Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, welches einen Stack mit zumindest einer Brennstoffzelle, eine Abgasanlage zum Abführen von im Betrieb des Stacks entstehendem Abgas sowie eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Stacks aufweist.

Im Betrieb einer Brennstoffzelle werden der Brennstoffzelle ein Kathodengas und ein Brennstoff zugeführt. Dabei entsteht ein wasserhaltiges Abgas. Brennstoffzellen liegen üblicherweise als sogenannte Stacks vor, in denen mehrere einzelne Brennstoffzellen zusammengefasst sind. Zum Zuführen des Kathodengases und zum Abführen des im Betrieb entstehenden Abgases sind in einem zugehörigen Brennstoffzellensystem eine Kathodengaszuführanlage sowie eine Abgasanlage vorgesehen. Im Betrieb der Brennstoffzellen entsteht dabei Wärme, die eine bedarfsgerechte Kühlung der Brennstoffzelle, insbesondere des Stacks, erforderlich macht. Zu diesem Zweck ist es bekannt, das Brennstoffzellensystem mit einer Kühleinrichtung auszustatten, welche einen Kreislauf aufweist, in dem ein Kühlmittel zirkuliert, um den Stack zu kühlen.

Es ist bekannt, zur Erhöhung der Kühlleistung eines Kühlers den Kühler mit Wasser zu berieseln. In der DE 102016 106919 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Berieselungseinrichtung eines Ladeluftkühlers für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs offenbart, wobei die Berieselung des Ladeluftkühlers mit Wasser abhängig von Temperaturen im zugehörigen Kraftfahrzeug erfolgt. Weitere Berieselungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge sind aus DE 102008051 368 A1 , US 4771822 A, US 4215753 A, KR 100634870 B1 , DE 19637926 A1 , US 5101775 A, US 6298809 B1 , DE 2358631 A1 ,

US 4494384 A, DE 102017209735 A1 , DE 11 2007001 422 B4, FR 2833803 A1 und DE 102010036502 A1 bekannt. Diese Berieselungseinrichtungen weisen jeweils eine zugehörige Fördereinrichtung, insbesondere Pumpe, zum Fördern des Wassers innerhalb der Berieselungseinrichtung auf. Dies führt zu einer Erhöhung der Kosten zum Fierstellen der Berieselungseinrichtung und zu einem erhöhten Energiebedarf. Zudem benötigt die Berieselungseinrichtung einen erhöhten Bauraum und reduziert somit auch die Gestaltungsmöglichkeiten der Berieselungseinrichtung.

Ein Brennstoffzellensystem in einem Kraftfahrzeug ist aus der DE 102017002 471 A1 bekannt. Hierbei ist in der Abgasanlage ein Kondensator zum Kondensieren des Abgases eingebunden. Der Kondensator weist einen Sammelbereich auf, in welchem sich beim Kondensieren des Abgases anfallendes Wasser sammelt. Eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Stacks weist einen Kühlmittelkühler auf, mit dem das durch einen Kreislauf zirkulierende Kühlmittel gekühlt wird, wobei das Kühlmittel zum Kühlen des Stacks eingesetzt wird. Das Brennstoffzellensystem weist zudem eine Berieselungseinrichtung auf, mit der der Kühlmittelkühler mit Wasser berieselt wird, um die Kühlleistung zu erhöhen.

Dieses Wasser stammt aus dem Sammelbereich des Kondensators, wobei die Berieselungseinrichtung bezüglich der Schwerkraft unterhalb des Sammelbereiches angeordnet ist, sodass das Wasser aus dem Sammelbereich gravitationsbedingt in Richtung von Auslässen der Berieselungseinrichtung strömt. Somit entfällt die Fördereinrichtung der Berieselungseinrichtung. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Berieselungseinrichtung auf diese Weise lediglich dann mit Wasser versorgt wird, wenn eine entsprechende relative Anordnung des Kühlmittelkühlers zum Sammelbereich gegeben ist. Zudem können bei entsprechenden Stellungen des zugehörigen Kraftfahrzeugs Unterbrechungen der Wasserversorgung der Berieselungseinrichtung auftreten.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für ein Brennstoffzellensystem der vorstehend genannten Art eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Gesamteffizienz und/oder einen reduzierten Bauraumbedarf auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem Brennstoffzellensystem im Abgas einer Brennstoffzelle vorhandenes Wasser mit einer Berieselungseinrichtung zum Berieseln eines Kühlers zum Kühlen der Brennstoffzelle einzusetzen und das Wasser mit Hilfe einer Fördereinrichtung in Richtung des Kühlers zu fördern, welche im Brennstoffzellensystem und/oder im zugehörigen Einsatzbereich des Brennstoffzellensystems zudem zum Fördern eines Gases in einer von der Berieselungseinrichtung separaten Anwendung zum Einsatz kommt. Insbesondere handelt es sich bei der von der Berieselungseinrichtung separaten Anwendung um eine Hauptanwendung für die Fördereinrichtung, also einer solchen, in der die Fördereinrichtung hauptsächlich und vordergründig ein Gas fördert. Somit ist eine eigens für die Berieselungseinrichtung vorgesehene Fördereinrichtung zum Fördern des Wassers nicht notwendig. Folglich können die Berieselungseinrichtung und das Brennstoffzellensystem energieeffizienter betrieben werden und zugleich mit einem geringeren Bauraumbedarf und einem vereinfacht anpassungsfähigem Aufbau bereitgestellt werden. Zugleich kann der Kühler bedarfsgerecht, insbesondere unabhängig von der relativen Lage einzelner Bestandteile des Brennstoffzellensystems, berieselt werden. Das mit der Fördereinrichtung geförderte Gas wird dabei eingesetzt, um das Wasser mit Druck zu beaufschlagen und somit den Kühler zu berieseln. Folglich wird die Gesamteffizienz des Brennstoffzellensystems bei zugleich reduziertem Bauraumbedarf und anpassungsfähigem Aufbau gesteigert. Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist das Brennstoffzellensystem einen Stack mit zumindest einer Brennstoffzelle auf. Zudem weist das Brennstoffzellensystem eine Abgasanlage zum Abführen von im Betrieb im Stack entstehendem Abgas auf. Die Abgasanlage weist eine eingebundene Einrichtung zum Gewinnen von Wasser aus dem Abgases auf, die nachfolgend auch als Wasserabscheider bezeichnet wird. Im Betrieb wird also mittels des Wasserabscheiders Wasser aus dem Abgas gewonnen, insbesondere abgeschieden. Das Brennstoffzellensystem weist ferner eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Stacks auf. Die Kühleinrichtung weist einen Kreislauf auf, in welchem im Betrieb ein Kühlmittel zirkuliert. Das Kühlmittel dient dem Kühlen des Stacks. Folglich ist der Stack im Kreislauf eingebunden, sodass das Kühlmittel den Stack im Betrieb kühlt. Im Kreislauf ist ferner der Kühler zum Kühlen des Kühlmittels eingebunden, der nachfolgend auch als Kühlmittelkühler bezeichnet wird. Der Kühlmittelkühler weist zumindest einen Kanalkörper auf, durch den ein Strömungspfad des Kühlmittels, nachfolgend auch Kühlmittelpfad genannt, führt. Zudem ist der zumindest eine Kanalkörper im Strömungspfad eines Kühlgases angeordnet, der nachfolgend auch als Kühlgaspfad bezeichnet wird. Dabei sind der Kühlmittelpfad und der Kühlgaspfad fluidisch voneinander getrennt, sodass im Betrieb das Kühlmittel vom Kühlgas fluidisch getrennt Wärme auf das Kühlgas überträgt und somit gekühlt wird. Das Brennstoffzellensystem weist ferner die Berieselungseinrichtung zum Einbringen von Wasser in den Kühlgaspfad auf. Die Berieselungseinrichtung weist zu diesem Zweck zumindest einen in den Kühlmittelkühler mündenden Auslass auf, der nachfolgend auch als Berieselungsauslass bezeichnet wird. Der Berieselungsauslass ist derart angeordnet und/oder ausgestaltet, dass im Betrieb über den zumindest einen Berieselungsauslass Wasser in den Kühlgaspfad gelangt. Die Berieselungseinrichtung ist ferner fluidisch mit dem Wasserabscheider so verbunden, dass Wasser aus dem Wasserabscheider in die Berieselungseinrichtung gelangt. Zu diesem Zweck weist die Berieselungseinrichtung einen Zuführpfad auf, der nachfolgend auch als Abscheiderzuführpfad bezeichnet wird, wobei der Abscheiderzuführpfad fluidisch mit dem Wasserabscheider verbunden ist. Zum Fördern des aus dem Wasserabscheider stammenden Wasser in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses und somit zum Berieseln des Kühlmittelkühlers weist das Brennstoffzellensystem die Fördereinrichtung auf, welche nachfolgend auch als Berieselungsfördereinrichtung bezeichnet wird. Die Berieselungseinrichtung dient ferner dem Fördern von Gas in einer von der Berieselungseinrichtung separaten Anwendung. Zu diesem Zweck ist die Berieselungsfördereinrichtung in einem Flauptpfad der Anwendung angeordnet ist fördert im Betrieb Gas durch den Flauptpfad fördert, wobei der Flauptpfad ein Strömungspfad der separaten Anwendung, also von der Berieselungseinrichtung separat ist. Der Flauptpfad dient der Versorgung einer von der Berieselungseinrichtung separaten Anwendung des Brennstoffzellensystems. Dabei wird Gas druckseitig der Berieselungsfördereinrichtung vom Flauptpfad abgezweigt und der Berieselungseinrichtung zugeführt. Zu diesem Zweck weist die Berieselungseinrichtung einen zugehörigen Zuführpfad, nachfolgend auch Gaszuführpfad genannt, auf, der druckseitig der Berieselungsfördereinrichtung vom Flauptpfad abzweigt und den Flauptpfad somit fluidisch mit dem zumindest einen Berieselungsauslass verbindet, sodass im Betrieb Gas aus dem Flauptpfad über den Gaszuführpfad Wasser in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslass fördert.

Im Betrieb des Brennstoffzellensystem wird insbesondere das durch die vorhandene Fördereinrichtung geförderte Gas teilweise abgezweigt und der Berieselungseinrichtung zugeführt, um somit das Wasser in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses zu fördern.

Der Wasserabscheider kann zum Gewinnen von Wasser aus dem Abgas beliebig ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Wasserabscheider das Abgas kondensieren, um aus dem Abgas Wasser zu gewinnen. Der Wasserabscheider kann also ein Kondensator sein oder einen Kondensator aufweisen.

Es versteht sich, dass das Wasser, mit dem der Kühlmittelkühler berieselt wird, außer dem vom Wasserabscheider stammenden Wasser auch andere Bestandteile enthalten kann.

Das Fördern des Wassers innerhalb der Berieselungseinrichtung mit dem von der Fördereinrichtung geförderten Gas kann dazu führen, dass das Gas dem Wasser beigemischt wird und der Kühler somit mit Wassertropfen, insbesondere Dunst und/oder Dampf, berieselt wird. Dies führt zu einer verbesserten Kühlleitung des Kühlers und einerweiteren Effizienzsteigerung des Brennstoffzellensystems.

Die Berieselungseinrichtung weist bevorzugt mehrere Berieselungsauslässe auf. Dies führt zu einem verbesserten und/oder gleichmäßigerem Berieseln des Kühlers. Die Berieselungsauslässe können dabei in einem Netz und/oder Gitter der Berieselungseinrichtung vorgesehen sein.

Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen als Berieselungsfördereinrichtung eine bereits im Brennstoffzellensystem vorhandene Fördereinrichtung zum Fördern eines Gases zum Einsatz kommt. Das heißt, dass die Berieselungsfördereinrichtung bevorzugt eine solche ist, die zum Betreiben des Brennstoffzellensystems benötigt wird. Dies führt zu einer besonders einfachen und kompakten Ausbildung des Brennstoffzellensystems bei zugleich erhöhter Gesamteffizienz.

Als vorteilhaft gelten dabei Ausführungsformen, bei denen die Berieselungsfördereinrichtung eine solche zum Fördern eines dem Stack zugeführten Gases ist. Dies führt zu einer besonderes kompakten Ausbildung des Brennstoffzellensystems. Bevorzugt ist die Berieselungsfördereinrichtung eine solche zum Fördern eines dem Stack zuzuführenden Kathodengases. Das Brennstoffzellensystem weist dabei eine Kathodengaszuführanlage zum Zuführen des Kathodengases, beispielsweise von Luft und/oder Sauerstoff, zum Stack auf. Die Kathodengaszuführanlage weist ferner eine Fördereinrichtung zum Fördern des Kathodengases auf, die in der Kathodengaszuführanlage eingebunden ist und nachfolgend auch als Kathodengasfördereinrichtung bezeichnet wird. Die Kathodengasfördereinrichtung ist insbesondere ein Verdichter zum Verdichten des Kathodengases. Dabei entspricht die Kathodengasfördereinrichtung der Berieselungsfördereinrichtung. Dementsprechend ist die Kathodengasfördereinrichtung im Hauptpfad angeordnet. Das heißt, dass der Hauptpfad durch die Kathodengaszuführanlage definiert und/oder begrenzt ist.

Das heißt ferner, dass der Gaszuführpfad von der Kathodengaszuführanlage abzweigt. Die Verwendung der Kathodengasfördereinrichtung als Berieselungsfördereinrichtung bietet ferner den Vorteil, dass der Volumenstrom durch den zumindest einen Berieselungsauslass mit dem Volumenstrom durch die Kathodengaszuführanlage zusammenhängt. Eine erhöhte Kühlung des Stacks ist in der Regel bei erhöhten Leistungsanforderungen an den Stack und somit einem erhöhten Bedarf des Stacks an Kathodengas notwendig. Der erhöhte Bedarf an Kathodengas erfolgt durch eine erhöhte Förderleistung der Kathodengasfördereinrichtung, die wiederum zu einem verstärkten Berieseln des Kühlmittelkühlers und folglich einer erhöhten Kühlung des Kühlmittels führt. Somit ist bei einer verbesserten Gesamteffizienz eine einfache, zuverlässige sowie bedarfsgerechte Kühlung des Stacks realisiert.

Kommt das Brennstoffzellensystem in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, ist es vorstellbar, als im Hauptpfad angeordnete Fördereinrichtung eine solche einer Bremsanlage des Kraftfahrzeugs einzusetzen. Das heißt, dass die Berieselungsfördereinrichtung einer Bremsanlagenfördereinrichtung einer Bremsanlage eines zugehörigen Kraftfahrzeugs entspricht. In diesem Fall fördert also die Bremsanlagenfördereinrichtung primär Gas, insbesondere Luft, für die Bremsanlage.

Beim Einsatz des Brennstoffzellensystems in einem Kraftfahrzeug ist auch vorstellbar, als im Hauptpfad angeordnete Fördereinrichtung eine solche einer Reifenbefüllungsanlage des Kraftfahrzeugs einzusetzen. Das heißt, dass die Berieselungsfördereinrichtung einer Reifenluftfördereinrichtung der Reifenbefüllungsanlage entspricht. In dem Fall dient der

Reifenluftfördereinrichtung als Berieselungsfördereinrichtung zudem dem Befüllen von Reifen des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Notfall, beispielsweise bei einer Beschädigung, insbesondere einem Leck, eines zugehörigen Reifens.

Bei vorteilhaften Ausführungsformen weist die Berieselungseinrichtung einen Behälter zum Speichern von aus dem Wasserabscheider stammendem Wasser auf, der nachfolgend auch als Wasserbehälter bezeichnet wird. Der Wasserbehälter ist zweckmäßig mit dem zumindest einen Berieselungsauslass, insbesondere mit dem Abscheiderzuführpfad, fluidisch verbunden, sodass im Wasserabscheider anfallendes Wasser in den Wasserbehälter gelangen und mit der Zahnradpumpe zum zumindest einen Berieselungsauslass gefördert werden kann. Bevorzugt ist es ferner, wenn die Berieselungseinrichtung einen den Wasserbehälter mit dem zumindest einen Berieselungsauslass fluidisch verbindenden Strömungspfad aufweist, der nachfolgend auch als Wasserzuführpfad bezeichnet wird. Das heißt, dass die Berieselungseinrichtung den den Wasserbehälter fluidisch mit dem Wasserabscheider verbindenden Abscheiderzuführpfad und den den Wasserbehälter fluidisch mit dem zumindest einen Berieselungsauslass verbindenden Wasserzuführpfad aufweisen kann. Der Wasserbehälter ermöglicht es, in der Berieselungseinrichtung Wasser zu sammeln, um das gesammelte Wasser bei Bedarf zum Berieseln des Kühlmittelkühlers einzusetzen. Der Wasserbehälter ermöglicht es somit, den Kühlmittelkühler unabhängiger vom unmittelbar im Abgas vorhandenem Wasser zu berieseln und führt folglich zu einer Verbesserung der bedarfsgerechten Kühlung des Stacks.

Bevorzugt ist es, wenn die Berieselungsfördereinrichtung zum Berieseln des Kühlmittelkühlers den Wasserzuführpfad mit Druck beaufschlagt. Mit anderen Worten, die Strömung von aus dem Wasserabscheider stammendem Wasser in den Wasserbehälter erfolgt unabhängig von der Berieselungsfördereinrichtung. Zu diesem Zweck kann die Gravitation zum Einsatz kommen, also eine gravitationsbedingte Strömung von Wasser aus dem Wasserabscheider in den Wasserbehälter erfolgen.

Bei bevorzugten Ausführungsformen weist das Brennstoffzellensystem eine Ventileinrichtung zum Freigeben und Sperren von Strömungen in der Berieselungseinrichtung auf. Somit lässt sich die Berieselungseinrichtung variabel und bedarfsgerecht einsetzen. Die Ventileinrichtung ist also derart ausgestaltet, dass sie in der Berieselungseinrichtung zumindest eine fluidische Verbindung wahlweise freigibt und sperrt. Dementsprechend weist die Ventileinrichtung zumindest ein Ventil auf.

Vorteilhaft ist es, wenn die Ventileinrichtung ein Ventil aufweist, welches die fluidische Verbindung zwischen dem Wasserbehälter und dem zumindest einen Berieselungsauslass wahlweise sperrt und freigibt. Mit dem Ventil, nachfolgend auch als erstes Ventil bezeichnet, ist es also möglich, wahlweise den Kühlmittelkühler zu berieseln oder die Berieselung zu unterbrechen. Somit kann das Kühlmittel und somit der Stack bedarfsgerecht und variabel gekühlt werden. Ferner ist es mit dem ersten Ventil möglich, innerhalb der Berieselungseinrichtung auch Strömungen zu realisieren, die nicht zu dem zumindest einen Berieselungsauslauf führen. Bevorzugt ist es, wenn die Ventileinrichtung ein Ventil aufweist, das eine Strömung vom Wasserbehälter in Richtung des Hauptpfads sperrt. Dieses Ventil, nachfolgend auch zweites Ventil genannt, verhindert also, dass im Betrieb Wasser in den Hauptpfad gelangt und dem durch den Hauptpfad strömenden Gas beigemischt wird. Somit werden unerwünschte Eintritte von Wasser in den Hauptpfad verhindert. Das zweite Ventil kann hierbei insbesondere ein lediglich in einer Richtung durchström bares Ventil, beispielsweise ein Rückschlagventil, sein.

Bei bevorzugten Ausführungsformen erfolgt mit Hilfe der Ventileinrichtung bei Bedarf zusätzlich ein Entleeren der Berieselungseinrichtung von Wasser. Somit wird insbesondere verhindert, dass das Wasser in der Berieselungseinrichtung bei niedrigen Temperaturen gefriert und zu Beschädigungen der Berieselungseinrichtung und/oder des Kühlmittelkühlers führt. Dementsprechend ist das Brennstoffzellensystem entsprechend ausgestaltet.

Vorteilhaft ist es hierbei, wenn das Brennstoffzellensystem derart ausgestaltet ist, dass es in einem ersten Entleerungsbetrieb die Ventileinrichtung derart einstellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung Wasser aus dem Abscheiderzuführpfad in Richtung der Abgasanlage fördert. Zudem wird in einem zweiten Entleerungsbetrieb die Ventileinrichtung derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung Wasser aus dem Wasserzuführpfad in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses fördert, wobei nach dem Durchführen des ersten und des zweiten Entleerungsbetriebs der Abscheiderzuführpfad und der Wasserzuführpfad von Wasser entleert sind. Es versteht sich hierbei, dass der erste Entleerungsbetrieb und der zweite Entleerungsbetrieb auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden können.

Bevorzugt ist es ferner, wenn auch der Wasserbehälter bei Bedarf von Wasser entleert werden kann. Zu diesem Zweck kann das Brennstoffzellensystem derart ausgestaltet sein, dass die Berieselungsfördereinrichtung im ersten Entleerungsbetrieb zudem Wasser aus dem Wasserbehälter in Richtung der Abgasanlage fördert, sodass nach Ablauf des ersten Entleerungsbetriebs der Wasserbehälter sowie der Konsenswasserzuführpfad von Wasser entleert sind.

Alternativ oder zusätzlich ist es vorstellbar, dass das Brennstoffzellensystem den Wasserbehälter in einem zugehörigen Entleerungsbetrieb, nachfolgend auch Behälterentleerungsbetrieb genannt, entleert. Dabei wird die Ventileinrichtung derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung Wasser aus dem Wasserbehälter in die Umgebung fördert. Zu diesem Zweck kann das Brennstoffzellensystem, insbesondere die Berieselungseinrichtung, einen den Wasserbehälter mit der Umgebung fluidisch verbindenden Strömungspfad, nachfolgend auch als Ablasspfad bezeichnet, aufweisen. Zudem kann das Ventileinrichtung zu diesem Zweck ein im Ablasspfad angeordnetes Ventil, nachfolgend auch drittes Ventil genannt, aufweisen. Das dritte Ventil ist derart ausgestaltet, dass der den Ablasspfad wahlweise freigeben und sperren kann.

Zum Betreiben des Brennstoffzellensystems, insbesondere zum Wechseln zwischen den Betriebsmodi, weist das Brennstoffzellensystem eine Steuereinrichtung auf, die entsprechend ausgestaltet ist. Die Steuereinrichtung ist zweckmäßig mit der Ventileinrichtung kommunizierend verbunden, sodass die Steuereinrichtung das zumindest eine Ventil der Ventileinrichtung im Betrieb verstellt. Zudem kann die Steuereinrichtung mit der Berieselungsfördereinrichtung kommunizierend verbunden sein, so dass die Steuereinrichtung die Berieselungsfördereinrichtung im Betrieb steuert, insbesondere die Förderleistung der Berieselungsfördereinrichtung ändern kann.

Die Ventile der Ventileinrichtung können, wie vorstehend beschrieben, eine Strömung wahlweise freigeben und sperren. Selbstverständlich ist unter Freigeben auch ein teilweises Freigeben zu verstehen. Das heißt, dass beim jeweiligen Freigeben zumindest zwei Freigabezustände möglich sein können, mit denen unterschiedliche Volumenströme und/oder durchström bare Querschnitte freigegeben werden.

Das Brennstoffzellensystem kann, wie vorstehend erwähnt, Bestandteil eines Kraftfahrzeugs sein. Dabei kommt der Stack insbesondere zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zum Einsatz.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch, stark vereinfacht und schaltplanartig:

Fig. 1 ein Brennstoffzellensystem mit einer Berieselungseinrichtung,

Fig. 2 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich der

Berieselungseinrichtung,

Fig. 3 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich der

Berieselungseinrichtung bei einem anderen Ausführungsbeispiel, Fig. 4 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich der

Berieselungseinrichtung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems im Bereich der

Berieselungseinrichtung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 eine Teilansicht des Brennstoffzellensystems bei einem anderen

Ausführungsbeispiel.

Ein Brennstoffzellensystem 1 , wie es beispielsweise in den Figuren 1 bis 6 gezeigt ist, weist einen Stack 2 mit zumindest einer Brennstoffzelle 3 auf. Das Brennstoffzellensystem 1 kommt beispielsweise in einem Kraftfahrzeug 4 zum Einsatz, wobei der Stack 2 dem Antrieb des Kraftfahrzeugs 4 dienen kann. Der Stack 2 weist üblicherweise zwei oder mehr Brennstoffzellen 3 auf. Im Betrieb benötigt der Stack 2 einen Brennstoff sowie ein Kathodengas, beispielsweise Luft. Der Brennstoff wird dem Stack 2 über eine nicht gezeigte Brennstoffzuführanlage zugeführt. Das Kathodengas wird dem Stack 2 mit Hilfe einer Kathodengaszuführanlage 5 zugeführt. Zum Fördern des Kathodengases zum Stack 2 weist die Kathodengaszuführanlage 5 eine Fördereinrichtung 6 auf, die nachfolgend auch als Kathodengasfördereinrichtung 6 bezeichnet wird. Die Kathodengasfördereinrichtung 6 kann zum Fördern des Kathodesgases das Kathodengas verdichten. Die Kathodengaszuführanlage 5 weist zudem und wie insbesondere in Figur 1 gezeigt vorzugsweise eine Filtereinrichtung 7 zum Filtern des Kathodengases auf, wobei die Filtereinrichtung 7 bevorzugt stromauf der Kathodengasfördereinrichtung 6 angeordnet ist. Im Betrieb des Stacks 2 entsteht Abgas, das wasserhaltig ist, insbesondere Dampf. Dieses Abgas wird mit Hilfe einer Abgasanlage 17 des Brennstoffzellensystems 1 abgeführt. Im Betrieb des Stacks 2 entsteht ferner Wärme, sodass im Betrieb des Brennstoffzellensystems 1 eine Kühlung des Stacks 2 erforderlich sein kann. Zum Kühlen des Stacks 2 weist das Brennstoffzellensystem 1 eine Kühleinrichtung 8 auf. Die Kühleinrichtung 8 weist einen lediglich in Figur 1 vereinfacht dargestellten Kühlkreis 9 auf, durch den im Betrieb ein Kühlmittel zirkuliert. Der Stack 2 ist derart im Kreislauf 9 eingebunden, dass er im Betrieb durch das Kühlmittel gekühlt wird. Zum Kühlen des Kühlmittels weist die Kühleinrichtung 8 einen Kühler 10 auf, der nachfolgend auch als Kühlmittelkühler 10 bezeichnet wird. Der Kühlmittelkühler 10 ist ebenfalls im Kühlkreis 9 eingebunden und im Betrieb vom Kühlmittel durchströmt. Die Kühleinrichtung 8 weist zweckmäßig weitere Bestandteile, beispielsweise eine Fördereinrichtung 11 zum Fördern des Kühlmittels durch den Kühlkreis 9, hier auch Kühlmittelfördereinrichtung 11 genannt, auf, welche im Kühlkreis 9 eingebunden sind. Zum Kühlen des Kühlmittels kommt ein Kühlgas zum Einsatz, das den Kühlmittelkühler 10 entlang eines zugehörigen Strömungspfads 12 (vgl. Figur 1), nachfolgend auch Kühlgaspfad 12 genannt, vom Kühlmittel fluidisch getrennt durchströmt. Wie insbesondere Figur 2 entnommen werden kann, weist der Kühlmittelkühler 10 zumindest einen Kanalkörper 13, vorzugsweise mehrere Kanalkörper 13, auf, durch welche ein Strömungspfad 14 des Kühlmittels, nachfolgend auch als Kühlmittelpfad 14 bezeichnet (vgl. Figur 1), jeweils führt. Der zumindest eine Kanalkörper 13 ist im Kühlgaspfad 12 angeordnet, sodass im Kühlmittelkühler 10 das Kühlmittel über den zumindest einen Kanalkörper 13, vom Kühlgas fluidisch getrennt, Wärme auf das Kühlgas überträgt und somit gekühlt wird. Zur Verbesserung der Kühlung des Kühlmittels weist das Brennstoffzellensystem 1 zudem eine Berieselungseinrichtung 15 auf, mit welcher im Kühlmittelkühler 10 Wasser in den Kühlgaspfad 12 eingebracht und der Kühlmittelkühler 10, insbesondere der zumindest eine Kanalkörper 13, somit berieselt wird. Zu diesem Zweck weist die Berieselungseinrichtung 15 zumindest einen in den Kühlmittelkühler 10 mündenden Auslass 16 auf, der nachfolgend auch als Berieselungsauslass 16 bezeichnet wird. Zweckmäßig ist der zumindest eine Berieselungsauslass 16 derart angeordnet, dass das Wasser bezüglich des Kühlgaspfads 12 stromauf des zumindest einen Kanalkörpers 13 in den Kühlgaspfad 12 eingebracht wird. Wie insbesondere Figur 2 entnommen werden kann, weist die Berieselungseinrichtung 15 dabei mehrere solche Berieselungsauslässe 16 auf. Somit erfolgt eine gleichmäßige und/oder großflächige Verteilung des berieselten Wassers.

Das zum Betrieb der Berieselungseinrichtung 15 zum Berieseln eingesetzte Wasser stammt zumindest teilweise vom im Stack 2 entstehenden Abgas. Das Brennstoffzellensystem 1 weist dabei eine Abgasanlage 17 auf, das dem Abführen des Abgases dient. In der Abgasanlage 17 ist eine Einrichtung 18 zum Gewinnen, insbesondere Abscheiden, von Wasser aus dem Abgas eingebunden, welche nachfolgend auch als Wasserabscheider 18 bezeichnet wird. Der Wasserabscheider 18 kann beispielsweise einen Kondensator 44 zum Kondensieren des Abgases aufweisen oder ein solcher Kondensator 44 sein. Die Berieselungseinrichtung 15 ist über einen den Wasserabscheider 18 mit der Berieselungseinrichtung 15 fluidisch verbindenden Strömungspfad 19, nachfolgend auch als Abscheiderzuführpfad 19 bezeichnet, mit dem Wasserabscheider 18 verbunden, sodass mit dem Wasserabscheider 18 gewonnenes Wasser über den Abscheiderzuführpfad 19 in die Berieselungseinrichtung 15 gelangen und zum zumindest einen Berieselungsauslass 16 gefördert werden kann. Zum Fördern des Wassers in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses 16 kommt eine Fördereinrichtung 20 zum Einsatz, die nachfolgend auch als Berieselungsfördereinrichtung 20 bezeichnet wird.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Berieselungseinrichtung 15 ferner einen Behälter 21 zum Speichern von Wasser auf, der nachfolgend auch als Wasserbehälter 21 bezeichnet wird. In den gezeigten Ausführungsbeispielen verbindet der Abscheiderzuführpfad 19 den Wasserabscheider 18 fluidisch mit dem Wasserbehälter 21 , sodass Wasser aus dem Wasserabscheider 18 in den Wasserbehälter 21 strömen kann. Zudem verbindet ein Strömungspfad 22 den Wasserbehälter 21 mit dem zumindest einen Berieselungsauslass 16, sodass im Betrieb, von der Berieselungsfördereinrichtung 20 gefördert, Wasser über den Strömungspfad 22, nachfolgend auch als Wasserzuführpfad 22 bezeichnet, zu dem zumindest einen Berieselungsauslass 16 strömen kann.

Die Berieselungsfördereinrichtung 20 entspricht erfindungsgemäß einer bereits vorhandenen Fördereinrichtung 6, 23, 24 des Brennstoffzellensystems 1, insbesondere des zugehörigen Kraftfahrzeugs 4, mit welcher im Betrieb ein Gas gefördert wird. Die Fördereinrichtung 6, 20, 23, 24 ist in einem Flauptpfad 25 der zugehörigen Anwendung angeordnet und fördert im Betrieb ein Gas für die zugehörige Anwendung. Die Berieselungseinrichtung 15 weist einen mit dem Flauptpfad 25 druckseitig der Fördereinrichtung 6, 20, 24, 25, d. h. stromab der Fördereinrichtung 6, 20, 23, 24, verbundenen und somit vom Flauptpfad 25 abzweigenden Strömungspfad 26 auf, der nachfolgend auch als Gaszuführpfad 26 bezeichnet wird. Im Betrieb wird also über den Gaszuführpfad 26 Gas in die Berieselungseinrichtung 15 gefördert und fördert somit in der Berieselungseinrichtung 15 Wasser in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses 16.

Bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 5 entspricht die Berieselungsfördereinrichtung 20 der Kathodengasfördereinrichtung 6. Dementsprechend ist der Flauptpfad 25 durch die Kathodengaszuführanlage 5 begrenzt und definiert. Im Betrieb der Kathodengasfördereinrichtung 6 wird also Kathodengas zum Stack 2 gefördert. Zugleich dient das geförderte Kathodengas zum Einbringen des Wassers in den Kühlgaspfad 12 über den zumindest einen Berieselungsauslass 16.

Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei denen die Berieselungsfördereinrichtung 20 beim Einsatz des Brennstoffzellensystems 1 in einem zugehörigen Kraftfahrzeug 4 einer Bremsanlagenfördereinrichtung 23 einer Bremsanlage 29 zum Bremsen des Kraftfahrzeugs 4 entspricht, wobei die Bremsanlage 29 mit einem Gas, insbesondere mit Luft, betrieben ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Berieselungsfördereinrichtung 20 einer Reifenluftfördereinrichtung 24 des Kraftfahrzeugs 4 entsprechen. Hierbei dient die Reifenluftfördereinrichtung 24 auch dem Befüllen zumindest eines nicht gezeigten Reifens des Kraftfahrzeugs 4 mit Luft, insbesondere der Notbefüllung des Reifens, und ist somit Bestandteil einer Reifenbefüllungsanlage 30 des Kraftfahrzeugs 4.

Wie insbesondere den Figuren 2 bis 4 entnommen werden kann, weist das Brennstoffzellensystem 1, insbesondere die Berieselungseinrichtung 15, in den gezeigten Ausführungsbeispielen eine Ventileinrichtung 31 zum Steuern von Strömungen in der Berieselungseinrichtung 15 auf. Die Ventileinrichtung 31 weist ein Ventil 32 auf, welches die fluidische Verbindung zwischen dem Wasserbehälter 21 und dem zumindest einen Berieselungsauslass 16 wahlweise freigibt und sperrt. Mit diesem Ventil 32, nachfolgend auch als erstes Ventil 32 bezeichnet, ist es also möglich, die Berieselung des Kühlmittelkühlers 10 wahlweise zu unterbrechen oder zu erlauben. Die wahlweise Freigabe kann jeweils dabei mehrstufige oder stufenlos erfolgen.

Die Ventileinrichtung 31 weist ferner ein Ventil 33 auf, welches die Strömung des Gases zwischen dem Hauptpfad 25 und dem Gaszuführpfad 26 wahlweise freigibt und sperrt. Dieses Ventil 33, nachfolgend auch als zweites Ventil 33 bezeichnet, ist zweckmäßig im Gaszuführpfad 26 angeordnet. Um eine Strömung vom Wasserbehälter 21 zum Hauptpfad 25 zu verhindern, ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen zudem ein Rückschlagventil 34 vorgesehen, welches zweckmäßig im Gaszuführpfad 26 angeordnet ist. Die Ventileinrichtung 31 weist ferner vorzugsweise ein den Abscheiderzuführpfad 19 wahlweise sperrendes und freigebendes Ventil 35 auf, das nachfolgend auch als drittes Ventil 35 bezeichnet wird. Das dritte Ventil 35 kann also eine Strömung zwischen dem Wasserabscheider 18 und der Berieselungsfördereinrichtung 20 wahlweise freigeben und sperren. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist das dritte Ventil 35 in dem Abscheiderzuführpfad 19 angeordnet. Das erste Ventil 33 kann also eine fluidische Verbindung zum Hauptpfad 25 wahlweise sperren und freigeben.

Das Brennstoffzellensystem 1 weist ferner eine Steuereinrichtung 36 auf, welche lediglich in Figur 1 angedeutet ist. Die Steuereinrichtung 36 ist kommunizierend mit der Ventileinrichtung 31, insbesondere den Ventilen 32, 33, 35, verbunden, um die Ventileinrichtung 31 zu steuern und somit die entsprechenden Strömungen wahlweise freigeben oder zu sperren.

Beim in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird zum Befüllen des Wasserbehälters 21 mit vom Wasserabscheider 18 stammenden Wasser das zweite Ventil 33 geschlossen und das dritte Ventil 35 geöffnet. Auf diese Weise gelangt mit dem Wasserabscheider 18 gewonnenes Wasser, insbesondere über die Schwerkraft, in den Wasserbehälter 21. Zum Berieseln des Kühlmittelkühlers 10 wird demgegenüber das dritte Ventil 35 geschlossen, wohingegen das zweite Ventil 33 und das erste Ventil 32 geöffnet werden. Somit fördert die der Kathodengasfördereinrichtung 6 entsprechende Berieselungsfördereinrichtung 20 Kathodengas in den Wasserbehälter 21 und über den Wasserbehälter 21 sowie den Wasserzuführpfad 22 Wasser zu dem zumindest einen Berieselungsauslass 16.

Wie insbesondere in den Figuren 3 bis 5 gezeigt, ist das Brennstoffzellensystem 1, insbesondere die Berieselungseinrichtung 15 und die Ventileinrichtung 31, derart ausgestaltet, dass die Berieselungseinrichtung 15 bei einem Bedarf von Wasser entleert wird, um insbesondere ein Gefrieren von Wasser zu verhindern oder zumindest zu reduzieren.

Beim in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck, im Vergleich zu dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, das zweite Ventil 33 als ein Dreiwegeventil 37 ausgestaltet. Zudem ist ein zusätzlicher Strömungspfad 38 vorgesehen, der, unter Umgehung des Wasserbehälters 21, den Hauptpfad 25 mit dem Abscheiderzuführpfad 19 verbindet. Dieser Strömungspfad 38, nachfolgend auch Bypassströmungspfad 38 genannt, verbindet hierbei den Abscheiderzuführpfad 19 über das zweite Ventil 33 mit dem Hauptpfad 25. Zum Entleeren der Berieselungseinrichtung 15 wird dabei in einem ersten Entleerungsbetrieb die Ventileinrichtung 31 derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung 20 Wasser aus dem Abscheiderzuführpfad 19 zur Abgasanlage 17, insbesondere zum Wasserabscheider 18, fördert. Zu diesem Zweck wird über das zweite Ventil 33 die fluidische Verbindung zwischen dem Hauptpfad 25 und dem Bypasspfad 38 freigegeben. Demgegenüber wird eine fluidische Verbindung zwischen dem Wasserbehälter 21 und dem Wasserzuführpfad 22 gesperrt. Ferner wird das dritte Ventil 35 geöffnet. In einem zweiten Entleerungsbetrieb wird die Ventileinrichtung 31 derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung 20 Wasser aus dem Wasserzuführpfad 22 in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses 16 fördert. Zu diesem Zweck wird das dritte Ventil 35 gesperrt, das erste Ventil 32 geöffnet und das zweite Ventil 33 derart eingestellt, dass Gas aus dem Hauptpfad 5 das in dem Wasserzuführpfad 22 vorhandene Wasser aus dem zumindest einen Berieselungsauslass 16 fördert. Wie in Figur 3 dargestellt, kann dabei zudem im ersten Entleerungsbetrieb und/oder im zweiten Entleerungsbetrieb das im Wasserbehälter 21 vorhandene Wasser entleert werden. Im ersten Entleerungsbetrieb wird das Wasser dabei in Richtung der Abgasanlage 17 gefördert. Im zweiten Entleerungsbetrieb wird das Wasser im Wasserbehälter 21 über den Wasserzuführpfad 22 in Richtung des zumindest einen Berieselungsauslasses 16 gefördert.

Beim in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Vergleich zu dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kein Bypasspfad 38 vorgesehen. Zudem ist das zweite Ventil 33 als einfaches Ventil ausgestaltet. Ferner weist die Berieselungseinrichtung 15 einen Ablasspfad 39 zum Ablassen von im Wasserbehälter 21 gespeichertem Wasser in die Umgebung auf. Der Ablasspfad 39 ist somit vom Wasserzuführpfad 22 separat. Im Ablasspfad 39 ist ein weiteres Ventil 40 der Ventileinrichtung 31 , nachfolgend auch viertes Ventil 40 genannt, angeordnet. Das vierte Ventil 40 ist geschlossen und wird lediglich zum Entleeren des Wasserbehälters 21 geöffnet. Dies kann durch das Öffnen des vierten Ventils 40 entweder im ersten und/oder zweiten Entleerungsbetrieb erfolgen. Vorstellbar ist es auch, den Wasserbehälter 21 in einem separaten Entleerungsbetrieb, nachfolgend auch dritter Entleerungsbetrieb genannt, von Wasser zu entleeren. Hierbei wird die Ventileinrichtung 31 derart eingestellt, dass die Berieselungsfördereinrichtung 20 Wasser aus dem Wasserbehälter 21 in die Umgebung fördert. Zu diesem Zweck werden im gezeigten Ausführungsbeispiel das vierte Ventil 40 geöffnet, das erste Ventil 32 und das dritte Ventil 35 geschlossen und das zweite Ventil 33 geöffnet.

Wie Figur 5 entnommen werden kann, kann das Entleeren der Berieselungseinrichtung 15 unabhängig von der Berieselungseinrichtung 15 durch die im Hauptpfad 25 angeordnete Fördereinrichtung 6, 23, 24 erfolgen. Hierzu ist ein Entleerungspfad 41 druckseitig der Fördereinrichtung 6, 23, 24 fluidisch mit dem Hauptpfad 25 verbunden, wobei im Entleerungspfad 41 vorzugsweise ein Rückschlagventil 34 zur Verhinderung einer Strömung in Richtung des Hauptpfads 25 angeordnet ist. Zudem kann im Entleerungspfad 41 ein Ventil 42 der Ventileinrichtung 31, das nachfolgende allgemein als Entleerungsventil 42 bezeichnet wird und einem der vorstehend erwähnten Ventile 32, 33, 35 entsprechen kann, angeordnet sein.

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