Titel:

Brennstoffzellensystem mit verbesserter Befeuchtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle.

Stand der Technik

Es sind Fahrzeuge bekannt, bei denen elektrische Leistung durch ein Brennstoffzellensystem geliefert wird, durch die Antriebsmotoren angetrieben werden. Dabei wird Wasserstoff mit einem Oxidanten, in der Regel Sauerstoff aus der Umgebungsluft, katalytisch zu Wasser verbunden, wobei elektrische Leistung geliefert wird. Die Umgebungsluft ist mittels eines Luftfördersystems bzw. Luftverdichtungssystems dem Brennstoffzellensystem zuzuführen. Der Wasserstoff wird in der Regel in einem Hochdrucktank gespeichert und über Leitungen und Ventile dem Brennstoffzellensystem zugeführt. Weiterhin kann der Wasserstoff in einem Anodenkreis bzw. Anodenpfad rezirkuliert werden.

Brennstoffzellensysteme, die auf PEM-Brennstoffzellen basieren, erfordern eine ausreichend feuchte Membran, um Protonen leiten zu können. Ein ausreichendes Wassermanagement in dem Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem Kathodenpfad und in der Membran ist folglich essentiell für den Betrieb des Brennstoffzellensystems. Die Gefahr von Austrocknung ist insbesondere im Kathodeneintrittsbereich signifikant hoch. Es ist bekannt, Brennstoffzellensysteme mit Membranbefeuchtern zu betreiben und/oder höhere Systemdrücke zur geringeren Wasseraufnahmefähigkeit von Luft vorzusehen. Eine interne Befeuchtung durch Strömungskanäle im Innern einzelner Brennstoffzellen erfordert weiterhin recht hohe Systemdrücke und eine vergleichsweise dünne Membran. Dies führt dazu, dass das Brennstoffzellensystem in einigen Betriebsbereichen nicht bzw. nur mit Leistungsreduktion betrieben werden kann, z.B. bei hohen Umgebungstemperaturen, bei Bergfahrt, gealterten Brennstoffzellen und dergleichen.

Offenbarung der Erfindung

Es ist folglich eine Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffzelle oder ein Brennstoffzellensystem vorzuschlagen, bei dem eine verbesserte Befeuchtung erreicht wird, um die realisierbaren Betriebsgrenzen zu erweitern, wobei die Komplexität und die Kosten des Brennstoffzellensystems hierfür möglichst nicht oder nicht signifikant steigen sollten.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Es wird ein Brennstoffzellensystem vorgeschlagen, aufweisend mindestens eine Brennstoffzelle mit einer Anode, einer Kathode, einer zwischen der Anode und der Kathode angeordneten Membran, einem Kathodeneinlass, einem Kathodenauslass, einem Anodeneinlass und einem Anodenauslass. Das Brennstoffzellensystem zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass es dazu ausgebildet ist, an dem Anodenauslass anfallendes Wasser zumindest teilweise an mindestens einen Befeuchtungsanschluss in einer mit dem Kathodeneinlass verbundenen Oxidantleitung zu leiten, sodass ein zu dem Kathodeneinlass fließender Oxidantstrom befeuchtet wird.

Die mindestens eine Brennstoffzelle ist folglich eine Polymerelektrolytmembran (PEM)-Brennstoffzelle. Diese wird anodenseitig mit Wasserstoff oder einem Wasserstoff aufweisenden Gas und kathodenseitig mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff aufweisenden Gas versorgt. Beim Betrieb fällt auch an der Anode Wasser an, welches erfindungsgemäß verwendet wird, um den Oxidantstrom zu befeuchten. Der Oxidantstrom könnte in Form von Luft oder Sauerstoff realisiert sein. Bei Fahrzeugen, die am Boden oder in der Luft betrieben werden, könnte sich besonders Luft als Oxidant anbieten, da diese in ausreichender Menge zur Verfügung steht und gegebenenfalls über einen Verdichter druckbeaufschlagt werden kann.

Der mindestens eine Befeuchtungsanschluss kann einen einzelnen, jedoch auch mehrere Befeuchtungsanschlüsse aufweisen. Diese können an unterschiedlichen Stellen der Oxidantleitung vorgesehen sein. Es ist denkbar, dass ein erster Befeuchtungsanschluss direkt stromaufwärts des Kathodeneinlasses angeordnet ist. Dies könnte auch direkt stromaufwärts eines ersten Dosierventils sein, welches mit dem Kathodeneinlass verbunden ist und selektiv Wasser aus dem Anodenauslass abgibt. Ein zweiter Befeuchtungsanschluss könnte einem Zwischenkühler nachgeschaltet sein, ein dritter Befeuchtungsanschluss könnte einem Zwischenkühler vorgeschaltet sein. Ein vierter Befeuchtungsanschluss könnte einem Verdichter vorgeschaltet sein, der einen Oxidantstrom druckbeaufschlagt in die Oxidantleitung fördert. Des Weiteren könnte ein fünfter Befeuchtungsanschluss auch vor einem Luftfilter angeordnet sein. Es sind selbstverständlich weitere Befeuchtungsanschlüsse denkbar und es ist denkbar, dass mehrere Befeuchtungsanschlüsse auch gleichzeitig eingesetzt werden.

Die in der vorliegenden Offenbarung verwendeten Ordnungsnummern „erster“, „zweiter“, „dritter“, „vierter“ und „fünfter“ ist nicht als Reihenfolge zu verstehen, sondern lediglich zur Identifikation gleichartiger Elemente, die jedoch an unter schiedlichen Stellen, für unterschiedliche Zwecke oder in unterschiedlichen Ausführungsformen vorgesehen sein können.

Es ist möglich, dass in einem realisierten Brennstoffzellensystem ein geeigneter Befeuchtungsanschluss ausgewählt wird, der sich für einen zu erwartenden Druck an dem Anodenauslass eignet. Ist dieser beispielsweise vergleichsweise niedrig, könnte sich ein Befeuchtungsanschluss stromaufwärts eines Verdichters eher anbieten, als ein Befeuchtungsanschluss stromabwärts eines Verdichters.

Die Anode wird oftmals mit einem zumindest geringfügig höheren Druck versorgt, als die Kathode. Zwischen dem Anodenauslass und der Oxidantleitung direkt stromaufwärts des Kathodeneinlasses liegt folglich eine positive Druckdifferenz, d.h. ein Überdruck, vor. Erfindungsgemäß kann dieser Überdruck dazu genutzt werden, um an der Anode anfallendes Wasser ohne besondere Maßnahmen dem Oxidantstrom beizumischen. Dadurch kann signifikant an Bauraum und zusätzlich erforderlichen Peripheriegeräten eingespart werden. Dies kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem deutlich gegenüber bekannten Brennstoffzellensystemen vereinfachen und eine kostengünstigere Herstellung erlauben. Durch eine Befeuchtung des Oxidantstroms wird überdies kein signifikanter Druckverlust im Zuluftpfad verursacht. Es ist weiterhin kein Membranbefeuchter notwendig, sodass Bauraum eingespart werden kann. Der Betriebsbereich des Brennstoffzellensystems kann an Betriebsgrenzen erweitert werden bzw. es kann eine aufgrund des Betriebsbereichs zu erwartende Leistungsreduktion deutlich verzögert werden. Die an einen Verdichter innerhalb des Brennstoffzellensystems gestellten Leistungsanforderungen können gesenkt werden und/oder die Auslegung der mindestens eine Brennstoffzelle am Voll- Lastpunkt kann verbessert werden, da durch Absenkung einer Druckanforderung und des weitgehenden Entfalls parasitärer Leistung eines Luftverdichtungssystems die insgesamt notwendige Leistung verringert wird. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem ist folglich hinsichtlich des Betriebsbereichs und der Betriebsgrenzen und damit dem Wasserstoffverbrauch optimiert, ohne hierzu die Systemkosten signifikant zu erhöhen.

Es ist vorteilhaft, wenn dem mindestens einen Befeuchtungsanschluss eine Mischeinheit zum Homogenisieren eines Oxidant-Wasser-Gemischs nachgeordnet ist. Die Mischeinheit erlaubt, ein Oxidant-Wasser-Gemisch zu homogenisieren, um so einen Eintrag von Wassertropfen in die mindestens eine Brennstoffzelle zu vermeiden. Weiterhin könnte die Mischeinheit eine Verdampfung/Verdunstung fördern. Die Einbaupositionen der Mischeinheit könnten sich in mehreren Ausführungsformen voneinander unterscheiden. Es ist beispielhaft möglich, die Mischeinheit direkt stromaufwärts des Kathodeneinlass bzw. direkt stromaufwärts eines Absperrventil s anzuordnen. Wird ein weiter nachfolgend erwähnter Kathoden- Bypass verwendet, könnte die Mischeinheit stromaufwärts einer Einleitungsstelle des Kathoden- Bypass angeordnet sein. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn dem mindestens einen Befeuchtungsanschluss zum Fördern des Verdampfens oder Verdunstens von Wasser ein poröser Befeuchtungskörper nachgeordnet ist, der von dem Oxidantstrom durchströmt wird. Eine Druckdifferenz zwischen dem an Anodenauslass und dem betreffenden Befeuchtungsanschluss könnte zu gering sein, um ein Zerstäuben/Vernebeln des Wassers in die Oxidantleitung verhindert. Durch die Verwendung des porösen Befeuchtungskörpers, der beispielsweise schwammartig ausgeführt ist, benetzt das Wasser eine sehr große Oberfläche, was die Verdunstung bzw. Verdampfung durch den Oxidantstrom vereinfacht.

Der Befeuchtungskörper könnte in einer bevorzugten Ausführungsform einen Querschnitt der Oxidantleitung lokal vollständig ausfüllen, sodass der Oxidantstrom durch den Befeuchtungskörper strömen muss.

In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform ist eine Dosiereinheit dem mindestens einen Befeuchtungsanschluss vorgeordnet und dazu ausgebildet, Wasser dosiert und druckbeaufschlagt in den mindestens einen Befeuchtungsanschluss abzugeben. Die Dosiereinheit kann durch Erhöhung des Drucks ein feines Zerstäuben des Wassers ermöglichen. Eine Druckerhöhung kann auf verschiedene Arten erreicht werden. Beispielsweise könnte die Dosiereinheit eine Pumpe-Düse-Einheit oder ähnliches aufweisen. Ein druckerhöhender Injektor, der beispielsweise Piezo-Aktuatoren aufweist, wäre denkbar. Ebenso eine kleine Pumpe oder eine volumetrisch fördernde Membran pumpe. Letztere Variante hätte den besonderen Vorteil, dass der Pumpenhub genau definiert ist und eine dosierte Menge Wasser genau bemessen werden kann. Für die Anwendung in Fahrzeugen sind auf dem Markt bereits kostengünstige und insbesondere eisdruckfeste Membranpumpen mit einem definierten Fördervolumen bzw. Dosiervolumen bereit. Die Dosiereinheit könnte in Kombination mit oder statt eines Dosierventils eingesetzt werden. Die Kosten sind insbesondere bei Verwendung genannter Membranpumpen überschaubar. Die Vorteile dieser druckerhöhenden Varianten mit Zerstäubungsmöglichkeit sind - im Vergleich zum zuvor genannten Mischer -, dass kein Druckverlust verursacht wird.

Ferner könnte die Dosiereinheit und/oder der mindestens eine Befeuchtungsanschluss eine Sprüh- oder Vernebelungsvorrichtung zum Sprühen oder Vernebeln des Wassers aufweisen. Dies unterstützt das Homogenisieren des Oxidant-Wasser-Gemischs. Die Sprüh- oder Vernebelungsvorrichtung kann in Form eines Injektors ausgeführt sein.

In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform kann die Dosiereinheit mit einem Pufferspeicher, in dem zumindest temporär Wasser gesammelt wird, verbunden sein. Dies kann ein separater Behälter sein, der stetig mit Wasser aus dem Anodenauslass befüllt wird. Allerdings kann auch eine mit dem Anodenauslass verbundene Abfuhrleitung so ausgeführt sein, dass dort eine ausreichende Puffermöglichkeit für Wasser vorhanden ist. Die Dosiereinheit kann dann bevorzugt kontinuierlich betrieben werden, da sie kontinuierlich von dem Pufferspeicher mit darin gesammeltem Wasser versorgt wird.

Besonders vorteilhaft könnte eine Steuereinheit mit mindestens einem Dosierventil oder der vorangehend genannten Dosiereinheit gekoppelt und dazu ausgebildet sein, eine Menge des in die Oxidantleitung strömenden Wassers in Abhängigkeit eines Betriebszustands der mindestens einen Brennstoffzelle zu steuern. Die Steuereinheit kann eine Adaption der Befeuchtung erreichen. Die Dosierung könnte abhängig von dem Betriebszustand bzw. Betriebspunkt des Brennstoffzellensystems bzw. der mindestens einen Brennstoffzelle erfolgen. Ist die mindestens eine Brennstoffzelle derart gestaltet, dass sie sich in einem großen Teil des Betriebsbereichs selbst befeuchten kann, könnte eine Zudosierung von Wasser bevorzugt an Grenzen des Betriebsbereichs erfolgen, um eine Leistungsverminderung bzw. Austrocknung in diesen Grenzbereichen zu vermeiden. Ist die mindestens eine Brennstoffzelle jedoch derart gestaltet, dass vorteilhafterweise immer ein etwas befeuchteter Oxidant genutzt werden kann, so könnte die Befeuchtung ausgehend von Wasser an dem Anodenauslass über den gesamten Betriebsbereich angewandt werden. Es könnte weiterhin über die gesamte Lebenszeit des Brennstoffzellensystems notwendig sein, aufgrund Degradation der mindestens einen Brennstoffzelle eine Betriebsstrategie anzupassen. Die Zudosierung könnte entsprechend adaptiv über die Lebenszeit nach geführt werden. Zum Beispiel könnte im Neuzustand der mindestens einen Brennstoffzelle nur in einigen Betriebspunkten eine Zudosierung durchgeführt und bei fortgeschrittener Lebensdauer in mehreren Abschnitten des Betriebsbereichs. Die Steuereinheit könnte dazu ausgebildet sein, eine oder mehrere dieser Vorgänge durchzuführen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Wasserzufuhrermittlungseinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die Menge des in die Oxidantleitung strömenden Wassers zu detektieren oder zu ermitteln. Die Kenntnis über die Menge des in die Oxidantleitung strömenden Wassers ist hilfreich, um die Befeuchtung durch die Befeuchtungsanordnung entsprechend zu steuern. Alternativ zur direkten Ermittlung kann über modellbasierten Ansatz die Wassermenge aufgrund vorliegenden Daten/Sensordaten und Ansteuerung der Dosiereinheit berechnet werden. Ein stromüberwachter Aktuator, beispielsweise in der Dosiereinheit oder einem Dosierventil könnte durch die Strom-Charakteristik beim Eindosieren bzw. bei einem Förderhub bewertet werden, ob Wasser oder Gas eindosiert wird. Durch große Dichteunterschiede der Fluide ergeben sich jeweils unterschiedliche Strom-Charakteristiken, die einen Rückschluss auf den Medienzustand (flüssig bzw. gasförmig) zulassen. Ist beispielsweise kein Wasser zur Zudosierung vorhanden, könnte eine Rückkopplung dieser Information berücksichtigt werden, zur Anpassung einer Betriebsstrategie. Es ist selbstständig auch möglich, das Eindosieren von Wasser mittels eines geeigneten Sensors zu überwachen.

Es könnte weiterhin vorteilhaft sein, wenn das Brennstoffzellensystem dazu ausgebildet ist, während eines vorgegebenen Zeitintervalls eine Druckdifferenz zwischen der Anode und der Kathode zu erhöhen und während des Zeitintervalls Wasser in den mindestens einen Befeuchtungsanschluss zu leiten. Dies ist insbesondere bei der Realisierung des Brennstoffzellensystems ohne eine Dosiereinheit besonders sinnvoll. Die auf das Wasser wirkende, treibende Kraft könnte hierdurch kurzzeitig erhöht werden.

Ferner könnte ein Kathodenbypass vorgesehen sein, der dazu ausgebildet ist, selektiv den Kathodenauslass mit der Oxidantleitung zu verbinden, um überschüssiges Wasser in den Abgaskanal oder direkt die Umgebung auszutragen. Hierfür kann der Kathodenbypass auch direkt, also am Stack vorbei, an die Umgebung oder den Abgaskanal gehen. Sollte ein entsprechendes Dosierventil oder die Dosiereinheit oder jegliche andere Einrichtung zum Einleiten von Wasser eine Temperatur unterhalb des Gefrierpunkt aufweisen oder gefrorenes Wasser enthalten, kann es durch die Einbindung in einen Kathodenbypass durch warme Luft aufgetaut werden.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher dargestellt.

Ausführungsbeispiele

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung des Brennstoffzellensystems.

Figur 2 und 3 eine Detaildarstellung der Wassereinleitung.

Figur 1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 2 in einer schematischen Darstellung. Das Brennstoffzellensystem 2 weist eine Brennstoffzelle 4 auf, welche eine Anode 6, eine Kathode 8 und eine Kühleinheit 10 aufweist. Zwischen der Anode 6 und der Kathode 8 ist eine Membran 12 angeordnet. Die Anode 6 wird über einen Anodeneinlass 14 mit Wasserstoff versorgt, der zumindest teilweise aus einem Anodenauslass 16 wieder ausströmt. Eine Rezirkulationsleitung 18 führt mithilfe eines Verdichters 20 und einer Strahlpumpe 22 eine Rezirkulation von Wasserstoff von dem Anodenauslass 16 zu dem Anodeneinlass 14 durch. Wasserstoff von einem hier nicht dargestellten Wasserstofftank wird über die Strahlpumpe 22 zugemischt.

Umgebungsluft 24 wird über einen Luftfilter 26 einem Verdichter 28 zugeführt. Dieser wird hier beispielhaft von einem Elektromotor 30, der von einem Inverter 32 mit einer Spannung versorgt wird, angetrieben. Dadurch wird druckbeaufschlagte Luft einer als Luftleitung ausgebildeten Oxidantleitung 34 zugeführt.

Über einen Zwischenkühler 36 gerät gekühlte, druckbeaufschlagte Luft in eine Mischeinheit 38, welche ein Luft-Wasser-Gemisch homogenisiert. Die Art der Wassereinleitung wird weiter nachfolgend beschrieben. Beispielsweise wird in der Mischeinheit 38 das in der Luft enthaltene Wasser verwirbelt, sodass sich kleinste Tröpfchen oder ein Nebel bildet und die Verdunstung bzw. Verdampfung des Wassers gefördert wird. An die Mischeinheit 38 schließt sich stromabwärts ein erstes Absperrventil 40 an, welches mit einem Kathodeneinlass 42 verbunden ist. Über einen Kathodenauslass 44 gerät Abluft aus der Kathode 8 über ein zweites Absperrventil 46 in eine Abluftleitung 48. Diese könnte ein Regelventil 50 aufweisen, das Luft wieder der Umgebungsluft 24 zuführt.

Die Luftleitung 34 weist hier mehrere Befeuchtungsanschlüsse auf, über die Wasser aus dem Anodenauslass 16 dem Luftstrom zugeführt werden kann. Wasser wird hier einer Ablaufleitung 52 zugeführt, die über ein erstes Dosierventil 54 beispielhaft mit einer Dosiereinheit 56 verbunden ist. Die Dosiereinheit 56 könnte eine dosierte Menge Wasser aus der Ablaufleitung 52 druckbeaufschlagt einem ersten Befeuchtungsanschluss 58 direkt stromaufwärts des ersten Absperrventil s 40 oder direkt stromaufwärts der Mischeinheit 38 in einen zweiten Befeuchtungsanschluss 60 geleitet werden. Gleichermaßen könnte ein dritter Befeuchtungsanschluss 62 direkt stromaufwärts des Zwischenkühlers 36 angeordnet sein. Ein vierter Befeuchtungsanschluss 64 könnte direkt stromaufwärts des Verdichters 28 positioniert sein. Weiterhin könnte ein fünfter Befeuchtungsanschluss 66 direkt stromaufwärts des Luftfilters 26 vorgesehen sein. Je nach Druckdifferenz zwischen dem Anodenauslass 16 und dem Kathodeneinlass 42 kann ein zu verwendender Befeuchtungsanschluss 58, 60, 62, 64 oder 66 ausgewählt werden. Es könnten auch mehrere gleichzeitig oder abhängig vom Betriebszustand verwendet werden.

Die Befeuchtung kann durch das erste Dosierventil 54 und/oder die Dosiereinheit 56 gesteuert werden. Überschüssiges Wasser könnte über ein zweites Dosierventil 68 der Ablaufleitung 52 entnommen werden, um es über die Abluftleitung 48 der Umgebungsluft 24 zuzuführen. Die Ablaufleitung 52 könnte weiterhin bei Frostgefahr vollständig hierüber entleert werden. Ein Anodenspülventil 70 könnte vorgesehen sein, um Purge-Gas/Spül-Gas zur Reduktion des Stickstoffgehalts im Anodenkreislauf aus der Anode 6 zu spülen und ebenso der Umgebungsluft 24 zuzuführen. Die Ablaufleitung 52 könnte so dimensioniert sein, dass sie eine gewisse Speicherkapazität für Wasser besitzt und dadurch als Pufferspeicher einsetzbar ist. Das Bezugszeichen 52 gilt folglich auch für einen Pufferspeicher.

Um bedarfsweise eine Erwärmung der Luftleitung 34 und der darin angeordneten Komponenten vorzunehmen, beispielsweise um das erste Absperrventil 40 oder die Mischeinheit 38 zu erwärmen, kann ein Kathodenbypass 72 mit einem Bypassventil 74 vorgesehen sein.

Zur Steuerung des Brennstoffzellensystems 2 kann ferner eine Steuereinheit 76 vorgesehen sein, die mit den hier gezeigten Ventilen 40, 46, 50, 54, 68 und 74 sowie der Dosiereinheit 56, dem Inverter 32 und gegebenenfalls Sensoren (hier nicht gezeigt) verbunden ist.

Die Dosiereinheit 56 könnte auch weggelassen werden. Dann würde die Einleitung von Wasser ausschließlich durch die zwischen dem Anodenauslass 16 und dem Kathodeneinlass 42 vorhandene Druckdifferenz getrieben sein. Hierzu könnte das in Figur 3 gezeigte Detail nützlich sein.

Die Einleitung von Wasser in den Luftstrom kann von der Steuereinheit 32 gesteuert werden. Insbesondere können hierzu die Parameter des Luftmassenstroms in der Luftleitung 34, des Drucks in der Kathode 8, dem Feuchtezustand der Membran 12 und der Stöchiometrie berücksichtigt werden. Die Dosierung kann über das Ventil 54 getaktet erfolgen, wobei die Zeitdauer der Einspritzung bzw. die Anzahl der Hübe einer Dosierpumpe und die Frequenz variiert werden können.

Figur 2 zeigt ein mögliches Detail des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 2. Hier ist die Ablaufleitung 52 gezeigt, die mit einem Pufferspeicher 78 gekoppelt ist. Dieser führt Wasser an die Dosiereinheit 56, welche einen Injektor 80 aufweist, der Wasser in die Luftleitung 34 dosiert. Dadurch kann Wasser eingesprüht werden, sodass der Injektor 80 als Sprüh oder Vernebelungsvorrichtung verwendbar ist. Als geeigneter Ort für die Zudosierung ist der zweite Befeuchtungsanschluss 60 gewählt, der stromaufwärts der Mischeinheit 38 angeordnet ist. Das Wasser wird stromaufwärts des Kathodenbypass 72 eingeleitet. Dies hat den Vorteil, dass Wasser, das nicht für die Befeuchtung notwendig ist, über kurzes Öffnen des Kathodenbypass 72 durch Öffnen des Bypassventils 74 in die Abluftleitung 48 geleitet werden kann und ein Dosierventil 68 in diesem Fall entfallen kann. Die Mischeinheit 38 könnte alternativ auch stromabwärts des zweiten Befeuchtungsanschlusses 60 und stromaufwärts des Kathodenbypass 72 positioniert sein. Denkbar wäre zudem auch eine Ableitung das zweite Dosierventil 68 in die Abluftleitung 48. In diesem Fall ist die Flexibilität des Systems 2 zwar höher, würde jedoch den Einsatz zweier aktiver Komponenten erfordern, etwa die beiden Dosierventile 54 und 68 bzw. das zweite Dosierventil 68 und die Dosiereinheit 56.

Der Injektor 80 ist elektrisch angesteuert und mit der Steuereinheit 76 gekoppelt. Über eine sich direkt von dem Wasservolumenstrom verändernde Strom- Charakteristik kann die Steuereinheit 76 erfassen oder ermitteln, wie hoch der momentane Wasservolumenstrom ist. Der Druck des abgegebenen Wassers wird dabei signifikant erhöht.

Alternativ dazu kann stattdessen ein poröser Befeuchtungskörper 82 in die Luftleitung 34 integriert werden, wie in Figur 3 schematisch dargestellt. Der Befeuchtungskörper wird durch die Dosiereinheit 56, beispielsweise über ein Ventil, mit Wasser versorgt. Dort wird eine sehr große Oberfläche mit Wasser vernetzt und von dem Luftstrom verdampft oder verdunstet. Die Wasserabgabe wird dabei ausschließlich durch die zwischen dem Anodenauslass 16 und dem Kathodeneinlass 42 vorhandene Druckdifferenz angetrieben.