eine elektronische Schaltung mit entsprechenden Bauteilen oder Logikbausteinen, dass das Verfahren gemäß dem fünften Erfindungsaspekt, das weiter unten beschrieben ist, ausgeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Komponenten funktionale Komponenten einer Steuerung. Das heißt, die Komponenten sind solche Bestandteile einer Steuerung, die eine bestimmte Funktion ausüben und die sich über diese Funktion definieren. Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise Bestandteil des, insbesondere intelligenten, Sensorelements oder der Sensoreinrichtung sein. Die Ergebnisse werden in dem Sensorelement selbst erzeugt und anschließend über die Schnittstelle an einen Empfänger übertragen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung Bestandteil einer Steuereinrichtung. Im letztgenannten Fall kann die Bestimmungsvorrichtung, vorzugsweise die Auswerteeinrichtung, eine Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung aufweisen. Bei der Steuereinrichtung kann es sich beispielsweise um eine eigens für die Bestimmungsvorrichtung vorgesehene Steuereinrichtung handeln, oder aber, in Anlehnung an die weiteren Erfindungsaspekte, um eine Steuereinrichtung oder um einen Bestanteil einer Steuereinrichtung eines Lüftungssystems oder eines Energiesystems. In anderer Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung Bestandteil der Auswerteeinrichtung sein.

Im Folgenden werden die einzelnen Komponenten der Auswerteeinrichtung beschrieben, die, wie vorstehend geschildert, entweder als körperliche Komponenten, oder aber in Form von funktionalen Abläufen realisiert sein können.

Bei einer Komponente handelt es sich um eine Erfassungseinrichtung, die zur, insbesondere kontinuierlichen, Erfassung der von dem wenigstens einen ersten Sensorelement gemessenen Verunreinigungen im Luftstrom bereitgestellt ist. Die von dem ersten Sensorelement erfassten Werte an Verunreinigungen werden, über einen Sensorabgriff und über eine entsprechende Schnittstelle, zur Auswerteeinrichtung übertragen und von der Erfassungseinrichtung erfasst.

Die Erfassungseinrichtung interagiert mit einer weiteren Komponente, bei der es sich um eine Komparatoreinrichtung handelt. Die Komparatoreinrichtung ist zum Vergleichen der von der Erfassungseinrichtung erfassten Werten an Verunreinigungen im Luftstrom mit Vergleichswerten, beispielsweise mit Referenzwerten, bereitgestellt. Dies kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wie im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert wird. Ebenso können unterschiedliche Arten von Referenzwerten zum Einsatz kommen. Beispielsweise können die Referenzwerte in Form von zuvor erfassten Werten an Verunreinigungen im Luftstrom, der aus der Filtereinrichtung austritt, und/oder mit Verunreinigungen im oder in einem Luftstrom, der die Filtereinrichtung nicht durchströmt, und/oder in Form von Verunreinigungsgrenzwerten und/oder in Form von Konzentrationswerten an Verunreinigungen in einem Luftstrom, der im Bypass an der Filtereinrichtung vorbeigeführt wird, und/oder in Form von Konzentrationswerten an Verunreinigungen in einem Luftstrom, der in die Filtereinrichtung eintritt, vorliegen. Die vom ersten Sensorelement erfassten Werte geben insbesondere die Konzentration von Verunreinigungen im Luftstrom an, der aus der Filtereinrichtung austritt. Wird von dem ersten Sensorelement beispielsweise keine Konzentration an Verunreinigungen erfasst, bedeutet dies, dass die Filtereinrichtung aktiv ist und etwaige Verunreinigungen wirkungsvoll in der Filtereinrichtung adsorbiert werden. Misst das ersten Sensorelement hingegen eine Konzentration, wird in der Komparatoreinrichtung ermittelt, inwieweit die Konzentration im Luftstrom schädlich ist. Werden in einer bevorzugten Ausführungsform die aktuell gemessenen Konzentrationswerte in der Komparatoreinrichtung beispielsweise mit zuvor gemessenen Konzentrationswerten, oder mit Bypass-Werten verglichen, lässt sich eine Tendenz über die Konzentrationsänderung und damit über die qualitative Veränderung der Wirksamkeit der Filtereinrichtung bestimmen. Werden die gemessenen Konzentrationswerte in anderer Ausführungsform oder zusätzlich mit Konzentrationsgrenzwerten verglichen, kann festgesellt werden, ob sich die Konzentrationswerte an diese Konzentrationsgrenzwerte annähern. Beispielsweise können Grenzwerte bereitgestellt werden, die eine kritische Beladung der Filtereinrichtung widerspiegeln. Wird ein solcher Grenzwert erreicht, oder nähern sich die gemessenen Konzentrationswerte einem solchen Grenzwert an, ist dies ein Indiz dafür, dass die Qualität der Filtereinrichtung abnimmt und die Filtereinrichtung gegebenenfalls ausgetauscht werden muss.

Weiterhin weist die Auswerteeinrichtung eine Ausgabeeinrichtung auf, die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, ein Ausgabesignal auszugeben, wenn die von der Erfassungseinrichtung erfassten Verunreinigungen im Luftstrom einen vorgegebenen Wert erreichen. Das kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise könnte eine Warnlampe aktiviert werden. Oder aber es wird ein Signal, beispielsweise eine Nachricht, erzeugt, das/die an eine, insbesondere zentrale, Überwachungsstelle übertragen wird.

Die erfindungsgemäße Bestimmungsvorrichtung ist insbesondere dazu bereitgestellt, dass sie die zeitliche Änderung von Verunreinigungen, insbesondere von Konzentrationswerten an Verunreinigungen, im Luftstrom, der aus der Filtereinrichtung austritt, detektiert oder detektieren kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein erstes Sensorelement, welches zur Messung von Verunreinigungen in einem Luftstrom, insbesondere zu Bestimmung von Konzentrationswerten an Verunreinigungen in einem Luftstrom, der aus der Filtereinrichtung austritt, zusätzlich auch noch zur zumindest zeitweiligen Messung von Verunreinigungen, insbesondere zur Bestimmung von Konzentrationswerten an Verunreinigungen, in einem Luftstrom, der im Bypass an der Filtereinrichtung vorbeigeführt wird, bereitgestellt. Das Sensorelement sitzt dann so, dass es in manchen Betriebszuständen die Verunreinigungen im Luftstrom, der im Bypass an der Filtereinrichtung vorbeigeführt wird, misst, und in manchen Betriebszuständen die Verunreinigungen im Luftstrom, der durch die Filtereinrichtung hindurchtritt. Ein Ausführungsbeispiel hierzu, welches auch die grundlegende Funktionsweise einer solchen Bypass-Lösung erläutert, wird im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem weiter unten beschrieben, so dass bezüglich der generellen Ausgestaltung und Funktionsweise der Bypass-Ausführung an dieser Stelle auch auf die entsprechenden Ausführungen weiter unten Bezug genommen und vollinhaltlich verwiesen wird. Ein Umschatten gibt dann bei zunehmender Beladung der Filtereinrichtung zunehmend voneinander abweichende Messsignale. Bei dieser Ausführungsform ist bevorzugt realisiert, dass die Auswerteeinrichtung, insbesondere die Komparatoreinrichtung, eine Einrichtung zur Bildung der Differenz zwischen Werten, insbesondere Konzentrationswerten, an Verunreinigungen in einem Luftstrom, der aus der Filtereinrichtung austritt, welche von dem wenigstens einen ersten Sensorelement erfasst werden, und Werten, insbesondere Konzentrationswerten, von Verunreinigungen in einem Luftstrom, der im Bypass an der Filtereinrichtung vorbeigeführt wird, welche von dem wenigstens einen ersten Sensorelement erfasst werden, aufweist. In anderer Ausgestaltung können anstelle von nur einem Sensorelement zwei erste Sensorelemente bereitgestellt sein, wobei ein Sensorelement Werte, insbesondere Konzentrationswerte, im Luftstrom, der aus der Filtereinrichtung austritt, erfasst, und ein anderes erstes Sensorelement Werte, insbesondere Konzentrationswerte, im Luftstrom, der im Bypass an der Filtereinrichtung vorbeigeführt wird, erfasst.

Da bei der erfindungsgemäßen Lösung die Kenntnis über die Absolutgenauigkeit der Werte, insbesondere der Konzentrationswerte, an Verunreinigungen im Luftstrom nicht erforderlich ist, sondern eher nur ein stabiles, qualitativ brauchbares Signal, hat die vorliegende Erfindung einen Vorteil, wenn die Werte des gleichen Sensorelements am gleichen Ort mit unterschiedlicher Strömungsführung, beispielsweise durch die Filtereinrichtung vs. nicht durch die Filtereinrichtung, gemessen und verglichen werden. Das kann auch mit zwei Sensorelementen, gegebenenfalls mit unterschiedlicher Ausführung, realisiert werden. In einem solchen Fall ist die Ausgabeeinrichtung vorzugsweise derart bereitgestellt, dass sie in der Lage ist, ein Ausgabesignal auszugeben, wenn eine von der Erfassungseinrichtung erfasste Änderung an Verunreinigungen im Luftstrom in mindestens zwei unterschiedlichen Betriebszuständen einen vorgegebenen Wert erreicht, beispielsweise unterschreitet.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sensoreinrichtung zusätzlich zum wenigsten ein ersten Sensorelement ein zweites Sensorelement auf, das zur, insbesondere kontinuierlichen, Bestimmung von Werten, insbesondere von Konzentrationswerten, an Verunreinigungen in einem Luftstrom, der in die Filtereinrichtung eintritt, bereitgestellt ist.

Die von den ersten und zweiten Sensorelementen erfassten Werte werden in der Auswerteeinrichtung, insbesondere in der Komparatoreinrichtung, miteinander verglichen. Ist die Konzentration in dem Luftstrom, der in die Filtereinrichtung eintritt, bereits niedrig, ist dies ein Indiz dafür, dass die Luft wenige Verunreinigungen aufweist, so dass die Filtereinrichtung nicht belastet ist. Sind die Werte an Verunreinigungen im Luftstrom vor der Filtereinrichtung höher als die Werte an Verunreinigungen im Luftstrom nach der Filtereinrichtung, bedeutet dies, dass die Filtereinrichtung aktiv ist und ordnungsgemäß funktioniert. Gleichen sich die Werte an, insbesondere wenn die Werte an Verunreinigungen im Luftstrom nach der Filtereinrichtung dabei größer werden, bedeutet dies, dass die Wirkung der Filtereinrichtung nachlässt. Bei dieser Ausführungsform ist bevorzugt realisiert, dass die Auswerteeinrichtung, insbesondere die Komparatoreinrichtung, eine Einrichtung zur Bildung der Differenz zwischen Werten an Verunreinigungen in einem Luftstrom, der aus der Filtereinrichtung austritt, welche von dem wenigstens einen ersten Sensorelement erfasst werden, und von Werten an Verunreinigungen in einem Luftstrom, der in die Filtereinrichtung eintritt, welche von dem zweiten Sensorelement erfasst werden, aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Bestimmungsvorrichtung eine Speichereinrichtung auf, in der zumindest zeitweilig Werte, insbesondere Konzentrationswerte, an Verunreinigungen in einem Luftstrom vor und/oder hinter der Filtereinrichtung, und/oder in einem Bypass-Luftstrom, die von dem wenigstens einen ersten Sensorelement und/oder dem zweiten Sensorelement erfasst werden, und/oder Vergleichswerte, insbesondere Konzentrationsreferenzwerte, abgespeichert werden oder abgespeichert sind. Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Brennstoffeellensystem bereitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 8 aufweist. Das Brennstoffzellensystem weist zunächst ein Brennstoffeellenmodul auf. Bei dem Brennstoffzellenmodul handelt es sich im Lichte der vorliegenden Beschreibung insbesondere um die eigentlichen Brennstoffeellen, die entweder als einzelne Brennstoffeelle, oder aber in Form eines Brennstoffeellenstapels, eines so genannten Brennstoffeellenstacks, realisiert sind. Der grundsätzliche Aufbau derartiger Brennstoffeellensysteme ist bekannt und dem Fachmann geläufig. Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Typen von Brennstoffzellen beschränkt. Beispielsweise kann es sich um so genannte PEM (Proton-Exchange-Membran) -Brennstoffzellen handeln. Bevorzugt handelt es sich um luftgekühlte Brennstoffzellen mit offener Kathode. Besonders wichtig ist die effiziente Entfernung von Schadstoffen aus der Luft für eine direkt luftgekühlte Brennstoffzelle, bei der der Kühlluftstrom gleichzeitig die Sauerstoffversorgung auf der Kathode darstellt, in der also ein verhältnismäßig großer Luftvolumenstrom, welcher die Verunreinigungen enthalten kann, direkt in Kontakt mit der Kathode der Brennstoffzelle ist.

Das Brennstoffzellensystem weist zudem eine Filtereinrichtung auf, die zur Reduzierung von Konzentrationswerten von, insbesondere gasförmigen, Verunreinigungen in einem das Brennstoffeellenmodul durchströmenden Luftstrom bereitgestellt ist. Die Filtereinrichtung ist im Luffeufuhrweg zum Brennstoffeellenmodul, vorzugsweise kathodenseitig, angeordnet. Zusätzlich verfügt das Brennstoffeellensystem über eine Vorrichtung zur Beurteilung der Funktionalität der Filtereinrichtung, vorzugsweise zur Ermittlung eines kritischen Adsorptionsgrads der Filtereinrichtung. Entweder ist diese Bestimmungsvorrichtung unmittelbarer Bestandteil des Brennstoffeellensystems. Oder das Brennstoffeellensystem, insbesondere dessen Filtereinrichtung sowie entsprechende Sensorelemente, weisen geeignete Schnittstellen zu räumlich entfernt liegenden Komponenten der Bestimmungsvorrichtung, beispielsweise zur Auswerteeinrichtung, auf. Die Bestimmungsvorrichtung ist gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet, so dass hinsichtlich der Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems, insbesondere auch hinsichtlich dessen Funktionsweise, zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle vollinhaltlich auch auf die Ausführungen zum ersten Erfindungsaspekt und auf die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen und verwiesen wird.

Nachfolgend werden, in Anlehnung an die verschiedenen Ausführungsbeispiele zur Bestimmungsvorrichtung weiter oben, so dass an dieser Stelle auch auf die entsprechenden Ausführungen weiter oben Bezug genommen und verwiesen wird, einige bevorzugte Ausführungsbeispiele zum Brennstoffzellensystem beschrieben.

Beispielsweise kann das wenigstens eine erste Sensorelement der Bestimmungsvorrichtung in Strömungsrichtung des Luftstroms nach der Filtereinrichtung und/oder nach der Filtereinrichtung und, insbesondere kathodenseitig, vor dem Brennstoffzellenmodul und/oder nach dem Brennstoffzellenmodul angeordnet sein. In den beiden erstgenannten Fällen lässt sich der Adsorptionszustand der Filtereinrichtung allein beurteilen. Bei der Durchströmung der Kathode kann ein Teil der noch vorhandenen Schadstoffe am Kathodenkatalysator selbst adsorbiert werden. Dadurch kann einerseits die Aktivität des Katalysators irreversibel geschädigt werden, andererseits sinkt die Schadstoffkonzentration am Ausgang der Kathode ab. Im dritten Fall wird daher zusätzlich dazu auch noch die Belastung des Brennstoffzellenmoduls bestimmt. Es können auch zwei solcher ersten Sensorelemente realisiert sein, wobei ein erstes Sensorelement hinter der Filtereinrichtung, und ein weiteres erstes Sensorelement hinter dem Brennstoffzellenmodul angeordnet ist.

In einer Ausführungsform ist das erste Sensorelement in dem Brennstoffzellensystem eingebaut, stromab der Filtereinrichtung, aber vor oder nach den luftgekühlten Brennstoffzellen mit offener Kathode, das heißt mit Luftraum, des Brennstoffzellenmoduls.

Vorzugsweise ist realisiert, dass über ein Sensorelement, das hinter der Filtereinrichtung platziert ist, die Beladung der Filtereinrichtung des Brennstoffeellensystems bestimmt, beispielsweise gemessen und/oder berechnet wird. Darüber kann das Austauschintervall der Filtereinrichtung angegeben werden. Die Filtereinrichtung ist beladen, wenn es über das Sensorelement eine messbare Konzentration an Verunreinigungen im untersuchten Luftstrom gibt. Die Verwendung eines zusätzlichen Sensorelements vor der Filtereinrichtung führt zu einer Verbesserung der Genauigkeit, da über eine Differenzenbildung vor und nach der Filtereinrichtung die Aufnahmeleistung der Filtereinrichtung bestimmt werden kann. Eine Messung der Konzentration nach dem Brennstoffeellenmodul kann zusätzlich zur Bestimmung der Belastung der Brennstoffeelle(n) eingesetzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein erstes Sensorelement der Bestimmungsvorrichtung zusätzlich mit einem Luftstrom, der im Bypass an der Filtereinrichtung vorbeigeführt wird, verbunden. Das Sensorelement sitzt dann so, dass im Nicht-Brennstoffeellen-Betrieb die Luft, die ansonsten in das Brennstoffzellensystem eintritt, im Bypass der Filtereinrichtung gemessen wird, und im Brennstoffeellen-Betrieb die Luft durch die Filtereinrichtung strömt. Ein Umschalten gibt dann bei zunehmender Beladung zunehmend voneinander abweichende Messsignale. Beispielsweise kann das Sensorelement die Brennstoffzellen-Luft per Schlauchverbindung zwischen Filtereinrichtung und Brennstoffzellenmodul-Eingang ziehen. Genau dann besteht ein treibendes Druckgefälle. Wenn das Brennstoffzellenmodul nicht läuft, zieht das Sensorelement die Luft automatisch oder per Entnahmestelle aus dem Bypass-Luftstrom. Dies lässt sich komplett passiv realisieren. Anstelle von nur einem ersten Sensorelement können auch zwei erste Sensorelemente zum Einsatz kommen, wobei jeweils ein Sensorelement einem einzigen Luftstrom zugeordnet ist, so wie dies bei dem entsprechenden Ausführungsbeispiel zur Bestimmungsvorrichtung weiter oben auch beschrieben ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der im Bypass an der Filtereinrichtung vorbeigeführte Luftstrom ein durch die Elektrolyseeinrichtung durchgeführter Luftstrom. Dies soll anhand eines konkreten Beispiels im Zusammenhang mit einem Energiesystem verdeutlicht werden, welches über eine Elektrolyseeinrichtung und ein Brennstoffzellensystem verfügt.

In dem Energiesystem liegen verschiedene Betriebszustände vor, die auch in der Beschreibungseinleitung eingangs geschildert sind, so dass an dieser Stelle auch auf die Informationen aus der Beschreibungseinleitung Bezug genommen und auf diese verwiesen wird. Zunächst werden im Brennstoffzellenbetrieb die Filtereinrichtung und die Brennstoffzelle von mindestens einem Teil des Luftstromes durchströmt, welcher also im Filterelement gereinigt wird. Der Luftstrom umströmt das Sensorelement und erzeugt das Referenzsignal für gereinigte Luft. Es erfolgt dann, beim Wechsel von Brennstoffeellenbetrieb auf Elektrolysebetrieb, eine Umschaltung des Luftweges von der Brennstoffeelleneinrichtung, hin in Richtung des Elektrolysesystems. Die einzelnen, insbesondere gegenläufigen Klappen des Brennstoffzellensystem und der Elektrolyseeinrichtung dienen bevorzugt als Aktor für die Strömungsumschaltung, in dem diese in geeigneterWeise geöffnet und/oder geschlossen werden. Die durch das Sensorelement gemessenen Vergleichswerte werden somit mittels eines Verfahrens bereitgestellt, bei dem die Betriebszustände von Brennstoffeellenbetrieb zu Elektrolysebetrieb gewechselt werden und umgekehrt. Dabei ist es unerheblich, ob das Elektrolysesystem betrieben wird oder nicht. Ein aktiver Betrieb der Elektrolyseeinrichtung ist nicht erforderlich. Es reicht, wenn das Brennstoffzellensystem abgeschaltet wird, und die entsprechenden Klappen entsprechend umgestellt werden. Bevorzugt ist realisiert, dass, wenn weder das Brennstoffzellensystem noch die Elektrolyseeinrichtung laufen, der Luftstrom, der den Bypass-Luftstrom darstellt, durch die Elektrolyseeinrichtung hindurchgeht.

Diese „Umschaltung“ ist in der Regel ein kontinuierlicher gegenläufiger Prozess. Beispielsweise geht eine Brennstoffzellen-Klappe vollständig zu und eine Klappe der Elektrolyseeinrichtung geht auf. Im beschriebenen System- und Betriebskonzept strömt die Luft dann vollständig durch die Elektrolyseeinrichtung, ohne die Filtereinrichtung zu durchströmen. Im weiteren Verlauf gelangt ein Teil der Abluft, welche die ursprünglichen Verunreinigungen noch enthält, durch einfache Verwirbelung und Rückströmung oder durch Diffusion an den Ort des Sensorelements und erzeugt das Messsignal für den Zustand der noch nicht gefilterten, verunreinigten Luft.

In einer Ausführungsform wird Im Stand-by-Fall der Brennstoffzellen der Kontrollraum per Verwirbelung des vorbeiströmenden Hauptluftstromes passiv beströmt. Anwesende, das Messergebnis gegebenenfalls verfälschende Leckagegase , insbesondere Wasserstoff, können für die Auswertung „weggeschaltet“ werden

In einer Ausführungsform weist die Sensoreinrichtung ein zweites Sensorelement auf, das zur, insbesondere kontinuierlichen, Bestimmung von Werten, insbesondere Konzentrationswerten, an Verunreinigungen in einem Luftstrom, der in die Filtereinrichtung eintritt, bereitgestellt ist. Die von den Sensorelementen erfassten Werte werden in der Auswerteeinrichtung, insbesondere in der Komparatoreinrichtung, miteinander verglichen. Sind die Werte, insbesondere Konzentrationswerte, an Verunreinigungen im Luftstrom vor der Filtereinrichtung höher als die Werte an Verunreinigungen im Luftstrom nach der Filtereinrichtung, bedeutet dies, dass die Filtereinrichtung aktiv ist und ordnungsgemäß funktioniert. Gleichen sich die Werte an, insbesondere wenn die Werte an Verunreinigungen im Luftstrom nach der Filtereinrichtung dabei größer werden, bedeutet dies, dass die Wirkung der Filtereinrichtung nachlässt. Diesbezüglich wird auch auf die Ausführungen zum entsprechenden Ausführungsbeispiel gemäß dem ersten Erfindungsaspekt verwiesen. Wenn die Filtereinrichtung einen zu hohen Beladungszustand, das heißt einen zu hohen Adsorptionszustand, den man als kritischen Adsorptionsgrad bezeichnen kann, erreicht hat, steigt die Konzentration an Verunreinigungen im Luftstrom, der die Filtereinrichtung verlässt, stark an und übersteigt gegebenenfalls die zulässigen Grenzwerte der Brennstoffzellen- Zuluft. Es gibt Sensorelemente, die einen Teil der Schadstoffe für Brennstoffzellen detektieren können. Diese Sensoren sind partiell bereits in der Raumlufttechnik eingesetzt. Wenn die Werte an Verunreinigungen, insbesondere deren Konzentration, vor und/oder nach der Filtereinrichtung gemessen werden kann, wird die aktuelle Wirksamkeit bezüglich dieses Stoffes beziehungsweise bezüglich der betreffenden Stoffgruppe erkennbar. Eine schlechter wirksame Filtereinrichtung deutet auf die Belegung einer Vielzahl der aktiven Zentren der Filtereinrichtung hin und damit auf die schlechter werdende Filterwirkung auch der anderen Schadstoffe mit vergleichbarem Adsorptionsverhalten. Hierbei reicht es erfindungsgemäß aus, die qualitative Veränderung zu messen. Das heißt, bei der absoluten Genauigkeit der Sensoren kann ein niedrigerer Anspruch gestellt werden. Das führt zu kostengünstigeren Lösungen. Es reicht also, die zeitliche Veränderung der Werte, insbesondere der Konzentration, von einer oder mehreren Stoffklassen im Luftstrom zu detektieren. Ideal ist, stromauf der Filtereinrichtung und stromab die Konzentrationsunterschiede zu messen. Erfindungsgemäß reicht es aber, mit einem Sensor beziehungsweise mit einer Gruppe von Sensoren an nur einer Stelle zu messen.

Die Erfindung ist nicht auf bestimmte Typen der vorstehend beschriebenen Sensorelemente beschränkt. Die Sensorelemente müssen lediglich in der Lage sein, Werte von Verunreinigungen, das heißt das Vorhandensein von Verunreinigungen, insbesondere Konzentrationen an Verunreinigungen, in einem Luftstrom erkennen beziehungsweise erfassen oder detektieren zu können. Beispielsweise kann/können das wenigstens eine Sensorelement und/oder das zweite Sensorelement zur Erfassung von Schadstoffen in einem Luftstrom, oder zum Erfassen flüchtiger organischer Verbindungen, auch „Volatile Organic Compounds (VOC) genannt, im Luftstrom, ausgebildet sein. Schadstoffe beziehungsweise Verunreinigungen im Luftstrom, die Brennstoffzellen gefährlich werden, können Schadgase sein, wie insbesondere Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, Ammoniak, Benzol, Toluol, und dergleichen.

Ebenso ist die Erfindung nicht auf bestimmte Typen von Filtereinrichtungen beschränkt. Die Filtereinrichtungen müssen je nach Anwendungsfall in der Lage sein, für der Filtereinrichtung nachgeschaltete Komponenten, beispielsweise Brennstoffeellen, schädliche Stoffe und Verunreinigungen aus einem Luftstrom herausfiltern zu können. Beispielsweise kann die Filtereinrichtung ein chemisch oder physikalisch per Adsorption wirksames Filterelement, insbesondere ein Aktivkohlefilterelement, sein oder aufweisen.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Lüftungssystem für einen Raum, wobei das Lüftungssystem insbesondere Bestandteil eines Energiesystems ist, bereitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 11 aufweist. Das Lüftungssystem verfügt über eine Außenluftzufuhr, die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, dass darüber ein bereitgestellter Zuluftstrom in das Lüftungssystem eintritt, eine Lüftungseinrichtung, die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, eine Zuluftzufuhr zu erzeugen und dem Raum als Zuluft bereitzustellen, eine Abluftabfuhr, die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, dass darüber Abluft aus dem Raum abgeführt und über die Lüftungseinrichtung geführt wird, und eine Fortluftabfuhr, die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, die abgeführte Abluft als Fortluftstrom aus dem Lüftungssystem abzuführen. Erfindungsgemäß ist das Lüftungssystem dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftungseinrichtung eine Schnittstelle zu einer Vorrichtung zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung, vorzugsweise zur Ermittlung eines kritischen Adsorptionsgrads der Filtereinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, oder zu einem Brennstoffeellensystem gemäß dem zweiten Aspekt der aufweist, oder dass die Lüftungseinrichtung eine solche Bestimmungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, oder ein Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird an dieser Stelle deshalb vollinhaltlich auch auf die Ausführungen zum ersten und zweiten Erfindungsaspekt sowie auf die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen und verwiesen.

In einer Ausführungsform weist das Lüftungssystem ein Sensorelement auf, welches zur Überwachung der Raumluft und/oder zur Ansteuerung des Lüftungssystems bereitgestellt ist und welches zumindest zeitweilig mit der Vorrichtung zur Beurteilung der Funktionalität der Filtereinrichtung zusammenwirkt. Die von diesem Sensorelement erfassten Werte werden dann bevorzugt als Referenzwerte in die Berechnung der Messwert-Veränderung des Primärsensors, das heißt des ersten Sensorelements der Bestimmungsvorrichtung, mit verwertet. Dies geschieht bevorzugt ähnlich einer Kalibrierung oder auch zur generellen Funktionsüberwachung. Dieses weitere Sensorelement ist vorzugsweise stromauf der Brennstoffzellen, insbesondere im Hauptstrom, etwa der Haus-Abluft, des Lüftungssystems angeordnet

Gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Energiesystem, insbesondere ein Gebäudeenergiesystem, bereitgestellt, welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 13 aufweist.

Das Energiesystem weist eine Elektrolyseeinrichtung, ein Brennstoffzellensystem, optional eine Hochdruckspeichereinrichtung sowie eine Verbindungsleitungseinrichtung, über die die Elektrolyseeinrichtung mit dem Brennstoffzellensystem sowie die Hochdruckspeichereinrichtung mit dem Brennstoffzellensystem miteinander verbunden sind, auf. Erfindungsgemäß ist das Energiesystem dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vorrichtung zur Beurteilung der Funktionalität der Filtereinrichtung , vorzugsweise zur Ermittlung eines kritischen Adsorptionsgrads der Filtereinrichtung des Energiesystems gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist, und/oder dass das Brennstoffzellensystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist und/oder dass das Energiesystem ein Lüftungssystem gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung aufweist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird an dieser Stelle deshalb vollinhaltlich auch auf die Ausführungen zum ersten, zweiten und dritten Erfindungsaspekt sowie auf die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen und verwiesen.

Bei dem Energiesystem handelt es sich insbesondere um ein aus mehreren Komponenten bestehendes Ganzes, wobei die Komponenten miteinander zu einer zweckgebundenen Einheit verbunden sind. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Energiesystem um ein System zum Erzeugen beziehungsweise Bereitstellen von Energie, vorzugsweise von elektrischer Energie. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Arten von Energiesystemen beschränkt. Im Folgenden werden diesbezüglich verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben.

In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Energiesystem um ein Gebäudeenergiesystem. Gebäudeenergiesysteme sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und dienen der Versorgung von Häusern, beispielsweise von Niedrigenergiehäusern, Passivhäusern oder Nullenergiehäusern, mit Energie in Form von Wärme und insbesondere in Form von Strom, beispielsweise Strom aus regenerativen Energiequellen wie beispielsweise Photovoltaik (PV)-Generatoren oder Kleinwindkraftanlagen. Ein solches Gebäudeenergiesystem schafft die Grundlage dafür, dass der Energiebedarf eines Gebäudes, beispielsweise eines Niedrigenergiehauses, eines Passivhauses oder eines Nullenergiehauses, sowohl hinsichtlich des Strom- als auch des Wärmebedarfs vollständig aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden kann und somit vollständige CCk-Freiheit im Betrieb besteht Wenigstens aber kann der Strombedarf eines Gebäudes im Sinne einer anzustrebenden Eigenverbrauchserhöhung nahezu vollständig aus erneuerbaren Energiequellen, insbesondere mittels eines PV-Generators und/oder einer Kleinwindenergieanlage, gedeckt werden.

Ein solches Energiesystem ist beispielsweise in den Patentanmeldungen WO 2017/089468 A1 und WO 2017/089469 A1 der Anmelderin offenbart und beschrieben, deren Offenbarungsgehalt in die Beschreibung der vorliegenden Patentanmeldung mit einbezogen wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Energiesystem der genannten Art die folgenden Grundmerkmale auf: einen DC-Einspeisepunkt, bevorzugt ausgebildet für eine Nenn-Spannung von 48 Volt oder für eine Nennspannung zwischen 200 und 1000 Volt und/oder einem AC- Einspeisepunkt, bevorzugt ausgebildet für eine Spannung von 230 Volt oder 110 Volt oder einer 3-phasigen Einspeisung bei pro Phase 230 Volt oder 110 Volt, wobei der DC-Einspeisepunkt und/oder der AC-Einspeisepunkt im Betrieb zumindest zeitweise mit einem elektrischen Verbraucher, der eine Verbrauchs-Leistung aufweist, verbunden ist, einen elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt wenigstens zeitweise verbundenen PV- Generator zum Erzeugen einer elektrischen PV-Leistung, eine elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt oder mit dem AC-Einspeisepunkt wenigstens zeitweise verbundene Brennstoffzelleneinheit zum Erzeugen einer elektrischen Brennstoffzellen-Leistung, eine elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt verbundene Elektrolyseeinheit zum Erzeugen von durch die Brennstoffeelleneinheit zu verbrauchendem Wasserstoff, wobei die Elektrolyseeinheit im Betrieb mit einer elektrischen Elektrolyse- Eingangsleistung gespeist wird, einen Wasserstofftank, insbesondere als Langzeitenergiespeicher, der mit der Brennstoffzelleneinheit und der Elektrolyseeinheit wenigstens zeitweise fluidverbunden ist und zum Speichern von mittels der Elektrolyseeinheit zu erzeugendem und durch die Brennstoffeelleneinheit zu verbrauchendem Wasserstoff ausgebildet ist, eine Speicher-Batterieeinheit, insbesondere als Kurzzeitenergiespeicher, die elektrisch mit dem DC-Einspeisepunkt verbunden oder zu verbinden ist, so dass eine elektrische PV-Leistung und eine elektrische Brennstoffeellen-Leistung in die Speicher- Batterieeinheit eingespeichert werden kann und eine elektrische Elektrolyse- Eingangsleistung und eine Verbrauchs-Leistung aus der Speicher-Batterieeinheit entnommen werden können; und ein Steuermodul zum Steuern der Hausenergieanlage.

Gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung, vorzugsweise zur Ermittlung eines kritischen Adsorptionsgrads der Filtereinrichtung, insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, bereitgestellt, wobei das Verfahren vorzugsweise für ein Brennstoffeellensystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, oder in einem Lüftungseinrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung, oder in einem Energiesystem gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung, eingesetzt wird. Das Verfahren umfasst die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 15. Hinsichtlich der Ausgestaltung des Verfahrens, insbesondere auch hinsichtlich dessen Funktionsweise, wird zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle vollinhaltlich auch auf die Ausführungen zum ersten Erfindungsaspekt, zum zweiten Erfindungsaspekt, zum dritten Erfindungsaspekt, zum vierten Erfindungsaspekt, und auf die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen und verwiesen.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet:

Zunächst werden, insbesondere gasförmige, Verunreinigungen in einem Luftstrom, der aus der Filtereinrichtung austritt, beziehungsweise der stromab der Filtereinrichtung liegt, mit wenigstens einem ersten Sensorelement gemessen.

In einer Auswerteeinrichtung, die über eine Schnittstelle mit dem wenigstens einen ersten Sensorelement verbunden ist, werden Werte der gemessenen Verunreinigungen, insbesondere kontinuierlich, empfangen und es wird eine qualitative Auswertung der Änderung der gemessenen Verunreinigungen, insbesondere eine Konzentrationsänderung an Verunreinigungen, im Luftstrom vorgenommen, indem insbesondere die zeitliche Änderung der gemessenen Verunreinigungen im Luftstrom, der aus der Filtereinrichtung austritt, detektiert wird.

Vorzugsweise erfolgt die qualitative Auswertung der gemessenen Verunreinigungswerte, insbesondere eine Konzentrationsänderung an Verunreinigungen, im Luftstrom, indem in einer Erfassungseinrichtung, die von dem wenigstens einen ersten Sensorelement gemessenen Verunreinigungen, insbesondere die Konzentrationswerte an Verunreinigungen, im Luftstrom, insbesondere kontinuierlich; erfasst werden; in einer Komparatoreinrichtung, die von der von der Erfassungseinrichtung erfassten Werte, insbesondere Konzentrationswerte, an Verunreinigungen im Luftstrom mit Vergleichswerten, insbesondere Konzentrationsreferenzwerten, verglichen werden; in einer Ausgabeeinrichtung, ein Ausgabesignal ausgegeben wird, wenn ein von der Erfassungseinrichtung erfasster Wert, insbesondere Konzentrationswert, an Verunreinigungen im Luftstrom einen vorgegebenen Wert erreicht, beispielsweise überschreitet oder unterschreitet.

Zur qualitativen Bestimmung des Adsorptionszustands in der Filtereinrichtung werden bevorzugt, in der Komparatoreinrichtung, die von der Erfassungseinrichtung erfassten Werte, insbesondere Konzentrationswerte, an Verunreinigungen im Luftstrom mit zuvor erfassten Werten, insbesondere Konzentrationswerten, an Verunreinigungen im Luftstrom, und/oder mit Vergleichswerten, insbesondere Referenzwerten, etwa Konzentrationsreferenzwerten in Form von zuvor erfassten Werten, insbesondere Konzentrationswerten, an Verunreinigungen im Luftstrom, und/oder mit Verunreinigungen im oder in einem Luftstrom, der die Filtereinrichtung nicht durchströmt, und/oder mit erfassten Werten an Verunreinigungen, insbesondere Konzentrationswerten, in einem Bypass-Luftstrom, und/oder mit Verunreinigungsgrenzwerten verglichen. Diesbezüglich wird offenbarungsmäßig insbesondere auch auf die verschiedenen Ausführungsbeispiele jeweils zum ersten und zweiten Erfindungsaspekt verwiesen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden mit dem wenigstens einen ersten Sensorelement erste Werte, insbesondere Konzentrationswerte, an Verunreinigungen in dem Luftstrom, der aus der Filtereinrichtung austritt, erfasst. Mit dem wenigstens einen ersten Sensorelement, oder mit einem zweiten ersten Sensorelement, werden zusätzlich zweite Werte, insbesondere Konzentrationswerte, an Verunreinigungen in einem Luftstrom, der im Bypass an der Filtereinrichtung vorbeigeführt wird, erfasst. In der Auswerteeinrichtung werden die ersten und zweiten Werte miteinander verglichen, insbesondere, indem die Differenz zwischen den ersten und zweiten Werten gebildet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der im Bypass an der Filtereinrichtung vorbeigeführte Luftstrom ein durch die Elektrolyseeinrichtung durchgeführter Luftstrom. Dies bezüglich wird auch auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem zweiten Erfindungsaspekt weiter oben Bezug genommen und vollinhaltlich verwiesen.

Dies soll anhand eines konkreten Beispiels im Zusammenhang mit einem Energiesystem verdeutlicht werden, weiches über eine Elektrolyseeinrichtung und ein Brennstoffzellensystem verfügt. Im Brennstoffeellenbetrieb werden die Filtereinrichtung und die Brennstoffzelle von mindestens einem Teil des Luftstromes durchströmt, welcher also im Filterelement gereinigt wird. Der Luftstrom umströmt das Sensorelement und erzeugt das Referenzsignal für gereinigte Luft. Bei einem Wechsel von Brennstoffeellenbetrieb auf Elektrolysebetrieb erfolgt eine Umschaltung des Luftweges von der Brennstoffeelleneinrichtung, hin in Richtung des Elektrolysesystems. Zur Durchführung dieses Wechsels werden bevorzugt entsprechende Klappen, die dem Brennstoffeellensystem und der Elektrolyseeinrichtung zugeordnet sind, geöffnet und/oder geschlossen. Dabei ist es unerheblich, ob das Elektrolysesystem betrieben wird oder nicht. Wenn weder das Brennstoffeellensystem noch die Elektrolyseeinrichtung laufen, geht der Luftstrom, der den Bypass-Luftstrom darstellt, durch die Elektrolyseeinrichtung hindurch, ohne die Filtereinrichtung zu durchströmen. Im weiteren Verlauf gelangt ein Teil der Abluft, welche die ursprünglichen Verunreinigungen noch enthält, durch einfache Verwirbelung und Rückströmung oder durch Diffusion an den Ort des Sensorelements und erzeugt das Messsignal für den Zustand der noch nicht gefilterten, verunreinigten Luft. Diese „Umschaltung“ erfolgt vorzugsweise ein kontinuierlicher und/oder in Form eines gegenläufigen Prozesses.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden über ein zweites Sensorelement der Sensoreinrichtung zweite Werte, insbesondere Konzentrationswerte an Verunreinigungen in einem Luftstrom, der in die Filtereinrichtung eintritt, das heißt der stromauf der Filtereinrichtung ist, insbesondere kontinuierlich, erfasst. In der Auswerteeinrichtung werden die ersten und zweiten Werte miteinander verglichen, insbesondere, indem die Differenz zwischen den ersten und zweiten Werten gebildet wird. Vorzugsweise werden Werte, insbesondere Konzentrationswerte, an Verunreinigungen in einem Luftstrom, die von dem wenigstens einen ersten Sensorelement und/oder dem zweiten Sensorelement erfasst werden, und/oder Vergleichswertewerte, zumindest zeitweilig in einer Speichereinrichtung abgespeichert.

Die vorliegende Erfindung, wie sie im Rahmen der verschiedenen Erfindungsaspekte beschrieben ist, ermöglicht insbesondere die indirekte Detektion der Beladung einer Filtereinrichtung, beispielsweise eines Aktivkohlefilters, als Teile eines luftgekühlten Brennstoffzellensystems in einem Energiesystem, beispielsweise einer Heimenergieanlage, oder in einem Lüftungssystem.

Die Erfindung wird nun anhand verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 in schematischer Ansicht ein erfindungsgemäßes Energiesystem, das zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung bereitgestellt ist;

Figur 2 in schematischer Ansicht ein erfindungsgemäßes Lüftungssystem, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems ist, das zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung bereitgestellt ist;

Figur 3 in schematischer Ansicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung;

Figur 4 in schematischer Ansicht eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung;

Figur 5 in schematischer Ansicht eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung;

Figur 6 in schematischer Ansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems ist, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung realisiert ist; Figur 7 in schematischer Ansicht eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems ist, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung realisiert ist;

Figur 8 in schematischer Ansicht eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems ist, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung realisiert ist;

Figur 9 in schematischer Ansicht eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems ist, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung realisiert ist;

Figur 10 in schematischer Ansicht eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems ist, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung realisiert ist; und

Figur 11 in schematischer Ansicht eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems ist, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung realisiert ist.

Eine Vorrichtung zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung, insbesondere einer Filtereinrichtung eines Brennstoffzellensystems, kann auf unterschiedliche Weise und in verschiedensten Systemen zum Einsatz kommen.

Ein mögliches System ist beispielsweise ein Energiesystem. In Figur 1 wird zunächst der grundsätzliche Aufbau eines solchen Energiesystems 10 beschrieben, wobei das Energiesystem 10 als Hausenergiesystem eingesetzt wird.

Das Energiesystem 10 weist zunächst ein erstes Untersystem 20 auf, welches als Innensystem ausgebildet ist. Das bedeutet, dass sich das erste Untersystem 20 innerhalb des Hauses befindet. Zusätzlich weist das Energiesystem 10 ein zweites Untersystem 30 in Form eines Außensystems auf. Das bedeutet, dass sich das zweite Untersystem 30 außerhalb des Hauses befindet. Das erste Untersystem 20 weist eine Elektrolyseeinrichtung 21 zur Herstellung von Wasserstoff auf. Zudem weist das erste Untersystem 20 eine Brennstoffzellensystem 22 auf. Das Brennstoffzellensystem 22 besteht aus dem Brennstoffzellenmodul 22a, welches die eigentliche Brennstoffzelle, oder einen Brennstoffzellenstapel, umfasst. Dem Brennstoffeellenmodul 22a vorgeschaltet ist eine Filtereinrichtung 22b, die beispielsweise in Form eines Aktivkohlefilters vorliegt. In das Brennstoffeellensystem 22 eintretende Luft durchströmt erst die Filtereinrichtung 22b und wird dort von Verunreinigungen, die Schadstoffe für die Brennstoffeelle(n) darstellen, gefiltert, bevor der Luftstrom in die Brennstoffzelle(n) eintritt. Angedeutet ist in Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 70 zur Beurteilung der Funktionalität der Filtereinrichtung 22b, die später anhand der Figuren 3 bis 11 im Rahmen einer Reihe von verschiedenen Ausführungsbeispielen im Detail erläutert wird.

Das zweite Untersystem 30 weist eine Hochdruckspeichereinrichtung 31 auf. In der Hochdruckspeichereinrichtung wird der erzeugte Wasserstoff bei bis zu 700 bar gespeichert. Zusätzlich verfügt das zweite Untersystem 30 über eine Mitteldruckspeichereinrichtung 32, in der der erzeugte Wasserstoff bei Drücken zwischen 20 und 30 bar zwischengespeichert wird, bevor er von dort endgültig in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 gespeichert wird.

Die einzelnen Komponenten des Energiesystems 10 sind über eine Verbindungsleitungseinrichtung 40 miteinander verbunden, die aus einer Anzahl unterschiedlicher Leitungsabschnitte 40a bis 40k besteht.

Zum Spülen der Elektrolyseeinrichtung 21 und/oder des Brennstoffeellensystems 22 ist eine Spüleinrichtung 23 mit einer Spülkammer vorgesehen, die über einen Leitungsabschnitt 40g mit den beiden vorgenannten Komponenten verbunden ist.

Der in der Elektrolyseeinrichtung 21 mittels Elektrolyse hergestellte Wasserstoff verlässt die Elektrolyseeinrichtung 21 über einen Leitungsabschnitt 40f, welcher in den Leitungsabschnitt 40e übergeht. In den beiden Leitungsabschnitten 40f und 40e befinden sich in Strömungsrichtung des erzeugten Wasserstoffs eine Rückschlagventileinrichtung 24 sowie nachfolgend eine Filtereinrichtung 25 und eine Trocknereinrichtung 26, in denen der erzeugte Wasserstoff gefiltert und getrocknet wird. Die Filtereinrichtung 25 und die Trocknereinrichtung 26 können sich alternativ auch im zweiten Untersystem 30 befinden. Von der Trocknereinrichtung 26 strömt der erzeugte Wasserstoff über die Leitungsabschnitte 40a und 40c zu einer weiteren Rückschlagventileinrichtung 35, welche ein Ende des Leitungsabschnitts 40c markiert. Von dort strömt der erzeugte Wasserstoff über einen Leitungsabschnitt 40h sowie 40i in den Mitteldruckspeicher 32, welcher über eine Ventileinrichtung 33, die insbesondere als Sperrventil, beispielsweise in Form eines Magnetventils, ausgebildet ist, an einem weiteren Leitungsabschnitt 40j angebunden ist. In dem Leitungsabschnitt 40j, der in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 endet, befindet sich vor der Hochdruckspeichereinrichtung 31 eine Kompressoreinrichtung 34, insbesondere in Form eines Kolbenkompressors. Über die Kompressoreinrichtung 34 wird der erzeugte Wasserstoff in die Hochdruckspeichereinrichtung 31 eingespeichert. Der in der Mitteldruckspeichereinrichtung 32 zwischengespeicherte Wasserstoff wird unter Betätigung der Kompressoreinrichtung 34 in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 eingespeichert.

Dieser Herstellungsvorgang des Wasserstoffs bis hin zu dessen Einspeicherung in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 stellt eine erste Betriebsweise des Energiesystems 10 dar. Bei dieser ersten Betriebsweise des Energiesystems 10 herrscht in den Leitungsabschnitten 40a bis 40e der Verbindungsleitungseinrichtung 40 ein Druck von 20 bis 60 bar. Ein solcher Druck herrscht auch im Mitteldruckspeicher 32. Über die Kompressoreinrichtung 34 wird der aus der Mitteldruckspeichereinrichtung 32, bei der es sich um einen Zwischenspeicher handelt, entnommene Wasserstoff so weit komprimiert, dass er mit Drücken von bis zu 700 bar in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 eingespeichert werden kann.

Der in der Hochdruckspeichereinrichtung 31 gespeicherte Wasserstoff wird für den Betrieb des Brennstoffeellensystems 22 verwendet. Der Betrieb des Brennstoffeellensystems 22 erfolgt in der zweiten Betriebsweise des Energiesystems 10. Das Brennstoffeellensystem 22 kann aber nur bei Drücken kleiner 20 bar arbeiten. In der zweiten Betriebsweise des Energiesystems 10 wird der Wassersoff über einen Leitungsabschnitt 40k aus der Hochdruckspeichereinrichtung 31 entnommen, über eine Entspannungseinrichtung 36 in Form eines Druckminderers auf den erforderlichen Druck entspannt und über einen Leitungsabschnitt 40d in den bidirektionalen Leitungsabschnitt 40a transportiert, von wo aus er über den Leitungsabschnitt 40b in das Brennstoffzellensystem 22, und dort zunächst in die Filtereinrichtung 22b, eintritt. Zur Messung des Drucks ist wenigstes eine Druckmesseinrichtung 41 , beispielsweise in Form eines Drucksensors vorgesehen. Das in Figur 1 dargestellte Energiesystem 10 stellt einen Teilbereich eines Gesamt- Hausenergiesystems dar, bei dem es sich um ein elektrisch autarkes und vollständig auf erneuerbaren Energien beruhendes multihybrides Hausenergiespeichersystem handelt.

Das multihybride Hausenergiespeichersystem ermöglicht es, die von einer Photovoltaik (PV)- Anlage, einer Kleinwindkraftanlage oder dergleichen erzeugte elektrische Energie bedarfsgesteuert auf das gesamte Jahr zu verteilen. Dabei kann das System als Inselsystem unabhängig vom elektrischen Netz oder aber bei Netzausfällen als Ersatzstromversorgung betrieben werden. Die Anlage kann auch die elektrische Autarkie des Hauses gewährleisten, sodass über das ganze Jahr hinweg keine elektrische Energie aus dem Stromnetz bezogen werden muss.

Die primäre Aufgabe des Hausenergiesystems ist es, die gewonnene elektrische Energie aus Photovoltaik (PV)-Modulen oder dergleichen dem Verbraucher im Haushalt verfügbar zu machen. Sekundär können bei Zeiten niedriger Last oder hoher Einstrahlung elektrische Energieüberschüsse in einem Batterie-Kurzzeit-Speicher zwischengespeichert werden. Tertiär kann im Wasserstoff-Langzeit-Speicher die elektrische Energie als gasförmiger Wasserstoff für Zeiten niedriger Einstrahlung wie Nacht, Winter oder dergleichen mittel- bis langfristig gespeichert und mittels Brennstoffzelle wieder jederzeit bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt werden.

Neben energietechnischen Aufgaben fungiert das System auch als kontrollierte Wohnraumlüftung durch eine verbaute Lüftungseinrichtung, die in Figur 2 dargestellt ist. Bei Brennstoffeellenbetrieb kann die Abwärme der Brennstoffeelle über die kontrollierte Wohnraumlüftung direkt als Wärme an die Frischluft und damit an die Wohnräume abgegeben werden.

Der in der Elektrolyseeinrichtung produzierte Wasserstoff fließt über die Wasserstoffleitung in die außenaufgestellte Druckspeicheranlage.

Bei fehlender oder nicht ausreichender PV-Energie wird Energie aus der Batterie zur Deckung der Verbraucheriast entnommen. Reicht die im Kurzzeitspeicher vorrätige Energie nicht aus, kann die Brennstoffeelleneinrichtung den zusätzlichen elektrischen Energiebedarf decken. Im Brennstoffzellenbetrieb fließt der Wasserstoff über die Wasserstoffleitung aus der Druckspeicheranlage zur Brennstoffzelleneinrichtung. Ein zeitgleicher Betrieb von Brennstoffzelleneinrichtung und Elektrolyseeinrichtung ist ausgeschlossen. Das gesamte System wird zentral über einen Energy Manager mit einem prädiktiven Energiemanagement betrieben.

Das zweite Untersystem ist prinzipiell für den Betrieb im Außenbereich vorgesehen, kann aber unter bestimmten Bedingungen auch innerhalb eines speziellen Bereichs des Hauses errichtet und betrieben werden.

Das Hausenergiesystem 10 kann zur effektiven Nutzung einzelner Komponenten oder zur Weiterverwertung einzelner Prozessprodukte mit anderen Systemen oder Teilsystemen verbunden sein. Bei einem dieser weiteren Systeme handelt es sich, wie in Figur 1 schematisch dargestellt ist, um ein Lüftungssystem 42, welches nachfolgend zunächst in allgemeiner Weise anhand von Figur 2 erläutert wird. Das Lüftungssystem 42 wirkt dabei mit dem Brennstoffzellensystem 22 zusammen.

In der Figur 2 ist in stark vereinfachter Weise ein Lüftungssystem 42 dargestellt, welches ein Bestandteil eines Energiesystems 10 ist. Das Lüftungssystem 42 dient zum Einstellen eines gewünschten Raumklimas in wenigstens einem Raum, beispielsweise einem Aufenthaltsraum in einem Haus. Neben der Darstellung in den Figuren 1 und 2 können das Lüftungssystem 42 und das Energiesystem 10, bei denen es sich jeweils um komplexe Systeme handelt, natürlich noch weitere Systemkomponenten aufweisen, die aber der Übersichtlichkeit halber in den Figuren 1 und 2 nicht explizit dargestellt sind.

Das Lüftungssystem 42 befindet sich innerhalb des Hauses, von dem schematisch nur eine Hauswand 43 dargestellt ist.

Ein Bauteil des Lüftungssystems 42 wird durch eine Lüftungseinrichtung 47 gebildet, in der sich ein Wärmetauscher 48 befindet. In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich die Lüftungseinrichtung 47 ebenfalls in dem in Figur 1 dargestellten ersten Untersystem 20. Das ist aber nicht zwingend erforderlich. Außenluft von außerhalb des Hauses wird über eine Außenluftzufuhr 44 in Form eines Zuluftstroms 46 in die Lüftungseinrichtung 47 eingeführt und über den Wärmetauscher 48 geführt. In dem Zuluftstrom 46 ist in Strömungsrichtung hinter der Außenluftzufuhr 44 eine Außenluft- Filtereinrichtung 45 angeordnet. Mit einer der Außenluft-Filtereinrichtung 45 zugeordneten Druckmesseinrichtung können Druckwerte der Außenluft-Filtereinrichtung 45, insbesondere definierte Druckverlustwerte, bestimmt werden.

Nach Verlassen des Wärmetauschers 48 wird der Zuluftstrom 46 über eine Einrichtung 49 zur Einstellung des Zuluftstroms, welche als Zuluftklappe oder als Zuluft-Ventileinrichtung ausgebildet sein kann, über eine Zuluftzufuhr 50 in eine in einem Raum befindliche Lüftungsanlage 51 eingebracht Über eine Einrichtung zur Einstellung des Zuluftstroms (nicht dargestellt) kann die in die Lüftungsanlage 51 eintretende Zuluft mengenmäßig eingestellt werden. Ist die Einrichtung zur Einstellung des Zuluftstroms komplett geschlossen, kann keine Zuluft in die Lüftungsanlage 51 und damit in den Raum eintreten. Ist die Einrichtung hingegen vollständig geöffnet, tritt ein Maximum an Zuluft über die Zuluftzufuhr 50 in die Lüftungsanlage 51 ein. Um eine für den Nutzer des Lüftungssystems 42 geeignete Regelungsmöglichkeit der Zuluft zu schaffen, ist weiterhin eine Bypasseinrichtung 56 vorgesehen, welche als Bypassklappe oder Bypass-Ventileinrichtung ausgebildet sein kann. Über diese Bypasseinrichtung 56 kann wahlweise zumindest ein gewisser Mengenanteil der Zuluft aus der Zuluftzufuhr 50 abgezweigt und in Form eines Bypassstroms 57 an der Lüftungsanlage 51 vorbeigeführt werden.

Aus dem Raum über die Lüftungsanlage 51 austretende Abluft wird über eine Abluftabfuhr 52 in Form eines Abluftstroms 53 abgeführt. Hinter der Abluftabfuhr 52 ist im Abluftstrom 53 eine Abluft-Filtereinrichtung 54 angeordnet. Mit einer der Abluft-Filtereinrichtung 54 zugeordneten Druckmesseinrichtung können Druckwerte der Abluft-Filtereinrichtung 54 bestimmt werden.

Um den Abluftstrom 53 zurück in Richtung des Wärmetauschers 48 befördern zu können, und um den Abluftstrom mengenmäßig zu regulieren, ist im Abluftstrom 53 ein Gebläse 55 vorgesehen.

Danach kann der Abluftstrom 53, über die entsprechenden Leitungsabschnitte 40b und 40f, die auch aus Figur 1 ersichtlich sind, sowie über entsprechende Klappen 62, 63 oder Ventileinrichtungen gesteuert, wahlweise durch die Elektrolyseeinrichtung 21 und/oder das Brennstoffzellensystem 22, aufweisend die Filtereinrichtung 22b und das Brennstoffzellenmodul 22a, geführt werden, und anschließend über den Leitungsabschnitt 40g aus Figur 1 noch über eine Spüleinrichtung 23 für die Elektrolyseeinrichtung 21 und/oder das Brennstoffzellensystem 22, wie auch aus Figur 1 ersichtlich ist, sowie noch über eine Kühleinrichtung oder einen Luft/Wasserübertrager 58, bevor der Abluftstrom 53 wieder in die Lüftungseinrichtung 47 eintritt. Angedeutet ist auch in Figur 2 wiederum eine erfindungsgemäße Vorrichtung 70 zur Beurteilung der Funktionalität der Filtereinrichtung 22b. Je nach Ausgestaltung kann die Vorrichtung 70 zumindest zeitweilig mit einem Sensorelement 64 Zusammenwirken, welches zur Überwachung der Raumluft und/oder zur Ansteuerung des Lüftungssystems bereitgestellt ist. Dieses Sensorelement 64 wirkt bevorzugt mit der Abluftabfuhr 53 oder dem Abluftstrom 53 zusammen, vorzugsweise hinter einer Abluft-Filtereinrichtung 54.

In der Lüftungseinrichtung 47 wird der Abluftstrom 53 wieder über den Wärmetauscher 48 geführt, wo er seine gespeicherte Wärme an den Zuluftstrom 46 übertragen kann. Je nach Betriebsweise und Ausgangslage kann der Abluftstrom 53 aber auch am Wärmetauscher 48 vorbei geleitet werden. Dies geschieht mittels einer Bypasseinrichtung 59, die beispielsweise als Bypassklappe oder Bypass-Ventileinrichtung ausgebildet ist. Bei einer entsprechenden Betätigung der Bypasseinrichtung 59 kann der Abluftstrom 53 über einen Abluftbypassstrom 60 an dem Wärmetauscher 48 vorbei geleitet werden.

Der Abluftstrom 53 verlässt die Lüftungseinrichtung 47 über eine Fortluftabfuhr 61, über die der Abluftvolumenstrom 53 in Form eines Fortluftstroms das Haus wieder verlässt.

Um die einzelnen Komponenten und Abläufe im Energiesystem 10 so effizient wie möglich nutzen zu können, ist an verschiedenen Stellen eine Mehrfachnutzung von Vorteil. So kann beispielsweise die Abluft 53 aus dem Lüftungssystem 42 auch als Zuluft für das Brennstoffeellensystem 22 verwendet werden. Diese Abluft 53 kann aber Verunreinigungen enthalten, die für das Brennstoffzellensystem 22, beziehungsweise das Brennstoffzellenmodul 22a, schädlich sind. Aus diesem Grund weist das Brennstoffeellensystem 22 die Filtereinrichtung 22b auf, die die Funktion hat, Verunreinigungen aus dem Luftstrom, der in das Brennstoffeellensystem 22 eintritt, hier dem Abluftstrom 53, auszufiltern. Die Filtereinrichtung 22b ist, insbesondere kathodenseitig, in Strömungsrichtung des Luftstroms vor den Brennstoffeellen des Brennstoffeellenmoduls 22a angeordnet.

Eine zu hohe Konzentration an Verunreinigungen in dem Luftstrom, der in das Brennstoffeellenmodul 22a eintritt, führt im besten Fall zu einer Reduzierung der Leistung der Brennstoffzelle(n), in der Regel aber auch zu einer Beschädigung der Brennstoffzelle(n), bis hin zu deren Teilausfall oder sogar Totalausfall. Aus diesem Grund ist es erforderlich zu wissen, wie der Beladungszustand der den Brennstoffzellen vorgeschalteten Filtereinrichtung 22b, das heißt deren Adsorptionszustand, ist.

Dazu ist erfindungsgemäß die Vorrichtung 70 zur Beurteilung der Funktionalität der Filtereinrichtung bereitgestellt, die auch als Bestimmungsvorrichtung bezeichnet wird und nachfolgend anhand verschiedener bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wird.

In den Figuren 3 bis 5 werden in zunächst allgemeiner Weise verschiedene Ausführungsformen der Bestimmungsvorrichtung 70 beschrieben, die insbesondere in einem Energiesystem 10 nach Figur 1 und/oder in einem Lüftungssystem 42 nach Figur 2 zum Einsatz kommen. Deshalb sind identische Bauteile jeweils mit identischen Bezugsziffern versehen, und es wird hinsichtlich des Aufbaus, der Funktionsweise und des Wesens der Bestimmungsvorrichtung 70 auch auf die Ausführungen zu den Figuren 1 und 2 vollinhaltlich Bezug genommen.

In Figur 3 ist in schematischer Ansicht eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 70 zur Beurteilung der Funktionalität der Filtereinrichtung 22b dargestellt.

Wenn die Filtereinrichtung 22b einen zu hohen Beladungszustand, das heißt einen zu hohen Adsorptionszustand, den man als kritischen Adsorptionsgrad bezeichnen kann, erreicht hat, steigt die Konzentration an Verunreinigungen stark an und übersteigt gegebenenfalls die zulässigen Grenzwerte. Es gibt Sensorelemente, die eine oder mehrere Verunreinigungsmaterialien, das heißt Stoffe, in einem Luftstrom detektieren können. Wenn die Konzentration nach der Filtereinrichtung 22b gemessen wird, wird die aktuelle Wirksamkeit der Filtereinrichtung 22b bezüglich dieser Verunreinigungsgruppe beziehungsweise bezügliche der betreffenden Verunreinigungsgruppe erkennbar. Es wird insbesondere von der Annahme ausgegangen, dass eine schlechter wirksame Filtereinrichtung auf die Belegung einer Vielzahl der aktiven Zentren der Filtereinrichtung hindeutet und damit auf die schlechter werdende Filterwirkung auch anderer Verunreinigungsmaterialien, das heißt Stoffe, mit vergleichbarem Adsorptionsverhalten. Hierbei reicht es erfindungsgemäß aus, die qualitative Veränderung, das heißt die zeitliche Veränderung der Adsorption von einer oder mehreren Verunreinigungsklassen, beziehungsweise Stoffklassen, zu detektieren. Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Bestimmungsvorrichtung 70 strömt die Zuluft, bei der es sich um die Abluft 53 aus der Lüftungsanlage 51 handelt, wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, über den Leitungsabschnitt 40b und eine Klappe 62, bei der es sich vorzugsweise um eine Brennstoffeellensystemklappe handelt, wie im Zusammenhang mit den Figuren 6 bis 11 beschrieben wird, in die Filtereinrichtung 22a ein. Über ein erstes Sensorelement 72 einer Sensoreinrichtung 71, das hinter der Filtereinrichtung 22b platziert ist, kann die Veränderung der Beladung der Filtereinrichtung 22b festgestellt werden. Darüber kann das Austauschintervall der Filtereinrichtung 22b angegeben werden. Die Filtereinrichtung 22b ist beladen, wenn es über das erste Sensorelement 72 eine messbare Konzentration an Verunreinigungen im untersuchten Luftstrom gibt.

Mit dem ersten Sensorelement 72 werden Werte, insbesondere Konzentrationswerte, an Verunreinigungen in einem Luftstrom 73, der aus der Filtereinrichtung 22b austritt und sich stromab der Filtereinrichtung 22b befindet, und der den Leitungsabschnitt 40g durchströmt, erfasst. Der entsprechende Sensorabgriff ist durch Bezugszeichen 85 gekennzeichnet.

Weiterhin weist die Bestimmungsvorrichtung 70 eine Auswerteeinrichtung 74 zur qualitativen Auswertung der Verunreinigungswerte, insbesondere der Konzentrationsänderung an Verunreinigungen, im Luftstrom 73 auf, die über eine Schnittstelle 75 mit dem wenigstens einen ersten Sensorelement 72 verbunden ist. Die vom Sensorelement 72 erfassten Werte werden überden Signal-Übertragungsweg 90 zur Schnittstelle 75 der Auswerteeinrichtung 74 übertragen.

Die Verunreinigungswerte, insbesondere die Konzentrationswerte, werden von einer Erfassungseinrichtung 76 empfangen, die zur, insbesondere kontinuierlichen, Erfassung der von dem wenigstens einen ersten Sensorelement 72 gemessenen Werte an Verunreinigungen im Luftstrom 73 bereitgestellt ist. In einer sich anschließenden Komparatoreinrichtung 77 werden die von der Erfassungseinrichtung 76 erfassten Werte an Verunreinigungen im Luftstrom 73 mit Vergleichswerten verglichen. Beispielsweise können die Vergleichswerte in Form von, insbesondere unmittelbar, zuvor erfassten Werten an Verunreinigungen im Luftstrom, der aus der Filtereinrichtung austritt, und/oder in Form von Verunreinigungsgrenzwerten vorliegen. Die vom ersten Sensorelement 72 erfassten Werte geben Auskunft über die Konzentration von Verunreinigungen im Luftstrom 73, der aus der Filtereinrichtung 22b austritt. Wird von dem ersten Sensorelement 72 keine Konzentration an Verunreinigungen erfasst, bedeutet dies, dass die Filtereinrichtung 22b aktiv ist und etwaige Verunreinigungen wirkungsvoll in der Filtereinrichtung 22b adsorbiert werden. Misst das erste Sensorelement 72 hingegen eine Konzentration, wird in der Komparatoreinrichtung 77 ermittelt, inwieweit die Konzentration im Luftstrom 73 schädlich ist. Werden die gemessenen Werte mit Vergleichswerten verglichen, kann festgesellt werden, ob sich die gemessenen Werte an diese Vergleichswerte annähern. Wird beispielsweise ein Grenzwert erreicht, oder nähern sich die gemessenen Werte einem solchen Grenzwert an, ist dies ein Indiz dafür, dass die Qualität der Filtereinrichtung 22b abnimmt und die Filtereinrichtung 22b gegebenenfalls ausgetauscht werden muss. Grundsätzlich reicht es für eine solche Feststellung bereits aus, wenn über das Sensorelement 72 festgestellt wird, dass sich die gemessenen Verunreinigungswerte verändern, insbesondere dass diese Werte steigen, was eine Konzentrationssteigerung an Verunreinigungen im Luftstrom 73 bedeutet und auf eine Verschlechterung der Filterleistung der Filtereinrichtung 22b hindeutet.

Die Auswerteeinrichtung 74 weist eine Ausgabeeinrichtung 78 auf, die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, ein Ausgabesignal auszugeben, wenn ein von der Erfassungseinrichtung 76 erfasster Wert an Verunreinigungen im Luftstrom 73 einen vorgegebenen Wert erreicht, beispielsweise überschreitet oder unterschreitet. Dazu kann ein Signal, beispielsweise eine Nachricht, erzeugt und übereine Schnittstelle 80 an eine Steuereinrichtung 81 übertragen werden. Von dem Sensorelement 72 gemessene Werte und/oder Referenzwerte und/oder Vergleichswerte können in einer Speichereinrichtung 79, zumindest temporär, gespeichert werden.

Die Bestimmungsvorrichtung 70 ist insbesondere dazu bereitgestellt, dass sie die zeitliche Änderung von Werten, insbesondere Konzentrationswerten, an Verunreinigungen im Luftstrom 73, der aus der Filtereinrichtung 22b austritt, detektiert oder detektieren kann.

In Figur 4 ist in schematischer Ansicht eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 70 zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung 22b dargestellt. In ihrem Grundaufbau entspricht diese Vorrichtung 70 der in Figur 3 dargestellten Bestimmungsvorrichtung 70, so dass gleiche Bauteile mit identischen Bezugszeichen versehen sind und hinsichtlich des Grundaufbaus der Bestimmungsvorrichtung 70 zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zu Figur 3 verwiesen wird. Im Folgenden wird deshalb nur auf die Unterschiede in der Bestimmungsvorrichtung 70 eingegangen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist das erste Sensorelement 72 zusätzlich mit einem Bypass-Luftstrom 84, der im Bypass 83 an der Filtereinrichtung 22b vorbeigeführt wird, verbunden. Über eine Klappe 83, bei der es ich vorzugsweise um eine Elektrolyseeinrichtungsklappe handelt, und über die Klappe 62, bei der es sich vorzugsweise um eine Brennstoffeellensystem klappe handelt, wie im Zusammenhang mit den Figuren 6 bis 11 beschrieben wird, kann der über den Leitungsabschnitt 40b strömende Luftstrom wahlweise als Luftstrom 73 durch die Filtereinrichtung 22b hindurch, oder als Bypass- Luftstrom 84 im Bypass 83 an der Filtereinrichtung 22b vorbeigeführt werden. Über einen Sensorabgriff 86 kann das Sensorelement 72 Werte, insbesondere Konzentrationswerte, an Verunreinigungen auch im Bypass-Luftstrom 64 erfassen und über den Signal- Übertragungsweg 90 zur Schnittstelle 75 der Auswerteeinrichtung 74 übertragen.

Das Sensorelement 72 misst in manchen Betriebszuständen die Konzentration an Verunreinigungen im Luftstrom 84, der im Bypass 83 an der Filtereinrichtung 22b vorbeigeführt wird. Dies ist etwa im Elektrolysebetrieb der Fall. In manchen Betriebszuständen wird die Konzentration an Verunreinigungen im Luftstrom 73 gemessen, der durch die Filtereinrichtung 22b hindurchtritt. Dies ist etwa im Brennstoffeellenbetrieb der Fall. Ein Umschalten gibt dann bei zunehmender Beladung der Filtereinrichtung 22b zunehmend voneinander abweichende Messsignale. Bei dieser Ausführungsform ist bevorzugt realisiert, dass die Auswerteeinrichtung 74, insbesondere die Komparatoreinrichtung 77, eine Einrichtung zur Bildung der Differenz zwischen Werten, insbesondere Konzentrationswerten, an Verunreinigungen in dem Luftstrom 73, der aus der Filtereinrichtung 22b austritt beziehungsweise stromab der Filtereinrichtung 22b liegt, welche von dem wenigstens einen ersten Sensorelement 72 erfasst werden, und Werten, insbesondere Konzentrationswerten, von Verunreinigungen in dem Luftstrom 84, der im Bypass 83 an der Filtereinrichtung 22b vorbeigeführt wird, welche ebenfalls von dem wenigstens einen ersten Sensorelement 72 erfasst werden, aufweist.

In Figur 5 ist in schematischer Ansicht eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung 70 zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung 22b dargestellt. In ihrem Grundaufbau entspricht diese Vorrichtung 70 der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Bestimmungsvorrichtung 70, so dass gleiche Bauteile mit identischen Bezugszeichen versehen sind und hinsichtlich des Grundaufbaus zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zu den Figuren 3 und 4 verwiesen wird. Im Folgenden wird deshalb nur auf die Unterschiede in der Bestimmungsvorrichtung 70 eingegangen.

Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Sensoreinrichtung 71 neben dem ersten Sensorelement 72 ein zweites Sensorelement 88 auf, das zur, insbesondere kontinuierlichen, Bestimmung von Werten, insbesondere Konzentrationswerten, an Verunreinigungen in einem Luftstrom 87, der in die Filtereinrichtung 22b eintritt, das heißt stromauf zur Filtereinrichtung 22b liegt, bereitgestellt ist. Über einen Sensorabgriff 89 werden die Werte, insbesondere Konzentrationswerte, an Verunreinigungen im Luftstrom 87, der in die Filtereinrichtung 22b eintritt, vom zweiten Sensorelement 88 erfasst und über einen Signal-Übertragungsweg 91 zur Schnittstelle 75 der Auswerteeinrichtung 74 übertragen. Die von den Sensorelementen 72, 88 erfassten Werte werden in der Auswerteeinrichtung 74, insbesondere in der Komparatoreinrichtung 77, miteinander verglichen. Dazu weist die Auswerteeinrichtung 74, insbesondere die Komparatoreinrichtung 77, eine Einrichtung zur Bildung der Differenz zwischen Werten, insbesondere Konzentrationswerten, an Verunreinigungen in dem Luftstrom 73, der aus der Filtereinrichtung 22b austritt, welche von dem wenigstens einen ersten Sensorelement 72 erfasst werden, und von Werten, insbesondere Konzentrationswerten, an Verunreinigungen in dem Luftstrom 87, der in die Filtereinrichtung 22b eintritt, welche von dem zweiten Sensorelement 88 erfasst werden, auf.

In den Figuren 6 bis 11 werden nun verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems 42, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems 10 ist, beschrieben, wobei das Lüftungssystem 42 mit einem Brennstoffzellensystem 22 zusammenwirkt. Der Grundaufbau des Lüftungssystems 42 entspricht bei allen folgenden Ausführungsformen jeweils dem in Figur 2 dargestellten und beschriebenen Lüftungssystem 42, so dass gleiche Bauteile jeweils mit identischen Bezugszeichen versehen sind und hinsichtlich des Grundaufbaus zur Vermeidung von Wiederholungen jeweils auf die Ausführungen zu Figur 2 verwiesen wird.

Im Unterschied zu dem in Figur 2 dargestellten Lüftungssystem 42 weisen die in den Figuren 6 bis 11 dargestellten Lüftungssysteme 42 jeweils eine detailliert ausgeführte Vorrichtung 70 zur Beurteilung der Funktionalität der Filtereinrichtung 22b des Brennstoffeellensystems 22 auf. Hinsichtlich der Figuren 6 bis 11 wird im Folgenden deshalb jeweils nur auf die jeweils besondere Ausgestaltung der Bestimmungsvorrichtung 70 eingegangen und ansonsten vollinhaltlich auf die Ausführungen zu Figur 2, ebenso wie zu Figur 1 , Bezug genommen und verwiesen.

Figur 6 zeigt in schematischer Ansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems 42, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems 10 ist, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung 70 zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung 22b realisiert ist. Der Aufbau der Bestimmungsvorrichtung 70, ebenso wie deren Funktionsweise, entspricht in etwa dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, so dass an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf die Ausführungen zu Figur 3 vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen wird. Während die in Figur 3 dargestellte und beschriebene Bestimmungsvorrichtung 70 allgemeiner Natur ist, ist die in Figur 6 dargestellte Bestimmungsvorrichtung 70 konkret auf das Zusammenwirken mit dem Brennstoffeellensystem 22 gemünzt.

Wie man in Figur 6 erkennt, weist die Sensoreinrichtung 71 der Bestimmungsvorrichtung 70 ein erstes Sensorelement 72 auf, welches über den Sensorabgriff 85 Konzentrationswerte an Verunreinigungen in einem Luftstrom misst, der die Filtereinrichtung 22b verlässt, beziehungsweise stromab hinter der Filtereinrichtung 22b liegt. Die vom Sensorelement 72 ermittelten Werte werden über den Signal-Übertragungsweg 90 zur Auswerteeinrichtung 74 übertragen und dort qualitativ ausgewertet. Anhand dieser Auswerteergebnisse ist es beispielsweise möglich, andere Komponenten des Lüftungssystems 42 oder des Energiesystems 10 zu steuern. Im dargestellten Beispiel kann beispielsweise das Gebläse 55 gesteuert werden, welches sich im Abluftstrom 53 aus der Lüftungsanlage 51 befindet. Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich das Sensorelement 72, beziehungsweise der Sensorabgriff 85, zwischen der Filtereinrichtung 22b und dem Brennstoffeellenmodul 22a. Auf diese Weise können qualitative Aussagen in Form von Aussagen über die zeitliche Änderung von Werten, insbesondere Konzentrationswerten, an Verunreinigungen im Luftstrom 73, der aus der Filtereinrichtung 22b austritt, detektiert und daraus Aussagen zur Wirksamkeit der Filtereinrichtung 22b gemacht werden.

Figur 7 zeigt in schematischer Ansicht eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems 42, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems 10 ist, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung 70 zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung 22b realisiert ist. Das in Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht vom Aufbau und der Funktionsweise im Wesentlichen dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel, so dass an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf die Ausführungen zu Figur 6 vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen wird.

Im Unterschied zu Figur 6 befindet sich bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel das erste Sensorelement 72 hinter dem Brennstoffzellenmodul 22a. Der Sensorabgriff 85 des Sensorelements 72 erfolgt somit in Strömungsrichtung des Luftstroms durch das Brennstoffeellensystem 22 hinter dem Brennstoffeellenmodul 22a beziehungsweise hinter der/den Brennstoffeelle(n). Auf diese Weise kann die Bestimmungsvorrichtung 70 zusätzlich auch zur Bestimmung der Belastung der Brennstoffeelle(n) eingesetzt werden.

Bei dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel, das eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems 42, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems 10 ist, darstellt, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung 70 zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung realisiert ist, handelt es sich um eine Kombination der beiden in den Figuren 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiele. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird an dieser Stelle deshalb auf die Ausführungen zu den Figuren 6 und 7 vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen.

Figur 9 zeigt in schematischer Ansicht eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems 42, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems 10 ist, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung 70 zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung 22b realisiert ist. Der Aufbau der Bestimmungsvorrichtung 70, ebenso wie deren Funktionsweise, entspricht in etwa dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel, so dass an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf die Ausführungen zu Figur 4 vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen wird. Während die in Figur 4 dargestellte und beschriebene

Bestimm ungs Vorrichtung allgemeiner Natur ist, ist die in Figur 9 dargestellte Bestimmungsvorrichtung 70 konkret auf das Zusammenwirken mit dem Brennstoffzellensystem 22 gemünzt.

Wie man in Figur 9 erkennt, weist die Sensoreinrichtung 71 der Bestimmungsvorrichtung 70 ein erstes Sensorelement 72 auf, welches über den Sensorabgriff 85 Konzentrationswerte an Verunreinigungen in einem Luftstrom misst, der die Filtereinrichtung 22b verlässt. Die vom Sensorelement 72 ermittelten Werte werden über den Signal-Übertragungsweg 90 zur Auswerteeinrichtung 74 übertragen und dort qualitativ ausgewertet. Zusätzlich ist das erste Sensorelement 72 über den Sensorabgriff 86 mit einem Luftstrom, der im Bypass an der Filtereinrichtung 22b vorbeigeführt wird, verbunden. Der Bypass-Luftstrom wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Elektrolyseeinrichtung 21 geführt. Die vom Sensorelement 72 ermittelten Werte im Bypass-Luftstrom werden ebenfalls über den Signal- Übertragungsweg 90 zur Auswerteeinrichtung 74 übertragen und dort qualitativ ausgewertet. Das Sensorelement 72, beziehungsweise der Sensorabgriff 85, befindet sich zwischen der Filtereinrichtung 22b und dem Brennstoffzellenmodul 22a.

Das Sensorelement 72 sitzt dann so, dass im Nicht-Brennstoffzellen-Betrieb die Luft, die ansonsten in das Brennstoffzellensystem 22 eintritt, im Bypass der Filtereinrichtung 22b gemessen wird, und im Brennstoffzellen-Betrieb die Luft durch die Filtereinrichtung 22b strömt. Ein Umschalten gibt dann bei zunehmender Beladung zunehmend voneinander abweichende Messsignale. Beispielsweise kann das Sensorelement 72 die Brennstoffeellen- Luft per Schlauchverbindung zwischen Filtereinrichtung 22b und dem Eingang des Brennstoffeellenmoduls 22a ziehen. Genau dann besteht ein treibendes Druckgefälle. Wenn das Brennstoffeellenmodul 22a nicht läuft, zieht das Sensorelement 72 die Luft automatisch oder per Entnahmestelle aus dem Bypass-Luftstrom.

Figur 10 zeigt in schematischer Ansicht eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems 42, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems 10 ist, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung 70 zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung 22b realisiert ist. Der Aufbau der Bestimmungsvorrichtung 70, ebenso wie deren Funktionsweise, entspricht in etwa dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, so dass an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf die Ausführungen zu Figur 5 vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen wird. Während die in Figur 5 dargestellte und beschriebene Bestimmungsvorrichtung allgemeiner Natur ist, ist die in Figur 10 dargestellte Bestimmungsvorrichtung 70 konkret auf das Zusammenwirken mit dem Brennstoffeellensystem 22 gemünzt.

Wie man in Figur 10 erkennt, weist die Sensoreinrichtung 71 der Bestimmungsvorrichtung 70 ein erstes Sensorelement 72 auf, welches zwischen der Filtereinrichtung 22b und dem Eingang des Brennstoffeellenmoduls 22a über den Sensorabgriff 85 Konzentrationswerte an Verunreinigungen in einem Luftstrom misst, der die Filtereinrichtung 22b verlässt. Die vom Sensorelement 72 ermittelten Werte werden über den Signal-Übertragungsweg 90 zur Auswerteeinrichtung 74 übertragen und dort qualitativ ausgewertet.

Zusätzlich weist die Sensoreinrichtung 71 ein zweites Sensorelement 88 auf, das, insbesondere kontinuierlichen, über den Sensorabgriff 89 Konzentrationswerte an Verunreinigungen in einem Luftstrom erfasst, der in die Filtereinrichtung 22b eintritt. Die vom Sensorelement 88 ermittelten Werte werden über den Signal-Übertragungsweg 91 zur Auswerteeinrichtung 74 übertragen und dort qualitativ ausgewertet. Die Auswertung sieht vor, dass die von den Sensorelementen 72, 88 erfassten Werte in der Auswerteeinrichtung 74 miteinander verglichen werden, beispielsweise, indem die Differenz gebildet wird. Sind die Werte an Verunreinigungen im Luftstrom vor der Filtereinrichtung 22b höher als die Werte an Verunreinigungen im Luftstrom nach der Filtereinrichtung 22b, bedeutet dies, dass die Filtereinrichtung 22b aktiv ist und ordnungsgemäß funktioniert. Gleichen sich die Werte an, insbesondere wenn die Werte, insbesondere Konzentrationswerte, an Verunreinigungen im Luftstrom nach der Filtereinrichtung 22b dabei größer werden, bedeutet dies, dass die Wirkung der Filtereinrichtung 22b nachlässt.

In Figur 11 schließlich ist eine sechste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüftungssystems 42, das insbesondere Bestandteil eines Energiesystems 10 ist, dargestellt, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung 70 zur Bestimmung des Adsorptionszustands einer Filtereinrichtung 22b realisiert ist. Das in Figur 11 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht vom Aufbau und der Funktionsweise im Wesentlichen dem in Figur 10 dargestellten Ausführungsbeispiel, so dass an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen auch auf die Ausführungen zu Figur 10 vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen wird.

Im Unterschied zu Figur 10 befindet sich bei dem in Figur 11 dargestellten Ausführungsbeispiel das erste Sensorelement 72 hinter dem Brennstoffzellenmodul 22a, das heißt stromab des Brennstoffeellenmoduls 22a. Der Sensorabgriff 85 des Sensorelements 72 erfolgt somit in Strömungsrichtung des Luftstroms durch das Brennstoffeellensystem 22 hinter dem Brennstoffeellenmodul 22a beziehungsweise der/den Brennstoffzelle(n). Auf diese Weise kann die Bestimmungsvorrichtung 70 zusätzlich auch zur Bestimmung der Belastung der Brennstoffeelle(n) eingesetzt werden. Bezugszeichenliste

10 Energiesystem (Hausenergiesystem)

20 Erstes Untersystem (Innensystem)

21 Elektrolyseeinrichtung

22 Brennstoffeellensystem

22a Brennstoffzellenmodul

22b Filtereinrichtung

23 Spüleinrichtung (Spülkammer)

24 Rückschlagventileinrichtung

25 Filtereinrichtung

26 T rocknereinrichtung

30 Zweites Untersystem (Außensystem)

31 Hochdruckspeichereinrichtung

32 Mitteldruckspeichereinrichtung

33 Ventileinrichtung

34 Kompressoreinrichtung

35 Rückschlagventileinrichtung

36 Entspannungsvorrichtung (Druckminderer)

40 Verbindungsleitungseinrichtung

40a bis 40k Leitungsabschnitt

41 Druckmessvorrichtung

42 Lüftungssystem

43 Hauswand

44 Außenluft-Zufuhr

45 Außenluft-Filtereinrichtung

46 Zuluftstrom

47 Lüftungseinrichtung

48 Wärmetauscher

49 Einrichtung zur Einstellung des Zuluftstroms (Zuluftklappe)

50 Zuluftzufuhr

51 Lüftungsanlage

52 Abluftabfuhr

53 Abluftstrom 54 Abluft-Filtereinrichtung

55 Gebläse

56 Bypasseinrichtung

57 Bypassstrom

58 Luft/Wasserübertrager

59 Bypasseinrichtung

60 Abluftbypassstrom

61 Fortluftabfuhr

62 Brennstoffzellensystemklappe

63 Elektrolyseeinrichtungsklappe

64 Sensorelement

70 Vorrichtung zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung

(Bestimmungsvorrichtung)

71 Sensoreinrichtung

72 Erstes Sensorelement

73 Luftstrom, der aus der Filtereinrichtung austritt

74 Auswerteeinrichtung

75 Schnittstelle

76 Erfassu ngseinrichtu ng

77 Komparatoreinrichtung

78 Ausgabeeinrichtung

79 Speichereinrichtung

80 Schnittstelle

81 Steuereinrichtung

82 Bypassklappe

83 Bypass zur Filtereinrichtung

84 Bypass-Luftstrom

85 Sensorabgriff

86 Sensorabgriff

87 Luftstrom, der in die Filtereinrichtung eintritt

88 Zweites Sensorelement

89 Sensorabgriff

90 Signal-Übertragungsweg

91 Signal-Übertragungsweg

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung (70) zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung (22b), welche zur Reduzierung von Konzentrationswerten von, insbesondere gasförmigen, Verunreinigungen in einem Luftstrom (73) bereitgestellt ist, vorzugsweise zur Ermittlung eines kritischen Adsorptionsgrads der Filtereinrichtung (22b), insbesondere einer Filtereinrichtung (22b) eines Brennstoffzellensystems (22), aufweisend eine Sensoreinrichtung (71), mit wenigstens einem ersten Sensorelement (72) zur Messung von, insbesondere gasförmigen, Verunreinigungen, die im Luftstrom (73) aus der Filtereinrichtung (22b) austreten, eine Auswerteeinrichtung (74) zur qualitativen Auswertung der Änderung der gemessenen Verunreinigungen im Luftstrom (73), die über eine Schnittstelle (75) mit dem wenigstens einen ersten Sensorelement (72) verbunden ist, und die die folgenden Komponenten aufweist: eine Erfassungseinrichtung (76), die zur, insbesondere kontinuierlichen, Erfassung der von dem wenigstens einen ersten Sensorelement (72) gemessenen Verunreinigungen im Luftstrom (73) bereitgestellt ist, eine Komparatoreinrichtung (77), die zum Vergleichen der von der Erfassungseinrichtung (76) erfassten Verunreinigungen im Luftstrom (73) mit Vergleichswerten, insbesondere mit Referenzwerten, bereitgestellt ist, eine Ausgabeeinrichtung (78), die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, ein Ausgabesignal auszugeben, wenn die von der Erfassungseinrichtung (77) erfassten Verunreinigungen im Luftstrom (73) einen vorgegebenen Wert erreichen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese bereitgestellt ist, die zeitliche Änderung von gemessenen Verunreinigungen im Luftstrom (73), der aus der Filtereinrichtung (22b) austritt, zu detektieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komparatoreinrichtung (77) bereitgestellt ist, die von der Erfassungseinrichtung (76) erfassten Verunreinigungen im Luftstrom (73) mit Vergleichswerten in Form von zuvor erfassten Verunreinigungen im Luftstrom (73), der aus der Filtereinrichtung (22b) austritt, und/oder mit Verunreinigungen im Luftstrom (73), der die Filtereinrichtung (22b) nicht durchströmt, und/oder Verunreinigungsgrenzwerten zu vergleichen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes Sensorelement (72) zur Messung von Verunreinigungen in einem Luftstrom (84), der im Bypass an der Filtereinrichtung (22b) vorbeigeführt wird, bereitgestellt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (71) ein zweites Sensorelement (88) aufweist, das zur, insbesondere kontinuierlichen, Messung von Verunreinigungen in einem Luftstrom (87), der in die Filtereinrichtung (22b) eintritt, bereitgestellt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (74), insbesondere die Komparatoreinrichtung (77), aufweist eine Einrichtung zur Bildung der Differenz zwischen Werten an Verunreinigungen in einem Luftstrom (73), der aus der Filtereinrichtung (22b) austritt, welche von dem wenigstens einen ersten Sensorelement (72) erfasst werden, und Werten von Verunreinigungen in einem Luftstrom (84), der im Bypass (83) an der Filtereinrichtung (22b) vorbeigeführt wird, welche von dem wenigstens einen ersten Sensorelement (72) erfasst werden, oder von Werten an Verunreinigungen in einem Luftstrom (87), der in die Filtereinrichtung (22b) eintritt, welche von dem zweiten Sensorelement (88) erfasst werden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Speichereinrichtung (79) aufweist, die zum zumindest zeitweiligen Speichern von Werten an Verunreinigungen in einem Luftstrom (73, 87) und/oder in einem Bypass-Luftstrom (84), die von dem wenigstens einen ersten Sensorelement (72) und/oder dem zweiten Sensorelement (88) erfasst werden, und/oder von Vergleichswerten bereitgestellt ist.

8. Brennstoffellensystem (22), mit einem Brennstoffzellenmodul (22a), einer Filtereinrichtung (22b), die zur Reduzierung von Konzentrationswerten von, insbesondere gasförmigen Verunreinigungen in einem das Brennstoffzellenmodul durchströmenden Luftstrom (73) bereitgestellt ist und die im Luftzufuhrweg zum Brennstoffeellenmodul (22a) angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung (70) zur Beurteilung der Funktionalität der Filtereinrichtung (22), insbesondere zur Ermittlung eines kritischen Adsorptionsgrads der Filtereinrichtung (22b), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.

9. Brennstoffeellensystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste Sensorelement (72) der Vorrichtung (70) in Strömungsrichtung des Luftstroms nach der Filtereinrichtung (22b) und/oder nach der Filtereinrichtung (22b) und, insbesondere Kathodenseitig, vor dem Brennstoffzellenmodul (22a) und/oder nach dem Brennstoffeellenmodul (22a) angeordnet ist.

10. Brennstoffeellensystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein erstes Sensorelement (72) der Vorrichtung (70) zusätzlich zumindest zeitweilig mit einem Luftstrom (84), der im Bypass (83) an der Filtereinrichtung (22b) vorbeigeführt wird, verbunden ist, und dass der im Bypass (83) an der Filtereinrichtung (22b) vorbeigeführte Luftstrom (84) insbesondere ein durch eine Elektrolyseeinrichtung (21) durchgeführter Luftstrom ist.

11. Lüftungssystem (42) für einen Raum, wobei das Lüftungssystem (42) insbesondere Bestandteil eines Energiesystems ist (10), aufweisend eine Außenluffeufuhr (44), die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, dass darüber ein bereitgestellter (46) Zuluftstrom in das Lüftungssystem (42) eintritt, eine Lüftungseinrichtung (47), die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, eine Zuluffeufuhr (50) zu erzeugen und dem Raum als Zuluft bereitzustellen, eine Abluftabfuhr (52), die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, dass darüber Abluft aus dem Raum abgeführt und über die Lüftungseinrichtung (47) geführt wird, eine Fortluftabfuhr (61), die derart bereitgestellt ist, dass sie in der Lage ist, die abgeführte Abluft als Fortluftstrom aus dem Lüftungssystem (42) abzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftungseinrichtung (47) eine Schnittstelle zu einer Vorrichtung (70) zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung (22b), vorzugsweise zur Ermittlung eines kritischen Adsorptionsgrads der Filtereinrichtung (22b), gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,, oder zu einem Brennstoffeellensystem (22) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11 aufweist, oder dass die Lüftungseinrichtung (47) mit einer Vorrichtung (70) zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung (22b), vorzugsweise zur Ermittlung eines kritischen Adsorptionsgrads der Filtereinrichtung (22bgemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, oder mit einem Brennstoffeellensystem (22) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10 verbunden ist.

12. Lüftungssystem (42) nach Anspruch 11 , aufweisend ein Sensorelement (64), welches zur Überwachung der Raumluft und/oder zur Ansteuerung des Lüftungssystems bereitgestellt ist und welches zumindest zeitweilig mit der Vorrichtung (70) zur Beurteilung der Funktionalität der Filtereinrichtung (22) zusammenwirkt.

13. Energiesystem (10), aufweisend eine Elektrolyseeinrichtung (21 ), ein Brennstoffzellensystem (22), optional eine Hochdruckspeichereinrichtung (31 ), sowie eine Verbindungsleitungseinrichtung (40, 40a bis 40k), über die die Elektrolyseeinrichtung (21), das Brennstoffzellensystem (22) sowie optional die Hochdruckspeichereinrichtung (31) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiesystem (10) eine Vorrichtung (70) zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung (22b), vorzugsweise zur Ermittlung eines kritischen Adsorptionsgrads der Filtereinrichtung (22b) des Energiesystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist, und/oder dass das Brennstoffeellensystem (22) nach einem der Ansprüche 98bis 10 ausgebildet ist und/oder dass das Energiesystem (10) ein Lüftungssystem (42) nach Anspruch 11 oder 12 aufweist.

14. Verfahren zur Beurteilung der Funktionalität einer Filtereinrichtung (22b), vorzugsweise zur Ermittlung eines kritischen Adsorptionsgrads der Filtereinrichtung (22b), insbesondere unter Verwendung einer Vorrichtung (70) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren vorzugsweise für ein Brennstoffzellensystem (22) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10 oder in einem Lüftungssystem gemäß Anspruch 11 oder 12, oder in einem Energiesystem gemäß Anspruch 13 eingesetzt wird, mit den folgenden Schritten:

Messen von, insbesondere gasförmigen, Verunreinigungen, die in einem Luftstrom (73) aus der Filtereinrichtung (22b) austreten, mit wenigstens einem ersten Sensorelement (72);

In einer Auswerteeinrichtung (74), die über eine Schnittstelle (75) mit dem wenigstens einen ersten Sensorelement (72) verbunden ist, Empfangen der Werte gemessener Verunreinigungen und qualitative Auswertung der Änderung der gemessenen Verunreinigungen im Luftstrom (73), insbesondere indem die zeitliche Änderung der gemessenen Verunreinigungen im Luftstrom (73) detektiert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem wenigstens einen erstes Sensorelement (72) erste Konzentrationswerte an Verunreinigungen in dem Luftstrom (73), der aus der Filtereinrichtung (22b) austritt, erfasst werden, dass mit dem wenigstens einen ersten Sensorelement (72) zusätzlich zweite Konzentrationswerte an Verunreinigungen in einem Luftstrom (84), der im Bypass (83) an der Filtereinrichtung (22b) vorbeigeführt wird, erfasst werden, wobei der im Bypass (83) an der Filtereinrichtung (22b) vorbeigeführte Luftstrom insbesondere ein durch eine Elektrolyseeinrichtung (21) durchgeführter Luftstrom ist, und dass in der Auswerteeinrichtung (74) die ersten und zweiten Konzentrationswerte miteinander verglichen werden, insbesondere indem die Differenz zwischen den ersten und zweiten Konzentrationswerten gebildet wird.