DE102022200108A1

DE102022200108A1 - Method for operating a fuel cell system and fuel cell system

Info

Publication number: DE102022200108A1
Application number: DE102022200108.7A
Authority: DE
Inventors: Tobias Falkenau; Timo Bosch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-01-07
Filing date: 2022-01-07
Publication date: 2023-07-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems (1), bei dem ein Anodengas, beispielsweise Wasserstoff, über einen Anodenkreis (2) rezirkuliert wird und bei dem im rezirkulierten Anodengas enthaltenes Wasser und/oder Stickstoff von Zeit zu Zeit durch Öffnen mindestens eines Drain- und/oder Purgeventils (3) aus dem Anodenkreis (2) in eine Drain- und/oder Purgeleitung (4) abgeführt wird. Erfindungsgemäß werden beim Abführen von Wasser und/oder Stickstoff entstehende Schallemissionen mit Hilfe einer Schalldämpfereinrichtung (5), die dem mindestens einen Drain- und/oder Purgeventil (3) vor- oder nachgeschaltet, vorzugsweise in die Drain- und/oder Purgeleitung (4) integriert, ist, verringert.
Die Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem (1), das zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.

The invention relates to a method for operating a fuel cell system (1), in which an anode gas, for example hydrogen, is recirculated via an anode circuit (2) and in which the water and/or nitrogen contained in the recirculated anode gas is removed from time to time by opening at least one drain - and/or purge valve (3) is discharged from the anode circuit (2) into a drain and/or purge line (4). According to the invention, noise emissions produced during the discharge of water and/or nitrogen are suppressed with the aid of a silencer device (5) which is connected upstream or downstream of the at least one drain and/or purge valve (3), preferably in the drain and/or purge line (4). integrated, is, reduced.
The invention also relates to a fuel cell system (1) which is suitable for carrying out the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem, das zur Durchführung des Verfahrens geeignet bzw. nach dem Verfahren betreibbar ist.The invention relates to a method for operating a fuel cell system. Furthermore, the invention relates to a fuel cell system that is suitable for carrying out the method or can be operated according to the method.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzellen wandeln einen Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, und Sauerstoff in elektrische Energie, Wärme und Wasser. Der Brennstoff wird einer Anode, der Sauerstoff einer Kathode zugeführt. Die Anode und die Kathode sind dabei durch eine Membran, beispielsweise eine Polymerelektrolytmembran (PEM) voneinander getrennt. In der praktischen Anwendung werden eine Vielzahl von Einzelzellen gestapelt und zu einem Brennstoffzellenstapel verbunden, um die mit Hilfe der Brennstoffzellen erzeugte elektrische Spannung zu erhöhen. Der Brennstoffzellenstapel, auch „Stack“ genannt, ist von Versorgungskanälen durchzogen, über welche die einzelnen Zellen mit Brennstoff und Luft versorgt werden, wobei die Luft als Sauerstofflieferant dient. Der Abtransport des abgereicherten Brennstoffs sowie der abgereicherten feuchten Luft erfolgt über Entsorgungskanäle, die im Wesentlichen parallel zu den Versorgungskanälen durch den Brennstoffzellenstapel verlaufen, aber jeweils in umgekehrter Richtung durchströmt werden.Fuel cells convert a fuel, such as hydrogen, and oxygen into electrical energy, heat, and water. The fuel is fed to an anode and the oxygen to a cathode. The anode and the cathode are separated from one another by a membrane, for example a polymer electrolyte membrane (PEM). In practical application, a large number of individual cells are stacked and connected to form a fuel cell stack in order to increase the electrical voltage generated with the help of the fuel cells. The fuel cell stack, also known as the "stack", is traversed by supply channels through which the individual cells are supplied with fuel and air, with the air serving as the oxygen supplier. The depleted fuel and the depleted moist air are transported away via disposal ducts, which run essentially parallel to the supply ducts through the fuel cell stack, but are each flowed through in the opposite direction.

Systemisch hat sich bei der Versorgung der Anode mit Brennstoff der Ansatz etabliert, aus den Brennstoffzellen austretenden abgereicherten Brennstoff zu rezirkulieren. Dieser abgereicherte Brennstoff wird dann zusammen mit frischem Brennstoff erneut der Anode als Anodengas zugeführt.Systemically, when supplying the anode with fuel, the approach of recirculating depleted fuel emerging from the fuel cells has become established. This depleted fuel is then fed back to the anode as anode gas together with fresh fuel.

Die Rezirkulation von abgereichertem Brennstoff wird üblicherweise über einen Anodenkreis mit Hilfe mindestens einer in den Anodenkreis integrierten Vorrichtung zur Rezirkulation bewirkt, wobei es sich insbesondere um eine Strahlpumpe und/oder ein Rezirkulationsgebläse handeln kann.The recirculation of depleted fuel is usually effected via an anode circuit with the aid of at least one recirculation device integrated into the anode circuit, which can in particular be a jet pump and/or a recirculation fan.

Im Betrieb eines Brennstoffzellensystems gelangt durch Diffusionsprozesse Stickstoff in den Anodenkreis. Stickstoff stellt für Brennstoffzellen ein Inertgas dar, reduziert die Zellspannung und somit die Stackspannung, so dass der Wirkungsgrad sinkt. Deswegen wird von Zeit zu Zeit der Anodengas gespült, d.h. mit Stickstoff angereichertes Anodengas aus dem Anodenkreis durch Öffnen eines Ventils, dem sogenannten Purgeventil, entfernt. Ferner sammelt sich Produktwasser im Anodengas an, das separiert und ebenfalls abgeleitet werden muss. Die Ableitung erfolgt ebenfalls über ein Ventil, dem sogenannten Drainventil. Darüber hinaus sind Systeme bekannt, die beide Funktionen mit Hilfe eines einzigen Ventils realisieren.During operation of a fuel cell system, nitrogen enters the anode circuit as a result of diffusion processes. Nitrogen is an inert gas for fuel cells, reduces the cell voltage and thus the stack voltage, so that the efficiency decreases. For this reason, the anode gas is purged from time to time, i.e. anode gas enriched with nitrogen is removed from the anode circuit by opening a valve, the so-called purge valve. Furthermore, product water accumulates in the anode gas, which has to be separated and also drained off. The derivation also takes place via a valve, the so-called drain valve. In addition, systems are known that implement both functions using a single valve.

Unabhängig davon, ob ein Ventil oder mehrere Ventile zum Einsatz gelangen, wird aus dem Anodenkreis abgeleitetes Anodengas und/oder Wasser in der Regel nicht unverdünnt an die Umgebung abgegeben. Denn das Anodengas enthält neben Stickstoff noch Reste des gasförmigen Brennstoffs, so dass sich - abhängig von der Brennstoffkonzentration - ein zündfähiges Gasgemisch bilden kann. Üblicherweise wird zum Verdünnen das abgeleitete Anodengas und/oder Wasser einem Kathodenabluftpfad des Brennstoffzellensystems zugeführt. Aufgrund unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Druckniveaus können dabei jedoch unerwünschte Geräusche entstehen.Irrespective of whether a valve or a plurality of valves are used, anode gas and/or water discharged from the anode circuit is generally not released into the environment undiluted. In addition to nitrogen, the anode gas also contains residues of the gaseous fuel, so that - depending on the fuel concentration - an ignitable gas mixture can form. The discharged anode gas and/or water is usually fed to a cathode exhaust air path of the fuel cell system for dilution. Due to different flow speeds and/or pressure levels, however, undesirable noises can arise.

Die vorliegende Erfindung ist daher mit der Aufgabe befasst, die Schallemissionen beim Ableiten von Anodengas und/oder Wasser aus dem Anodenkreis eines Brennstoffzellensystems zu reduzieren.The present invention is therefore concerned with the task of reducing the noise emissions when discharging anode gas and/or water from the anode circuit of a fuel cell system.

Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.To solve the problem, the method with the features of claim 1 and the fuel cell system with the features of claim 5 are proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the respective dependent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, bei dem ein Anodengas, beispielsweise Wasserstoff, über einen Anodenkreis rezirkuliert wird und bei dem im rezirkulierten Anodengas enthaltenes Wasser und/oder Stickstoff von Zeit zu Zeit durch Öffnen mindestens eines Drain- und/oder Purgeventils aus dem Anodenkreis in eine Drain- und/oder Purgeleitung abgeführt wird. Erfindungsgemäß werden beim Abführen von Wasser und/oder Stickstoff entstehende Schallemissionen mit Hilfe einer Schalldämpfereinrichtung, die dem mindestens einen Drain- und/oder Purgeventil vor- oder nachgeschaltet ist, verringert.Proposed is a method for operating a fuel cell system in which an anode gas, for example hydrogen, is recirculated via an anode circuit and in which the water and/or nitrogen contained in the recirculated anode gas is removed from time to time by opening at least one drain and/or purge valve from the Anode circuit is discharged into a drain and / or purge line. According to the invention, noise emissions occurring during the discharge of water and/or nitrogen are reduced with the aid of a silencer device which is connected upstream or downstream of the at least one drain and/or purge valve.

Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens können die üblicherweise beim Ableiten von Anodengas und/oder Wasser auftretenden unerwünschten Geräusche effektiv gedämpft werden, so dass sie nicht mehr als störend empfunden oder ggf. nicht mehr wahrgenommen werden.With the aid of the proposed method, the undesired noises that usually occur when anode gas and/or water are drained off can be effectively dampened, so that they are no longer perceived as annoying or possibly no longer perceived.

Da über das mindestens eine Drain- und/oder Purgeventil Flüssigkeiten und/oder Gase abgeführt werden, ist die Schalldämpfereinrichtung für Flüssigkeiten, für Gase und für Zweiphasengemische auszulegen bzw. ausgelegt.Since liquids and/or gases are discharged via the at least one drain and/or purge valve, the silencer device is designed or designed for liquids, for gases and for two-phase mixtures.

Die Dämpfungswirkung der Schalldämpfereinrichtung kann auf unterschiedliche Arten bewirkt werden. Beispielsweise kann die Schalldämpfereinrichtung ein Dämpferelement mit einer offenporigen, faserartigen oder gitterartigen Struktur aufweisen, die den Strömungspfad des abzuleitenden Mediums über einen Teilabschnitt und/oder Teilumfang begrenzt, so dass der Druckverlust im Strömungspfad minimiert wird. Die Struktur wird dabei bevorzugt in der Weise angeordnet, dass in die Poren bzw. Öffnungen der Struktur gelangendes Wasser schwerkraftgetrieben nach unten abläuft und durch die Strömung im Strömungspfad mitgerissen wird. Dadurch wird vermieden, dass in den Poren bzw. Öffnungen der Struktur Wasser verbleibt, das bei tiefen Außentemperaturen gefriert und ggf. die Struktur beschädigt.The damping effect of the silencer device can be brought about in different ways. For example, the silencer device can have a damper element with an open-pored, fibrous or grid-like structure that delimits the flow path of the medium to be discharged over a partial section and/or partial circumference, so that the pressure loss in the flow path is minimized. The structure is preferably arranged in such a way that water that gets into the pores or openings of the structure runs off under the force of gravity and is entrained by the flow in the flow path. This avoids water remaining in the pores or openings of the structure, which freezes at low outside temperatures and possibly damages the structure.

Die bei der Durchführung des Verfahrens zum Einsatz gelangende Schalldämpfereinrichtung kann dem Drain- und/oder Purgeventil vor- oder nachgeschaltet sein. Vorzugsweise ist sie in die Drain- und/oder Purgeleitung integriert, so dass der zusätzliche Bauraumbedarf minimal ist.The silencer device used when carrying out the method can be installed upstream or downstream of the drain and/or purge valve. It is preferably integrated into the drain and/or purge line, so that the additional space requirement is minimal.

Bevorzugt wird bzw. werden Wasser und/oder Stickstoff mittelbar über einen Wasserabscheider dem mindestens einen Drain- und/oder Purgeventil zugeführt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn es sich bei dem Ventil um ein reines Drainventil oder ein kombiniertes Drain-/Purgeventil handelt, mittels dessen das mit Hilfe des Wasserabscheiders abgeschiedene Wasser aus dem System entfernt werden soll. Bei Verwendung eines kombinierten Drain-/Purgeventils kann nicht nur Wasser, sondern auch Anodengas aus dem Anodenkreis abgeführt werden, um diesen zu spülen.Water and/or nitrogen is/are preferably fed indirectly via a water separator to the at least one drain and/or purge valve. This is particularly the case when the valve is a pure drain valve or a combined drain/purge valve, by means of which the water separated with the aid of the water separator is to be removed from the system. When using a combined drain/purge valve, not only water but also anode gas can be drained from the anode circuit in order to flush it.

Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass Wasser und/oder Stickstoff mittelbar über eine Rezirkulationsvorrichtung, vorzugsweise in Form eines Gebläses, dem mindestens einen Drain- und/oder Purgeventil zugeführt wird bzw. werden. Beispielsweise kann die Rezirkulationsvorrichtung ein Wasserabscheider oder zumindest ein Wassersammelbehälter integriert sein, so dass sowohl Wasser als auch Anodengas über das Drain- und/oder Purgeventil aus dem Anodenkreis abgeführt werden können. Für den Fall, dass mit Hilfe des Ventils der Anodenkreis lediglich gespült werden soll, kann dieses auch als reines Purgeventil ausgeführt sein.As an alternative or in addition, it is proposed that water and/or nitrogen is/are fed indirectly via a recirculation device, preferably in the form of a blower, to the at least one drain and/or purge valve. For example, a water separator or at least a water collection container can be integrated into the recirculation device, so that both water and anode gas can be discharged from the anode circuit via the drain and/or purge valve. In the event that the anode circuit is only to be flushed with the aid of the valve, this can also be designed purely as a purge valve.

Sofern die vorgeschlagene Schalldämpfereinrichtung dem Drain- und/oder Purgeventil vorgeschaltet ist, kann sie zwischen dem Wasserabscheider und dem Drain- und/oder Purgeventil oder zwischen der Rezirkulationsvorrichtung und dem Drain- und/oder Purgeventil angeordnet sein.If the proposed silencer device is connected upstream of the drain and/or purge valve, it can be arranged between the water separator and the drain and/or purge valve or between the recirculation device and the drain and/or purge valve.

Sofern die vorgeschlagene Schalldämpfereinrichtung dem Drain- /oder Purgeventil nachgeschaltet ist, kann sie insbesondere zwischen dem Drain- und/oder Purgeventil und der Drain- und/oder Purgeleitung angeordnet und/oder in die Drain- und/oder Purgeleitung integriert sein. Beispielsweise sind Ausführungsformen realisierbar, bei denen das Drain- und/oder Purgeventil gemeinsam mit der Schalldämpfereinrichtung in die Drain- und/oder Purgeleitung integriert ist.If the proposed silencer device is connected downstream of the drain/or purge valve, it can be arranged in particular between the drain and/or purge valve and the drain and/or purge line and/or integrated into the drain and/or purge line. For example, embodiments can be realized in which the drain and/or purge valve is integrated into the drain and/or purge line together with the silencer device.

Vorteilhafterweise wird bzw. werden über die Drain- und/oder Purgeleitung abgeführtes Wasser und/oder Stickstoff zum Verdünnen in eine Kathodenabluftleitung eingeleitet. Das Verdünnen verhindert, dass sich ein zündfähiges Gasgemisch bildet, so dass den Sicherheitsanforderungen genüge geleistet wird.Advantageously, water and/or nitrogen removed via the drain and/or purge line is or are introduced into a cathode exhaust air line for dilution. The dilution prevents an ignitable gas mixture from forming, so that the safety requirements are met.

Das darüber hinaus vorgeschlagene Brennstoffzellensystem umfasst einen Anodenkreis, über den ein Anodengas, beispielsweise Wasserstoff, rezirkulierbar ist, sowie mindestens ein Drain- und/oder Purgeventil, über welches der Anodenkreis zum Abführen von im Anodengas enthaltenem Wasser und/oder Stickstoff mit einer Drain- und/oder Purgeleitung verbindbar ist. Erfindungsgemäß ist dem mindestens einen Drain- und/oder Purgeventil eine Schalldämpfereinrichtung vor- oder nachgeschaltet.The fuel cell system also proposed comprises an anode circuit, via which an anode gas, for example hydrogen, can be recirculated, and at least one drain and/or purge valve, via which the anode circuit for removing water and/or nitrogen contained in the anode gas is connected to a drain and /or purge line can be connected. According to the invention, a silencer device is connected upstream or downstream of the at least one drain and/or purge valve.

Das vorgeschlagene Brennstoffzellensystem weist somit die zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Komponenten auf, so dass das Brennstoffzellensystem nach diesem Verfahren betreibbar ist. Mit Hilfe des Brennstoffzellensystems lassen sich demnach die gleichen Vorteile erzielen. Insbesondere können unerwünschte Geräusche, die beim Ableiten von Wasser und/oder Stickstoff aus dem Anodenkreis üblicherweise auftreten, gezielt vermindert werden.The proposed fuel cell system thus has the components required to carry out the method according to the invention described above, so that the fuel cell system can be operated according to this method. Accordingly, the same advantages can be achieved with the aid of the fuel cell system. In particular, undesirable noises that usually occur when water and/or nitrogen are drained from the anode circuit can be reduced in a targeted manner.

Die Schalldämpfereinrichtung des vorgeschlagenen Brennstoffzellensystems kann dabei insbesondere in die Drain- und/oder Purgeleitung integriert sein. Auf diese Weise kann der zusätzliche Bauraumbedarf - sofern dieser überhaupt besteht - geringgehalten werden.The silencer device of the proposed fuel cell system can be integrated in particular in the drain and/or purge line. In this way, the additional space required - if it exists at all - can be kept low.

Bevorzugt ist bzw. sind in den Anodenkreis ein Wasserabscheider und/oder eine Rezirkulationsvorrichtung, vorzugsweise in Form eines Gebläses, integriert. In diesem Fall ist vorzugsweise das mindestens eine Drain- und/oder Purgeventil am Wasserabscheider und/oder an der Rezirkulationsvorrichtung angeordnet. Mit Hilfe des Wasserabscheiders kann flüssiges Wasser aus dem Anodengas entfernt und in einem Behälter des Wasserabscheiders gesammelt werden. Durch Öffnen des am Behälter angeordneten Drain- und/oder Purgeventils kann dann der Behälter entleert werden. Mit Hilfe der Rezirkulationsvorrichtung kann das Anodengas aktiv rezirkuliert werden.A water separator and/or a recirculation device, preferably in the form of a blower, is or are preferably integrated into the anode circuit. In this case, the at least one drain and/or purge valve is preferably arranged on the water separator and/or on the recirculation device. With the help of the water separator, liquid water can be removed from the anode gas and collected in a container of the water separator. By opening the arranged on the container drain and / or The container can then be emptied using the purge valve. The anode gas can be actively recirculated with the aid of the recirculation device.

Aus dem Stand der Technik sind Rezirkulationsvorrichtungen in Form von Gebläsen bekannt, in denen eine Wasserabscheidefunktion integriert ist. Somit kann an der vorgeschlagenen Rezirkulationsvorrichtung ein kombiniertes Drain- und Purgeventil angeordnet sein, über welches sowohl Wasser als auch Anodengas abgeführt werden können.Recirculation devices in the form of blowers are known from the prior art, in which a water separation function is integrated. A combined drain and purge valve can thus be arranged on the proposed recirculation device, via which both water and anode gas can be discharged.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Drain- und/oder Purgeventil in die Drain- und/oder Purgeleitung integriert. Die Integration verringert die Anzahl an fluiddicht auszuführenden Dichtstellen, so dass der Aufbau des Brennstoffzellensystems vereinfacht wird. Vorzugsweise ist das Drain- und/oder Purgeventil zusammen mit der Schalldämpfereinrichtung die Drain- und/oder Purgeleitung integriert, so dass eine kompakte, einfach abzudichtende Anordnung geschaffen wird.According to a further preferred embodiment of the invention, the at least one drain and/or purge valve is integrated into the drain and/or purge line. The integration reduces the number of sealing points to be designed to be fluid-tight, so that the structure of the fuel cell system is simplified. The drain and/or purge valve is preferably integrated in the drain and/or purge line together with the silencer device, so that a compact arrangement that is easy to seal is created.

Ferner bevorzugt ist die Drain- und/oder Purgeleitung an eine Kathodenabluftleitung angeschlossen, so dass über die Drain- und/oder Purgeleitung abgeführtes Anodengas verdünnt wird, bevor es an die Umgebung abgegeben wird. Der Anschluss der Drain- und/oder Purgeleitung an die Kathodenabluftleitung ist vorzugsweise über eine Gasverteilungseinrichtung, weiterhin vorzugsweise über eine kombinierte Schalldämpfer- und Gasverteilungseinrichtung, hergestellt. In diesem Fall muss kein zusätzlicher Bauraum für die Schalldämpfereinrichtung vorgehalten werden.Furthermore, the drain and/or purge line is preferably connected to a cathode exhaust air line, so that anode gas discharged via the drain and/or purge line is diluted before it is discharged to the environment. The drain and/or purge line is preferably connected to the cathode exhaust air line via a gas distribution device, further preferably via a combined silencer and gas distribution device. In this case, no additional installation space has to be reserved for the silencer device.

Die Schalldämpfereinrichtung umfasst bevorzugt ein Dämpferelement mit einer offenporigen, faserartigen oder gitterartigen Struktur. Die Poren bzw. Öffnungen der Struktur fungieren als Wellenbrecher und führen somit zu der gewünschten Dämpfungswirkung. Vorzugsweise ist das Dämpferelement exzentrisch in einen Rohr- oder Leitungsabschnitt eingesetzt, so dass die offenporige, faserartige oder gitterartige Struktur des Dämpferelements über einen Teilumfangsbereich einen durch den Rohr- oder Leitungsabschnitt führenden Strömungspfad begrenzt. Das Fluid wird somit an dem Dämpferelement vorbeigeführt. Ferner kann der Rohr- oder Leitungsabschnitt mit eingesetztem Dämpferelement derart orientiert werden, dass in die Poren bzw. Öffnungen der Struktur gelangendes Wasser schwerkraftgetrieben nach unten abläuft und durch die Strömung im Strömungspfad mitgerissen wird. Dadurch wird vermieden, dass in den Poren bzw. Öffnungen der Struktur Wasser verbleibt, das bei tiefen Außentemperaturen gefriert und ggf. die Struktur beschädigt.The silencer device preferably comprises a damper element with an open-pored, fibrous or grid-like structure. The pores or openings of the structure act as breakwaters and thus lead to the desired damping effect. The damper element is preferably inserted eccentrically into a pipe or line section, so that the open-pore, fibrous or lattice-like structure of the damper element delimits a flow path leading through the pipe or line section over a partial peripheral region. The fluid is thus guided past the damper element. Furthermore, the pipe or line section with the damping element inserted can be oriented in such a way that water that gets into the pores or openings of the structure runs off under the force of gravity and is entrained by the flow in the flow path. This avoids water remaining in the pores or openings of the structure, which freezes at low outside temperatures and possibly damages the structure.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zur Optimierung der Wasserableitung alle Poren und/oder Öffnungen der offenporigen, faserartigen oder gitterartigen Struktur des Dämpferelements gegenüber einer Ebene, die senkrecht zur Schwerkraftrichtung verläuft, in alle Raumrichtungen nicht weniger als um 12° geneigt sind.In a further development of the invention, it is proposed that, in order to optimize water drainage, all pores and/or openings in the open-pored, fibrous or lattice-like structure of the damper element are inclined by no less than 12° in all spatial directions relative to a plane that runs perpendicular to the direction of gravity.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Anodenkreis eines ersten erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Anodenkreis eines zweiten erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
3 einen schematischen Längsschnitt durch einen Anodenkreis eines dritten erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
4 einen schematischen Längsschnitt durch einen Anodenkreis eines vierten erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
5 einen schematischen Längsschnitt durch einen Anodenkreis eines fünften erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,
6 einen schematischen Längsschnitt durch eine Drain- und/oder Purgeleitung für ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem und
7 a) einen schematischen Längsschnitt und b) einen schematischen Querschnitt durch eine Schalldämpfereinrichtung für ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem.

Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. These show:

1 a schematic longitudinal section through an anode circuit of a first fuel cell system according to the invention,
2 a schematic longitudinal section through an anode circuit of a second fuel cell system according to the invention,
3 a schematic longitudinal section through an anode circuit of a third fuel cell system according to the invention,
4 a schematic longitudinal section through an anode circuit of a fourth fuel cell system according to the invention,
5 a schematic longitudinal section through an anode circuit of a fifth fuel cell system according to the invention,
6 a schematic longitudinal section through a drain and / or purge line for a fuel cell system according to the invention and
7 a) a schematic longitudinal section and b) a schematic cross section through a silencer device for a fuel cell system according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Der 1 ist ein Anodenkreis 2 eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1 zu entnehmen. In dem Anodenkreis 2 ist eine Rezirkulationsvorrichtung 7 mit integriertem Wasserabscheider 6 angeordnet. Der integrierte Wasserabscheider 6 umfasst einen Behälter 16 zum Sammeln von abgeschiedenem Wasser (H₂O). Oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels (nicht dargestellt) ist der Behälter 16 mit rezirkuliertem Anodengas, beispielsweise Wasserstoff (H₂), befüllt, das sich über die Zeit mit Stickstoff (N₂) angereichert hat.The 1 an anode circuit 2 of a fuel cell system 1 according to the invention can be seen. A recirculation device 7 with an integrated water separator 6 is arranged in the anode circuit 2 . The integrated water separator 6 includes a tank 16 for collecting separated water (H ₂ O). Above a liquid level (not shown), the container 16 is filled with recirculated anode gas, for example hydrogen (H ₂ ), which has been enriched with nitrogen (N ₂ ) over time.

Zum Entfernen von Wasser und/oder Stickstoff aus dem System 1 ist am Behälter 16 ein Drain- und/oder Purgeventil 3 angeordnet, Dieses ist über einen Ventileinlass 13 mit dem Behälter 16 und über einen Ventilauslass 14 mit einer Drain- und Purgeleitung 4 verbunden. Zur Reduzierung von Schallemissionen ist zwischen dem Ventilauslass 14 und der Drain- und Purgeleitung 4 eine Schalldämpfereinrichtung 5 vorgesehen. Als Teil des Strömungspfads für das abgeleitete Wasser und/oder Anodengas, ist die Schalldämpfereinrichtung 5 über eine Dichtstelle 12 fluiddicht mit der Rezirkulationsvorrichtung 7 verbunden. Eine weitere Dichtstelle 12 dichtet den Anschlussbereich des Drain- und/oder Purgeventils 3 ab. Damit in der Rezirkulationsvorrichtung 7 gesammeltes Wasser bei tiefen Außentemperaturen nicht gefriert, ist ferner eine Heizeinrichtung 15 vorgesehen. Diese ist in der Nähe des Drain- und/oder Purgeventils 3 angeordnet, so dass auch dieses über die Heizeinrichtung 15 erwärmt wird. Über eine weitere Heizeinrichtung (nicht dargestellt) ist vorzugsweise die Drain- und/oder Purgeleitung 4 beheizbar, so dass hierin vorhandenes Wasser ebenfalls nicht gefrieren kann.To remove water and/or nitrogen from the system 1, a drain and/or purge valve 3 is arranged on the container 16. This is connected to the container 16 via a valve inlet 13 and to a drain and purge line 4 via a valve outlet 14. A silencer device 5 is provided between the valve outlet 14 and the drain and purge line 4 to reduce noise emissions. As part of the Strö ment path for the discharged water and/or anode gas, the silencer device 5 is connected to the recirculation device 7 in a fluid-tight manner via a sealing point 12 . Another sealing point 12 seals the connection area of the drain and/or purge valve 3 . A heating device 15 is also provided so that the water collected in the recirculation device 7 does not freeze at low outside temperatures. This is arranged in the vicinity of the drain and/or purge valve 3 so that this is also heated by the heating device 15 . The drain and/or purge line 4 can preferably be heated via a further heating device (not shown), so that the water present in it cannot freeze either.

Der 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Anodenkreises 2 eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1 zu entnehmen. Im Unterschied zur 1 ist hier die Schalldämpfereinrichtung 5 in die Drain- und/oder Purgeleitung 4 integriert. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Drain- und/oder Purgeleitung 4 beheizt wird, so dass zugleich die Schalldämpfereinrichtung beheizt werden kann. The 2 a further preferred embodiment of an anode circuit 2 of a fuel cell system 1 according to the invention can be seen. In contrast to 1 the silencer device 5 is integrated into the drain and/or purge line 4 here. This is particularly advantageous when the drain and/or purge line 4 is heated, so that the silencer device can be heated at the same time.

3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Anodenkreises 2 eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1. Hier sind das Drain- und/oder Purgeventil 3 sowie die Schalldämpfereinrichtung 5 hintereinander in die Drain- und/oder Purgeleitung 4 integriert. Die Heizeinrichtung 15 umgibt die Drain- und/oder Purgeleitung 4, so dass zum Erwärmen des Drain- und/oder Purgeventils 3, des Schalldämpfers 5 und der Drain- und/oder Purgeleitung 4 nur eine einzige Heizeinrichtung 15 erforderlich ist. Ferner wird eine Dichtstelle 12 eingespart. 3 shows a further preferred embodiment of an anode circuit 2 of a fuel cell system 1 according to the invention. The heating device 15 surrounds the drain and/or purge line 4 so that only a single heating device 15 is required to heat the drain and/or purge valve 3 , the silencer 5 and the drain and/or purge line 4 . Furthermore, a sealing point 12 is saved.

4 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform der 3. Die Dichtstelle 12 ist hier zwischen dem Drain- und/oder Purgeleitung 4 und der Rezirkulationsvorrichtung 7 ausgebildet, so dass eine noch kompaktere Anordnung geschaffen wird. 4 shows a modification of the embodiment of FIG 3 . The sealing point 12 is formed here between the drain and/or purge line 4 and the recirculation device 7 so that an even more compact arrangement is created.

Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 ist die Schalldämpfereinrichtung 5 am Ende der Drain- und/oder Purgeleitung 4 angeordnet, und zwar vorteilhafterweise in Kombination mit einer Gasverteilereinrichtung, mittels welcher abgeleitetes Wasser und/oder Anodengas in eine Kathodenabluftleitung 8 eingeleitet und gleichmäßig verteilt wird.In the embodiment of 5 the silencer device 5 is arranged at the end of the drain and/or purge line 4, advantageously in combination with a gas distributor device, by means of which discharged water and/or anode gas is introduced into a cathode exhaust air line 8 and distributed evenly.

Wie beispielhaft der 6 zu entnehmen ist, kann die Drain- und/oder Purgeleitung 4 sich in eine erste Leitung 4` und eine zweite Leitung 4" verzweigen, wobei in den Leitungen 4', 4" jeweils ein Drain- und/oder Purgeventil 3 angeordnet ist. Der Anschluss der Leitungen 4', 4" an die Rezirkulationsvorrichtung 7 kann analog der 5 erfolgen. Da die Leitungen 4`, 4" zu einer Drain- und/oder Purgeleitung 4 zusammengeführt werden, ist nur eine Schalldämpfereinrichtung 5 erforderlich.How exemplary the 6 can be seen, the drain and/or purge line 4 can branch into a first line 4` and a second line 4'', with a drain and/or purge valve 3 being arranged in each of the lines 4', 4''. The connection of the lines 4', 4" to the recirculation device 7 can be analogous to that 5 take place. Since the lines 4', 4'' are brought together to form a drain and/or purge line 4, only one silencer device 5 is required.

Den 7a) und 7b) ist eine Schalldämpfereinrichtung 5 für ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem 1 zu entnehmen. Sie umfasst ein Dämpferelement 9, das in einen Rohr- oder Leitungsabschnitt 10 integriert ist, durch den ein Strömungspfad 11 führt (siehe 7a)). Das Dämpferelement 9 begrenzt den Strömungspfad 11, jedoch nur über einen Teilumfangsbereich (siehe 7b)). Das heißt, dass das Dämpferelement 9 exzentrisch angeordnet ist, und zwar im Wesentlichen oberhalb des Strömungspfads 11. Dies hat den Vorteil, dass Wasser, das in Poren oder Öffnungen des Dämpferelements 9 gelangt, schwerkraftgetrieben zurück in den Strömungspfad 11 abgeleitet wird.The 7a) and 7b) a silencer device 5 for a fuel cell system 1 according to the invention can be seen. It comprises a damping element 9 which is integrated into a pipe or line section 10 through which a flow path 11 leads (see FIG 7a) ). The damper element 9 delimits the flow path 11, but only over a partial peripheral area (see 7b) ). This means that the damper element 9 is arranged eccentrically, essentially above the flow path 11. This has the advantage that water that gets into pores or openings in the damper element 9 is drained back into the flow path 11, driven by gravity.

Claims

Method for operating a fuel cell system (1), in which an anode gas, for example hydrogen, is recirculated via an anode circuit (2) and in which the water and/or nitrogen contained in the recirculated anode gas is removed from time to time by opening at least one drain and/or purge valve (3) from the anode circuit (2) into a drain and/or purge line (4), characterized in that when water and/or nitrogen are drained off, noise emissions are suppressed with the aid of a silencer device (5) which is connected to the at least one Drain and/or purge valve (3) upstream or downstream, preferably integrated into the drain and/or purge line (4), can be reduced.

procedure after claim 1 , characterized in that water and/or nitrogen is or are fed indirectly via a water separator (6) to the at least one drain and/or purge valve (3).

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that water and/or nitrogen is/are supplied indirectly via a recirculation device (7), preferably in the form of a blower, to the at least one drain and/or purge valve (3).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that water and/or nitrogen removed via the drain and/or purge line (4) is or are introduced into a cathode exhaust air line (8) for dilution.

Fuel cell system (1), comprising an anode circuit (2) via which an anode gas, for example hydrogen, can be recirculated, and at least one drain and/or purge valve (3) via which the anode circuit (2) can be connected to a drain and/or purge line (4) for removing water and/or nitrogen contained in the anode gas, characterized in that a silencer device (5) the at least one drain and/or purge valve (3) is connected upstream or downstream, preferably integrated into the drain and/or purge line (4).

Fuel cell system (1) after claim 5 , characterized in that a water separator (6) and/or a recirculation device (7), preferably in the form of a blower, is or are integrated into the anode circuit (2), the at least one drain and/or purge valve (3 ) is arranged on the water separator (6) and/or on the recirculation device (7).

Fuel cell system (1) after claim 5 or 6 , characterized in that the at least one drain and/or purge valve (3) is integrated into the drain and/or purge line (4).

Fuel cell system (1) according to one of Claims 5 until 7 , characterized in that the drain and/or purge line (4) is connected to a cathode exhaust air line (8), the connection preferably being made via a gas distribution device, further preferably via a combined silencer and gas distribution device (5).

Fuel cell system (1) according to one of Claims 5 until 8th , characterized in that the silencer device (5) comprises a damper element (9) with an open-pore, fibrous or lattice-like structure, which is preferably inserted eccentrically into a pipe or line section (10), so that the open-pore, fibrous or lattice-like structure of the Damping element (9) delimits a flow path (11) leading through the pipe or line section over a partial peripheral area.