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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzeilensystems gemäß der im Oberbegriff von Anspruch 7 näher definierten Art. Letztlich betrifft die Erfindung ferner die Verwendung eines solchen Brennstoffzeilensystems und/oder des Verfahrens.
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Brennstoffzellensysteme sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie können beispielsweise zur Erzeugung von elektrischer Leistung, vorzugsweise elektrischer Antriebsleistung, in Fahrzeugen eingesetzt werden. Derartige Brennstoffzellensysteme nutzen als Brennstoffzellen häufig sogenannte PEM-Brennstoffzellen, bei denen die Anode und die Kathode durch eine Protonenaustauschmembran als „Elektrolyt voneinander getrennt sind. Die Brennstoffzellen selbst werden im Allgemeinen aus einer Vielzahl von Einzelzellen aufgestapelt und werden als Brennstoffzellenstapel oder Brennstoffzellenstack bezeichnet.
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Zum Betrieb der Brennstoffzelle wird dieser anodenseitig typischerweise Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Gas zugeführt. Kathodenseitig ist die Zufuhr von Luft als Sauerstofflieferant allgemein bekannt und üblich. Um eine ausreichende Leistungsdichte der Brennstoffzellen zu erreichen, wird die Luft dabei mit einem Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck dem sogenannten Kathodenraum der Brennstoffzelle zugeführt. Die durch die Luftfördereinrichtung auf ein höheres Druckniveau verdichtete Luft wird bei der Verdichtung aufgeheizt. Die Luft steht nach dem Verdichter somit als vergleichsweise heiße und trockene Zuluft zur Verfügung. Nun ist es jedoch so, dass die Protonenaustauschmembran in der Brennstoffzelle vergleichsweise empfindlich gegen zu hohe Temperaturen und zu trockene Betriebsmedien sind. Aus der
DE 10 2007 003 144 A2 ist es daher bekannt, die heiße Zuluft nach der Luftfördereinrichtung über einen von Zuluft auf der einen Seite und Abluft auf der anderen Seite durchströmten Ladeluftkühler durch die Abluft abzukühlen und danach über einen Befeuchter, welcher beispielsweise als Hohlfaser- oder Plattenmembranbefeuchter ausgebildet sein kann, entsprechend zu befeuchten. Der Befeuchter ist dabei als Gas/Gas-Befeuchter ausgebildet. Auf der einen Seite seiner Membranen strömt die nach dem Ladeluftkühler abgekühlte aber immer noch trockene Zuluft, auf der anderen Seite strömt die Abluft aus der Brennstoffzelle, welche mit dem in der Brennstoffzelle entstehenden Produktwasser in Form von Wasserdampf sowie gegebenenfalls flüssigen Tröpfchen beladen ist. Durch die für Wasserdampf durchlässigen Membranen des Gas/Gas-Befeuchters befeuchtet die Feuchtigkeit in der Abluft die trockene Zuluft, sodass diese nach Ladeluftkühler und Befeuchter abgekühlt und befeuchtet dem Kathodenraum der Brennstoffzelle zugeführt werden kann.
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Dieser Aufbau des Brennstoffzellensystems funktioniert im herkömmlichen Betrieb bei den üblichen Betriebstemperaturen einer PEM-Brennstoffzelle von etwa 70 bis 90°C hervorragend. Bei geringeren Betriebstemperaturen, und insbesondere bei geringen Umgebungstemperaturen, wie sie beispielsweise nach dem Start eines Brennstoffzellensystems bei niedrigen Außentemperaturen, insbesondere bei Außentemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts, vorkommen, führt der beschriebene Aufbau des Brennstoffzellensystems nun jedoch zu erheblichen Problemen. Eine niedrige Temperatur im Bereich des Befeuchters, insbesondere durch eine noch sehr niedrige Temperatur der aus dem Kathodenraum in den Befeuchter strömenden Abluft, führt zu einem starken Eintrag von Feuchtigkeit in die Zuluft, welche dort aufgrund der vergleichsweise niedrigen Temperaturen kondensiert und bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts einfrieren und Teile des Befeuchters blockieren kann. Vergleichbares gilt für die weiterströmende mit Feuchtigkeit und insbesondere mit flüssigem Wasser beladene Luft, welche in der Brennstoffzelle gasführende Kanäle blockieren und/oder überschwemmen kann. Wenn einzelne Bereiche und/oder Zellen durch Wasser blockiert und nicht mehr von Sauerstoff erreicht werden, führt dies zu erheblichen elektrischen Problemen im Bereich der Brennstoffzelle und verschlechtert deren Startperformance stark.
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Es ist die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung ein Brennstoffzellensystem anzugeben, welches diese Nachteile vermeidet, und welches einen einfachen effizienten und zuverlässigen Start mit einem hohen Wirkungsgrad der Gasbefeuchtung gewährleistet, ohne dass die Gefahr einer starken Auskondensation von Wasser im Bereich des Befeuchters und/oder des Kathodenraums der Brennstoffzelle besteht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Außerdem löst ein Verfahren mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 7 diese Aufgabe. Im Anspruch 10 ist ferner eine bevorzugte Verwendung angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Brennstoffzellensystems und des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem ist es vorgesehen, dass abluftseitig neben der üblichen Leitungsführung mit einem ersten Leitungselement, welches den Abluftausgang des Kathodenraums mit dem Ablufteingang des Befeuchters verbindet und einem zweiten Leitungselement, welches den Abluftausgang des Befeuchters mit dem Ablufteingang des Ladeluftkühlers verbindet, sowie einem dritten Leitungselement, welches den Abluftausgang des Ladeluftkühlers zumindest mittelbar mit der Umgebung verbindet, eine alternative Möglichkeit zur Strömungsführung vorgesehen ist. Diese besteht im Wesentlichen aus einem vierten Leitungselement, welches den Abluftausgang des Kathodenraums mit dem Ablufteingang des Ladeluftkühlers verbindet, einem fünften Leitungselement, welches den Abluftausgang des Ladeluftkühlers mit dem Ablufteingang des Befeuchters verbindet, sowie einem sechsten Leitungselement welches den Abluftausgang des Befeuchters zumindest mittelbar mit der Umgebung verbindet. Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem sind außerdem Ventileinrichtungen vorgesehen, durch welche wahlweise das erste Leitungselement, das zweite Leitungselement und das dritte Leitungselement oder das vierte Leitungselement, das fünfte Leitungselement und das sechste Leitungselement als Strömungsweg für Abluft aus dem Kathodenraum der Brennstoffzelle einstellbar sind.
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Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem schafft also einen ersten Strömungsweg für die Abluft, welcher dem aus dem Stand der Technik bekannten Strömungsweg entspricht. Über weitere Leitungselemente und Ventileinrichtungen ist ein zweiter Strömungsweg wählbar, welcher die Abluft aus dem Kathodenraum der Brennstoffzelle zuerst durch den Ladeluftkühler schickt, in dessen Bereich die Abluft deutlich erwärmt wird und hierdurch die Zuluft auf der anderen Seite des Ladeluftkühlers abkühlt. Die so vorgewärmte Abluft gelangt dann in den Befeuchter und stellt, anders als bei dem Aufbau gemäß dem Stand der Technik, vorzugsweise in Situationen mit geringer Betriebstemperatur des Brennstoffzellensystems, also insbesondere in Startsituationen des Brennstoffzellensystems, eine deutlich wärmere Abluft in dem Befeuchter zur Verfügung. Hierdurch wird die Gefahr einer Auskondensation von Wasser deutlich verringert und die Gefahr einer eventuellen Eisbildung im Bereich des Befeuchters und damit auch des Kathodenraums der Brennstoffzelle wird deutlich verringert. Es entsteht also insbesondere während eines Kaltstarts unter Gefrierbedingungen weniger flüssiges Wasser und Eis in dem Befeuchter. Hierdurch werden keine gasführenden Abschnitte in dem Befeuchter und/oder dem Kathodenraum der Brennstoffzelle verstopft. Der Druckverlust gegenüber herkömmlichen Aufbauten in der gleichen Betriebssituation wird somit deutlich verringert. Außerdem wird der Wirkungsgrad des Befeuchters durch eine höhere Temperatur verbessert, da dieser Wirkungsgrad in etwa linear von der Eingangstemperatur des feuchteliefernden Mediums abhängt. Die Befeuchtung wird somit verbessert und eine längere Lebensdauer der Protonenaustauschmembranen in der Brennstoffzelle kann erzielt werden.
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Insgesamt lässt sich das Brennstoffzellensystem daher effizienter und schneller bei niedrigen Umgebungstemperaturen starten. Die Akzeptanz des Systems bei einem Nutzer, insbesondere beim Einsatz des Brennstoffzellensystems in einem Fahrzeug, lässt sich dadurch gegenüber Systemen, welche für einen Kaltstart eine längere Zeit benötigen, steigern.
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Wenn das Brennstoffzellensystem dann seine vorgesehene Betriebstemperatur erreicht, ist eine hohe Temperatur am Ablufteingang des Befeuchters nicht mehr unbedingt erwünscht, da dies eine hohe Belastung der Membranen des typischerweise als Membranbefeuchter ausgebildeten Gas/Gas-Befeuchters verursacht. In diesen Situationen kann dann in den herkömmlichen Aufbau zurückgeschaltet werden und das Brennstoffzellensystem kann während des regulären Betriebs in an sich bekannter Art und Weise effizient und zuverlässig betrieben werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems sieht es nun vor, dass ein Brennstoffzellensystem in einem Aufbau, wie er oben bereits beschrieben worden ist, nun so betrieben wird, dass beim Start des Brennstoffzellensystems bis zum Erreichen einer vorgegebenen Grenztemperatur, welche typischerweise in der Größenordnung von 20 bis 50°C liegen wird, ein Betrieb in der Art erfolgt, dass die Abluft aus dem Kathodenraum zuerst den Ladeluftkühler und anschließend den Befeuchter durchströmt, und dass nach dem Überschreiten der Grenztemperatur zuerst der Befeuchter und dann der Ladeluftkühler von der Abluft durchströmt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die entsprechenden Vorteile analog zu der obigen Beschreibung des Brennstoffzellensystems erzielen.
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Sowohl der erfindungsgemäße Aufbau des Brennstoffzellensystems als auch das Verfahren zum Betreiben eines derartigen Brennstoffzellensystems spielt seine besonderen Vorteile dann aus, wenn das Brennstoffzellensystem häufig gestartet werden muss. Dies gilt insbesondere dann, wenn hierbei die Temperaturen häufig sehr niedrig, beispielsweise um den oder unterhalb des Gefrierpunkts sind. Ein derartiger Einsatzzweck liegt vor allem bei Brennstoffzellensystemen in Fahrzeugen vor, da hier im normalen Betrieb ein häufiges Starten und Wiederabstellen des Brennstoffzellensystems notwendig ist. Außerdem sind Fahrzeuge in weiten Teilen der Welt unterwegs und müssen je nach Jahreszeit dabei häufig auch bei sehr kalten Umgebungstemperaturen schnell und zuverlässig gestartet werden. Die besonders bevorzugte Verwendung des Brennstoffzellensystems sowie des Verfahrens zum Betreiben eines derartigen Brennstoffzellensystems liegt deshalb in einem Brennstoffzellenfahrzeug. Ein solches Brennstoffzellenfahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug sein. Ebenso ist es denkbar, dass es sich bei dem Brennstoffzellenfahrzeug im Sinne der Erfindung um ein führerloses Transportsystem, ein Logistikfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug handelt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben wird.
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Dabei zeigen:
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1 ein Brennstoffzellensystem in einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung in einem ersten Betriebszustand;
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2 das Brennstoffzellensystem gemäß 1 in einem zweiten Betriebszustand.
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In der Darstellung der 1 ist ein Brennstoffzellensystem 1 mit den erfindungswesentlichen Elementen prinzipmäßig dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 1 befindet sich dabei in einem schematisch angedeuteten Fahrzeug 2 und soll dort zur Erzeugung von elektrischer Antriebsleistung eingesetzt werden. Den Kern des Brennstoffzellensystems 1 bildet eine Brennstoffzelle 3, welche als Stapel von Einzelzellen in PEM-Technologie ausgeführt ist. Dieser Brennstoffzellenstapel oder Brennstoffzellenstack 3 weist einen Anodenraum 4 und einen Kathodenraum 5 auf. Diese werden in an sich bekannter Art und Weise durch eine protonenleitende Membran 6 voneinander getrennt. Diese protonenleitende Membran dient als „Elektrolyt” und ist typischerweise Bestandteil einer sogenannten Membranelektrodenanordnung (MEA) in jeder der Einzelzellen des Brennstoffzellenstacks 3. Dem Anodenraum 4 der Brennstoffzellenstacks 3 wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 7 über ein prinzipmäßig angedeutetes Druckregel- und Dosierventil 8 zugeführt. Der unverbrauchte Wasserstoff gelangt über eine Leitung 9 aus dem Anodenraum 4 des Brennstoffzellenstacks 3. Prinzipiell ist hier eine Nachverbrennung des Restwasserstoffs oder auch eine Kreislaufführung des Wasserstoffs um den Anodenraum 4 in an sich bekannter Art und Weise möglich. Da die Anodenseite des Brennstoffzellensystems 1 für die hier vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist, wurde auf eine Darstellung derartiger Details jedoch verzichtet.
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Dem Kathodenraum 5 des Brennstoffzellenstacks 3 wird Luft als Sauerstofflieferant zugeführt. Diese wird typischerweise über einen hier nicht dargestellten Luftfilter von einer Luftfördereinrichtung 10 angesaugt und zu dem Kathodenraum 5 des Brennstoffzellenstacks 3 gefördert. Als Luftfördereinrichtung kann beispielsweise ein Kompressor, insbesondere ein Schraubenkompressor, ein Rootsgebläse oder dergleichen eingesetzt werden. Die Luftfördereinrichtung 10 kann jedoch vorzugsweise auch als Strömungsverdichter ausgebildet sein. Zum Antrieb der Luftfördereinrichtung 10 dient in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine elektrische Maschine 11, welche zusammen mit der Luftfördereinrichtung 10 auf einer Welle 12 angeordnet ist. Die Zuluft zu dem Kathodenraum 5 des Brennstoffzellenstacks 3 strömt nun zuerst über einen Ladeluftkühler 13, welcher von Zuluft auf der einen Seite und stofflich getrennt, aber in wärmeleitendem Kontakt hierzu, von Abluft auf der anderen Seite durchströmt wird. Der Ladeluftkühler 13 kann beispielsweise in der Art eines Plattenwärmetauschers ausgebildet sein. Nachdem die nach der Luftfördereinrichtung 10 verdichtete und hierdurch aufgeheizte Zuluft in dem Ladeluftkühler 13 abgekühlt wurde, strömt sie durch einen Befeuchter 14, welcher als Gas/Gas-Befeuchter 14 ausgebildet ist und ebenfalls auf der einen Seite von Zuluft und auf der anderen Seite von Abluft durchströmt ist. Der Zuluftstrom und der Abluftstrom sind durch Membranen voneinander getrennt, welche für die Luft nicht durchlässig sind, welche jedoch Wasserdampf von der Abluftseite auf die Zuluftseite transportieren. Die Membranen können beispielsweise flächig ausgebildet sein. Der Befeuchter 14 wäre dann vergleichbar zu einem Plattenwärmetauscher als Plattenbefeuchter ausgebildet. Ebenso ist es möglich, dass die Membranen als Hohlfasermembranen realisiert sind. Der Befeuchter 14 wäre dann so ausgebildet, dass der eine Gasstrom durch die Hohlfasern strömt und der andere Gasstrom die Hohlfasern umströmt.
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Die Zuluft gelangt nachdem sie abgekühlt und befeuchtet ist in den Kathodenraum 5 des Brennstoffzellenstacks 3. Hier wird der in der Zuluft enthaltene Sauerstoff zumindest teilweise zusammen mit dem im Anodenraum 4 vorliegenden Wasserstoff in elektrische Leistung und Produktwasser umgesetzt. Aufgrund der abgekühlten und befeuchteten Zuluft ist dabei immer eine ideale Befeuchtung der Protonenaustauschmembranen 6 gewährleistet, sodass diese nicht überhitzt und ausgetrocknet werden, was ihre Lebensdauer nachteilig beeinflussen würde.
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Die Abluftseite des Brennstoffzellensystems 1 ist nun vergleichsweise komplex aufgebaut. Bei der Darstellung des Brennstoffzellensystems 1 in 1 ist dabei der reguläre Betrieb der Abluftseite bei den üblichen Betriebstemperaturen des Brennstoffzellenstacks 3 dargestellt. Diese üblichen Temperaturen liegen bei typischerweise 70 bis 90°C. Der in 1 dargestellte Betrieb soll dabei vorzugsweise bei Temperaturen von mehr als 20 bis 50°C Grenztemperatur verwendet werden. Die dabei zum Einsatz kommenden Leitungselemente sind in der Darstellung der 1 durchgezogen dargestellt, weitere für diesen Einsatzzweck nicht benötigte Leitungselemente sind gestrichelt dargestellt.
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Ein erstes Leitungselement 15 verbindet den Abluftausgang des Kathodenraums 5 mit dem Ablufteingang des Befeuchters 14. Ein zweites Leitungselement 16 verbindet den Abluftausgang des Befeuchters 14 mit dem Ablufteingang des Ladeluftkühlers 13. Schließlich verbindet ein drittes Leitungselement 17 den Abluftausgang des Ladeluftkühlers 13 mit einer Turbine 18. Im Bereich dieser Turbine 18 wird thermische Energie und Druckenergie, welche in der Abluft vorhanden ist, zumindest teilweise zurückgewonnen, bevor die Abluft an die Umgebung abgegeben wird. Die Turbine 18 ist auf derselben Welle 12 angeordnet, wie die elektrische Maschine 11 und die Luftfördereinrichtung 10. Diese drei Komponenten bilden zusammen einen sogenannten elektrischen Turbolader, welcher auch als ETC bezeichnet wird. Über die Turbine 18 kann dabei ein Teil der Energie in der Abluft zurückgewonnen werden. Diese Energie wird der Luftfördereinrichtung 10 wieder zur Verfügung gestellt. Die typischerweise benötigte Energiedifferenz zum Antrieb der Luftfördereinrichtung 10 wird durch die elektrische Maschine 11 bereitgestellt. In besonderen Betriebssituationen kann es auch dazu kommen, dass im Bereich der Turbine 18 mehr Energie anfällt, als im Bereich der Luftfördereinrichtung 10 benötigt wird. In diesem Fall kann über die elektrische Maschine 11 im generatorischen Betrieb elektrische Leistung erzeugt werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem 1 keine Turbine auf (nicht dargestellt). In diesem Fall verbindet das drittes Leitungselement 17 den Abluftausgang des Ladeluftkühlers 13 nicht mit einer Turbine, sondern mit der Umgebung, sodass die Abluft strömungsmäßig nach dem Ladeluftkühler 13 bzw. der Ventileinrichtung 24 an die Umgebung abgegeben werden kann. Das sechstes Leitungselement 23 kann in diesem Fall weiterhin strömungsmäßig nach der Ventileinrichtung 24 in das dritte Leitungselement 17 münden.
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In der Darstellung der 2 ist dasselbe Brennstoffzellensystem, ohne das angedeutete Fahrzeug 2, nochmals dargestellt. Analog zur Systematik in 1 ist hierbei der andere Betriebsfall dargestellt, welcher wiederum durch die durchgezogenen Leitungselemente angedeutet ist, während die in 1 durchgezogen Leitungselemente hier gestrichelt dargestellt sind. Der in 2 beispielhaft dargestellte Betrieb soll dabei insbesondere bei Betriebstemperaturen unterhalb der oben genannten Grenztemperatur erfolgen, typischerweise also beim Start des Brennstoffzellensystems 1, insbesondere auch bei einem Start bei niedrigen Umgebungstemperaturen, beispielsweise Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser. Die Strömung der Zuluft entspricht dabei der bereits in 1 beschriebenen Strömung von Zuluft. Die Abluft strömt nun über ein viertes Leitungselement 19 vom Abluftausgang des Kathodenraums 5 zum Ablufteingang des Ladeluftkühlers 13. Hierfür ist im Bereich des ersten Leitungselements 15 und des vierten Leitungselements 19 eine Ventileinrichtung 20 angeordnet. Diese ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet und erlaubt somit wahlweise eine Durchströmung des ersten Leitungselements 15 oder des vierten Leitungselements 19. Alternativ zum Einsatz eines 3/2-Wegeventils 20 wäre hier selbstverständlich auch der Einsatz von zwei getrennten Schaltventilen in dem ersten Leitungselement 15 und dem zweiten Leitungselement 19 analog denkbar.
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Nachdem die vergleichsweise feuchte und in dieser Betriebssituation relativ kühle Abluft aus dem Kathodenraum 5 des Brennstoffzellenstacks 3 den Ladeluftkühler 13 durchströmt hat, ist diese erwärmt und wird über ein fünftes Leitungselement 21 vom Abluftausgang des Ladeluftkühlers 13 zum Ablufteingang des Befeuchters 14 geleitet. Auch hier ist wieder eine Ventileinrichtung 22 zwischen dem dritten Leitungselement 17 und dem fünften Leitungselement 21 vorgesehen. Auch für diese Ventileinrichtung 22 gilt das für die Ventileinrichtung 20 bereits Gesagte analog. Nachdem der Befeuchter 14 von der nunmehr erwärmten Abluft durchströmt ist, gelangt diese Abluft vom Abluftausgang des Befeuchters 14 über ein sechstes Leitungselement 23 entweder direkt an die Umgebung (nicht dargestellt) oder wiederum über die Turbine 18 unter Rückgewinnung von thermischer Energie und Druckenergie an die Umgebung. Um zwischen der Verwendung des zweiten Leitungselements 16 und des sechsten Leitungselements 23 hin und her schalten zu können, ist wiederum eine Ventileinrichtung 24 vorgesehen, für welche dasselbe gilt, wie für die Ventileinrichtungen 20 und 22 bereits ausgeführt.
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Mit dem beschriebenen Aufbau des Brennstoffzellensystems 1 ist es möglich, dieses einmal in der Verschaltung gemäß 1 und einmal in der Verschaltung gemäß 2 zu betreiben. Bei einer Verschaltung gemäß 2 für den Fall einer niedrigen Umgebungstemperatur, und insbesondere für den Kaltstartfall des Brennstoffzellensystems 1 wird dabei eine hohe Effizienz des Befeuchters 14 aufgrund der zusätzlichen Erwärmung der ihm zugeführten feuchteliefernden Abluft erreicht. Außerdem lässt sich die Menge an flüssigem Wasser und insbesondere ein Vereisen des Befeuchters 14 und damit gegebenenfalls des Kathodenraums 5 der Brennstoffzelle 3 vermeiden. Hierdurch wird ein schnellerer und effizienterer Start bei besseren Betriebsbedingungen des Brennstoffzellenstacks 3 und weniger Druckverlusten möglich.
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Über die Ventileinrichtungen 20, 22, 24 kann zwischen den beiden Schaltungsvarianten umgeschaltet werden. Ein solches Umschalten erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit einer Temperatur. Diese Temperatur ist dann die für die Grenztemperatur maßgebende Temperatur. Als Temperatur kommt hierfür beispielsweise die Temperatur der Zuluft am Eingang des Brennstoffzellenstacks 3 in Frage, oder die Temperatur der Abluft am Ausgang des Brennstoffzellenstacks 3. Es ist auch denkbar, dass eine mittlere Temperatur der Luft im Brennstoffzellenstack 3 als Grundlage für die Grenztemperatur herangezogen wird. Zusätzlich oder alternativ zur Temperatur der Luft kann auch die Temperatur des Brennstoffs, d. h. des Wasserstoffs oder wasserstoffhaltigen Gases, und/oder des Kühlmittels am jeweiligen Eingang oder Ausgang des Brennstoffzellenstapels 3 oder eine entsprechende mittlere Temperatur des Brennstoffs und/oder des Kühlmittels im Brennstoffzellenstack 3 herangezogen werden. Hierbei ist die Temperatur der Luft, des Brennstoffs und/oder des Kühlmittels am jeweiligen Eingang und/oder Ausgang des Brennstoffzellenstacks 3 bevorzugt. Ferner ist es bevorzugt, wenn für die Ermittlung der Grenztemperatur nicht zusätzliche Temperatursensoren eingesetzt werden, sondern Temperatursensoren, die für die Regelung des Betriebs des Brennstoffzellensystems ohnehin schon vorhanden sind.
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Unterhalb der oben genannten Grenztemperatur wird dabei die Verfahrensführung gemäß der in 2 dargestellten Verschaltung eingesetzt, oberhalb der Grenztemperatur die Verschaltung gemäß 1, welche der herkömmlichen Verschaltung eines Brennstoffzellensystems entspricht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007003144 A2 [0003]