DE102021204668A1 - fuel cell system and vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem (2) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (3) und einer Abgasleitung (7a, 7b, 16) aus der Brennstoffzelle (3). Die Abgasleitung (7a, 7b, 16) weist ein poröses Element (18) auf. Erfindungsgemäß ist dieses poröse Element (18) als für flüssiges Wasser durchlässiges poröses Element (18) aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Das Brennstoffzellensystem (2) kann insbesondere in einem Fahrzeug (1) zum Einsatz kommen, und dort insbesondere Antriebsleistung bereitstellen. Das Fahrzeug (1) kann vorzugsweise ein Omnibus oder ein Nutzfahrzeug sein.The invention relates to a fuel cell system (2) with at least one fuel cell (3) and an exhaust gas line (7a, 7b, 16) from the fuel cell (3). The exhaust pipe (7a, 7b, 16) has a porous element (18). According to the invention, this porous element (18) is designed as a porous element (18) which is permeable to liquid water and is made of an electrically insulating material. The fuel cell system (2) can be used in particular in a vehicle (1) and can provide drive power there in particular. The vehicle (1) can preferably be a bus or a commercial vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a fuel cell system with at least one fuel cell of the type defined in more detail in the preamble of claim 1.

Brennstoffzellensysteme, welche beispielsweise auf der Basis von PEM-Brennstoffzellen elektrische Antriebsleistung für Fahrzeug oder stationäre Anlagen liefern, sind soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Eines der Probleme bei derartigen Brennstoffzellensystemen ist es, dass zur Gewährleistung der Sicherheit ein hoher Isolationswiderstand zwischen der Anode bzw. der Kathode und der Masse, beispielsweise einer Fahrzeugmasse, gewährleistet werden muss. Ergibt sich im Betrieb ein Zustand, bei dem dieser Isolationswiderstand nicht mehr gewährleistet wäre, würde es zu einem Sicherheitsproblem kommen. Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen zur Erhöhung des Isolationswiderstands im Kühlkreislauf der Brennstoffzelle bekannt.Fuel cell systems which, for example on the basis of PEM fuel cells, supply electrical drive power for vehicles or stationary systems are known from the prior art. One of the problems with such fuel cell systems is that, to ensure safety, a high insulation resistance between the anode or the cathode and the ground, for example a vehicle ground, must be guaranteed. If a condition arises during operation in which this insulation resistance would no longer be guaranteed, a safety problem would arise. Various measures for increasing the insulation resistance in the cooling circuit of the fuel cell are known from the general state of the art.

Ein anderes Problem kann jedoch auch das Abgas aus der Brennstoffzelle sein, anodenseitig oder primär kathodenseitig, da dieses Abgas Produktwasser mit sich führt, wobei ein großer Teil des Produktwassers im Bereich der Kathode entsteht. Kommt es nun dazu, dass ein durchgehender Produktwasserfaden die Anoden- und/oder Kathodenseite der Brennstoffzelle mit einer nachgeschalteten geerdeten Komponente verbindet, beispielsweise einem Befeuchtermodul, einem Flüssigwasserabscheider oder dergleichen, dann kann es zu einer unerwünschten Reduzierung des Isolationswiderstands kommen.However, another problem can also be the exhaust gas from the fuel cell, on the anode side or primarily on the cathode side, since this exhaust gas carries product water with it, with a large part of the product water being produced in the region of the cathode. If a continuous product water thread now connects the anode and/or cathode side of the fuel cell to a downstream grounded component, for example a humidifier module, a liquid water separator or the like, then an undesirable reduction in the insulation resistance can occur.

In der Praxis wird ein ausreichend hoher Isolationswiderstand häufig durch entsprechend lange isolierende Rohr- oder Schlauchleitungen zwischen der Anode bzw. der Kathode und der ersten mit der Masse verbundenen Komponente ermöglicht. Allerdings kann es dazu kommen, dass in bestimmten Situationen durch den bereits angesprochenen kontinuierlichen Flüssigwasserstrom, welcher einen Wasserfaden ausbildet, auch große Strecken überbrückt werden können. Dies kann insbesondere dann kritisch sein, wenn das Produktwasser einen entsprechend hohen elektrischen Leitwert hat, was diesen Vorgang noch weiter verstärkt. Solche hohen Leitwerte können sich ergeben, wenn das Brennstoffzellensystems selbst längere Zeit außer Betrieb war und sich dadurch Ionen angereichert haben, welche mit dem dann entstehenden Produktwasser fortgespült werden und dessen elektrische Leitfähigkeit über das normale Maß hinaus erhöhen.In practice, a sufficiently high insulation resistance is often made possible by appropriately long insulating pipes or hoses between the anode or the cathode and the first component connected to ground. However, it can happen that in certain situations large distances can also be bridged by the already mentioned continuous flow of liquid water, which forms a water thread. This can be particularly critical if the product water has a correspondingly high electrical conductivity, which further intensifies this process. Such high conductance values can result if the fuel cell system itself has been out of operation for a long period of time and ions have accumulated as a result, which are flushed away with the resulting product water and increase its electrical conductivity beyond the normal level.

Zum allgemeinen Stand der Technik bezüglich des Produktwassers und seiner Abscheidung kann auf die EP 2 058 888 B1 hingewiesen werden, welche einen Wasserabscheider aus einem nur für Gase durchlässigen porösen Material beschreibt, bei dem das Wasser innerhalb einer porösen Rohrleitung verbleibt, während die Luft das poröse Material durchdringen kann, um getrennt von dem abgeschiedenen Flüssigwasser abgeführt zu werden.The general state of the art regarding the product water and its separation can be found on the EP 2 058 888 B1 be pointed out, which describes a water separator made of a porous material permeable only to gases, in which the water remains within a porous pipe, while the air can penetrate the porous material to be discharged separately from the separated liquid water.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes Brennstoffzellensystem anzugeben, welches auch unter den oben genannten Umständen einen hohen Isolationswiderstand des Brennstoffzellensystems gegenüber der elektrischen Masse gewährleistet.The object of the present invention is now to specify an improved fuel cell system which ensures a high insulation resistance of the fuel cell system with respect to the electrical ground even under the circumstances mentioned above.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem kann ein Fahrzeug mit einem derartigen Brennstoffzellensystem die Aufgabe lösen. Auch hier ergeben sich vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Fahrzeugs aus den abhängigen Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by a fuel cell system having the features in claim 1, and here in particular in the characterizing part of claim 1. Advantageous refinements and developments result from the dependent subclaims. In addition, a vehicle with such a fuel cell system can solve the problem. Here, too, advantageous refinements and developments of the vehicle result from the dependent subclaims.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem umfasst eine Abgasleitung aus der wenigstens einen Brennstoffzelle dieses Brennstoffzellensystems. Die Abgasleitung umfasst ein poröses Element. Das poröse Element der Abgasleitung ist erfindungsgemäß für flüssiges Wasser durchlässig und aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Das poröse Element, mit welchem das flüssige Produktwasser in der Abgasleitung der Brennstoffzelle in Berührung kommt, dient dazu, einen durchgängigen Wasserfaden effizient zu verhindern und diesen in mehrere kleinere Teilabschnitte aufzutrennen, welche keine Verbindung zueinander aufweisen. Auf diese Art kann einfach und effizient durch das mechanische Bauteil, welches feinporig ausgebildet ist und für flüssiges Wasser durchlässig ist, ein kontinuierlicher Wasserfaden verhindert und eine Erhöhung des Isolationswiderstands auch in den eingangs beschriebenen kritischen Situationen erreicht werden. Das für flüssiges Wasser durchlässige, feinporige, poröse Element kann beispielsweise in der Art eines porösen Schlauchs ausgebildet sein, welcher von dem an seinen Wandungen entlang strömenden Wasser lediglich einzelne Tropfen und eben keinen kontinuierlichen Wasserfaden bzw. Wasserfluß passieren lässt.The fuel cell system according to the invention comprises an exhaust line from the at least one fuel cell of this fuel cell system. The exhaust pipe includes a porous member. According to the invention, the porous element of the exhaust pipe is permeable to liquid water and is made of an electrically insulating material. The porous element, with which the liquid product water comes into contact in the exhaust pipe of the fuel cell, serves to efficiently prevent a continuous water thread and to separate it into several smaller sections that are not connected to one another. In this way, a continuous water thread can be prevented easily and efficiently by the mechanical component, which is designed with fine pores and is permeable to liquid water, and an increase in the insulation resistance can also be achieved in the critical situations described at the outset. The liquid water-permeable, fine-pored, porous element can be designed, for example, in the manner of a porous hose, which only allows individual drops of the water flowing along its walls and not a continuous water thread or water flow to pass.

Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es dabei vorgesehen sein, dass das poröse Element den Wandbereich der Abgasleitung ausbildet. Da flüssiges Wasser, insbesondere wenn es in einer solchen Menge auftritt, dass es Flüssigkeitsfäden ausbildet, typischerweise im Wandbereich der Rohrleitungen entlangläuft, ist diese Ausbildung besonders effizient, um das flüssige Wasser bzw. die Wasserfäden entsprechend aufzutrennen und in einzelne Tröpfchen oder Abschnitte aufzuteilen, welche untereinander keine Verbindung aufweisen und somit keinen elektrischen Strom über größere Strecken leiten können.According to a particularly advantageous development of the fuel cell system according to the invention, it can be provided that the porous element forms the wall area of the exhaust gas line. Since liquid water, especially when it occurs in such an amount that it forms liquid filaments, typically in the Wandbe runs along the pipelines, this design is particularly efficient for separating the liquid water or the water threads accordingly and dividing them into individual droplets or sections which are not connected to one another and therefore cannot conduct electricity over long distances.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee kann es dabei insbesondere vorgesehen sein, dass das poröse Element, welches den Wandbereich der Abgasleitung ausbildet, von einer weiteren Rohrleitung umgeben ist. Hierdurch ist es möglich, dass das flüssige Wasser durch das poröse Element hindurchtritt und in der anderen Rohrleitung verteilt in einzelne Wassertröpfchen weiterströmt, so dass eine effiziente Verhinderung von Wasserfäden auftritt, ohne dass der Strömungswiderstand unnötig stark erhöht wird, wie er dies bei einer prinzipiell auch denkbaren Variante mit einem porösen Element als r eine Art Filter im gesamten Strömungsquerschnitt der Rohrleitung tun würde.According to a very advantageous further development of this idea, provision can be made in particular for the porous element, which forms the wall area of the exhaust pipe, to be surrounded by a further pipe. This makes it possible for the liquid water to pass through the porous element and continue to flow in individual water droplets distributed in the other pipeline, so that water threads are efficiently prevented without the flow resistance being unnecessarily increased, as is the case in principle with a conceivable variant with a porous element would do as a kind of filter in the entire flow cross-section of the pipeline.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung dieser Idee kann das poröse Element dabei als poröses Rohrstück vom Ausgang der Brennstoffzelle ausgehend in die es umgebende weitere Rohrleitung ragen. Ein solches poröses Element, welcher innerhalb der eigentlichen Abgasleitung, welche damit die weitere Rohrleitung ausbildet, vom Ausgang der Brennstoffzelle in diese ragt, ist ein besonders einfacher und effizienter Aufbau, da lediglich am Flansch des Ausgangs der Brennstoffzelle ein solches poröses Rohrstück innerhalb der eigentlichen Abgasleitung eingebracht werden muss, um den beschriebenen vorteilhaften Effekt der Erhöhung des Isolationswiderstands zu erreichen. Der Aufbau muss damit nicht oder kaum gegenüber dem bestehenden Aufbau modifiziert werden und das poröse Element benötigt quasi keinen zusätzlichen Bauraum innerhalb des Brennstoffzellensystems.According to a very advantageous embodiment of this idea, the porous element can protrude as a porous piece of pipe from the outlet of the fuel cell into the additional pipe surrounding it. Such a porous element, which protrudes from the outlet of the fuel cell into the actual exhaust line, which thus forms the further pipeline, is a particularly simple and efficient structure, since such a porous piece of pipe within the actual exhaust line is only on the flange of the outlet of the fuel cell must be introduced in order to achieve the described advantageous effect of increasing the insulation resistance. The structure does not have to be modified or only slightly compared to the existing structure and the porous element requires virtually no additional space within the fuel cell system.

Das poröse Element lässt sich prinzipiell sowohl auf der Anodenseite als auch auf der Kathodenseite in der Brennstoffzelle entsprechend einsetzen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Abgasleitung als Abluftleitung ausgebildet ist, also die kathodenseitige Abgasleitung ausbildet. Im praktischen Betrieb einer Brennstoffzelle, insbesondere eines Stapels von PEM-Zellen kommt es typischerweise zu einer starken Produktwasserentwicklung auf der Kathodenseite, wohingegen die Produktwasserentwicklung auf der Anodenseite deutlich geringer ist. Die Kathodenseite ist außerdem mit weiteren Komponenten und der Umgebung verbunden, während die Anodenseite häufig in einem Kreislauf zum Anodeneingang zurückgeführt wird. Die primären Probleme durch Wasserfäden bezüglich des Isolationswiderstands entstehen also auf der Kathodenseite, so dass der Einsatz des erfindungsgemäßen porösen Elements hier von besonderem Vorteil ist.In principle, the porous element can be used accordingly both on the anode side and on the cathode side in the fuel cell. It is of particular advantage if the exhaust gas line is designed as an exhaust air line, ie forms the exhaust gas line on the cathode side. In practical operation of a fuel cell, in particular a stack of PEM cells, there is typically a strong development of product water on the cathode side, whereas the development of product water on the anode side is significantly lower. The cathode side is also connected to other components and the environment, while the anode side is often looped back to the anode input. The primary problems caused by water threads with regard to the insulation resistance therefore arise on the cathode side, so that the use of the porous element according to the invention is of particular advantage here.

Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst nun ein solches Brennstoffzellensystem in einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen. Das Brennstoffzellensystem kann in dem Fahrzeug prinzipiell für jeden Einsatzzweck elektrische Energie bereitstellen, insbesondere soll es elektrische Antriebsleistung für das Fahrzeug zur Verfügung stellen.A vehicle according to the invention now includes such a fuel cell system in one of the configurations described above. In principle, the fuel cell system can provide electrical energy in the vehicle for any application; in particular, it should provide electrical drive power for the vehicle.

Das Fahrzeug selbst kann dabei gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung als Nutzfahrzeug , z.B. als Lastkraftwagen oder Omnibus ausgebildet sein und es kann gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens zwei Brennstoffzellenstapeln umfassen, um die erforderliche Antriebsleistung beispielsweise auch für schwere Nutzfahrzeuge bereitstellen zu können.According to an advantageous development, the vehicle itself can be designed as a commercial vehicle, e.g. as a truck or bus, and according to a further very advantageous embodiment of the vehicle according to the invention, it can comprise a fuel cell system with at least two fuel cell stacks in order to also provide the required drive power for heavy commercial vehicles, for example be able.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems sowie des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist.Further advantageous refinements of the fuel cell system according to the invention and of the vehicle according to the invention also result from the exemplary embodiment which is illustrated in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

  • 1 ein schematisch angedeutetes Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem in einer möglichen Ausführungsform; und
  • 2 eine Schnittdarstellung durch eine von der Brennstoffzelle ausgehende Abgasleitung in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem.
show:
  • 1 a schematically indicated vehicle with a fuel cell system in one possible embodiment; and
  • 2 a sectional view through an outgoing from the fuel cell exhaust line in the fuel cell system according to the invention.

In der Darstellung der 1 ist ein schematisch angedeutetes Fahrzeug 1 zu erkennen, dessen elektrische Antriebsleistung durch ein Brennstoffzellensystem 2 in einer hier dargestellten möglichen Ausgestaltung geliefert werden soll. Den Kern dieses Brennstoffzellensystems 2 bildet dabei ein Brennstoffzellenstapel 3, wobei hier selbstverständlich auch mehrere derartige Brennstoffzellenstapel 3 vorhanden sein können. Dem oder den Brennstoffzellenstapeln 3 wird Luft über eine Luftfördereinrichtung 4 und eine Zuluftleitung 5 zugeführt. Die Luft gelangt in einen Kathodenraum 6 und über den ersten Teil 7a einer Abluftleitung 7 wieder aus der Brennstoffzelle 3. Die Abluft strömt dann über einen weiteren Teil 7b der Abluftleitung 7 in eine Abluftturbine 8, in welcher Druckenergie und Wärmeenergie aus der Abluft expandiert wird, um damit die Luftfördereinrichtung 4 zu unterstützen bzw. ergänzend zu einer elektrischen Maschine 11 mit anzutreiben. Der gesamte Aufbau wird auch elektrischer Turbolader (ETC) 20 bezeichnet, oder als motorunterstützter Turbolader. Um die Zuluft in der Zuluftleitung 5 entsprechend zu befeuchten, ist ein Befeuchter 10, hier ein Gas/Gas-Befeuchter 10, vorgesehen. Er hat einen Raum zum Befeuchten der Zuluft in der Zuluftleitung 5 und zwischen den beiden Teilen 7a, 7b der Abluftleitung 7 einen Abschnitt, in welchem die feuchte Abluft dampfförmiges Wasser zur Befeuchtung der Zuluft an die Zuluft abgibt.In the representation of 1 a schematically indicated vehicle 1 can be seen, the electrical drive power of which is to be supplied by a fuel cell system 2 in a possible embodiment shown here. The core of this fuel cell system 2 is formed by a fuel cell stack 3, it being understood that several such fuel cell stacks 3 can also be present here. Air is supplied to the fuel cell stack or stacks 3 via an air conveying device 4 and an air supply line 5 . The air flows into a cathode space 6 and out of the fuel cell 3 again via the first part 7a of an exhaust air line 7. The exhaust air then flows through a further part 7b of the exhaust air line 7 into an exhaust air turbine 8, in which pressure energy and heat energy from the exhaust air is expanded. in order to support the air conveying device 4 or to drive it in addition to an electric machine 11 . The entire assembly is also referred to as an electric turbocharger (ETC) 20, or an engine-assisted turbocharger. To the supply air in the supply air line 5 accordingly humidify, is a humidifier 10, here a gas / gas humidifier 10 is provided. It has a space for humidifying the supply air in the supply air line 5 and between the two parts 7a, 7b of the exhaust air line 7 a section in which the moist exhaust air releases vaporous water to humidify the supply air to the supply air.

Ein Anodenraum 12 des Brennstoffzellenstapels 3 wird mit Wasserstoff aus einem Wasserstoffspeicher 13, beispielsweise einem Druckgasspeicher, einem Kryospeicher, einem Wasserstoffhydrid-Speicher oder dergleichen versorgt. Rein beispielhaft ist hier ein Druckregel- und Dosierventil 14 angedeutet, sowie eine Gasstrahlpumpe 15 als Rezirkulationsfördereinrichtung. Der Wasserstoff wird dem Anodenraum 12 zugeführt. Nicht verbrauchter Wasserstoff gelangt über eine Rezirkulationsleitung 16 zurück zu der Gasstrahlpumpe 15 und wird von dieser angesaugt und vermischt mit dem frischen Wasserstoff dem Anodenraum 12 erneut zugeführt. An die Stelle der Gasstrahlpumpe 15 oder ergänzend zu dieser könnte auch ein Wasserstoffrezirkulationsgebläse vorgesehen sein. In der Rezirkulationsleitung 16 kann außerdem ein hier nicht dargestellten aber an sich bekannter Wasserabscheider mit einem Ablassventil verbaut sein. All dies ist dem Fachmann bekannt, weshalb hierauf nicht weiter eingegangen werden muss.An anode chamber 12 of the fuel cell stack 3 is supplied with hydrogen from a hydrogen storage device 13, for example a compressed gas storage device, a cryogenic storage device, a hydrogen hydride storage device or the like. A pressure control and metering valve 14 is indicated here purely by way of example, as well as a gas jet pump 15 as a recirculation delivery device. The hydrogen is supplied to the anode space 12 . Hydrogen that has not been used returns via a recirculation line 16 to the gas jet pump 15 and is sucked in by the latter and fed back to the anode chamber 12 mixed with the fresh hydrogen. A hydrogen recirculation fan could also be provided instead of the gas jet pump 15 or in addition to it. In addition, a water separator, not shown here but known per se, with a drain valve can be installed in the recirculation line 16 . All of this is known to a person skilled in the art, which is why it does not need to be discussed further.

Eines der Probleme eines solchen Brennstoffzellensystems 2 liegt nun darin, dass sowohl im Kathodenraum 6 als auch im Anodenraum 12 Produktwasser entsteht. Insbesondere im Kathodenraum 6 entstehen dabei relativ große Mengen an Produktwasser, wenn der anodenseitige Wasserstoff und der Sauerstoff aus der kathodenseitig zugeführten Luft miteinander reagieren und elektrische Leistungen in der Brennstoffzelle 3 erzeugen. Das flüssige Wasser kann, vor allem wenn es über entsprechend hohe lonenkonzentrationen verfügt, welche insbesondere nach einem längeren Stillstand des Brennstoffzellensystems 2 auftreten könnte, eine vergleichsweise hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Ist nun beispielsweise der Befeuchter 10 mit der Masse des Fahrzeugs 1 verbunden, dann kann der Isolationswiderstand in der Brennstoffzelle 3 rapide abfallen, wenn durchlaufende Wasserfäden bzw. Flüssigkeitsfäden im ersten Teil 7a der Abluftleitung 7 den Kathodenraum 6 der Brennstoffzelle 3 mit diesem mit Masse geerdeten Befeuchter 10 elektrisch verbinden.One of the problems of such a fuel cell system 2 is that product water is produced both in the cathode compartment 6 and in the anode compartment 12 . Relatively large amounts of product water are produced in particular in the cathode space 6 when the hydrogen on the anode side and the oxygen from the air supplied on the cathode side react with one another and generate electrical power in the fuel cell 3 . The liquid water can have a comparatively high electrical conductivity, especially if it has correspondingly high ion concentrations, which could occur in particular after the fuel cell system 2 has been idle for a longer period of time. If, for example, the humidifier 10 is now connected to the ground of the vehicle 1, the insulation resistance in the fuel cell 3 can drop rapidly if running water threads or liquid threads in the first part 7a of the exhaust air line 7 touch the cathode space 6 of the fuel cell 3 with this grounded humidifier 10 electrically connect.

Um solche durchgehenden Wasserfäden zu verhindern, kann nun im Bereich der Abluftleitung 7, und hier insbesondere im Teil 7a der Abluftleitung 7, aber prinzipiell auch im anderen Teil 7b der Abluftleitung 7 und/oder in der Rezirkulationsleitung 16 als anodenseitige Abgasleitung ein poröses Element 18 vorgesehen sein.In order to prevent such continuous water threads, a porous element 18 can now be provided in the area of the exhaust air line 7, and here in particular in part 7a of the exhaust air line 7, but in principle also in the other part 7b of the exhaust air line 7 and/or in the recirculation line 16 as an anode-side exhaust line be.

In der Darstellung der 2 ist eine exemplarische und die Idee nicht beschränkende Möglichkeit zur Ausgestaltung eines solchen porösen Elements 18 gezeigt. Die Darstellung der 2 zeigt den in 1 den mit 7a bezeichneten Teil der Abluftleitung 7. Dieser Teil 7a der Abluftleitung 7 umfasst dabei ein nachfolgend als äußeres Rohrstück 17 bezeichnetes Leitungselement, in welchem direkt im Anschluss an den Kathodenraum 6 ein inneres poröses Element 18 angeordnet ist. Dieses poröse Element 18 ist als Rohrabschnitt ausgebildet und besteht aus einem feinporigen, hochporösen Material, welches aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff ausgebildet ist, beispielsweise aus einer Keramik, einem Kunststoff oder dergleichen. Die Porosität ist so gewählt, dass flüssiges Wasser durch die Poren des porösen Elements 18 hindurch gelangen kann. Gleichzeitig wird jedoch verhindert, dass das Wasser, welches aus dem Kathodenraum 6 in einem kontinuierlichen Wasserfaden, welcher hier mit 19 bezeichnet ist, anströmt, das Material des porösen Elements 18 als solcher kontinuierlicher Wasserfaden durchströmt. In the representation of 2 an exemplary possibility for the design of such a porous element 18, which does not limit the idea, is shown. The representation of 2 shows the in 1 the part of the exhaust air line 7 labeled 7a. This part 7a of the exhaust air line 7 comprises a line element hereinafter referred to as the outer piece of pipe 17, in which an inner porous element 18 is arranged directly following the cathode chamber 6. This porous element 18 is designed as a tube section and consists of a fine-pored, highly porous material which is made of an electrically insulating material, for example a ceramic, a plastic or the like. The porosity is chosen so that liquid water can pass through the pores of the porous element 18 . At the same time, however, it is prevented that the water, which flows out of the cathode space 6 in a continuous water thread, which is denoted by 19 here, flows through the material of the porous element 18 as such a continuous water thread.

Vielmehr wird durch das Material des porösen Elements 18 dafür gesorgt, dass dieser kontinuierliche Wasserfaden 19 in einzelne Abschnitte bzw. Tröpfchen oder dergleichen aufgeteilt wird. Diese sind in der Darstellung der 2 mit 19a bezeichnet und schließen sich nach dem porösen Element 18 an die kontinuierlichen Wasserfäden 19 an. Diese Abschnitte bzw. Tröpfchen des diskontinuierlich ablaufenden Wassers 19a haben dabei untereinander keine Verbindung, so dass sie von Abschnitt zu Abschnitt bzw. von Tröpfchen zu Tröpfchen elektrisch nicht leitend verbunden sind. Damit werden die für den Isolationswiderstand kritischen kontinuierlichen Wasserfäden effizient verhindert. Somit kann eine Steigerung des Isolationswiderstands mit geringem Aufwand realisiert werden.Rather, the material of the porous element 18 ensures that this continuous thread of water 19 is divided into individual sections or droplets or the like. These are shown in the 2 denoted by 19a and, after the porous element 18, join the continuous threads of water 19. These sections or droplets of the discontinuously draining water 19a are not connected to one another, so that they are electrically non-conductively connected from section to section or from droplet to droplet. This efficiently prevents the continuous water threads that are critical for the insulation resistance. In this way, the insulation resistance can be increased with little effort.

Anders als in 2 dargestellt könnte der Querschnitt auch vom Kathodenraum 6 zu dem porösen Element konstant gehalten werden und das Rohrstück 17 entsprechend mit größerem Durchmesser ausgebildet sein.Unlike in 2 shown, the cross section could also be kept constant from the cathode chamber 6 to the porous element and the piece of pipe 17 could be designed accordingly with a larger diameter.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 2058888 B1 [0005]EP 2058888 B1 [0005]

Claims (8)

Brennstoffzellensystem (2) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (3) und einer Abgasleitung (7, 16) aus der Brennstoffzelle (3), wobei die Abgasleitung (7, 16) ein poröses Element (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Element (18) als für flüssiges Wasser durchlässiges poröses Element (18) aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist.Fuel cell system (2) with at least one fuel cell (3) and an exhaust pipe (7, 16) from the fuel cell (3), the exhaust pipe (7, 16) having a porous element (18), characterized in that the porous element ( 18) is designed as a porous element (18) which is permeable to liquid water and is made of an electrically insulating material. Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Element (18) im Wandbereich der Abgasleitung (7, 16) ausbildet.Fuel cell system (2) after claim 1 , characterized in that the porous element (18) is formed in the wall region of the exhaust pipe (7, 16). Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Element (18) von einer weiteren Rohrleitung (17) umgeben ist.Fuel cell system (2) after claim 2 , characterized in that the porous element (18) is surrounded by a further pipe (17). Brennstoffzellensystem (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Element (18) als poröses Rohrstück vom Ausgang der Brennstoffzelle (3) ausgehend in die es umgebende weitere Rohrleitung (17) ragt.Fuel cell system (2) after claim 3 , characterized in that the porous element (18) protrudes as a porous piece of pipe from the outlet of the fuel cell (3) into the further surrounding pipe (17). Brennstoffzellensystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung (7, 16) als kathodenseitige Abluftleitung (7a, 7b) ausgebildet ist.Fuel cell system (2) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the exhaust pipe (7, 16) is designed as a cathode-side exhaust pipe (7a, 7b). Fahrzeug (1) mit wenigstens einem Brennstoffzellensystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Bereitstellen von elektrischer Leistung, insbesondere elektrischer Antriebsleistung.Vehicle (1) with at least one fuel cell system (2) according to one of Claims 1 until 5 for providing electrical power, in particular electrical drive power. Fahrzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem (2) wenigstens zwei Brennstoffzellenstapel (3) aufweist.Vehicle (1) after claim 6 , characterized in that the fuel cell system (2) has at least two fuel cell stacks (3). Fahrzeug (1) nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch seine Ausgestaltung als Omnibus oder Nutzfahrzeug.Vehicle (1) after claim 6 or 7 , characterized by its design as a bus or commercial vehicle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2058888B1 (en) 2007-10-30 2010-11-10 Samsung SDI Co., Ltd. Fluid recycling apparatus and fuel cell system using the same

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