DE60304255T2 - Brennstoffzellensystem mit kontrollierter wasserentfernender Spülvorrichtung - Google Patents

Brennstoffzellensystem mit kontrollierter wasserentfernender Spülvorrichtung Download PDF

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Description

  • FELD DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellensystem und insbesondere auf eine Technologie, um eine Beschädigung des Brennstoffzellensystems zu verhindern, die durch das Gefrieren von Wasser im Innern des Systems in einer Niedrigtemperatur-Umgebung verursacht wird.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein in Tokkai H6-223855 offenbartes Brennstoffzellensystem, dass vom japanischen Patentamt im Jahre 1994 veröffentlicht wurde, ist als Stand der Technik bekannt.
  • Dieses System weist eine Brennstoffzelle, um elektrische Energie dadurch zu erzeugen, dass Wasserstoffgas und Sauerstoffgas veranlasst werden, elektrochemisch zu reagieren, einen Kühlwasser-Rückzirkulationsdurchgang, durch den Kühlwasser zum Anpassen der Temperatur der Brennstoffzelle rückzirkuliert wird und eine Gas-Druckvorrichtung auf, um das Kühlwasser aus dem Kühlwasser-Rückzirkulationsdurchgang zu beseitigen. Wenn die Arbeitsvorgänge im Brennstoffzellensystem abgeschaltet werden, beseitigt die Gas-Druckvorrichtung das Kühlwasser im Kühlwasser-Rückzirkulationsdurchgang und speichert das Kühlwasser in einem Behälter auf der Außenseite des Kühlwasser-Rückzirkulationsdurchgangs. Die Gas-Druckvorrichtung führt Sauerstoff oder Luft von einer Gas-Zuführungsquelle zu, um die Brennstoffzelle über ein offenes/geschlossenes Ventil mit Gas am Kühlwasser-Rückzirkulationsdurchgang zu versorgen. Auf diese Weise wird das im Kühlwasser-Rückzirkulationsdurchgang während einem Betrieb des Brennstoffzellensystems umzuwälzende Wasser daran gehindert, nach einem Abschalten des Brennstoffzellensystems des Standes der Technik zu gefrieren.
  • US 2001/055707 A1 offenbart ein Brennstoffzellensystem, das ein Spülsystem aufweist, das einen Spülkanal mit einem Einlass, der mit einer Spülversorgung verbunden ist, und einen Auslass aufweist, der mit den Gas-Durchgängen, Befeuchtungs-Durchgängen und einem Kühl-Durchgang verbunden ist. Das Spülsystem weist auch eine Spüldurchfluss-Steuerung-/Regelungsvorrichtung auf, um Restwasser von den Durchgängen nach einem Abschalten der Brennstoffzelle, nachdem die Ventile oder die Reaktionsgas-Durchgänge geschlossen wurden, zu entfernen. Das Spülsystem ist in Funktion, um die Kaltstart-Fähigkeit und eine Frosttoleranz der Brennstoffzelle zu verbessern. Die Steuerungs-/Regelungsvorrichtung ist mit mehreren Ventilen, der Spülversorgung, Schaltern und Sensoren verbunden. Der Befeuchter selbst wird vom Spülsystem, das die entsprechenden Ventile steuert/regelt, überbrückt. Der Kühlwasser-Kreislauf weist eine Pumpe, einen Reservebehälter, einen Wärmetauscher, worin das Wasser durch den Stapel umgewälzt wird, auf und das Kühlwasser wird durch den Wärmetauscher erhitzt/gekühlt.
  • WO 01 24296 A beschreibt ein Brennstoffzellensystem, das ein Spülsystem aufweist, das einen Spülkanal mit einem an eine Spülversorgung angeschlossenen Einlass und einen an die Gas-Durchgänge angeschlossenen Auslass, Befeuchtungs-Durchgänge und einen Kühlmittel-Durchgang aufweist, um die Durchgänge zu spülen, wenn die Brennstoffzelle angehalten wird. Das Spülsystem weist außerdem eine Spüldurchfluss-Steuerungs-/Regelungsvorrichtung auf, um Restwasser von den Durchgängen nach einem Abschalten der Brennstoffzelle, nachdem die Ventile oder die Reaktionsgas-Durchgänge geschlossen wurden, zu entfernen. Die Steuerungs-/Regelungsvorrichtung ist mit mehreren Ventilen, der Spülversorgung, Schaltern und Sensoren verbunden und betätigt den Abschalt- und Startvorgang. Hauptsächlich wird die Temperatur im Stapel oder des Gasdurchflusses der Ausgänge des Stapels gemessen. Der Kühlwasser-Kreislauf weist eine Pumpe, einen Reservebehälter, einen Wärmetauscher auf, worin das Wasser durch den Stapel ungewälzt wird, und das Kühlwasser wird durch den Wärmetauscher erhitzt/gekühlt.
  • US 2001/0010872 A1 offenbart ein Brennstoffzellen-Befeuchtungssystem, das davor bewahrt wird, einzufrieren, das eine Gas-Durchgang-Schaltvorrichtung zum Wechseln des Gasfluss-Weges vorsieht, sodass die Durchgänge durch ein trockenes Gas gereinigt werden können. Während des Fegebetriebs reinigen sich Gas-Durchgänge, der Befeuchter, Befeuchtungsdurchgänge und die Kühlmittel-Durchgänge, sobald die Brennstoffzelle angehalten wird. Eine Steuerungs-/Regelungseinheit stellt die Ventile so ein, dass, Spülgas anstelle von Reaktionsgasen in die Durchgänge eindringen kann.
  • US 2001/0016276 A1 beschreibt ein Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug und ein Verfahren um die Vorrichtung zu steuern/zu regeln. Die Steuerungs-/Regelungseinheit stellt ebenfalls ein Spülgas in der Brennstoffzelle bereit, um Wasser abhängig vom Lastzustand des Fahrzeugs zu beseitigen. Die Brennstoffzellen-Durchgänge, z. B. Gas-Durchgänge, Befeuchtungs-Durchgänge und der Kühl-Durchgang werden während dem Betrieb der Zelle gereinigt. Die Steuerungs-/Regelungseinheit stellt entsprechende Ventile ein, um die Gasstrom-Durchgänge zu reinigen.
  • WO 00 65676 A beschreibt ein Brennstoffzellensystem mit einem Verfahren zu dessen Abschalten. Wasser wird aus den Durchgängen und dem Kühlmittel-Kreislauf gereinigt und in einem frostresistenten Speicherbehälter gespeichert. Eine Steuerungs-/Regelungseinheit stoppt eine Befeuchtung und steuert/regelt die Reinigung der Durchgänge und der Brennstoffzelle.
  • Schließlich offenbart WO 97 48142 A ein Brennstoffzellensystem mit einem Verfahren zu dessen Abschalten. Wasser wird aus den Durchgängen und dem Kühlmittel-Kreislauf gespült und gespeichert. Eine Steuerungs-/Regelungseinheit stellt die Durchgangs-Ventile entsprechend ein.
  • JP 11 273705 A offenbart eine Brennstoffzelle und ein Verfahren um das Gefrieren des Wassers in der Zelle zu vermeiden. Wasser wird dadurch beseitigt, indem es aus den Durchgängen und der Zelle in einen Vorratsbehälter gepumpt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Beim Stand der Technik ist jedoch der Kühlwasser-Rückzirkulationsdurchgang so angeordnet, dass er sich nach oben und unten erstreckt und sich daher Kühlwasser im Durchgang ansammeln kann. Folglich kann das Wasser in oder um eine Wasser-Rückzirkulationspumpe, einem Ventil, usw. herum gefrieren, was eine Beschädigung dieser Bauteile verursacht.
  • Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Brennstoffzellensystem und ein Steuerungs-/Regelungsverfahren dafür bereitzustellen, bei dem das Absperrventil zwischen dem Wasser-Ansaugteil und der Pumpe davor bewahrt wird, einzufrieren.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird durch eine Kombination der Merkmale der Ansprüche 1, 17 bzw. 18 erreicht. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausführungsformen dieser Erfindung.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die von einer Steuerungs-/Regelungseinheit unmittelbar nach einem Abschalten des Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird.
  • 3 ist eine erläuternde Ansicht, die die Wasserverteilung innerhalb des Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform unmittelbar nach einem Abschaltvorgang zeigt. Die schraffierte Fläche zeigt Wasser.
  • 4 ist eine Ansicht, die die Wasserverteilung innerhalb des Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform während einer Wasser-Rückgewinnung in einen Wassertank zeigt.
  • 5 ist eine Ansicht, die die Wasserverteilung innerhalb des Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform während einem Wasserausstoß zeigt.
  • 6 ist eine Ansicht, die einen abgedichteten Gas-Zustand zeigt, um das Gefrieren im Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform zu verhindern.
  • 7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Routine zeigt, die von einer Steuerungs-/Regelungseinheit ausgeführt wird, wenn das Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform angefahren wird.
  • 8 ist eine erläuternde Ansicht, die den Durchfluss von erhitztem Kühlmittel während der Rückzirkulation von erhitztem Kühlmittel durch das Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 9 ist eine Ansicht, die die Wasserverteilung innerhalb des Brennstoffzellensystems gemäß der ersten Ausführungsform während dem Ausstoß von Spülluft zeigt.
  • 10 ist eine erläuternde Ansicht, die den Wasserdurchfluss durch das Brennstoffzellensystem gemäß der ersten Ausführungsform während einer Wasser-Rückzirkulation im Wasser-Rückzirkulationssystem zeigt.
  • 11 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Brennstoffzellensystem gemäß einer zweiten Ausführungsform und einen abgedichteten Gas-Zustand zeigt, um das Gefrieren innerhalb des Brennstoffzellensystems zu verhindern.
  • 12 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Brennstoffzellensystem gemäß einer dritten Ausführungsform und einen abgedichteten Gaszustand zeigt, um das Gefrieren innerhalb des Brennstoffzellensystems zu verhindern.
  • 13 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Brennstoffzellensystem gemäß einer vierten Ausführungsform und einen abgedichteten Gaszustand zeigt, um das Gefrieren innerhalb des Brennstoffzellensystems zu verhindern.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt ein in der ersten Ausführungsform verwendetes Brennstoffzellensystem.
  • Wasserstoffgas von einem Wasserstofftank 37 bzw. Luft von einem Kompressor 2 werden einer Anoden-Elektrode 17a und einer Kathoden-Elektrode 17b einer Brennstoffzelle 17 zugeführt. Eine Anoden-Befeuchtungseinspritzdüse 27 dient als Befeuchtungs-Vorrichtung, um Wasser in das Wasserstoffgas (z. B. Brenngas) einzuspritzen, um die Anode der Brennstoffzelle 17 zu befeuchten. Eine Kathoden-Befeuchtungseinspritzdüse 28 dient als Befeuchtungs-Vorrichtung, um Wasser in die Luft (z. B. sauerstoffhaltiges Gas) einzuspritzen, um die Kathode der Brennstoffzelle 17 zu befeuchten. Das Wasser, das eingespritzt wird, ist in einem Wassertank 5 gespeichert. Ein Wasserstoff-Steuerungs-/Regelungsventil 29a und ein Luft-Steuerungs-/Regelungsventil 30a stellen die Zufuhr-Durchflussmenge des Sauerstoffgases bzw. der Luft ein.
  • Nachdem eine Energieerzeugung in der Brennstoffzelle 17 durchgeführt wurde, fließt Abwasser von jeder der Elektroden 17a, 17b zu einem Anoden-Durchgang 43 und einem Kathoden-Durchgang 44. Ein Anodengas-/Wasserabscheider 33 und ein Kathodengas-/Wasserabscheider 34, die entsprechend am Anoden-Durchgang 43 und Kathode-Durchgang 44 angeordnet sind, stellen die Feuchtigkeit im Abwasser wieder her. Das von der Anode 17a ausgestoßene überschüssige Wasserstoffgas wird über ein Anodenabwasser-Druckstellventil 31 zum Einstellen des Drucks des Anodenabwassers einer Brennkammer 9 zugeführt. Auf die gleiche Weise wird das von der Kathode 17b ausgestoßene Gas über ein Kathodenabwasser-Druckstellventil 32 zum Einstellen des Drucks des Kathodenabwassers der Brennkammer 9 zugeführt.
  • Die Brennkammer 9 erzeugt Verbrennungsgas unter Verwendung des von der Brennstoffzelle 17 zugeführten Abwassers. Das erzeugte Verbrennungsgas wird einem Wärmetauscher 10 zugeführt und als Wärmequelle verwendet. Nachdem es zum Erhitzen eines Kühlmittels im Kühlsystem der Brennstoffzelle 17 verwendet wurde, wird das Verbrennungsgas aus dem System ausgestoßen. Wenn die erforderliche Wärmemenge in der Brennkammer 9 durch Abwasser allein nicht erreicht werden kann, oder wenn eine elektrochemische Reaktion in der Brennstoffzelle 17 während einem Anfahren nicht stattfindet, werden Wasserstoff und Luft vom Wasserstofftank 37 und dem Kompressor 2 der Brennkammer 9 direkt zugeführt. Der Wasserstoff, der der Brennkammer 9 zugeführt wird, wird durch ein Wasserstoffdurchfluss-Steuerungs- /Regelungsventil 29b eingestellt, das an einem Rohr angeordnet ist, das mit der Brennkammer 9 als Gabelung eines Rohrs verbunden ist, das sich vom Wasserstofftank 37 zur Brennstoffzelle 17 erstreckt. Die Luft-Durchflussmenge zur Brennkammer 9 wird durch ein Luftdurchfluss-Steuerungs-/Regelungsventil 30b eingestellt, das an einem Rohr angeordnet ist, das mit der Brennkammer 9 als Gabelung eines Rohrs verbunden ist, das sich vom Kompressor 2 zur Brennstoffzelle 17 erstreckt.
  • Das Wasser, das vom Abwasser im Anoden-Gas-/Wasserabscheider 33 und Kathoden-Gas-/Wasserabscheider 34 zurückgewonnen wird, wird im Innern eines Wassertanks 5 über ein Anoden-Kondenswasser-Rückgewinnungsventil 35 und ein Kathoden-Kondenswasser-Rückgewinnungsventil 36 gesammelt. Das Anoden-Kondenswasser-Rückgewinnungsventil 35 wird zur Steuerung/Regelung eines Wasserstroms vom Anodengas-/Wasserabscheider 33 zum Wassertank 5 verwendet. Das Kathoden-Kondenswasser-Rückgewinnungsventil 36 wird zur Steuerung/Regelung eines Wasserstroms vom Kathodengas-/Wasserabscheider 34 zum Wassertank 5 verwendet.
  • Als Nächstes wird das Kühlsystem zur Einstellung der Temperatur der Brennstoffzelle 17 beschrieben. Das Kühlsystem weist einen Kühlmittel-Durchlass 15, durch den Kühlmittel rückzirkuliert wird, eine Kühlmittel-Pumpe 16 zur Rückzirkulation des Kühlmittels, eine Kühlmittel-Kühlvorrichtung 38 zur Kühlung des Kühlmittels und einen Wärmetauscher 10 zum Erhitzen des Kühlmittels auf. Das Kühlsystem weist auch ein Kühlmittel-Durchgang-Wechselventil 39 zum Umschalten zwischen einer Kühlmittel-Zuführung zur Kühlmittel-Kühlvorrichtung 38 und zum Wärmetauscher 10 auf. Wenn die Temperatur der Brennstoffzelle 17 über eine vorgegebene Temperatur ansteigt, schaltet eine Steuerungs-/Regelungseinheit 48 das Wechselventil 39 um, sodass die Temperatur des Kühlmittels in der Kühlmittel-Kühlvorrichtung 38 abgesenkt wird und wenn die Temperatur der Brennstoffzelle unter eine vorgegebene Temperatur abfällt, schaltet eine Steuerungs-/Regelungseinheit 48 das Wechselventil 39 so um, dass die Temperatur des Kühlmittels im Wärmetauscher 10 angehoben wird. Ein Temperatursensor (nicht gezeigt), der elektrisch mit der Steuerungs-/Regelungseinheit 48 verbunden ist, ist in der Brennstoffzelle 17 vorgesehen, um die Temperatur der Brennstoffzelle 17 zu erfassen.
  • Der Kühlmittel-Durchlass 15 zirkuliert durch die Brennstoffzelle 17 und die Temperatur der Brennstoffzelle 17 wird eingestellt, während Kühlmittel durch die Brennstoffzelle 17 zurückzirkuliert wird. Der Kühlmittel-Durchlass 15 verläuft auch durch den Wassertank 5 und daher stellt das temperaturbereinigte Kühlmittel die Temperatur des in den Wassertank 5 gespeicherten Wassers ein.
  • Ein Befeuchtungssystem zur Befeuchtung des Wasserstoffgases und der Luft, die der Brennstoffzelle 17 zugeführt werden, wird nun unter Verwendung von 3 beschrieben.
  • Das Befeuchtungssystem weist den Wassertank 5, einen Wasser-Durchgang 11, die Einspritzdüsen 27, 28 und eine Wasserpumpe 8 auf. Der Wasser-Durchgang 11 wird als Rückzirkulations-Durchgang verwendet, durch den Wasser rückzirkuliert wird. Die Wasserpumpe 8 bringt Wasser von einem Wasser-Ansaug-Abfluss 46 des Wassertanks 5 zu einer Wasser-Sammelöffnung 56 des Wassertanks 5 durch den Wasser-Durchgang 11 wieder in Umlauf. Somit stellen der Wassertank 5, der Wasser-Durchgang 11 und die Wasserpumpe 8 ein Wasser-Rückzirkulationssystem dar. Der Wasser-Durchlass 11 erstreckt sich von einem Wasser-Ansaug-Abfluss 46, der im unteren Bereich des Wassertanks 5 vorgesehen ist, zu einer Wasser-Sammelöffnung 56, die im oberen Bereich des Wassertanks 5 vorgesehen ist. Der Wasser-Durchgang 11 ist mit einem konvexen Rohr 12 zwischen einem gegabelten Bereich 49 und dem Wassertank 5 vorgesehen.
  • Die Anoden-Befeuchtungseinspritzdüse 27 ist mit einem Einspritzdüsenrohr 27a versehen und die Kathoden-Befeuchtungseinspritzdüse 28 ist mit einem Einspritzdüsenrohr 28a versehen. Die Anoden-Befeuchtungseinspritzdüse 27 und die Kathoden-Befeuchtungseinspritzdüse 28 sind an den Wasser-Durchgang 11 über das Einspritzdüsenrohr 27a bzw. das Einspritzdüsenrohr 28a angeschlossen. Folglich wird den Einspritzdüsen 27, 28 Wasser vom Wassertank 5 über den Wasser-Durchgang 11 zugeführt.
  • Der Teil, der den oberen Bereich des konvexen Rohrs 12 darstellt, wird als Scheitelbereich 12a bezeichnet, die Teile, die die zwei unteren Enden des konvexen Rohrs 12 ausbilden, werden als Bodenbereiche 12b, 12c bezeichnet und die Teile zwischen dem Scheitelbereich 12a und dem Bodenbereichen 12b, 12c werden als rechtwinklige Bereiche 12d, 12e bezeichnet. Ein Absperrventil 7 zum Blockieren des Wasser-Durchgangs und die Wasserpumpe 8, die als Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung dient, sind am Scheitelbereich 12a angeordnet. Die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung bringt Wasser im Innern des Befeuchtungssystems wieder in Umlauf. Die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung wird allein von der Wasserpumpe 8 gebildet, kann aber durch eine Mehrzahl von Komponenten gebildet werden. Zum Beispiel kann die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung ein Wasserdruck-Stellventil zum Einstellen des Wasserdrucks, einen Filter zum Reinigen des Wassers, usw. aufweisen.
  • Ein Spülluft-Rohr 3 zweigt vom Scheitelbereich 12a zwischen dem Absperrventil 7 und der Wasserpumpe 8 ab und ist über ein Spülluft-Zuführungsventil 4 an den Kompressor 2 angeschlossen. Die Spülluft, die als Spülgas dient, wird dem Wasser-Durchgang 11 über eine Zuführungsöffnung 3a zugeführt, die der Verbindungsbereich zwischen dem Spülluft-Rohr 3 und dem konvexen Rohr 12 ist. Ferner ist ein Spülluft-Entlastungsrohr 14a, das vom Spülluft-Rohr 3 zwischen dem Spülluft-Zuführungsventil 4 und dem konvexen Rohr 12 abzweigt, durch ein Spülluft-Entlastungsventil 14b mit der Außenseite verbunden. Folglich wird eine Wasser-Beseitigungsvorrichtung zur Zuführung von Spülgas vom Kompressor 2, dem Spülluft-Rohr 3, der Zuführungsöffnung 3a und dem Spülluft-Zuführungsventil 4 gebildet. Eine Spülgas-Entlastungsvorrichtung zur Ausgabe des Spülgases wird vom Spülgas-Entlastungsrohr 14a, dem Spülgas-Entlastungsventil 14b und einem Teil des Spülgas-Rohrs 3 gebildet.
  • Der gegabelte Bereich 49 ist am Ende des nachgeschalteten Bodenbereichs 12c, entfernt vom senkrechten Bereich 12e, vorgesehen. Ein Abfluss-Seitenrohr 49a zum Abführen von Wasser aus dem Wasser-Rückzirkulationssystem und ein Zuführungs-Seitenrohr 49b zur Zuführung von Wasser zu den Einspritzdüsen 27, 28 zweigt vom gegabelten Bereich 49 ab. Mit anderen Worten ist das Abfluss-Seitenrohr 49a am gegabelten Bereich 49 an den Wasser-Durchgang 11 angeschlossen. Das Abfluss- Seitenrohr 49a erstreckt sich nach unten und ein Ablassventil 42 ist an diesem Rohr vorgesehen. Durch Öffnen des Ablassventils 42, wird Wasser aus dem Wasser-Durchgang 11 abgelassen.
  • Den Einspritzdüsen 27, 28 wird Wasser durch das Zuführungs-Seitenrohr 49b zugeführt. Der Druck des Wassers wird zu diesem Zeitpunkt durch ein Wasserdruck-Stellventil 20, das auf der stromabwärts liegenden Seite der Eintrittventile 27, 28 angeordnet ist, eingestellt. Überschüssige Feuchtigkeit aus dem oberen Bereich des Wassertanks 5 wird durch den Wasser-Durchgang 11 über das Wasserdruck-Stellventil 20 gesammelt.
  • Die nachfolgenden Temperatursensoren sind vorgesehen, um das Wasser in diesem Typ von Brennstoffzellensystem zu regeln.
  • Als erstes sind ein Wasser-Durchgang-Temperatursensor 21 zum Messen der Temperatur des Wassers im Innern des Wasser-Durchgangs 11, der auf dem wassertankseitigen Bodenbereich 12b angeordnet ist und ein Wassertank-Temperatursensor 22 zum Messen der Temperatur des Wassers im Innern des Wassertanks 5 vorgesehen. Ein Brennkammer-Temperatursensor 23 zum Messen der Temperatur der Brennkammer 9, ein Wärmetauscher-Temperatursensor 24 zum Messen der Temperatur des Wärmetauschers 10 und ein Verbrennungsgas-Temperatursensor 25 zum Messen der Temperatur des ausgestoßenen Verbrennungsgases, das aus der Brennkammer 9 durch den Wärmetauscher 10 ausgestoßen wird, sind ebenfalls vorgesehen. Ein Spülgas-Entlastungsrohr-Temperatursensor 26 zum Messen der Temperatur des Spülgas-Entlastungsrohrs 14a am Spülgas-Entlastungsrohr 14a ist an der stromabwärts liegenden Seite des Spülgas- Entlastungsventils 14b angeordnet. Wie durch die strichpunktierte Linie in 1 gezeigt, sind alle Temperatursensoren elektrisch an die Steuerungs-/Regelungseinheit 48 angeschlossen und Temperatursignale werden an die Steuerungs-/Regelungseinheit 48 übertragen. Die Steuerungs-/Regelungseinheit 48 führt eine Steuerung/Regelung der Ventile, Pumpen, usw. entsprechend einem Temperatursignal von einem oder mehreren der Temperatursensoren aus.
  • Die Anoden-Befeuchtungseinspritzdüse 27, die Kathoden-Befeuchtungseinspritzdüse 28, das Wasserstoff-Steuerungs-/Regelungsventil 29a, das Luft-Steuerungs-/Regelungsventil 30a, die Druck-Stellventile 31, 32, das Wasserstoffdurchfluss-Steuerungs-/Regelungsventil 29b, das Luftdurchfluss-Steuerungs-/Regelungsventil 30b, das Anoden-Kondenswasser-Rückgewinnungsventil 35, das Kathoden-Kondenswasser-Rückgewinnungsventil 36, das Kühlmitteldurchgang-Wechselventil 39, ein Anoden-Kondensabfluss-Ventil 40, ein Kathoden-Kondensabfluss-Ventil 41, das Spülgas-Zuführungsventil 4, das Absperrventil 7, das Spülgas-Entlastungsventil 14b, das Abflussventil 42, das Wasserdruck-Stellventil 20, ein Gas-Entlastungsventil 6, die Wasserpumpe 8, die Kühlmittelpumpe 16, der Kompressor 2 und die Brennkammer 9 sind an der Steuerungs-/Regelungseinheit 48, wie durch die strichpunktierte Linie in 1 gezeigt, elektrisch angeschlossen und arbeiten entsprechend den Befehlsignalen aus der Steuerungs-/Regelungseinheit 48.
  • Als Nächstes wird ein Wasser-Managementverfahren, das während einem Abschalten des Brennstoffzellensystems angewendet wird, unter Verwendung des in 2 gezeigten Ablaufdiagramms beschrieben.
  • Wie in 3 gezeigt, sind die Ventile 4, 6, 7, 14b, 20, 42 zu Beginn eines Abschaltvorgangs des Brennstoffzellensystems normalerweise geschlossen. Folglich sammelt sich Wasser im Wasser-Durchgang 11 zwischen der Wasser-Ansaug-Öffnung 46 des Wassertanks 5 und dem Wasserdruck-Stellventil 20 im Spülluft-Rohr 3 zwischen dem konvexen Rohr 12 und dem Spülluft-Entlastungsventil 4 und in dem Spülluft-Entlastungsrohr 14a zwischen dem Spülluft-Rohr 3 und dem Spülluft-Entlastungsventil 14b an.
  • Im Anschluss an den Start des Abschalt-Vorgangs des Brennstoffzellensystems führt die Steuerungs-/Regelungseinheit 48 in diesem Zustand die nachfolgende Steuerungs-/Regelungsroutine, wie in 2 gezeigt, durch.
  • Die Steuerungs-/Regelungseinheit 48 erfasst, dass ein Bediener einen Ein-/Aus-Schalter 65 auf AUS geschaltet hat und nach dieser Erfassung wird die in 2 gezeigte Steuerungs-/Regelungsroutine, z. B. mittels einer Abschalt-Ablaufsteuerung, gestartet. Der Ein-/Aus-Schalter 65 ist elektrisch an die Steuerungs-/Regelungseinheit 48 angeschlossen. Falls der Bediener das Brennstoffzellensystem während einem langen Zeitraum nicht verwenden will, kann er/sie das Brennstoffzellensystem durch Umschalten des Ein-/Aus-Schalters 65 auf AUS abstellen. Wenn das Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug eingebaut ist, kann der Ein-/Aus-Schalter 65 ein Schlüsselschalter sein.
  • Die Steuerungs-/Regelungseinheit 48 wird durch einen Mikroprozessor gebildet, der eine Central Processing Unit (CPU), ein Read Only Memory (einen Festwertspeicher) (ROM) zur Speicherung von Programmen und dergleichen, ein Random Access Memory (bzw. einen Arbeitsspeicher) (RAM) zur temporären Speicherung von Daten und dergleichen, die als Ergebnis von CPU-Rechenvorgängen erhalten werden, und eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle aufweist. Die Steuerungs-/Regelungseinheit kann aus einer Mehrzahl von Mikroprozessoren gebildet sein. Die Steuerungs-/Regelungsroutine ist im ROM als Programm gespeichert.
  • In einem Schritt S1 wird festgestellt, ob eine Möglichkeit gegeben ist, dass Wasser im Innern des Befeuchtungssystems vorliegt, oder nicht. Dies wird aus der Temperatur des im Wasser-Durchgangs 11 angesammelten Wassers festgestellt, die durch eine Frost-Erfassungsvorrichtung, die im Wasser-Durchgang 11 angeordnet ist, oder mit anderen Worten durch den Wasser-Durchgang-Temperatursensor 21 gemessen wird. Wenn die gemessene Temperatur höher als eine vorgegebene Temperatur, bei der eine Möglichkeit des Einfrierens besteht, z. B. 0°C, ist, wird festgestellt, dass das Wasser im Wasser-Durchgang 11 nicht gefroren ist und nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer kehrt die Routine zum Schritt S1 zurück. Wenn andererseits die gemessene Temperatur gleich oder niedriger als die vorgegebene Temperatur ist, besteht eine Möglichkeit des Einfrierens und daher rückt die Routine zu einem Schritt S2 vor. Wenn ein Temperatursensor zur Messung der Außenlufttemperatur vorgesehen ist, kann die Feststellung, ob das Wasser im Wasser-Durchgang 11 gefroren ist oder nicht, mittels der Außenlufttemperatur erfolgen.
  • In den Schritten S2 bis S4 wird eine Steuerung/Regelung durchgeführt, um das Kondenswasser im Anoden-Durchgang 43 und Kathoden-Durchgang 44 zu sammeln. Durch diese Steuerung/Regelung werden die Blockierungen des Anoden-Durchgangs 43 und Kathoden-Durchgangs 44 aufgrund von gefrorenem Wasser verhindert.
  • Im Schritt S2 werden das Anoden-Konsenswasser-Rückgewinnungsventil 35 und das Anoden-Kondensabfluss-Ventil 40 geöffnet. Im Schritt S3 werden das Kathoden-Kondenswasser-Rückgewinnungsventil 36 und das Kathoden-Kondensabfluss-Ventil 41 geöffnet. Im Schritt S4 erfolgt eine Feststellung, ob eine erste vorgegebene Zeitdauer, die dem Öffnen aller dieser Ventile 35, 36, 40, 41 folgt, abgelaufen ist, oder nicht. Wenn die erste vorgegebene Zeitdauer nicht abgelaufen ist, kehrt die Routine zum Schritt S4 zurück, um die Ventile 35, 36, 40, 41 in einem offenen Zustand zu halten, bis die erste vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist. Wenn die erste vorgegebene Zeitdauer einmal abgelaufen ist, rückt die Routine zu einem Schritt S5 vor. In diesem Fall ist die erste vorgegebene Zeitdauer im Schritt S4 ein Zeitbetrag, der benötigt wird, um das Kondenswasser in den Durchgängen 43, 44 abzuführen und wird im Voraus experimentell ermittelt.
  • Als Nächstes werden im Schritt S5 das Anoden-Kondenswasser-Rückgewinnungsventil 35 und das Anoden-Kondensabfluss-Ventil 40 geschlossen. In einem Schritt S6 werden das Kathoden-Kondenswasser-Rückgewinnungsventil 36 und das Kathoden-Kondensabfluss-Ventil 41 geschlossen, wodurch die Steuerung-/Regelung zur Beseitigung des Wassers im Innern des Anoden-Durchgangs 43 und des Kathoden-Durchgangs 44 abgeschlossen wird.
  • Als Nächstes wird in den Schritten S7 bis S12 eine Steuerung/Regelung durchgeführt, um das angesammelte Wasser im Wasser-Durchgang 11, wie in 4 gezeigt, zurückzugewinnen.
  • Im Schritt S7 wird das Spülluft-Zuführungsventil 4, das am Spülluft-Rohr 3 angeordnet ist, geöffnet. Im Schritt S8 wird das Wasserdruck-Stellventil 20, das am Wasser-Durchgang 11 angeordnet ist, geöffnet. Im Schritt S9 wird das Absperrventil 7 zum Blockieren des Wasser-Durchgangs 11 geöffnet. Im Schritt S10 wird das Gas-Entlastungsventil 6 zur Entlastung des Drucks im Innern des Wassertanks 5 geöffnet. Das Gas-Entlastungsventil 6 ist geeignet, Spülgas freizugeben, das den Wassertank 5 durch den Wasser-Durchgang 11 erreicht hat. Als Nächstes wird im Schritt S11 der Kompressor 2 gestartet, um Spülgas zu zuführen. Im Schritt S12 wird festgestellt, ob eine zweite vorgegebene Zeitdauer nach dem Starten des Kompressors 2 abgelaufen ist oder nicht. Der Kompressor 2 wird mit den Ventilen 4, 20, 7 betätigt, die offen bleiben, solange die zweite vorgegebene Zeitdauer abläuft und wenn die zweite vorgegebene Zeitdauer dann verstrichen ist, rückt die Routine zu einem Schritt S13 vor. In diesem Fall ist die zweite vorgegebene Zeitdauer im Schritt S12 ein Zeitbetrag, der benötigt wird, um das Wasser im Wasser-Durchgang 11 unter Verwendung von Luft abzuführen, sodass das Wasser im Wassertank 5 gesammelt wird und wird im Voraus durch ein Experiment oder dergleichen ermittelt.
  • Folglich wird Wasser durch Zuführung von Spülluft vom Kompressor 2 zum Wasser-Durchgang 11 durch das Spülluft-Zuführungsventil 4 gesammelt. Wenn die zugeführte Spülluft vom Spülluft-Rohr 3 zum konvexen Rohr 12 zugeführt wird, teilt sich die Spülluft zur Absperrventil- 7 Seite und der Wasserpumpen- 8 Seite auf. Die Luft, die zur Absperrventil- 7 Seite separiert wird, wird im Wassertank 5 vom Wasser-Ansaug-Abfluss 46 des Wassertanks 5 gesammelt, indem das Wasser in das konvexe Rohr 12 gedrückt wird. Mittlerweile wird die Luft, die zur Wasserpumpen- 8 Seite separiert wurde, von der Wasser-Rückgewinnungsöffnung 56 im oberen Bereich des Wassertanks 5 gesammelt, indem das Wasser in das Rohr des Wasser-Durchgangs 11 durch das Wasserdruck-Stellventil 20 gedrückt wird. Durch Öffnen des Gas-Entlastungsventils 6 zu diesem Zeitpunkt wird der Innenraum des Wassertanks 5 zur Außenluftseite geöffnet und somit kann Wasser im Wassertank 5 schnell gesammelt werden.
  • Als Nächstes wird in den Schritten S13 bis S15 Wasser im Innern des Wasser-Durchgangs 11, das nicht gesammelt werden konnte, wie in 5 gezeigt, abgeführt.
  • In einem Schritt S13 wird das Wasserdruck-Stellventil 20 geschlossen, um den Wasser-Durchgang 11 zu blockieren. In einem Schritt S14 wird das Abflussventil 42 geöffnet, um Wasser vom Wasser-Durchgang 11 abzuführen. In einem Schritt S15 wird festgestellt, ob eine dritte vorgegebene Zeitdauer, die dem Öffnen des Ablassventils 42 folgt, abgelaufen ist oder nicht. Die Ventile 4, 7, 42 werden in einem geöffneten Zustand gehalten, solange die vorgegebene Zeitdauer abläuft und wenn festgestellt ist, dass die dritte vorgegebene Zeitdauer verstrichen ist, rückt die Routine zu einem Schritt S16 vor. In diesem Fall ist die dritte vorgegebene Zeitdauer im Schritt S15 der Zeitbetrag, der vom Wasser im Innern des Wasser-Durchgangs 11 benötigt wird, um vollständig vom Abflussventil 42 abgeführt zu werden, und wird im Voraus durch ein Experiment, oder dergleichen ermittelt.
  • Indem also im Schritt S13 und S14 das Wasserdruck-Stellventil 20 geschlossen und das Abflussventil 42 geöffnet werden, wird das Wasser, das noch zwischen dem gegabelten Bereich 49 und dem Abflussventil 42 oder im Innern des Wasser-Durchgangs 11 übrig bleibt, aus dem Brennstoffzellensystem abgelassen und dadurch Blockierungen des Wasser-Durchgangs 11 aufgrund von gefrierendem Wasser verhindert.
  • Als Nächstes wird in den Schritten S16 bis S18 die Steuerung/Regelung zur Beseitigung von Wasser aus dem Wasser-Durchgang 11 beendet.
  • In einem Schritt S16 wird das Absperrventil 7 zum Blockieren des Wasser-Durchgangs 11 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt ist eine vorgegebene Zeitdauer, die die Summe der zweiten und dritten vorgegebenen Zeitdauer ist, die dem Start der Zuführung von Spülgas folgt, abgelaufen. Als Nächstes wird in einem Schritt S17 der Kompressor 2 abgeschaltet und das Spülluft-Zuführungsventil 4 geschlossen. In einem Schritt S18 wird das Abflussventil 42 geschlossen und somit endet die Steuerung/Regelung zur Verhinderung eines Einfrierens. Nachdem das Abflussventil 42 geschlossen wurde, werden die Hilfseinrichtungen, die die Pumpen, den Kompressor, die Ventile, usw. umfassen, ausgeschaltet.
  • Die Wasserverteilung zu diesem Zeitpunkt ist in 6 gezeigt. Zum Zeitpunkt des Schließens des Absperrventils 7 wird die Spülluft bis zum Wasser-Ansaug-Abfluss 46 zugeführt. Wenn daher das Absperrventil 7 geschlossen wird, wird eine Schicht von Spülluft zwischen dem Wasser-Ansaug-Abfluss 46 und dem Absperrventil 7 ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Druck auf die Luftschicht entsprechend dem Wasserstand im Innern des Wassertanks 5 aufgebracht, woraus resultiert, dass Wasser im Innern des Wassertanks 5 vom Wassertank 5 zum Wasser-Durchgang 11 zurückkehrt. Jedoch fließt Wasser nur bis zu der Position in den Wasser-Durchgang 11, bei der Ph = Pa ist, wobei Ph ein Spitzendruck ist, die auf der Wasseroberfläche 63 im Wasser-Durchgang 11 anliegt und die durch die Differenz zwischen dem Wasserstand des Wassertanks 5 und der Höhe des konvexen Rohrs 12 bestimmt wird und Pa der Druck der hermetisch eingeschlossenen, komprimierten Spülluft zwischen der Wasseroberfläche 63 und dem Absperrventil 7 im Wasser-Durchgang 11 ist. Daher kann durch Festlegen der Form und Kapazität des Wassertanks 5 und der Höhe des konvexen Rohrs 12 das Wasser in einer vom Absperrventil 7 entfernten Position gehalten werden. Somit kann das Gefrieren des Wassers um das Absperrventil 7 und die Wasserpumpe 8 herum vermieden werden. Es ist bevorzugt, dass die Wasseroberfläche 63 des Wassers, das vom Wassertank 5 zum Wasser-Durchgang 11 zurückkehrt, nachdem das Absperrventil 7 den Wasser-Durchgang 11 blockiert, niedriger als der Scheitelbereich 12a eingestellt wird.
  • Als Nächstes wird ein Steuerungs-/Regelungsverfahren, das eingesetzt wird, wenn das Brennstoffzellensystem angefahren wird und das der Ablaufsteuerung des Gefrierschutzes folgt, die während einem Abschalten, wie oben beschrieben, durchgeführt wird, unter Verwendung des in 7 gezeigten Ablaufdiagramms beschrieben.
  • Die Steuerung-/Regelungseinheit 48 erkennt, dass der Bediener den Ein-/Aus-Schalter 65 auf AN geschaltet hat und nach dieser Erkennung wird die Steuerung-/Regelungsroutine von 7, z. B. mittels einer Unterbrechung der Ablaufsteuerung gestartet.
  • In einem Schritt S21 wird festgestellt, ob die Temperatur des Brennstoffzellensystems geringer als eine zweite vorgegebene Temperatur, z. B. ein Gefrierpunkt von 0°C ist, oder nicht. Falls die Temperatur des Brennstoffzellensystems höher als die zweite vorgegebene Temperatur ist, wird festgestellt, dass das Wasser nicht gefroren ist und die Routine rückt zu einem Schritt S22 vor, um ein Anfahren des Brennstoffzellensystems entsprechend einem regulären Anfahrvorgang durchzuführen. Wenn andererseits die Temperatur des Brennstoffzellensystems gleich oder niedriger als die zweite vorgegebene Temperatur ist, rückt die Routine zu einem Schritt S23 vor. Auch im Schritt S23 werden die Hilfseinrichtungen, die die Ventile, den Kompressor, die Pumpen, usw. umfassen, angeschaltet.
  • In einem Schritt S23 wird das Luftdurchfluss-Steuerungs-/Regelungsventil 30b geöffnet und in einem Schritt S24 wird der Kompressor 2 betätigt, sodass die Zuführung von Luft zur Brennkammer 9 begonnen wird. In einem Schritt S25 wird das Wasserstoffdurchfluss-Steuerungs-/Regelungsventil 29b geöffnet, sodass die Zuführung von Wasserstoff zur Brennkammer 9 begonnen wird.
  • Als Nächstes hat in einem Schritt S26 eine Verbrennung in der Brennkammer 9 unter Verwendung der zugeführten Luft und des Wasserstoffs begonnen. Zu diesem Zeitpunkt werden Luft und Wasserstoff der Brennkammer 9 in einem Mischungsverhältnis zugeführt, bei dem die Verbrennungstemperatur gleich oder geringer als die Hitzebeständigkeitstemperatur der Brennkammer 9 und des Wärmetauschers 10 ist. Unterhalb der Hitzebeständigkeitstemperatur können die Brennkammer 9 und der Wärmetauscher 10 ohne Beschädigung oder Störung arbeiten. Danach wird in einem Schritt S27 die Kühlmittel-Pumpe 16, die als Antriebsquelle zur Rückzirkulation des Kühlmittels durch das Kühlmittelsystem dient, betätigt. Demzufolge wird das Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher 10 fließt und verwendet wird, um die Brennstoffzelle 17 zu kühlen, durch in der Brennkammer 9 erzeugtes Verbrennungsgas erhitzt.
  • 18 zeigt, wie das Befeuchtungssystem durch erhitztes Kühlmittel erwärmt wird. Das erhitzte Kühlmittel passiert den Kühlmittel-Durchlass 15, um den Wassertank 5 und widerum die Brennstoffzelle 17 zu erhitzen. Hierbei sind der Teil des Wasser-Durchgangs 11, in den Wasser vom Wasser-Ansaug-Abfluss 46 zurückkehrt und der Kühlmittel-Durchlass 15 in einem ausreichend kurzen Abstand und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, damit eine Wärmeübertragung stattfinden kann. Dabei kann das gefrorene Wasser (Eis), das sich im Wasser-Durchgang 11 durch den Druck im Innern des Wassertanks 5 angesammelt hat, durch das erhitzte Kühlmittel aufgetaut werden. In 8 sind der Wasser-Durchgang 11 und der Kühlmittel-Durchlass 15 nebeneinander von der Umgebung des Wasser-Ansaug-Abflusses 46 bis zum gegabelten Punkt 49 angeordnet.
  • Sobald das Auftauen des Wassers in der Brennstoffzelle 17, dem Wassertank 5 und des Wassers in der Umgebung des Wasser-Ansaug-Abflusses 46 auf diese Weise begonnen hat, rückt die Routine zu einem Schritt S28 vor, wobei eine Überwachung der Verbrennungsgas-Temperatur begonnen hat. Hierbei wird die Temperatur durch den Brennkammer-Temperatursensor 23, den Wärmetauscher-Temperatursensor 24 und den Verbrennungsgas-Temperatursensor 25 gemessen. In einem Schritt S29 erfolgt eine Ermittlung, ob irgendwelche Temperatur-Unregelmäßigkeiten, wie z. B. ein übermäßiger Anstieg bei der Verbrennungsgas-Temperatur, der Brennkammer-Temperatur oder der Wärmetauscher-Temperatur bestehen. Falls eine Temperatur-Unregelmäßigkeit besteht, rückt die Routine zu einem Schritt S30 vor, wo die Durchflussmengen des der Brennkammer 9 zugeführten Gases und des Kühlmittels eingestellt werden. Die Durchflussmengen-Einstellung wird in den Schritten S29 und S30 ausgeführt, bis ermittelt ist, dass der Erwärmungsvorgang ohne die Temperatur-Unregelmäßigkeiten normal ist, und wenn ermittelt wurde, dass der Erwärmungsvorgang normal ist, rückt die Routine zu einem Schritt S31 vor.
  • Im Schritt S31 wird entsprechend den gemessenen Temperaturen des Wasser-Durchgang-Temperatursensors 21 und Wassertank-Temperatursensors 22 ermittelt, ob das Wasser im Wasser-Durchgang 11 und Wassertank 5 gefroren ist oder nicht. Hierbei wird eine Ermittlung durchgeführt, ob die Temperatur des Wassers im Wasser-Durchgang 11 und im Wassertank 5 höher als eine Tau-Temperatur von ca. 0°C ist, oder nicht. Der Erwärmungsvorgang wird fortgesetzt, bis das Wasser im Wasser-Durchgang 11 und Wassertank 5 auftaut. Wenn ermittelt wurde, dass das Wasser im Wasser-Durchgang 11 und Wassertank 5 aufgetaut ist, rückt die Routine zu einem Schritt S32 vor.
  • Ab dem Schritt S32 wird eine Steuerung/Regelung, wie z. B. die in 9 gezeigte, durchgeführt, um die Spülluft abzuführen. Im Schritt S32 wird das Absperrventil 7 geöffnet. In einem Schritt S33 wird das Spülluft-Entlastungsventil 14b geöffnet. Das Spülluft-Entlastungsventil 14b befindet sich sogar nach dem Öffnen des Absperrventils 7 und des Spülluft-Entlastungsventils 14b in einer tieferen Position als ein augenblicklicher Wasserstand 67. Dadurch kann die im Spülluft-Rohr 3 und Spülluft-Entlastungsrohr 14a aufgestaute Spülluft vom Spülluft-Entlastungsventil 14b durch Wasser herausgedrückt werden. Der augenblickliche Wasserstand 67 im Wassertank 5 wird vom Pegel des angesammelten Wassers, bevor das Absperrventil 7 und das Spülluft-Entlastungsventil 14b geöffnet werden, im Wesentlichen um das Wasservolumen im Wasser-Durchgang 11 zwischen dem Wasser-Ansaug-Abflusses 46 und dem Spülluft-Entlastungsventil 14b reduziert.
  • In einem Schritt S34 wird ermittelt, ob die vom Spülluft-Entlastungsrohr-Temperatursensor 26 gemessene Temperatur im Wesentlichen gleich der vom Wasser-Durchgang-Temperatursensor 21 gemessene Temperatur ist, oder nicht. Mit anderen Worten wird ermittelt, ob die Temperatur des Wassers im Wasser-Durchgang 11 durch den Spülluft-Entlastungsrohr-Temperatursensor 26 erfasst wurde oder nicht. Falls eine Differenz zwischen der vom Spülluft-Entlastungsrohr-Temperatursensor 26 gemessenen Temperatur und der vom Wasser-Durchgang-Temperatursensor 21 gemessenen Temperatur besteht, dann wurde die Spülluft nicht vollständig abgeführt, und daher wird der Spülluft-Abführungsvorgang fortgesetzt. Wenn es im Schritt S34 im Wesentlichen keinen Unterschied zwischen den zwei gemessenen Temperaturen gibt, wird ermittelt, dass der Spülluft-Ausstoß abgeschlossen ist, nachdem Wasser bis zum Spülluft-Entlastungsrohr-Temperatursensor 26 gelangt ist und die Routine rückt zu einem Schritt S35 vor.
  • Als Nächstes wird eine Steuerung/Regelung durchgeführt, um von einem Anlaufbetrieb der Brennstoffzelle zu deren Normalbetrieb umzuschalten.
  • In einem Schritt S35 wird das Spülluft-Entlastungsventil 14b geschlossen. In einem Schritt S36 wird die Öffnung des Wasserdruck-Stellventils 20 so eingestellt, dass der Wasser-Durchgang 11 geöffnet wird. In einem Schritt S37 wird die Wasserpumpe 8 betätigt und das Wasser im Wassertank 5 beginnt, durch den Wasser-Durchgang 11 (wieder) rückzirkuliert zu werden. Daher wird, wie in 10 gezeigt, das im Wassertank 5 angesammelte Wasser den Einspritzdüsen 27, 28 zugeführt.
  • In einem Schritt S38 wird das Wasserstoffdurchfluss-Steuerungs-/Regelungsventil 29b geschlossen und das Wasserstoff-Steuerungs-/Regelungsventil 29a geöffnet und folglich wird Wasserstoffgas der Anode 17a der Brennstoffzelle 17 zugeführt. In einem Schritt S39 wird die Luftdurchfluss-Steuerungs-/Regelungsventil 30b geschlossen und das Luft-Steuerungs-/Regelungsventil 30a geöffnet, wodurch Luft der Kathode 17b der Brennstoffzelle 17 zugeführt wird. In einem Schritt S40 hat eine Befeuchtung des Wasserstoffgases und der Luft, die der Brennstoffzelle 17 von den Einspritzdüsen 27,28 zugeführt wurden, begonnen. Dadurch hat die Erzeugung von elektrischer Energie in der Brennstoffzelle 17 begonnen und folglich wird in einem Schritt S41 elektrische Energie aus der Brennstoffzelle 17 entnommen. In einem Schritt S42 werden die Durchflussmengen von Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser, die der Brennstoffzelle 17 zugeführt wurden, entsprechend dieser elektrischen Energie eingestellt. Von nun an endet der Anlaufvorgang und ein Normalbetrieb beginnt.
  • Die Effekte des auf die oben beschriebene Weise errichteten und gesteuerten/geregelten Brennstoffzellensystems sind wie folgt.
  • Das Brennstoffzellensystem weist das Spülluft-Versorgungsventil 4 zur Zuführung von Spülluft zum Wasser-Durchgang 11, die Wasserpumpe 8, die als Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung dient und das Absperrventil 7 auf, um Wasser daran zu hindern, zumindest in die Wasserpumpe 8 im Wasser-Durchgang 11 zu fließen. Wenn Das Brennstoffzellensystem abgeschaltet wird, wird Spülluft in einem weiteren Bereich als dem Blockierungsbereich durch das Absperrventil 7 zugeführt, wobei der Wasser-Durchgang 11 durch das Absperrventil 7 blockiert ist. Folglich wird eine Luftschicht zwischen dem Wasser und dem Absperrventil 7 ausgebildet, sodass Wasser daran gehindert werden kann, um die Wasserpumpe 8 und das Absperrventil 7 herum zu gefrieren. Dadurch kann eine durch ein Einfrieren verursachte Verschlechterung bei der Leistung der Wasserpumpe 8, die als Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung dient, und des Absperrventils 7 verhindert werden.
  • Insbesondere dichtet eine Dichtungsvorrichtung, die das Absperrventil 7, Druck-Stellventil 20, Abflussventil 42, Spülluft-Entlastungsventil 14b und das Spülluft-Zuführungsventil 4 aufweist, die Spülluft im Innern des Wasser-Durchgangs 11 ab. Daher weist das Brennstoffzellensystem eine Abdichtungsvorrichtung auf, um zwischen einem hermetisch abgeschlossenen Zustand, in einem Bereich, der zumindest die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung (Wasserpumpe 8) umfasst, und einen nicht-hermetisch abgeschlossenen Zustand des Wasser-Durchgangs 11 umzuschalten, und daher kann eine Leistungsverschlechterung aufgrund des Gefrierens der Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung verhindert werden. Eine Verschlechterung in der Leistung der Abdichtungsvorrichtungs-Ventils (in dieser Ausführungsform das Absperrventil 7) aufgrund des Gefrierens wird ebenfalls durch Ausbildung eine Luftschicht zwischen dem Abdichtungsvorrichtungs-Ventil und dem Wasser, das zum Wassertank 5 gespült wird, unterdrückt.
  • Das Brennstoffzellensystem weist ferner eine Frost-Erfassungsvorrichtung, in diesem Fall den Wasser-Durchgang-Temperatursensor 21, auf, um die Möglichkeit des Gefrierens von Wasser zu ermitteln, und Spülluft wird dem Wasser-Durchgang 11 nur zugeführt, wenn die Steuerungs-/Regelungseinheit 48 die Möglichkeit des Gefrierens von Wasser ermittelt. Demzufolge können Energie und Wasserverbrauch reduziert werden.
  • Solange der Wasser-Ansaug-Abfluss 46 zum Einführen von Wasser in den Wasser-Durchgang 11 vom Wassertank 5 im unteren Bereich des Wassertanks 5 ausgebildet ist und die Wasserpumpe 8 oberhalb des Wasser-Ansaug-Abflusses 46 angeordnet ist, kann darüber hinaus die Luftschicht zwischen dem Absperrventil 7 und dem Wasser zuverlässig ausgebildet werden.
  • Da die Wasserpumpe 8 am Scheitelbereich 12a des konvexen Rohrs 12 angeordnet ist und der Wasser-Ansaug-Abfluss 46 an einem Ende des Bodenbereichs 12b ausgebildet ist, kann außerdem zumindest der Scheitelbereich 12a als der Bereich eingerichtet werden, in dem ein Wasser-Zustrom vom Absperrventil 7 blockiert wird. Demzufolge kann die Luftschicht zuverlässig zwischen dem Absperrventil 7 und dem Wasser ausgebildet werden, sodass ein Verschleiß des Absperrventils 7 aufgrund eines Einfrierens zuverlässig verhindert werden kann.
  • Durch Verbinden des Spülluft-Rohrs 3 mit dem Scheitelbereich 12a wird Spülluft vom oberen Scheitelbereich 12a dem unteren Bodenbereich 12b zugeführt. Daher kann eine Wasserbeseitigung effizient durchgeführt werden.
  • Während einem Anfahren des Brennstoffzellensystems wird festgestellt, ob die Temperatur in der Umgebung des Spülluft-Entlastungsventils 14b und die Wassertemperatur im Bodenbereich 12b auf der Seite des Wassertanks 5 im Wesentlichen gleich sind oder nicht. Daher kann die Beendigung des Spülluft-Ausstoßes einfach ermittelt werden.
  • Das Brennstoffzellensystem weist auch die Brennkammer 9 und den Wärmetauscher 10 auf, um das Kühlmittel im Innern des Kühlmittel-Durchlasses 15 zu erhitzen und zumindest ein Teil des Wasser-Durchgangs 11 und ein Teil des Kühlmittel-Durchlasses 15 sind nebeneinander angeordnet. Daher kann während eines Startvorgangs, wenn das Wasser im Innern des Systems gefroren ist, zumindest ein Teil des Wasser-Durchgangs 11 erwärmt werden. Demzufolge kann das Wasser, das durch den Wasser-Durchgang 11 fließt, daran gehindert werden, während dem Startvorgang wieder zu gefrieren. Da insbesondere ein Teil des Wasser-Durchgangs 11, in den Wasser vom Wassertank 5 zurückkehrt, nachdem das Absperrventil geschlossen wurde, und der Kühlmittel-Durchlass 15 nebeneinander angeordnet sind, kann das Wasser, das in den Wasser-Durchgang 11 fließt, leicht aufgetaut werden.
  • Durch Anordnung eines Teils des Kühlmittel-Durchlasses 15 im Innern des Wassertanks 5 und Einstellen der Kühlmittel-Temperatur während dem Anlaufvorgang des Brennstoffzellensystems kann ferner das gefrorene Wasser im Innern des Wassertanks 5 aufgetaut werden.
  • Ein Teil des Wasser-Durchgangs 11 wird durch das konvexe Rohr 12 gebildet, die Wasserpumpe 8, die als Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung dient, ist am Scheitelbereich 12a des konvexen Rohrs 12 angeordnet und die Zuführungsöffnung 3a zur Zuführung von Spülluft in den Wasser-Durchgang 11 ist am Scheitelbereich 12a ausgebildet. Demzufolge kann das Wasser in dem Teil, in dem die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung angeordnet ist, effektiv beseitigt werden.
  • Mit Bezug auf 11 wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. 11 zeigt die Konfiguration eines Brennstoffzellensystems gemäß der zweiten Ausführungsform. 11 veranschaulicht einen abgedichteten Gaszustand, bei dem das Wasser im innern des Wasser-Durchgangs 11 ausgestoßen wird, wenn eine Möglichkeit des Einfrierens nach einem Abschaltvorgang des Brennstoffzellensystems besteht.
  • Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Bodenbereich 12c und der senkrechte Bereich 12e des Wasser-Durchgangs 11, die zwischen der Wasserpumpe 8 und dem gegabelten Bereich 49 in 3 positioniert sind, entfernt wurden, sodass der Scheitelbereich 12a sich entlang der entgegengesetzten Seite des Wassertanks 5 erstreckt und mit dem gegabelten Bereich 49 verbunden ist. Ansonsten ist der Aufbau zur ersten Ausführungsform identisch.
  • Der Wasser-Durchgang 11 ist in einem Rohr-Aufbau eingerichtet, der ein ansteigendes Gefälle vom Wasser-Ansaug-Abfluss 46 zum gegabelten Bereich 49 hat. Daher ist der Wasser-Ansaug-Abfluss 46 am tiefsten Punkt positioniert und das Absperrventil 7, die Wasserpumpe 8 und ein Gabelungspunkt 49 sind an einer höheren Stelle als der Wasser-Ansaug-Abfluss 46 positioniert. Hierbei sind das Absperrventil 7, die Wasserpumpe 8 und der Gabelungspunkt 49 im Wesentlichen auf gleicher Höhe ausgebildet.
  • Daher ist der Aufbau des Wasser-Durchgangs 11 einfacher als in der ersten Ausführungsform und demzufolge kann ein Wasserdruckverlust reduziert und ein Energieverbrauch der Wasserpumpe 8 reduziert werden.
  • Nun wird mit Bezug auf 12 eine dritte Ausführungsform beschrieben. 12 zeigt einen Aufbau eines in der dritten Ausführungsform verwendeten Brennstoffzellensystems. 12 veranschaulicht einen abgedichteten Gaszustand, bei dem das Wasser im Innern des Wasser-Durchgangs 11 ausgestoßen wird, wenn eine Möglichkeit des Gefrierens nach einem Abschaltvorgang des Brennstoffzellensystems besteht.
  • In dieser Ausführungsform ist der Kühlmittel-Durchgang 15 über eine längere Distanz längs dem Wasser-Durchgang 11 angeordnet, als in der zweiten Ausführungsform. Zuerst wird der Kühlmittel-Durchlass 15 vom Wasser-Ansaug-Abfluss 49 zu den Einspritzdüsen 27, 28 längs dem Wasser-Durchgang 11 angeordnet. Danach wird der Kühlmittel-Durchlass 15, der sich von der Brennstoffzelle 17 erstreckt, längs dem Wasser-Durchgang 11, der sich von den Einspritzdüsen 27, 28 zum Wassertank 5 erstreckt, angeordnet. Der Kühlmittel-Durchlass 15, der längs dem Wasser-Durchgang 11 bis zur Umgebung des Wassertanks 5 angeordnet ist, ist an den Wärmetauscher 10 angeschlossen und daher erhitzt der Wärmetauscher 10 während einem Anlaufvorgang des Brennstoffzellensystems das Kühlmittel, das durch den Kühlmittel-Durchlass 15 fließt. Ferner führt der Kühlmittel-Durchlass 15, der sich vom Wärmetauscher 10 erstreckt, durch den Innenbereich des Wassertanks 5, sodass das Wasser im Innern des Wassertanks 5 vom erhitzten Kühlmittel erwärmt wird.
  • Durch eine derartige Anordnung des Kühlmittel-Durchlasses 15 im Wesentlichen längs des gesamten Wasser-Durchgangs 11 wird der Wasser-Durchgang 11 durch das Kühlmittel erwärmt, das vom Wärmetauscher 10 erhitzt wird. Demgemäß kann die Temperatur des Wasser-Durchgangs 11 angehoben werden, selbst wenn die Temperatur des Wasser-Durchgangs 11 nach einem Abschaltvorgang des Brennstoffzellensystems abgefallen ist und das erneute Einfrieren des Wassers, das vom Wassertank 5 zurück in den Wasser-Durchgang 11 geflossen ist, nachdem das Absperrventil 7 geschlossen wurde, zuverlässig unterdrückt werden.
  • Mit Bezug auf 13 wird nun eine vierte Ausführungsform beschrieben. 13 zeigt den Aufbau eines in der vierten Ausführungsform verwendeten Brennstoffzellensystems. 13 veranschaulicht einen abgedichteten Gaszustand, bei dem das Wasser im Innern des Wasser-Durchgangs 11 ausgestoßen wird, wenn nach einem Abschaltvorgang des Brennstoffzellensystems eine Möglichkeit des Einfrierens besteht.
  • Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Bodenbereich 12b des Wasser-Durchgangs 11 zwischen dem Wassertank 5 und dem Absperrventil 7 in 3 entfernt wurde und der stromaufwärtsseitige senkrechte Bereich 12d ist im Innenbereich des Wassertanks 5 ausgebildet. Der stromaufwärtsseitige senkrechte Bereich 12d des Wasser-Durchgangs 11 wird durch ein Rohr 46b gebildet, das sich innerhalb des Wassertanks 5 vom Wasser-Ansaug-Abfluss 46 nach oben erstreckt. Das Absperrventil 7 und die Wasserpumpe 8 sind am Scheitelbereich 12a angeordnet. Hierbei sind der Auslass-Teil des Wasser-Durchgangs 11 vom Wassertank 5, das Absperrventil 7 und die Wasserpumpe 8 im Wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet.
  • Eine vom Wassertank-Temperatursensor 22 gemessene Temperatur wird zu diesem Zeitpunkt in den Ablaufdiagrammen in 2 und 7 anstelle einer vom Wasser-Durchgang-Temperatursensor 21 gemessenen Temperatur verwendet.
  • Auf diese Weise ist der Wasser-Ansaug-Abfluss 46 im Innenbereich des Wassertanks 5 ausgebildet und ein Teil des Wasser-Durchgangs 11 wird durch das Rohr 46b gebildet, das sich vom Wasser-Ansaug-Abfluss 46 im Innern des Wassertanks 5 nach oben erstreckt. Daher kann der Aufbau des Wasser-Durchgangs 11 vereinfacht werden. Folglich kann ein Wasserdruckverlust reduziert und ein Energieverbrauch durch die Wasserpumpe 8 reduziert werden.
  • Obwohl die Erfindung zuvor mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Modifikationen und Variationen dieser oben beschriebenen Ausführungsformen werden dem Durchschnittsfachmann angesichts der obigen Lehre einleuchten. Der Umfang der Erfindung ist mit Bezug auf die anliegenden Ansprüche definiert.

Claims (17)

  1. Brennstoffzellensystem mit einer Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Energie unter Verwendung von Brenngas und sauerstoffhaltigem Gas: – mit einer Befeuchtungsvorrichtung (27, 28) zum Befeuchten entweder des Brenngases oder des sauerstoffhaltigenden Gases, die der Brennstoffzelle (17) zugeführt werden; – mit einem Wassertank (5) zur Speicherung des bei der Befeuchtung von der Befeuchtungsvorrichtung verwendeten Wassers; – mit einem Wasser-Durchgang (11), durch den Wasser vom Wassertank zur Befeuchtungsvorrichtung fließt; – mit einer Wasser-Beseitigungsvorrichtung (2, 3, 3a, 4) zur Zuführung von Spülgas zum Wasser-Durchgang, um so das Wasser im Wasser-Durchgang zu beseitigen; – mit einer Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung (8), um den Durchlass von Wasser durch den Wasser-Durchgang zu ermöglichen, wobei die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung am Wasser-Durchgang (11) angeordnet ist; – mit einem Absperrventil (7) zum Blockieren des Wasser-Durchganges, sodass kein Wasser vom Wassertank in die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung fließt, wobei das Absperrventil (7) zwischen dem Wassertank (5) und der Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung (8) vorgesehen ist; – mit einem Wasser-Ansaug-Auslass (46), um Wasser vom Wassertank (5) in den Wasser-Durchgang (11) einfließen zu lassen, wobei das Absperrventil (7) in einer höheren Position als der Wasser-Ansaug-Auslass angeordnet ist; und – mit einer Steuerungs-/Regelungseinheit (48), die an die Wasser-Beseitigungsvorrichtung, die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung und das Absperrventil elektrisch angeschlossen ist, um einen Abschaltvorgang des Brennstoffzellensystems zu steuern/zu regeln, wobei die Steuerungs-/Regelungseinheit arbeitet, um: – das Absperrventil (7) zu steuern/zu regeln, um die Wasser-Beseitigungsvorrichtung (2, 3, 3a, 4) zu öffnen und zu steuern/zu regeln, um eine Zuführung von Spülgas zum Wasser-Durchgang zu starten, wenn ein Abschaltvorgang des Brennstoffzellensystems beginnt; und – das Absperrventil (7) zu steuern/zu regeln, um den Wasser-Durchgang zu blockieren, nachdem eine vorgegebene Zeitspanne im Anschluss an den Start der Zuführung von Spülgas verstrichen ist, und die Wasser-Beseitigungsvorrichtung (2, 3, 3a, 4) zu steuern/zu regeln, um die Zuführung von Spülgas anzuhalten, nachdem der Wasser-Durchgang vom Absperrventil (7) blockiert wurde, – wobei Spülgas zwischen dem Absperrventil (7) und der Wasseroberfläche (63) des Wassers, das vom Wassertank (5) zum Wasser-Durchgang (11) zurückkehrt, eingeschlossen wird, nachdem das Absperrventil (7) den Wasser-Durchgang (11) blockiert hat.
  2. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1, das ferner einen Sensor (21, 22) zum Erfassen einer Temperatur des Wassers im Innern des Brennstoffzellensystems aufweist, wobei die Steuerungs-/Regelungseinheit (48) ferner arbeitet, um: – die Wassertemperatur und eine vorgegebene Temperatur zu vergleichen; und – die Wasser-Beseitigungsvorrichtung nur dann zu steuern/zu regeln, wenn die Wassertemperatur die vorgegebene Temperatur übersteigt, um Spülgas zum Wasser-Durchgang zu fördern.
  3. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1, wobei die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung (8) in einer höheren Position als der Wasser-Ansaug-Abfluss angeordnet ist.
  4. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 3, wobei: – der Wasser-Durchgang (11) mit einem Bodenbereich (12b), der mit dem Wasser-Absaug-Auslass (46) verbunden ist, einem Scheitelbereich (12a), der höher als der Bodenbereich positioniert ist und einem Teil (12d) versehen ist, um den Bodenbereich und den Scheitelbereich zu verbinden; und – wobei die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung und eine Zuführungsöffnung (3a), der Spülgas zugeführt wird, am Scheitelbereich (12a) angeordnet sind.
  5. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 4, worin der Wasser-Durchgang (11) ein Wasser-Durchgangsrohr (49b), auf dem die Befeuchtungsvorrichtung (27, 28) angeordnet ist, und einen gegabelten Bereich (49) zwischen dem Wasser-Durchgangsrohr (49b), das sich nach oben erstreckt, und einem Abfluss- Seitenrohr (49a), das sich vom gegabelten Bereich (49) nach unten erstreckt, aufweist, wobei der gegabelte Bereich (49) an einem Ende des Scheitelbereichs (12a) an der dem Wassertank gegenüberliegenden Seite positioniert ist und ein Abflussventil (42) am Abfluss-Seitenrohr (49a) angeordnet ist, um das Wasser im Innern des Wasser-Durchganges abzuleiten.
  6. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 4, wobei der Wasser-Durchgang (11) ferner mit einem zweiten Bodenbereich (12c), der tiefer als der Scheitelbereich (12a) positioniert ist und einem Teil (12e) versehen ist, das den zweiten Bodenbereich (12c) und den Scheitelbereich (12a) verbindet und wobei der Wasser-Durchgang (11) aufweist: – ein Wasser-Durchgangsrohr (49b), an dem die Befeuchtungsvorrichtung (27, 28) angeordnet ist und einen gegabelten Bereich (49) zwischen dem Wasser-Durchgangsrohr (49b), das sich nach oben erstreckt und einem Abfluss-Seitenrohr (49a), das sich vom gegabelten Bereich (49) nach unten erstreckt, wobei der gegabelte Bereich (49) an einem Ende des zweiten Bodenbereichs (12c) positioniert ist, und einem Abflussventil (42) zum Ablassen des Wassers im Innern des Wasser-Durchganges am Abfluss-Seitenrohr (49a) angeordnet ist.
  7. Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, worin eine Spülgas-Entlastungsvorrichtung (14a, 14b) zur Freigabe von Spülgas vom Wasser-Durchgang ein Entlastungsrohr (14a), durch das Spülgas fließt und ein Gas-Entlastungsventil (14b) aufweist, das am Abgaberohr positioniert ist, an den Scheitelbereich (12a) des Wasser-Durchganges angeschlossen ist.
  8. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 7, das ferner aufweist: – einen Wasser-Durchgang-Temperatursensor (21) zum Messen einer Temperatur des Wassers im Wasser-Durchgang (11), weiter in Richtung der Seite des Wassertanks (5) als das Absperrventil (7); und – einen Spülgas-Entlastungsrohr-Temperatursensor (26), der in der Umgebung des Spülgas-Entlastungsventils angeordnet ist, – worin die Steuerungs-/Regelungseinheit (48) elektrisch an die Spülgas-Entlastungsvorrichtung (14a, 14b), den Wasser-Durchgang-Temperatursensor (21) und den Spülgas-Entlastungsrohr-Temperatursensor (26) angeschlossen ist und einen Anlaufvorgang des Brennstoffzellensystems steuert/regelt, – wobei die Steuerungs-/Regelungseinheit ferner arbeitet, um: – die Spülgas-Entlastungsvorrichtung (14a, 14b) zu steuern/zu regeln, um Spülgas vom Wasser-Durchgang freizugeben, wenn ein Anlaufvorgang des Brennstoffzellensystems beginnt; – eine vom Spülgasrohr-Temperatursensor erfasste Temperatur mit einer vom Wasser-Durchgang-Temperatursensor erfassten Temperatur zu vergleichen; und – die Freigabe von Spülgas durch die Spülgas-Entlastungsvorrichtung (14a, 14b) zu stoppen, wenn ermittelt wird, dass die vom Spülgasrohr-Temperatursensor erfasste Temperatur und die vom Wasser-Durchgang- Temperatursensor erfasste Temperatur im Wesentlichen gleich sind.
  9. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 3, worin der Wasser-Absaug-Auslass (46) im Innenbereich des Wassertanks (5) ausgebildet ist, und – der Wasser-Durchgang (11) mit einem Rohr (46b) versehen ist, das sich im Innern des Wassertanks vom Wasser-Absaug-Auslass nach oben erstreckt.
  10. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 1, das aufweist: – einen Kühlmittel-Durchgang (15), durch den ein Kühlmittel zum Anpassen einer Temperatur des Brennstoffzellensystems fließt; – eine Brennkammer (9) zum Verbrennen von Brennstoff, der Wasserstoffatome enthält, um ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas zu erzeugen; und – einen Wärmetauscher (10) zum Erhitzen des Kühlmittels unter Verwendung des von der Brennkammer erzeugten Verbrennungsgases, – worin mindestens ein Teil des Wasser-Durchgangs (11) und ein Teil des Kühlmittel-Durchgangs (15) im Wesentlichen parallel angeordnet sind, sodass Wärme vom Kühlmittel-Durchgang (15) zum Wasser-Durchgang (11) transferiert wird.
  11. Brennstoffzellensystem gemäß Anspruch 10, worin ein Teil des Kühlmittel-Durchlasses (15) im Innern des Wassertanks (5) angeordnet ist, um eine Temperatur des Wassers im Innern des Wassertanks anzupassen.
  12. Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung (8) zwischen dem Absperrventil (7) und der Befeuchtungsvorrichtung (27, 28) angeordnet ist.
  13. Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, worin der Wasser-Durchgang (11) sich von einem Wasser-Absaug-Auslass (46), der im unteren Bereich des Wassertanks (5) vorgesehen ist, zu einer Wasser-Sammelöffnung (56), die im oberen Bereich des Wassertanks (5) vorgesehen ist, erstreckt und der Wassertank (5) ein Gas-Entlastungsventil (6) aufweist, das geeignet ist, das Spülgas, das den Wassertank (5) erreicht hat, durch den Wasser-Durchgang (11) auszugeben.
  14. Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die Wasser-Beseitigungsvorrichtung (2, 3, 3a, 4), Spülgas in einem weiteren Umfang als einem Blockierungsumfang des Absperrventils (7) zuführt, bevor der Wasser-Durchgang (11) vom Absperrventil (7) blockiert ist, wobei der Wasser-Durchgang (11) vom Absperrventil (7) blockiert ist.
  15. Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner ein Wasserdruck-Stellventil (20) aufweist, worin das Wasserdruck-Stellventil (20) und das Absperrventil (7) geschlossen werden, um das in den Wasser-Durchgang (11) geförderte Spülgas hermetisch einzuschließen.
  16. Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die festgelegte Zeitspanne eine erforderliche Zeitspanne ist, um Wasser vom Wasser-Durchgang (11) durch die Zuführung von Spülgas auszustoßen.
  17. Steuerungs-/Regelungsverfahren zur Steuerung/Regelung eines Brennstoffzellensystems, das eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Energie unter Verwendung von Brenngas und sauerstoffhaltigem Gas; eine Befeuchtungsvorrichtung (27, 28) zum Befeuchten entweder des Brenngases oder des Sauerstoff führenden Gases, die der Brennstoffzelle (17) zugeführt werden; einen Wassertank (5) zur Speicherung des bei der Befeuchtung von der Befeuchtungsvorrichtung verwendeten Wassers; einen Wasser-Durchgang (11), durch den Wasser vom Wassertank zur Befeuchtungsvorrichtung fließt; eine Wasser-Beseitigungsvorrichtung (2, 3, 3a, 4) zur Zuführung von Spülgas zum Wasser-Durchgang, um so das Wasser im Wasser-Durchgang zu beseitigen; eine Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung (8), um den Durchtritt von Wasser durch den Wasser-Durchgang zu ermöglichen; [und] ein Absperrventil (7) zum Blockieren des Wasser-Durchganges aufweist, sodass kein Wasser vom Wassertank in die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung fließt, wobei die Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung am Wasser-Durchgang 11, und das Absperrventil zwischen dem Wassertank (5) und der Wasser-Rückzirkulationsvorrichtung (8) vorgesehen ist; und einen Wasser-Ansaug-Abfluss (46) hat, um Wasser vom Wassertank (5) in den Wasser-Durchgang (11) einfließen zu lassen, wobei das Absperrventil (7) in einer höheren Position als der Wasser-Ansaug-Abfluss angeordnet ist; wobei das Steuerungs-/Regelungsverfahren folgende Schritte aufweist: – Steuern/Regeln, um das Absperrventil (7) zu öffnen, wenn ein Abschaltvorgang des Brennstoffzellensystems beginnt; – Steuern/Regeln der Wasser-Beseitigungsvorrichtung (2, 3, 3a, 4), um eine Zuführung von Spülgas zum Wasser-Durchgang zu starten, wenn der Abschaltvorgang des Brennstoffzellensystems beginnt; – Steuern/Regeln des Absperrventils (7), um den Wasser-Durchgang zu blockieren, nachdem eine vorgegebene Zeitspanne, die dem Start der Zuführung von Spülgas folgt, verstrichen ist; – und Steuern/Regeln der Wasser-Beseitigungsvorrichtung (2, 3, 3a, 4), um die Zuführung von Spülgas anzuhalten, nachdem der Wasser-Durchgang vom Absperrventil (7) blockiert wurde, – wobei Spülgas zwischen dem Absperrventil (7) und der Wasseroberfläche (63) des Wassers, das vom Wassertank (5) zum Wasser-Durchgang (11) zurückkehrt, eingeschlossen wird, nachdem das Absperrventil (5) den Wasser-Durchgang (11) blockiert hat.
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