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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem derartigen Brennstoffzellensystem sowie ein Verfahren zum Abstellen dieses Brennstoffzellensystems.
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Brennstoffzellensysteme sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie dienen typischerweise dazu, elektrische Leistung aus zugeführten Edukten, wie beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff, bereitzustellen. Häufig sind solche Brennstoffzellen als sogenannte PEM-Brennstoffzellen ausgebildet und verfügen über eine Membran, welche einen mit Sauerstoff versorgten Kathodenraum von einem mit Wasserstoff versorgten Anodenraum trennt. Im Betrieb entsteht neben der elektrischen Leistung Produktwasser, welches teilweise gasförmig, teilweise in flüssiger Form über die Abgase aus der Brennstoffzelle abgeführt wird. Insbesondere beim Einsatz einer sogenannten PEM-Brennstoffzelle ist es außerdem allgemein bekannt und üblich, die der Brennstoffzelle zugeführten Edukte oder zumindest eines der Edukte, typischerweise den Sauerstoff beziehungsweise die als Sauerstofflieferant dienende Luft, entsprechend zu befeuchten. Damit sind während dem Betrieb sowohl im Bereich der Zu- als auch im Bereich der Ableitungen von und zu der Brennstoffzelle mit gegebenenfalls flüssigem und insbesondere mit dampfförmigem Wasser beladene Gase vorhanden.
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Wird ein solches Brennstoffzellensystem nun unter wechselnden Umgebungsbedingungen eingesetzt, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, dann ist es zwingend notwendig, dass das Brennstoffzellensystem auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts in der Lage ist, zu starten. Wird ein solches Brennstoffzellensystem aber bei seiner Betriebstemperatur abgestellt, so verbleibt dampfförmiges Wasser im Bereich der Brennstoffzelle selbst und typischerweise auch im Bereich der Leitungselemente zur Zu- und Abfuhr von Edukten/Produkten zu der Brennstoffzelle. Das in dem feuchten Gas gebundene dampfförmige Wasser kondensiert dann bei Temperaturen unterhalb des Taupunkts aus. Die Kondensation erfolgt dabei ungerichtet. Das heißt, dort wo in dem Brennstoffzellensystem als erstes der Taupunkt unterschritten wird, beginnt die Kondensation und breitet sich dann in dem Brennstoffzellensystem aus. Insbesondere in der Brennstoffzelle selbst ist dabei ein vergleichsweise großes Reservoir an dampfförmigem Wasser vorhanden, sodass hier auch im Laufe der Zeit beim Abkühlen des Brennstoffzellensystems von der Betriebstemperatur auf eine Stillstandstemperatur vergleichsweise viel Wasserdampf auskondensiert und flüssiges Wasser anfällt und sich an den kältesten Stellen niederschlägt.
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Die Problematik liegt nun darin, dass bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts dieses flüssige Wasser gefrieren kann. Damit werden funktionsrelevante Bauteile, insbesondere Leitungsquerschnitte, Gaskanäle und dergleichen von Eis verstopft, sodass ein Wiederstart des Brennstoffzellensystems nicht oder nur unter erheblichem Energieaufwand und mit erheblichem Zeitverlust möglich ist.
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Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik ist außerdem die
DE 102 37 164 A1 bekannt. In der dort beschriebenen Brennstoffzellenanlage wird Kälte, welche beim Entspannen des Wasserstoffgases aus einem Druckgasspeicher auf das Druckniveau für die Brennstoffzelle selbst entsteht, genutzt, um die Kühlanlage der Brennstoffzelle zu unterstützen. Gemäß einem der Ausführungsbeispiele ist es dabei vorgesehen, dass in einem Wasserabscheider das Kathodenabgas des Brennstoffzellensystems hierdurch gekühlt wird, sodass während des Betriebs des Brennstoffzellensystems eine größere Menge an Wasser auskondensieren kann, welche in dem dort dargestellten Ausführungsbeispiel dann zur Befeuchtung des Wasserstoffs, welcher zur Anode der Brennstoffzelle strömt, eingesetzt wird. Der Aufbau ist dabei auf die Betriebsdauer der Brennstoffzelle eingeschränkt, da die benötigte Kälte nur dann anfällt, wenn Wasserstoff entspannt und in der Brennstoffzelle umgesetzt wird.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht daher darin, diese Nachteile zu vermeiden und ein Brennstoffzellensystem anzugeben, welches so ausgestaltet ist, dass es das Einfrieren wichtiger Komponenten des Brennstoffzellensystems zuverlässig verhindern kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist im Anspruch 8 ein Fahrzeug mit einem derartigen Brennstoffzellensystem angegeben, welches die Aufgabe ebenfalls löst. Im Anspruch 9 ist ein Verfahren zum Abstellen eines solchen Brennstoffzellensystems angegeben, welches ebenso wie der hiervon abhängige Unteranspruch zur Lösung der genannten Aufgabe beiträgt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ist es vorgesehen, dass ein Wärmetauscher im Bereich eines von der Brennstoffzelle abgehenden oder der Brennstoffzelle zuströmenden Stoffstroms angeordnet ist. Im Bereich dieses Wärmetauschers kann dann eine Temperierung des Stoffstroms vorgenommen werden. Der Wärmetauscher wird dabei gemäß der Erfindung über eine Klimatisierungseinrichtung aktiv gekühlt. Hierdurch wird erreicht, dass im Bereich des Wärmetauschers dampfförmiges Wasser, welches in dem jeweiligen Stoffstrom vorliegt, hinsichtlich seiner Auskondensation begünstigt wird, wodurch eine gezielte Kondensation des Wassers im Bereich des Wärmetauschers erreicht wird. Die Kondensation des Wassers findet damit an einer gezielt vorgegebenen Stelle statt und die Gefahr, dass die Kondensation in anderen Bereichen stattfindet und dort bei einem eventuellen Einfrieren des auskondensierten Wassers wichtige Leitungswege, Ventile, Sensoren oder dergleichen blockiert, wird hierdurch verhindert. Der Wärmetauscher stellt also praktisch einen Zielbereich für die gewünschte Kondensation dar, welche dafür sorgt, dass der Wasserdampf auch aus den umgebenden Bereichen in den Bereich des Wärmetauschers strömt und erst dort auskondensiert. Dadurch wird ein Einfrieren von kritischen Bauteilen und Komponenten des Brennstoffzellensystems unterbunden und ein sicherer und zuverlässiger Wiederstart des Brennstoffzellensystems kann ermöglicht werden. Der Wiederstart kann dabei sehr schnell erfolgen, ohne dass energie- und zeitaufwändig ein Beheizen und Auftauen der kritischen Bauteile notwendig wäre.
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In einer besonders günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist es dabei vorgesehen, dass die Klimatisierungseinrichtung einen Klimakompressor aufweist. Die Klimatisierungseinrichtung kann also insbesondere eine herkömmliche an sich bekannte Klimaanlage sein, wie sie beispielsweise zur Klimatisierung von Fahrzeugen in Kraftfahrzeugen typischerweise ohnehin vorhanden ist.
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Die in diesem Fall eingesetzte Klimaanlage muss dabei selbstverständlich immer dann betrieben werden, wenn sie zur Kühlung des Wärmetauschers benötigt wird, also auch dann, wenn die Klimaanlage durch die Insassen des Fahrzeugs beispielsweise nicht betätigt wird. Die Klimaanlage muss in diesem Fall entsprechend starten oder auch beispielsweise nach dem Abstellen des Fahrzeugs weiterlaufen beziehungsweise gestartet werden, falls diese zur Kühlung des Wärmetauschers benötigt wird.
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In diesem Fall kann ohne nennenswerten Mehraufwand zusätzlich zu einer Klimatisierung des Innenraums die Klimatisierung bzw. aktive Kühlung des Wärmetauschers in dem Brennstoffzellensystem erfolgen, wobei dies nicht während des gesamten Betriebs des Brennstoffzellensystems notwendig ist, sondern insbesondere dann, wenn das Brennstoffzellensystem abgestellt wird, da nur in diesem Fall damit zu rechnen ist, dass die Temperatur des Brennstoffzellensystems später gegebenenfalls unter den Gefrierpunkt abfällt und somit eine gezielte Auskondensation von Wasserdampf im Bereich des Wärmetauschers ein späteres Einfrieren relevanter Komponenten verhindert und sich damit die entsprechenden Vorteile ergeben.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist es ferner vorgesehen, dass im Bereich des Wärmetauschers eine Ablassleitung für Kondensat mit einer Ventileinrichtung angeordnet ist. Hierdurch wird es möglich, Kondensat aus dem Bereich des Wärmetauschers gezielt abzulassen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist es ferner vorgesehen, dass der Wärmetauscher im Bereich eines Flüssigkeitsabscheiders angeordnet ist. Der Wärmetauscher ist dabei im Flüssigkeitsabscheider angeordnet, welcher ohnehin zum Abscheiden von Flüssigkeit beispielsweise aus dem Abgas eines Kathodenraums oder Anodenraums der Brennstoffzelle vorgesehen ist. Typischerweise ist im Bereich des Flüssigkeitsabscheiders ohnehin eine Ablassleitung für Kondensat in einer entsprechenden Ventileinrichtung angeordnet, sodass hierdurch ein sehr effizienter Aufbau entsteht, welcher außer der Integration des Wärmetauschers in dem Flüssigkeitsabscheider keinerlei zusätzlichen Bauraum innerhalb des eigentlichen Brennstoffzellensystems benötigt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es ferner vorgesehen sein, dass ein aus einem Anodenraum der Brennstoffzelle abströmender Stoffstrom über eine Rezirkulationsleitung und eine Rezirkulationsfördereinrichtung zum Eingang des Anodenraums zurückgeführt ist, wobei der Wärmetauscher im Bereich der Rezirkulationsleitung angeordnet ist. Dieser Aufbau mit dem Wärmetauscher im Bereich der Rezirkulationsleitung einer sogenannten Anodenrezirkulation, und hier kann er gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung selbstverständlich auch im Bereich eines Flüssigkeitsabscheiders innerhalb der Rezirkulationsleitung der Anodenrezirkulation angeordnet sein, ist besonders effizient, da vor allem im Bereich der Anodenrezirkulation ein vergleichsweise kleiner und vergleichsweise feuchter Volumenstrom vorliegt, sodass hier die Gefahr eines eventuellen Einfrierens besonders hoch ist. Dies gilt insbesondere für Ventileinrichtungen innerhalb der Anodenrezirkulation, den Anodenraum der Brennstoffzelle selbst und für die Rezirkulationsfördereinrichtung, welche entweder als Gasstrahlpumpe und/oder Rezirkulationsgebläse ausgebildet sein kann. Ein eingefrorenes Rezirkulationsgebläse oder verstopfte Kanäle innerhalb einer Gasstrahlpumpe als Rezirkulationsfördereinrichtung würden bei einem Wiederstart des Brennstoffzellensystems zu erheblichen Problemen führen, da sich dann im Anodenraum ein entsprechender Gegendruck aufbauen würde, was den Start des Brennstoffzellensystems deutlich verzögert. Der Vorteil einer gezielten Auskondensation mittels des aktiv gekühlten Wärmetauschers ist also insbesondere im Bereich der Anodenrezirkulation von entscheidendem Vorteil. Im Bereich des Kathodenabgases liegt im Vergleich dazu ein sehr viel größerer Volumenstrom vor, sodass hier ein Austrag der Flüssigkeit aufgrund des großen Volumenstroms beim Abstellen des Brennstoffzellensystems deutlich einfacher ist, wodurch der Vorteil, welcher durch einen aktiv gekühlten Wärmetauscher erzielt werden kann, vergleichsweise kleiner ist.
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Der Aufbau des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems eignet sich besonders gut für den Einsatz in Brennstoffzellensystemen, welche zumindest gelegentlich bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts abgestellt und wieder gestartet werden müssen. Dies ist insbesondere bei Brennstoffzellensystemen in Fahrzeugen der Fall. Ein Aspekt der Erfindung sieht es deshalb vor, dass ein Fahrzeug mit einem derartigen Brennstoffzellensystem ausgestattet ist, wobei die Klimatisierungseinrichtung Teil einer in dem Fahrzeug verbauten Klimatisierungseinrichtung für den Fahrzeuginnenraum ist. Vor allem ein solches Brennstoffzellensystem, welches elektrische Leistung, vorzugsweise elektrische Antriebsleistung, für das Fahrzeug bereitstellt, ist in der erfindungsgemäßen Ausführung besonders effizient, da in Fahrzeugen typischerweise ohnehin eine Klimatisierungseinrichtung beziehungsweise Klimaanlage vorhanden ist, welche dann zu einem Teil als Klimatisierungseinrichtung für den Wärmetauscher eingesetzt werden kann. So kann beispielsweise ein Teil des Kühlmediums aus der Klimaanlage parallel oder seriell zu anderen Kühlwärmetauschern sowie gegebenenfalls einer durch die Klimaanlage gekühlten Hochleistungsbatterie, durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscher strömen und den gewünschten Zielbereich für die Kondensation bei Bedarf kühlen.
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Wie bereits oben erwähnt ist es dabei nicht notwendig, die aktive Kühlung zur Verbesserung der Kondensation während des gesamten Betriebs des Brennstoffzellensystems aufrechtzuerhalten. Dementsprechend ist es gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abstellen eines Brennstoffzellensystems in der genannten Bauart vorgesehen, dass zuerst die Zufuhr von Eduktgasen zu der Brennstoffzelle abgeschaltet wird, wonach der Wärmetauscher nach dem Abstellen der Eduktgase für eine vorgegebene Zeit aktiv durch die Kühleinrichtung gekühlt wird. Insbesondere beim Abstellen des Brennstoffzellensystems und beim Abstellen der Zufuhr der Eduktgase zu dem Brennstoffzellensystem ist verbleibender Wasserdampf in dem System und kann im Bereich von kritischen und unerwünschten Stellen auskondensieren und, falls die Temperaturen später auf Werte unterhalb des Gefrierpunkts fallen, hier gegebenenfalls auch einfrieren. Es ist daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass die aktive Kühlung des Wärmetauschers insbesondere nach dem Abstellen der Eduktgase, also während und/oder nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems selbst erfolgt, sodass in dem abgestellten System verbleibender Wasserdampf gezielt im Bereich des aktiv gekühlten Wärmetauschers kondensiert und hierdurch Wasseransammlungen in kritischen Bereichen verhindert oder zumindest stark reduziert werden. Die Gefahr eines eventuellen Einfrierens wird dadurch verringert.
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Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es dabei ferner vorgesehen, dass die vorgegebene Zeitspanne in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur des Brennstoffzellensystems variiert wird. Auch die Umgebungstemperatur spielt selbstverständlich für die Kondensation von Wasserdampf in dem Brennstoffzellensystem beim oder nach dem Abstellen eine entscheidende Rolle. Diese kann daher beim Festlegen der Zeitspanne, für welche die aktive Kühlung aufrechterhalten wird, entsprechend mitberücksichtigt werden. Hierdurch wird eine Vereinfachung des Ablaufs und insbesondere eine Minimierung der Zeitspanne, in welcher aktiv gekühlt wird, erreicht. Eine Minimierung der Zeitspanne dient dabei letztlich der Minimierung des Energieaufwands, welcher für die Klimatisierungseinrichtung während der aktiven Kühlung benötigt wird. Der Gesamtwirkungsgrad lässt sich so durch eine geeignete Wahl der vorgegebenen Zeitspanne in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur in vorteilhafter Weise minimieren.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur näher beschrieben wird.
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Die einzige beigefügte Figur zeigt ein Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung in einem prinzipmäßig angedeuteten Fahrzeug.
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In der Darstellung der einzigen beigefügten Figur ist ein Brennstoffzellensystem 1 zu erkennen, welches in einem prinzipmäßig angedeuteten Fahrzeug 2 angeordnet sein soll. Das Brennstoffzellensystem 1 soll dabei elektrische Antriebsleistung für das Fahrzeug 2 liefern. Den Kern des Brennstoffzellensystems 1 bildet eine Brennstoffzelle 3, welche als PEM-Brennstoffzelle ausgebildet sein soll. Die Brennstoffzelle 3 ist dabei typischerweise als Stapel bzw. Stack von sogenannten Einzelzellen aufgebaut. Zur Vereinfachung der Darstellung ist prinzipmäßig lediglich eine der Einzelzellen dargestellt, welche einen Anodenraum 4 und einen Kathodenraum 5 aufweist. Der Anodenraum 4 ist vom Kathodenraum 5 durch eine sogenannte Protonenaustauschmembran 6 in der bei PEM-Brennstoffzellen üblichen Art und Weise getrennt.
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Dem Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 wird über eine Luftfördereinrichtung 7 Luft als Sauerstofflieferant zugeführt. Die Luft kann dabei selbstverständlich gefiltert und gegebenenfalls befeuchtet sowie nach der Luftfördereinrichtung 7 in an sich bekannter Weise gekühlt werden. Dies ist für die hier vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung, sodass auf entsprechende Komponenten in der Darstellung der Figur verzichtet worden ist. Die Abluft aus dem Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 gelangt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Abluftleitung 8 direkt an die Umgebung. Ergänzend oder alternativ dazu wäre es auch wiederum möglich, dass im Bereich der Abluftleitung 8 diverse Komponenten angeordnet sind, beispielsweise ein Befeuchter, über welchen die Abluft in der Abluftleitung 8 Feuchte an die zu dem Kathodenraum 5 strömende Zuluft liefert, ein Wasserabscheider zum Abscheiden flüssiger Tröpfchen und/oder eine Turbine zur Zurückgewinnung von thermischer Energie und Druckenergie in der Abluft. All dies ist ebenfalls aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und kann hier selbstverständlich in üblicher Art und Weise ergänzt werden. Da es für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist, wurde es zur Vereinfachung der Darstellung nicht eingezeichnet.
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Dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 9 zugeführt, wobei der Wasserstoff über eine Ventileinrichtung 10 als Druckregel- und Dosierventil zu dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 strömt. Das Abgas aus dem Anodenraum 4 gelangt dann über eine Rezirkulationsleitung 11 mit einer Rezirkulationsfördereinrichtung 12 wieder zurück zum Eingang des Anodenraums 4 und wird diesem zusammen mit frischem Wasserstoff aus dem Druckgasspeicher 9 erneut zugeführt. Dieser Aufbau ist ebenfalls aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und wird häufig auch als Anodenrezirkulation bzw. Anodenloop bezeichnet. Die Rezirkulationsfördereinrichtung 12 ist hier beispielhaft als Rezirkulationsgebläse dargestellt. Alternativ oder ergänzend zu einem derartigen Rezirkulationsgebläse 12 könnte auch eine Gasstrahlpumpe bzw. ein Ejektor als Rezirkulationsfördereinrichtung eingesetzt werden. Auch dieser Aufbau ist allgemein bekannt und üblich, sodass hierauf nicht näher eingegangen werden muss.
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Im Bereich der Rezirkulationsleitung 11 befindet sich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Flüssigkeitsabscheider bzw. Wasserabscheider 13, über welchen während des Betriebs des Brennstoffzellensystems 1 flüssige Tröpfchen aus dem rezirkulierten Anodenabgas abgeschieden werden, um den Eintrag von Flüssigkeit in den Anodenraum 4 zu verhindern, da diese dort zu einer Blockade der gasführenden Kanäle und Strukturen führen könnte. Der Wasserabscheider 13 ist in an sich bekannter Weise mit einer Ablassleitung 14 für die Flüssigkeit ausgestattet. In der Ablassleitung 14 ist dabei eine Ventileinrichtung 15 angeordnet, sodass das Ablassen der angesammelten – Flüssigkeit aktiv gesteuert und entsprechend beeinflusst werden kann. Neben dem Ablassen von Kondensat aus dem Wasserabscheider 13 der Anodenrezirkulation kann außerdem eine zusätzliche Leitung oder ein zusätzliches Ventil vorhanden sein, über welches von Zeit zu Zeit Gas aus der Anodenrezirkulation abgelassen wird, da sich durch die Membran 6 hindurchdiffundierende Inertgase in der Anodenrezirkulation anreichern und von Zeit zu Zeit oder kontinuierlich mit kleinem Volumenstrom abgelassen werden müssen. Wie es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt ist, kann das Ablassen des Gases auch über den Wasserabscheider 13 und die Ablassleitung 14 sowie die Ventileinrichtung 15 erfolgen, indem beispielsweise nach dem Ablassen des Wassers die Ventileinrichtung 15 für eine kurze Weile geöffnet bleibt, um zusätzlich zu dem Wasser auch Gas abzulassen.
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Der Aufbau, wie er bisher beschrieben worden ist, entspricht dabei einem üblichen Aufbau eines Brennstoffzellensystems, wie es aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt ist.
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Das Fahrzeug 2 mit dem Brennstoffzellensystem 1 weist nun außerdem in an sich bekannter Art und Weise eine Klimaanlage 16 beziehungsweise Klimatisierungseinrichtung 16 auf. Diese besteht in an sich bekannter Art und Weise aus einem Klimakompressor 17, einem Kondensator 18 für das durch den Klimakompressor 17 verdichtete Kältemittel sowie einem Expansionsventil 19, über welches das Kältemittel in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in einen Wärmetauscher 20 zur Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs 2 sowie parallel oder alternativ auch in Reihe hierzu in einen Wärmetauscher 21 zur aktiven Kühlung des Flüssigkeitsabscheiders 13 geleitet werden kann. Von besonderem Vorteil ist dabei ein Aufbau mit einer über das optionale 3-Wege-Ventil 22 angedeuteten schaltbaren seriellen oder schaltbaren parallelen Durchströmung des Wärmetauschers 21 im Bereich des Flüssigkeitsabscheiders 13, sodass unabhängig von einer Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs 2 über den Wärmetauscher 20 lediglich bei Bedarf eine aktive Kühlung des Flüssigkeitsabscheiders 13 erfolgen kann. Somit kann der Wärmetauscher 21 auch gekühlt werden, ohne dass während dessen eine Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs erfolgen muss, da die aktive Kühlung des Flüssigkeitsabscheiders 13 als Zielkondensator insbesondere dann wichtig ist, wenn zu befürchten ist, dass die Temperaturen auf Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts fallen und damit ein Einfrieren von wichtigen Leitungsquerschnitten und Komponenten des Anodenkreislaufs befürchtet werden muss. Bei diesen eher kühlen Umgebungstemperaturen ist dabei eine Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs 2 meist unerwünscht, sodass durch ein entsprechendes Schalten des Wärmetauschers 20 aus dem Kreislauf des Klimamittels und des Wärmetauschers 21 in den Kreislauf des Klimamittels eine energieeffiziente und gleichzeitig für die Nutzer des Fahrzeugs 2 eine komfortable aktive Kühlung des Flüssigkeitsabscheiders 13 erfolgen kann.
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Typischerweise erfolgt die Nutzung des Zielkondensators in Form des über den Wärmetauscher 21 aktiv kühlbaren Flüssigkeitsabscheider 13 dabei so, dass nach dem Abstellen oder während des Abstellens des Brennstoffzellensystems 1 die Zufuhr von Luft und Wasserstoff zu der Brennstoffzelle 3 des Brennstoffzellensystems 1 abgeschaltet wird. Weiterhin befinden sich Gase und Wasserdampf in den Leitungselementen des Brennstoffzellensystems 1 und insbesondere in dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 selbst. Der Kathodenraum 5 kann durch eine entsprechende Luftzufuhr nach Abstellen der elektrischen Leistungsentnahme aus der Brennstoffzelle 3 einfach und effizient getrocknet werden. Für den Anodenraum 4 sowie die Anodenrezirkulation ist dies deutlich schwieriger, da hier zur Vermeidung eventueller Wasserstoffemissionen keine Durchspülung erfolgen sollte. Nun ist es so, dass in diesem Bereich der Wasserdampf weiterhin vorliegt und für den Fall eines Abfalls der Umgebungstemperatur auf Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts in diversen Komponenten, insbesondere Rezirkulationsgebläse und der Bereich der Brennstoffzelle 3 selbst einfrieren kann. Vor einem Wiederstart der Brennstoffzelle 3 müssten diese Komponenten dann aufwändig aufgetaut werden, was außerordentlich zeit- und energieintensiv ist. Durch die Möglichkeit während und nach dem Abstellen des Brennstoffzellensystems 1 über einen Weiterbetrieb der Klimatisierungseinrichtung 16 den Wärmetauscher 21 in dem Flüssigkeitsabscheider 13 weiterhin zu kühlen, entsteht hier eine Temperatursenke, welche den Wasserdampf aus den umgebenden Bereichen zur Kondensation anzieht, sodass die Auskondensation des Wasserdampfs überwiegend in diesem Bereich erfolgen wird. Wird dann die Ventileinrichtung 15 in der Ablassleitung 13 geöffnet, bevor die Temperaturen auf Werte unterhalb des Gefrierpunkts fallen, kann das so auskondensierte und aus dem gesamten Anodenrezirkulationskreislauf in den Bereich des Flüssigkeitsabscheiders 13 als Zielkondensator gezogene Kondensat aus dem Brennstoffzellensystem 1 ablaufen. Damit bleibt dieser Bereich des Brennstoffzellensystems 1 weitgehend trocken zurück. Hierdurch wird ein Einfrieren und ein Blockieren von Leitungsquerschnitten oder Funktionalitäten durch gefrierendes Wasser sicher und zuverlässig verhindert, sodass bei einem Wiederstart des Brennstoffzellensystems 1 dieses entsprechend schnell und energieeffizient gestartet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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