WO2024008539A1 - Brennstoffzellensystem und betriebsverfahren - Google Patents

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WO2024008539A1
WO2024008539A1 PCT/EP2023/067705 EP2023067705W WO2024008539A1 WO 2024008539 A1 WO2024008539 A1 WO 2024008539A1 EP 2023067705 W EP2023067705 W EP 2023067705W WO 2024008539 A1 WO2024008539 A1 WO 2024008539A1
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supply air
air path
fuel cell
cell system
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PCT/EP2023/067705
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Alfred ELSÄSSER
Stefan Kanz
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Mahle International Gmbh
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    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system and a method for operating such a fuel cell system.
  • the use of fuel cells in motor vehicles is well known and is becoming increasingly important.
  • the fuel cells are usually stacked on top of each other, i.e. combined in a stack - also called a “stack”.
  • stack also called a “stack”.
  • the individual fuel cells emit water-containing exhaust gas, which is transported away from the stack using an exhaust system.
  • humidifiers Devices for humidifying a fluid, hereinafter referred to as humidifiers, are used in such fuel cell systems.
  • moisture contained in the exhaust air from the fuel cells can be removed from the exhaust air and transferred to the supply air, which is drier than the exhaust air, i.e. less humid, so that the dry supply air is humidified in this way before being fed into the fuel cells.
  • Such humidifiers usually comprise a membrane stack with membranes stacked on top of one another along a stacking direction, which are impermeable to gas and permeable to moisture or water or water vapor.
  • a membrane of the membrane stack designed in this way is flowed over in the humidifier on one side by a gas to be humidified and on the other side by a moist gas.
  • the two gases are fluidly separated from each other by the membrane. This means that there is no material mixing of the two gases flowing through the humidifier and the membrane stack.
  • the moisture of the wetter fluid can move along the stacking direction pass through the membrane and are absorbed by the drier gas to humidify it.
  • the humidity of the two gases therefore equalizes as they flow through the membrane stack.
  • the membranes of the humidifier are designed and dimensioned in such a way that they can transfer a sufficient amount of moisture from the moist exhaust air even in high-load operation of the fuel cells, in which a particularly large amount of supply air is required, and thus make the dry supply air available for humidification can put.
  • a humidifier is to be created which, compared to conventional humidifiers, can be manufactured at lower manufacturing costs with the same performance efficiency in terms of the transfer of water through the membrane material.
  • the basic idea of the invention is therefore to equip a fuel cell system for humidifying the dry supply air with moisture or water from the moist exhaust air not only with a conventional humidifier made of gas-tight and water-impermeable membranes, but also with an additional moisture ness return, which can be "switched on" when the fuel cell system is under high load for additional return of moisture or water from the moist exhaust air into the dry supply air.
  • the relatively expensive conventional humidifier - due to the relatively expensive membranes made of gas-tight and moisture-permeable membrane materials - does not have to be designed in such a way that it generates sufficient moisture even for high-load operation of the fuel cells, in which a particularly large amount of moist supply air is required. Rather, it simply needs to be designed so that it can transfer sufficient moisture for nominal operation with a lower load than in high-load operation. Additional moisture return is then available for high-load situations.
  • a fuel cell system according to the invention comprises several, i.e. at least two, preferably stacked fuel cells. Furthermore, the fuel cell system includes a supply air path for supplying dry supply air into the fuel cells and an exhaust air path for discharging moist exhaust air from the fuel cells.
  • the fuel cell system includes a humidifier through which the supply air path and the exhaust air path are guided. At least one gas-tight and moisture- or water-permeable membrane of the humidifier is arranged between the supply air path and the exhaust air path, so that moisture contained in the moist exhaust air in the humidifier, in particular water, is transferred from the moist exhaust air to the dry supply air and in this way into the Fuel cells can be recycled.
  • a primary moisture return is achieved using the humidifier.
  • the fuel cell system includes an additional moisture return, i.e. in addition to the moisture return by means of the humidifier.
  • the exhaust air path communicates fluidly with the supply air path by means of the additional moisture return, so that moisture or water can be transferred from the exhaust air into the supply air.
  • the additional moisture return has at least one water separator arranged in the exhaust air path for separating water from the moist exhaust air and a collector for temporarily storing the separated moisture or the separated water and a water injector for introducing the separated and/or temporarily stored moisture or the separated or/ and temporarily stored water into the supply air path or into the supply air guided through the supply air path.
  • the water injector comprises a film layer lip arranged in the supply air path for atomizing the moisture introduced into the dry supply air or the water introduced into the dry supply air.
  • the water injector can also consist of such a film layer lip.
  • the film layer lip uses the flow energy of the Air provided by the compressor by the dispersion or atomization of a wall film running off the end of the film layer lip due to high differential speeds.
  • the relative speed can also be increased locally in a targeted manner by narrowing the cross-section, such as a Venturi nozzle.
  • the supply air path is designed as a tubular body, at least in the area of the film layer lip, on which the film layer lip is supported directly or indirectly. This embodiment allows a stable positioning of the film applicator lip at the desired target position.
  • a water outlet in the supply air path or in the pipe body for introducing the water from the moisture return into the supply air path which is designed so that water emerging from the water outlet hits the film layer lip.
  • the water outlet is at least partially delimited by the film layer lip.
  • a separate limitation of the water outlet can therefore be partially or even completely dispensed with.
  • the film applicator lip can be essentially flat. This variant requires particularly little installation space.
  • the film layer lip can comprise a plurality of slats. This variant also proves to be particularly cost-effective.
  • the film layer lip is designed as an annular lip which has an annular geometry in a cross section perpendicular to an extension direction of the supply air path or tubular body. In this way, an advantageous distribution of the atomized water into the dry supply air is ensured over the entire pipe cross section.
  • the additional moisture return can have a water path, in particular a water pipe, for the separated water to flow through.
  • the water path or the water pipe extends from the at least one water separator to the water injector.
  • the collector of the additional moisture return is preferably arranged in the water path or in the water pipe.
  • the additional moisture return comprises a conveying device with adjustable conveying capacity for conveying the water separated by means of the at least one water separator to the water injector.
  • adjustable conveying capacity for conveying the water separated by means of the at least one water separator to the water injector.
  • the at least one water separator is an inertial separator or comprises such an inertial separator.
  • an inertial heat separator uses the inertial force acting by redirecting the exhaust air onto the water droplets carried along.
  • Such an inertial separator which uses the effect of inertia, proves to be particularly efficient for water droplets with a droplet diameter of more than 1 pm. Using such an inertial separator, water droplets can also be separated from air with a very high water concentration.
  • the at least one water separator is a centrifugal separator, in particular a cyclone separator, or comprises such a centrifugal separator.
  • the exhaust air with the water droplets is set in rotation by a corresponding limitation of the exhaust air path, in particular by a housing wall or by a pipe body, so that centrifugal forces act on the water droplets carried by the flow, which cause the water to move in the radial direction, i.e. perpendicular to a main flow direction of the exhaust air in the centrifugal or cyclone separator. In this way, the water drops collide against the boundary of the exhaust air path and are subsequently separated from the exhaust air.
  • the at least one water separator is a knitted or nonwoven separator or includes such a knitted or nonwoven separator.
  • a knitted or fleece separator consists of several layers of fabric made of fibers that form the knitted or fleece.
  • Such a separator uses various physical effects such as inertial effects, barrier effects and the diffusion effects.
  • the effect of inertia is particularly efficient for water droplets with a droplet diameter of more than 10 pm. Smaller drops of water, especially mist with a droplet diameter between 1 pm and 10 pm, are preferably separated from the exhaust air by the said barrier effect. Aerosols with an aerosol diameter of less than 1 pm can be particularly effectively separated from the exhaust air by diffusion.
  • the at least one water separator can expediently be arranged upstream or downstream of the humidifier in the exhaust air path. This means that, in particular, installation space-specific boundary conditions can be taken into account.
  • a first water separator is arranged upstream of the humidifier and a second water separator is arranged downstream of the humidifier in the exhaust air path, with both water separators communicating fluidly with the collector.
  • both water separators communicating fluidly with the collector.
  • the water injector can be arranged upstream of the humidifier in the supply air path, so that water introduced into the supply air by means of the water injector pre-humidifies the supply air before it flows through the humidifier.
  • a charge air cooler is arranged in the supply air path between the water injector and the humidifier.
  • the invention further relates to a motor vehicle with a fuel cell system according to the invention presented above, so that the advantages of the fuel cell system according to the invention are transferred to the motor vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic, circuit diagram-like representation of an example of a fuel cell system according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a possible technical implementation of the water injector as a ring lip
  • FIG. 3 shows a variant of the example of FIG. 2, in which the film layer lip is flat
  • FIG. 4 shows an example and schematic of the structure of a water separator designed as an inertial separator
  • 5a, 5b show an example and schematic of the structure of a water separator designed as a centrifugal separator
  • FIG. 6a-c show an example and schematic of the structure of a water separator designed as a fleece separator.
  • 1 shows a schematic representation of an example of a fuel cell system 1 according to the invention. Accordingly, the fuel cell system 1 comprises a plurality of fuel cells 2 stacked on top of one another. Furthermore, the fuel cell system 1 comprises a supply air path 3 for supplying dry supply air ZL to the fuel cells 2 and an exhaust air path 4 for removing moist Exhaust air AL from the fuel cells 2.
  • the fuel cell system includes a humidifier 15, through which the supply air path 3 and the exhaust air path 4 are guided. At least one gas-tight and moisture-permeable membrane 20 of the humidifier 15 is arranged between the supply air path 3 and the exhaust air path 4, so that moisture F, in particular water W, contained in the moist exhaust air in the humidifier is transferred from the moist exhaust air AL to the dry supply air ZL and on can be returned to the fuel cells in this way.
  • the fuel cell system 1 further comprises an additional, secondary moisture return 5, i.e. in addition to the return of moisture by means of the humidifier 15.
  • the exhaust air path 4 communicates fluidly with the supply air path 3 by means of the additional moisture return 3. This allows moisture F or water W from the exhaust air AL be transported into the supply air ZL.
  • the additional moisture return 5 has two water separators 6 arranged in the exhaust air path 4, namely a first water separator 6a and a second water separator 6b, each for separating water W from the moist exhaust air AL. Furthermore, the additional moisture return includes a collector 7 for temporarily storing the separated moisture F or the separated water W and a water injector 8 for introducing the separated and/or temporarily stored moisture F or the separated and/or temporarily stored water W into the supply air path 3 or into the supply air ZL guided through the supply air path 3.
  • the additional moisture return 5 comprises a water path 16, for example in the form of a water pipe 13, for the separated moisture F or the separated water W to flow through. The water path 16 or the water pipe 13 extends from the first water separator 6a to the water injector 8 .
  • the collector 7 can also be arranged in the water path 16 or in the water pipe 13.
  • the additional moisture return 5 further includes a further water path 16a in the form of a further water pipe 13a, which extends from the second water separator 6b to the collector 7.
  • a first water separator 6a, 6 is arranged upstream of the humidifier 15 and a second water separator 6b downstream of the humidifier 15 6 in the exhaust air path 4. Both water separators 6a, 6b therefore communicate fluidly with the collector 7. In a simplified variant, not shown, one of the two water separators 6a, 6b can be dispensed with.
  • the additional moisture return 5 further comprises a conveying device 12 with an adjustable delivery rate, for example a fluid or water pump, for conveying the water separated by means of the at least one water separator 6 to the water injector 8 and thus into the supply air path 3.
  • an adjustable delivery rate for example a fluid or water pump
  • By adjusting or varying the delivery rate it can be determined which amount of water W separated by means of the two water separators 6a, 6b, 6 is fed back into the supply air path 3 via the water injector 8 or into the supply air path 3 through the supply air path.
  • Path-guided supply air is to be introduced.
  • the performance of the additional moisture return 5 can thus be adapted to different load conditions of the fuel cell system 1.
  • the water injector 8 is arranged upstream of the humidifier 15 in the supply air path 3.
  • an intercooler 14 can be arranged in the supply air path 3 between the water injector 8 and the humidifier 15.
  • the water injector 8 comprises a film layer lip 30 arranged in the supply air path 3 for atomizing the moisture introduced into the dry supply air ZL or . the water W introduced into the dry supply air ZL.
  • a water outlet 32 is provided as part of the water injector 8 for introducing the water W from the moisture return 5 into the supply air path 3.
  • the water outlet 32 and the film layer lip 30 are designed and coordinated with one another in such a way that water W emerging from the water outlet 32 hits the film layer lip 30. In this way, water W can be atomized using the film layer lip 30 and distributed to the dry supply air ZL.
  • the film layer lip 30 is designed as an annular lip 33, which has an annular geometry in a cross section perpendicular to an extension direction ER of the supply air path 3 or tubular body 31 in the area of the water injector 8. In this way, distribution of the atomized water W into the dry supply air ZL is ensured over the entire pipe cross section.
  • the supply air path 3 can be designed as a tubular body 31 in the area of the film laying lip 30, as shown in FIG. This can be on the tubular body 31 Support the film layer lip 30 as shown in Figure 2 using several support elements 36. This ensures a stable mechanical positioning of the film applicator lip 30 at the desired target position.
  • Figure 3 shows a variant of the example of Figure 2.
  • the film layer lip 30 is not designed as an annular lip 33, but is essentially flat.
  • the water outlet 32 is at least partially formed and also limited by the film layer lip 30. A separate limitation of the water outlet 32 can therefore be partially or even completely dispensed with.
  • One of the two water separators 6a, 6b or both water separators 6a, 6b can be formed by an inertial separator 9, the operation of which is shown schematically and thus in a very simplified manner in FIG.
  • the inertial separator 9 uses the inertial force acting on the water droplets W carried along by deflecting the exhaust air AL at a deflection element 17, which is only indicated schematically in FIG. 4 and is arranged in the exhaust air path 4.
  • the inertial separator 9 proves to be particularly efficient for water droplets with a droplet diameter of more than 1 pm. Using such an inertial separator, water droplets W can be separated in the exhaust air AL with a very high water concentration.
  • One of the two water separators 6a, 6b or both water separators 6a, 6b can also be formed by a centrifugal separator 10, the operation of which is illustrated schematically in FIG. 5 and is therefore shown in a very simplified manner.
  • Figure 5a shows a perspective view
  • Figure 5b shows a longitudinal section.
  • the centrifugal separator 10 or cyclone separator as shown in Figures 5a, 5b, the exhaust air AL with the water drops W is set in rotation by a corresponding boundary 18 of the exhaust air path 4, for example by a housing wall 19 or by a tubular body, so that centrifugal forces act on the water droplets carried by the flow, which force the water to move in the radial direction, i.e. perpendicular to a main flow direction HR of the exhaust air in the centrifugal or cyclone separator.
  • the water drops W collide against the boundary 18 of the exhaust air path 4 and are separated in this way from the exhaust air AL.
  • One of the two water separators 6a, 6b or both water separators 6a, 6b can be formed by a knitted fabric separator 11 or fleece separator illustrated in Figures 6a-6c, the operation of which is shown schematically and thus in a very simplified manner in Figures 6a-6c.
  • a knitted fabric separator 11 or fleece separator consists of several fabric layers made of fibers 21 (shown in very simplified form in the figures), which form the knitted fabric or fleece.
  • Such a knitted separator 11 uses various physical effects such as inertia effects (see Figure 6a), barrier effects (see Figure 6b) and diffusion effects (see Figure 6c).
  • the effect of inertia is particularly efficient for water droplets with a droplet diameter of more than 10 pm. Smaller water drops, especially mist with a droplet diameter between 1 pm and 10 pm, are preferably separated from the exhaust air by the said barrier effect. Aerosols with an aerosol diameter of less than 1 pm can be separated particularly effectively from the exhaust air AL by diffusion.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Befeuchter (15), durch welchen der Zuluftpfad (3) und der Abluftpfad (4) geführt sind. Erfindungsgemäß umfasst das Brennstoffzellensystem eine zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung (5). Hierzu kommuniziert der Abluftpfad (4) mittels der zusätzlichen Feuchtigkeitsrückführung (5) fluidisch mit dem Zuluftpfad (3), so dass Feuchtigkeit (F) bzw. Wasser (W) aus der Abluft (AL) in die Zuluft (ZL) transportiert werden kann. Die zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung (5) weist hierfür wenigstens einen im Abluftpfad (4) angeordneten Wasserabscheider (6) zum Abscheiden von Wasser (W) aus der feuchten Abluft (AL), einen Sammler (7) zum Zwischenspeichern der abgeschiedenen Feuchtigkeit (F) und einen Wasserinjektor (8) zum Einbringen der abgeschiedenen oder/und zwischengespeicherten Feuchtigkeit (F) in den Zuluftpfad (3) auf. Der Wasserinjektor (8) umfasst eine im Zuluftpfad (3) angeordnete Filmlegerlippe zum Zerstäuben der in die trockene Zuluft (ZL) eingebrachten Feuchtigkeit (F).

Description

Brennstoffzellensystem und Betriebsverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Brennstoffzellensystems.
Der Einsatz von Brennstoffzellen in Kraftfahrzeugen ist bekannt und nimmt an Bedeutung zu. Die Brennstoffzellen sind üblicherweise aufeinandergestapelt, also in einem Stapel - auch „Stack“ genannt - zusammengefasst. Die einzelnen Brennstoffzellen im Betrieb ein wasserhaltiges Abgas, welches mittels einer Abgasanlage vom Stack abtransportiert wird.
In solchen Brennstoffzellensystemen kommen Einrichtungen zum Befeuchten eines Fluids, im Folgenden als Befeuchter bezeichnet, zum Einsatz. Mittels eines solchen Befeuchters kann in der Abluft der Brennstoffzellen enthaltene Feuchtigkeit der Abluft entzogen und auf die - gegenüber der Abluft trockenere, also weniger feuchte Zuluft übertragen werden, sodass die trockene Zuluft vor dem zuführen in die Brennstoffzellen auf diese Weise befeuchtet wird.
Üblicherweise umfassen solche Befeuchter einen Membranstapel mit entlang einer Stapelrichtung aufeinandergestapelten Membranen, welche für Gas undurchlässig und für Feuchtigkeit bzw. Wasser oder Wasserdampf durchlässig sind. Eine derart ausgebildete Membran des Membranstapels wird im Befeuchter jeweils auf einer Seite von einem zu befeuchtenden Gas und auf der anderen Seite von einem feuchten Gas überströmt. Die beiden Gase sind hierbei durch die Membran fluidisch voneinander getrennt. Somit kommt es zu keiner stofflichen Vermischung der beiden den Befeuchter und den Membranstapel durchströmenden Gase. Allerdings kann die Feuchtigkeit des feuchteren Fluids entlang der Stapelrichtung durch die Membran treten und vom trockeneren Gas zu dessen Befeuchtung aufgenommen werden. Die Feuchtigkeit der beiden Gase gleicht sich folglich beim Durchströmen des Membranstapels an. Typischerweise sind in modernen Brennstoffzellensystem die Membranen des Befeuchters so konzipiert und dimensioniert, dass sie auch in einem Hochlastbetrieb der Brennstoffzellen, in welcher besonders viel Zuluft benötigt wird, ausreichend viel Feuchtigkeit aus der feuchten Abluft übertragen können und somit der trockenen Zuluft zum Befeuchten derselben zur Verfügung stellen können.
Als nachteilig erweist sich vor diesem Hintergrund, dass das herkömmliche Brennstoffzellensysteme vergleichsweise teuer in der Herstellung sind und der Befeuchter insgesamt eine erhebliche Baugröße aufweist, die im "Package" unterzubringen ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Brennstoffzellensystem mit Befeuchtern neue Wege aufzuzeigen. Insbesondere soll ein Befeuchter geschaffen werden, der gegenüber herkömmlichen Befeuchtern bei gleicher Leistungseffizienz betreffend die Übertragung von Wasser durch das Membranmaterial hindurch mit geringeren Herstellungskosten gefertigt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundidee der Erfindung ist demnach, ein Brennstoffzellensystem zum Befeuchten der trockenen Zuluft mit Feuchtigkeit bzw. Wasser aus der feuchten Abluft nicht nur mit einem herkömmlichen Befeuchter aus gasdichten und wasserundurchlässigen Membranen auszustatten, sondern mit einer zusätzlichen Feuchtig- keitsrückführung, welche bei hoher Last des Brennstoffzellensystems für eine zusätzliche Rückführung von Feuchtigkeit bzw. Wasser aus der feuchten Abluft in die trockene Zuluft quasi "zugeschaltet" werden kann. Auf diese Weise muss der - aufgrund der relativ teuren Membranen aus gasdichten und feuchtigkeitsdurchlässigen Membranmaterialien - relativ kostenintensive herkömmliche Befeuchter nicht so ausgelegt werden, dass er auch für einen Hochlastbetrieb der Brennstoffzellen, in dem besonders viel feuchte Zuluft benötigt wird, entsprechend ausreichend Feuchtigkeit erzeugt. Vielmehr muss er lediglich so konzipiert sein, dass er für einen Nominalbetrieb mit geringerer Last als im Hochlastbetrieb genügend Feuchtigkeit transferieren kann. Für den Hochlastfall steht dann die zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung zur Verfügung.
Da die Herstellungskosten für einen für besagten Nominalbetrieb ausgelegten Befeuchter in Kombination mit besagter zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung zusammen geringer ausfällt als für einen Befeuchter, der auch für besagten Hochlastbetrieb konzipiert ist, ergeben sich somit Kostenvorteile für die Herstellung des Brennstoffzellensystems. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass in allen möglichen Lastzuständen der Brennstoffzellen in der Zuluft ausreichend Feuchtigkeit bereitgestellt wird.
Erfindungsgemäß wird das aus der Abluft der Brennstoffzellen rückgewonnene Wassers mithilfe einer Filmlegerlippe in den von trockener Zuluft durchström baren Zuluftpfad eingebracht. Ein derart ausgestalteter Wasserinjektor bewirkt eine vorteilhafte gleichmäßige Zerstäubung des Wassers in der Zuluft, so dass diese gleichmäßig mit Feuchtigkeit durchsetzt wird. Darüber hinaus ist eine solche Filmlegerlippe aufgrund ihres einfachen technischen Aufbaus kostengünstig verfügbar, woraus sich ebenfalls Vorteile für die Herstellungskosten des Brennstoffzellensystems ergeben. Im Einzelnen umfasst ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem mehrere, also wenigstens zwei, vorzugsweise aufeinandergestapelte, Brennstoffzellen. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem einen Zuluftpfad zum Zuführen von trockener Zuluft in die Brennstoffzellen und einen Abluftpfad zum Abführen von feuchter Abluft aus den Brennstoffzellen. Weiterhin umfasst das Brennstoffzellensystem einen Befeuchter, durch welchen der Zuluftpfad und der Abluftpfad geführt sind. Zwischen dem Zuluftpfad und dem Abluftpfad ist wenigstens eine gasdichte und feuchtigkeits- bzw. wasserdurchlässige Membran des Befeuchters angeordnet, so dass im Befeuchter in der feuchten Abluft enthaltene Feuchtigkeit, insbesondere Wasser, von der feuchten Abluft auf die trockene Zuluft übertragen und auf diese Weise in die Brennstoffzellen rückgeführt werden kann. Mittels des Befeuchters ist also eine primäre Feuchtigkeitsrückführung realisiert. Erfindungsgemäß umfasst das Brennstoffzellensystem eine zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung, also zusätzlich zur Feuchtigkeitsrückführung mittels des Befeuchters. Der Abluftpfad kommuniziert mittels der zusätzlichen Feuchtigkeitsrückführung fluidisch mit dem Zuluftpfad, so dass Feuchtigkeit bzw. Wasser aus der Abluft in die Zuluft transferiert werden kann. Die zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung weist hierfür wenigstens einen im Abluftpfad angeordneten Wasserabscheider zum Abscheiden von Wasser aus der feuchten Abluft und einen Sammler zum Zwischenspeichern der abgeschiedenen Feuchtigkeit bzw. des abgeschiedenen Wassers sowie einen Wasserinjektor zum Einbringen der abgeschiedenen oder/und zwischengespeicherten Feuchtigkeit bzw. des abgeschiedenen oder/und zwischengespeicherten Wassers in den Zuluftpfad bzw. in die durch den Zuluftpfad geführte Zuluft auf. Erfindungsgemäß umfasst der Wasserinjektor eine im Zuluftpfad angeordnete Filmlegerlippe zum Zerstäuben der in die trockene Zuluft eingebrachten Feuchtigkeit bzw. des in die trockene Zuluft eingebrachten Wassers. Der Wasserinjektor kann auch aus einer solchen Filmlegerlippe bestehen. Bei dieser Ausführungsform ist kein wesentlicher Überdruck des Wassers gegenüber des Systemdrucks notwendig, da die Flüssigkeit lediglich von einem Reservoir in das Ansaugsystem gefördert werden muss. Die Filmlegerlippe nutzt die Strömungsenergie der vom Verdichter bereitgestellten Luft durch das Zerwehen bzw. Zerstäuben eines am Ende der Filmlegerlippe ablaufenden Wandfilms aufgrund hoher Differenzgeschwindigkeiten. Die Relativgeschwindigkeit kann auch durch Querschnittsverengungen wie beispielsweise einer Venturidüse auch gezielt lokal erhöht werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zuluftpfad zumindest im Bereich der Filmlegerlippe als Rohrkörper ausgebildet, an welchem sich die Filmlegerlippe direkt oder indirekt abstützt. Diese Ausführungsform erlaubt eine stabile Positionierung der Filmlegerlippe an der gewünschten Soll-Position.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist im Zuluftpfad bzw. im Rohrkörper ein Wasserauslass zum Einbringen des Wassers aus der Feuchtigkeitsrückführung in den Zuluftpfad vorhanden, der so ausgebildet ist, dass aus dem Wasserauslass austretendes Wasser auf die Filmlegerlippe trifft. Auf diese Weise kann das gesamte der Zuluft zuzuführende Wasser wirksam zerstäubt werden.
Besonders bevorzugt ist der Wasserauslass zumindest teilweise von der Filmlegerlippe begrenzt. Auf eine separate Begrenzung des Wasserauslasses kann somit teilweise oder sogar vollständig verzichtet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Filmlegerlippe im Wesentlichen flach ausgebildet sein. Diese Variante erfordert besonders wenig Bauraum.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann die Filmlegerlippe eine Mehrzahl von Lamellen umfassen. Auch diese Variante erweist sich als besonders kostengünstig. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Filmlegerlippe als Ringlippe ausgebildet, die in einem Querschnitt senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Zuluftpfads bzw. Rohrkörpers eine ringförmige Geometrie aufweist. Auf diese Weise wird eine vorteilhafte Verteilung des zerstäubten Wassers in die trockene Zuluft über den gesamten Rohrquerschnitt hinweg sichergestellt.
Besonders zweckmäßig kann die zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung einen Wasserpfad, insbesondere eine Wasserleitung, zum Durchströmen mit dem abgeschiedenen Wasser aufweisen. Der Wasserpfad bzw. die Wasserleitung erstreckt sich vom wenigstens einen Wasserabscheider zum Wasserinjektor. Bevorzugt ist im Wasserpfad bzw. in der Wasserleitung auch der Sammler der zusätzlichen Feuchtigkeitsrückführung angeordnet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung eine Fördereinrichtung mit einstellbarer Förderleistung zum Fördern des mittels des wenigstens einen Wasserabscheiders abgeschiedenen Wassers zum Wasserinjektor. Durch Einstellen bzw. Variieren der Förderleistung kann festgelegt werden, welche Menge an mittels des wenigstens einen Wasserabscheider abgeschiedenen Wassers über den Wasserinjektor wieder in den Zuluftpfad bzw. in die durch den Zuluftpfad geführte Zuluft eingebracht werden soll. Somit kann die Leistung der zusätzlichen Feuchtigkeitsrückführung optimal an unterschiedliche Lastzustände des Brennstoffzellensystems angepasst werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der wenigstens eine Wasserabscheider ein Trägheitsabscheider oder umfasst einen solchen Trägheitsabscheider. Ein solcher Trägheitsheizabscheider nutzt die durch Umlenkung der Abluft auf die mitgeführten Wassertröpfchen wirkende Trägheitskraft. Als besonders effizient erweist sich ein solcher Trägheitsabscheider, der den Effekt der Massenträgheit nutzt, für Wassertröpfchen mit einem Tröpfchen-Durchmesser von mehr als 1 pm. Mittels eines solchen Trägheitsabscheiders lassen sich auch Wassertröpfchen aus Luft mit einer sehr hohen Wasserkonzentration abscheiden.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der wenigstens eine Wasserabscheider ein Fliehkraftabscheider, insbesondere ein Zyklonabscheider, oder umfasst einen solchen Fliehkraftabscheider. Mittels des Fliehkraftabscheiders bzw. Zyklonabscheiders wird die Abluft mit den Wassertröpfen durch eine entsprechende Begrenzung des Abluftpfads, insbesondere durch eine Gehäusewand o- der durch einen Rohrkörper, in Rotation versetzt, sodass auf die von der Strömung mitgeführten Wassertröpfchen Fliehkräfte wirken, die dem Wasser eine Bewegung in radialer Richtung, also senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung der Abluft in dem Fliehkraft- bzw. Zyklonabscheider aufzwingen. Die Wassertropfen prallen auf diese Weise gegen die Begrenzung des Abluftpfads und werden in der Folge aus der Abluft abgeschieden.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der wenigstens eine Wasserabscheider ein Gestrick- oder Vliesabscheider oder umfasst einen solchen Gestrick- oder Vliesabscheider. Ein Gestrick- bzw. Vliesabscheider besteht aus mehreren Gewebelagen aus Fasern, die das Gestrick bzw. das Vlies ausbilden. Ein solcher Abscheider benutzt verschiedene physikalische Effekte wie beispielsweise Trägheitseffekte, Sperreffekte und die Diffusionseffekte. Der Effekt der Trägheit wird dabei insbesondere für Wassertröpfchen mit einem Tröpfchen-Durchmesser von mehr als 10 pm effizient möglich. Kleinere Wassertropfen, insbesondere Nebel mit einem Tröpfchen-Durchmesser zwischen 1 pm und 10 pm, wird bevorzugt durch besagte Sperrwirkung aus der Abluft abgeschieden. Aerosole mit einem Aerosol-Durchmesser von weniger als 1 pm können besonders wirksam durch Diffusion aus der Abluft abgeschieden werden. Zweckmäßig kann der wenigstens eine Wasserabscheider stromauf oder stromab des Befeuchters im Abluftpfad angeordnet sein. Somit können insbesondere bauraumspezifische Randbedingungen berücksichtigt werden.
Besonders bevorzugt ist stromauf des Befeuchters ein erster Wasserabscheider und stromab des Befeuchters ein zweiter Wasserabscheider im Abluftpfad angeordnet, wobei beide Wasserabscheider fluidisch mit dem Sammler kommunizieren. Auf diese Weise kann die Effizienz der Wasserabscheidung mittels der zusätzlichen Wasserrückführung verbessert werden, so dass der Befeuchter entsprechend leistungsschwächer ausgelegt werden kann. Daraus ergeben sich weitere Kostenvorteile.
Besonders bevorzugt kann der Wasserinjektor stromauf des Befeuchters im Zuluftpfad angeordnet sein, so dass mittels des Wasserinjektors in die Zuluft eingebrachtes Wasser die Zuluft vor dem Durchströmen des Befeuchters vorbefeuchtet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen dem Wasserinjektor und dem Befeuchter ein Ladeluftkühler im Zuluftpfad angeordnet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem voranstehend vorgestellten, erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem, sodass sich die Vorteile des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 in schematischer, schaltplanartiger Darstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine mögliche technische Realisierung des Wasserinjektors als Ringlippe,
Fig. 3 eine Variante des Beispiels der Figur 2, bei welcher die Filmlegerlippe flach ausgebildet ist,
Fig. 4 beispielhaft und schematisch den Aufbau eines als ein Trägheitsabscheider ausgebildeten Wasserabscheiders,
Fig. 5a, 5b beispielhaft und schematisch den Aufbau eines als ein Fliehkraftabscheider ausgebildeten Wasserabscheiders,
Fig. 6a-c beispielhaft und schematisch den Aufbau eines als ein Vliesabscheider ausgebildeten Wasserabscheiders. Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1. Demnach umfasst das Brennstoffzellensystem 1 mehrere aufeinandergestapelte Brennstoffzellen 2. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem 1 einen Zuluftpfad 3 zum Zuführen von trockener Zuluft ZL zu den Brennstoffzellen 2 und einen Abluftpfad 4 zum Abführen von feuchter Abluft AL aus den Brennstoffzellen 2.
Weiterhin umfasst das Brennstoffzellensystem einen Befeuchter 15, durch welchen der Zuluftpfad 3 und der Abluftpfad 4 geführt sind. Zwischen dem Zuluftpfad 3 und dem Abluftpfad 4 ist wenigstens eine gasdichte und feuchtigkeitsdurchlässige Membran 20 des Befeuchters 15 angeordnet, so dass im Befeuchter in der feuchten Abluft enthaltene Feuchtigkeit F, insbesondere Wasser W, von der feuchten Abluft AL auf die trockene Zuluft ZL übertragen und auf diese Weise in die Brennstoffzellen rückgeführt werden kann.
Mittels des Befeuchters 15 ist also eine primäre Feuchtigkeitsrückführung des Brennstoffzellensystems 1 realisiert. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst weiterhin eine zusätzliche, sekundäre Feuchtigkeitsrückführung 5, also zusätzlich zur Rückführung von Feuchtigkeit mittels des Befeuchters 15. Der Abluftpfad 4 kommuniziert mittels der zusätzlichen Feuchtigkeitsrückführung 3 fluidisch mit dem Zuluftpfad 3. Dadurch kann Feuchtigkeit F bzw. Wasser W aus der Abluft AL in die Zuluft ZL transportiert werden.
Die zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung 5 weist hierfür zwei im Abluftpfad 4 angeordnete Wasserabscheider 6, und zwar einen ersten Wasserabscheider 6a und einen zweiten Wasserabscheider 6b, jeweils zum Abscheiden von Wasser W aus der feuchten Abluft AL auf. Ferner umfasst die zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung einen Sammler 7 zum Zwischenspeichern der abgeschiedenen Feuchtigkeit F bzw. des abgeschiedenen Wassers W und einen Wasserinjektor 8 zum Einbringen der abgeschiedenen oder/und zwischengespeicherten Feuchtigkeit F bzw. des abgeschiedenen oder/und zwischengespeicherten Wassers W in den Zuluftpfad 3 bzw. in die durch den Zuluftpfad 3 geführte Zuluft ZL. Die zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung 5 umfasst im Beispiel einen Wasserpfad 16, beispielsweise in Form einer Wasserleitung 13, zum Durchströmen mit der abgeschiedenen Feuchtigkeit F bzw. mit dem abgeschiedenen Wasser W. Der Wasserpfad 16 bzw. die Wasserleitung 13 erstreckt sich vom ersten Wasserabscheider 6a zum Wasserinjektors 8.
Wie die Figur 1 veranschaulicht, kann im Wasserpfad 16 bzw. in der Wasserleitung 13 auch der Sammler 7 angeordnet sein. Die zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung 5 umfasst ferner einen weiteren Wasserpfad 16a in Form einer weiteren Wasserleitung 13a, der sich vom zweiten Wasserabscheider 6b zum Sammler 7 erstreckt.
Wie Figur 1 schematisch belegt, ist ein erster Wasserabscheider 6a, 6 stromauf des Befeuchters 15 und ein zweiter Wasserabscheider 6b stromab des Befeuchters 15 6 im Abluftpfad 4 angeordnet. Beide Wasserabscheider 6a, 6b kommunizieren also fluidisch mit dem Sammler 7. In einer nicht gezeigten, vereinfachten Variante kann auf einen der beiden Wasserabscheider 6a, 6b verzichtet sein.
Die zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung 5 umfasst ferner eine Fördereinrichtung 12 mit einstellbarer Förderleistung, beispielsweise eine Fluid- bzw. Wasserpumpe, zum Fördern des mittels des wenigstens einen Wasserabscheiders 6 abgeschiedenen Wassers zum Wasserinjektor 8 und somit in den Zuluftpfad 3. Durch Einstellen bzw. Variieren der Förderleistung kann festgelegt werden, welche Menge an mittels der beiden Wasserabscheider 6a, 6b, 6 abgeschiedenen Wassers W über den Wasserinjektor 8 wieder in den Zuluftpfad 3 bzw. in die durch den Zuluft- pfad geführte Zuluft eingebracht werden soll. Somit kann die Leistung der zusätzlichen Feuchtigkeitsrückführung 5 an unterschiedliche Lastzustände des Brennstoffzellensystems 1 angepasst werden. Im Beispielszenario ist der Wasserinjektor 8 stromauf des Befeuchters 15 im Zuluftpfad 3 angeordnet. Zwischen dem Wasserinjektor 8 und dem Befeuchter 15 kann wie gezeigt ein Ladeluftkühler 14 im Zuluftpfad 3 angeordnet sein.
Die Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung beispielhaft eine mögliche technische Realisierung des Wasserinjektors 8 in einem Querschnitt senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung ER des Zuluftpfads 3. Demnach umfasst der Wasserinjektor 8 eine im Zuluftpfad 3 angeordnete Filmlegerlippe 30 zum Zerstäuben der in die trockene Zuluft ZL eingebrachte Feuchtigkeit bzw. des in die trockene Zuluft ZL eingebrachten Wassers W.
Im Zuluftpfad 3 bzw. im Rohrkörper 31 ist als Teil des Wasserinjektors 8 ein Wasserauslass 32 zum Einbringen des Wassers W aus der Feuchtigkeitsrückführung 5 in den Zuluftpfad 3 vorgesehen. Der Wasserauslass 32 und die Filmlegerlippe 30 sind so ausgebildet und aufeinander abgestimmt, dass aus dem Wasserauslass 32 austretendes Wasser W auf die Filmlegerlippe 30 trifft. Auf diese Weise kann da Wasser W mittels der Filmlegerlippe 30 zerstäubt und auf die trockene Zuluft ZL verteilt werden.
Im Beispiel der Figur 2 ist die Filmlegerlippe 30 als Ringlippe 33 ausgebildet, die in einem Querschnitt senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung ER des Zuluftpfads 3 bzw. Rohrkörpers 31 im Bereich des Wasserinjektors 8 eine ringförmige Geometrie aufweist. Auf diese Weise wird eine Verteilung des zerstäubten Wassers W in die trockene Zuluft ZL über den gesamten Rohrquerschnitt hinweg gewährleistet. Weiterhin kann der Zuluftpfad 3 wie in Figur 2 gezeigt im Bereich der Film le- gerlippe 30 als Rohrkörper 31 ausgebildet sein. Am Rohrkörper 31 kann sich die Filmlegerlippe 30 wie in Figur 2 angezeigt mithilfe mehrerer Stützelemente 36 abstützen. Dies stellt eine stabile mechanische Positionierung der Filmlegerlippe 30 an der gewünschten Soll-Position sicher.
Figur 3 zeigt eine Variante des Beispiels der Figur 2. Im Beispiel der Figur 3 ist die Filmlegerlippe 30 nicht als Ringlippe 33, sondern im Wesentlichen flach ausgebildet. Bei dieser Variante ist der Wasserauslass 32 zumindest teilweise von der Filmlegerlippe 30 gebildet und auch begrenzt. Auf eine separate Begrenzung des Wasserauslasses 32 kann somit teilweise oder sogar vollständig verzichtet werden.
Einer der beiden Wasserabscheider 6a, 6b oder auch beide Wasserabscheider 6a, 6b können durch einen Trägheitsabscheider 9 gebildet sein, dessen Funktionsweise in Figur 4 schematisch und somit stark vereinfacht wiedergeben ist. Der Trägheitsabscheider 9 nutzt die durch Umlenkung der Abluft AL an einem in Fi- gur4 nur schematisch angedeuteten und im Abluftpfad 4 angeordneten Ablenkelement 17 auf die mitgeführten Wassertröpfchen W wirkende Trägheitskraft. Als besonders effizient erweist sich der Trägheitsabscheider 9 für Wassertröpfchen mit einem Tröpfchen-Durchmesser von mehr als 1 pm herangezogen werden. Mittels eines solchen Trägheitsabscheider lassen sich Wassertröpfchen W in der Abluft AL mit einer sehr hohen Wasserkonzentration abscheiden.
Einer der beiden Wasserabscheider 6a, 6b oder auch beide Wasserabscheider 6a, 6b können aber auch durch einen Fliehkraftabscheider 10 gebildet sein, dessen Funktionsweise in der Figur 5 illustriert schematisch und somit stark vereinfacht wiedergeben ist. Die Figur 5a zeigt dabei eine perspektivische Darstellung, die Figur 5b einen Längsschnitt. Mittels des Fliehkraftabscheider 10 bzw. Zyklonabscheiders wird gemäß den Figuren 5a, 5b die Abluft AL mit den Wassertröpfen W durch eine entsprechende Begrenzung 18 des Abluftpfads 4, beispielsweise durch eine Gehäusewand 19 oder durch einen Rohrkörper, in Rotation versetzt, sodass auf die von der Strömung mitgeführten Wassertröpfchen Fliehkräfte wirken, die dem Wasser eine Bewegung in radialer Richtung, also senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung HR der Abluft in dem Fliehkraft- bzw. Zyklonabscheider aufzwingen. Die Wassertropfen W prallen auf diese Weise gegen die Begrenzung 18 des Abluftpfads 4 und werden auf diese Weise aus der Abluft AL abgeschieden.
Einer der beiden Wasserabscheider 6a, 6b oder auch beide Wasserabscheider 6a, 6b können durch einen in den Figuren 6a-6c illustrierten Gestrickabscheider 11 oder Vliesabscheider gebildet sein, dessen Funktionsweise in den Figuren 6a- 6c schematisch und somit stark vereinfacht wiedergeben ist. Ein solcher Gestrickabscheider 11 bzw. Vliesabscheider besteht aus mehreren Gewebelagen aus Fasern 21 (in den Figuren stark vereinfacht dargestellt), die das Gestrick bzw. das Vlies ausbilden. Ein solcher Gestrickabscheider 11 benutzt verschiedene physikalische Effekte wie beispielsweise Trägheitseffekte (vgl. Figur 6a), Sperreffekte (vgl. Figur 6b) und Diffusionseffekte (vgl. Figur 6c). Der Effekt der Trägheit wird dabei insbesondere für Wassertröpfchen mit einem Tröpfchen-Durchmesser von mehr als 10 pm effizient möglich. Kleinere Wassertropfen, insbesondere Nebel mit einem Tröpfchen-Durchmesser zwischen 1 pm und 10 pm, werden bevorzugt durch besagte Sperrwirkung aus der Abluft abgeschieden. Aerosole mit einem Aerosol- Durchmesser von weniger als 1 pm können besonders wirksam durch Diffusion aus der Abluft AL abgeschieden werden.

Claims

Patentansprüche
1. Brennstoffzellensystem (1 ) für ein Kraftfahrzeug,
- mit einer mehreren Brennstoffzellen (2),
- mit einem Zuluftpfad (3) zum Zuführen von trockener Zuluft (ZL) zu den Brennstoffzellen (2),
- mit einem Abluftpfad (4) zum Abführen von feuchter Abluft (AL) aus den Brennstoffzellen (2),
- mit einem Befeuchter (15), durch welchen der Zuluftpfad (3) und der Abluftpfad (4) geführt sind, wobei zwischen dem Zuluftpfad (3) und dem Abluftpfad (4) eine gasdichte und feuchtigkeitsdurchlässige Membran (20) angeordnet ist, so dass im Befeuchter (15) in der feuchten Abluft (AL) enthaltene Feuchtigkeit (F), insbesondere Wasser (W), von der feuchten Abluft (AL) auf die trockene Zuluft (ZL) übertragbar ist,
- mit einer zusätzlichen Feuchtigkeitsrückführung (5), mittels welcher zum zusätzlichen Rückführen von Feuchtigkeit (F) bzw. Wasser (W) aus der Abluft (AL) in die Zuluft (ZL) der Abluftpfad (4) fluidisch mit dem Zuluftpfad (3) kommunziert,
- wobei die Feuchtigkeitsrückführung (5) wenigstens einen im Abluftpfad (4) angeordneten Wasserabscheider (6) zum Abscheiden von Wasser (W) aus der feuchten Abluft (AL), einen Sammler (7) zum Zwischenspeichern der abgeschiedenen Feuchtigkeit (F) bzw. des abgeschiedenen Wassers (W) und einen Wasserinjektor (8) zum Einbringen der abgeschiedenen oder/und zwischengespeicherten Feuchtigkeit (F) bzw. des abgeschiedenen oder/und zwischengespeicherten Wassers (W) in den Zuluftpfad (3) bzw. in die durch den Zuluftpfad (3) geführte Zuluft (ZL) umfasst,
- wobei der Wasserinjektor (8) eine im Zuluftpfad (3) angeordnete Filmlegerlippe (30) zum Zerstäuben der in die trockene Zuluft eingebrachte Feuchtigkeit (F) bzw. des in die trockene Zuluft eingebrachten Wassers (W) umfasst oder eine solche Filmlegerlippe ist. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zuluftpfad (3) zumindest im Bereich der Filmlegerlippe (30) als Rohrkörper
(31 ) ausgebildet ist, an welchem sich die Filmlegerlippe (30) direkt oder indirekt abstützt. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuluftpfad (3) bzw. im Rohrkörper (31 ) als Teil des Wasserinjektors (8) ein Wasserauslass (32) zum Einbringen des Wassers (W) aus der Feuchtigkeitsrückführung (5) in den Zuluftpfad (3) vorhanden ist, wobei der Wasserauslass
(32) und die Filmlegerlippe (30) so ausgebildet und aufeinander abgestimmt sind, dass aus dem Wasserauslass (32) austretendes Wasser (W) auf die Filmlegerlippe (30) trifft. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserauslass (32) zumindest teilweise von der Filmlegerlippe (30) begrenzt ist. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filmlegerlippe (30) im Wesentlichen flach ausgebildet ist. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filmlegerlippe (30) eine Mehrzahl von Lamellen umfasst. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filmlegerlippe (30) als Ringlippe (33) ausgebildet ist, die in einem Querschnitt senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung (ER) des Zuluftpfads (3) bzw. Rohrkörpers (31 ) eine ringförmige Geometrie aufweist. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung (5) einen Wasserpfad (34), insbesondere eine Wasserleitung (13), zum Durchströmen mit dem abgeschiedenen Wasser umfasst, welcher sich vom wenigstens einen Wasserabscheider (6a, 6) zum Wasserinjektor (8) erstreckt und in welchem vorzugsweise der Sammler (7) angeordnet ist. rennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Feuchtigkeitsrückführung (5) eine eine einstellbare Förderleistung aufweisende Fördereinrichtung (12) zum Fördern des mittels des wenigstens einen Wasserabscheiders (6a, 6b, 6) abgeschiedenen Wassers (W) zum Wasserinjektor (8) umfasst. . Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Wasserabscheider (6a, 6b, 6) ein Trägheitabscheider (9) ist. .Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Wasserabscheider (6a, 6b, 6) ein Fliehkraftabscheider (10), insbesondere ein Zyklonabscheider, ist.
. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Wasserabscheider (6, 6a, 6b) ein Gestrick- oder Vliesabscheider (11 ) ist. . Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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