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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines mindestens ein Heizelement aufweisenden Befeuchters eines Brennstoffzellensystems sowie einen Befeuchter eines Brennstoffzellensystems mit einem stapelseitigen Kathodenabgaseinlass für ein feuchtes Kathodenabgas, mit einem verdichterseitigen Kathodengaseinlass für trockenes Kathodengas, mit einem stapelseitigen Kathodengasauslass für befeuchtetes Kathodengas sowie mit einem Kathodenabgasauslass für Kathodenabgas. Der Befeuchter weist zudem mindestens ein Heizelement auf.
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Brennstoffzellensysteme dienen dazu, im Rahmen einer elektrochemischen Reaktion mit der Umsetzung eines Brennstoffes, in der Regel Wasserstoff, mit einem sauerstoffhaltigen Gas, in der Regel Luft, elektrische Energie bereitzustellen. Es besteht die Möglichkeit, in einer Brennstoffzellenvorrichtung eine Mehrzahl von Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel zusammenzufassen, wobei insbesondere bei der Verwendung der Brennstoffzellenvorrichtung in einem Kraftfahrzeug ein hoher Leistungsbedarf besteht und daher eine Vielzahl von Brennstoffzellen in dem Brennstoffzellenstapel erforderlich ist. Derartige Polymerelektrolytmembranbrennstoffzellensysteme, insbesondere solche, die eine hohe Leistungsdichte aufweisen, benötigen ein sehr gutes Wassermanagement, wobei die Polymerelektrolytmembran für eine hohe Leistung bei einem hohen Feuchtegehalt betrieben werden muss. Um diesen Feuchtegehalt einzustellen, wird insbesondere das Kathodengas mit Feuchtigkeit angereichert, um eine Feuchtesättigung in der Polymerelektrolytmembran hervorzurufen, was den Transport von Wasserstoffprotonen durch die Membran verbessert. Zur Befeuchtung der Reaktantengase wird ein Befeuchter verwendet, wobei bekannt ist, dass der Feuchteeintrag in ein trockenes Gas durch eine erhöhte Temperatur begünstigt wird.
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Ein Befeuchter mit einem Heizelement, insbesondere mit einem Heizdraht ist beispielsweise in der
DE 10 2005 056 833 B4 beschrieben, wobei das Heizelement dazu genutzt wird, eine Froststartfähigkeit des Brennstoffzellensystems zu gewährleisten, um etwaiges gefrorenes Wasser aufzutauen. Auch in der
DE 10 2013 021 506 A1 ist ein Brennstoffzellensystem beschrieben, bei dem die Schlauchleitung von einem Stromkreis umwickelt ist, der einem Aufheizen der Schlauchleitung dient, um ebenfalls ein Gefrieren von flüssigem Wasser zu vermeiden oder um gefrorenes Wasser aufzutauen. Letztlich ist auch in der
JP 2003 156 238 A ein Befeuchter beschrieben, der mit einem Heizelement ausgestattet ist, um Schädigungen durch gefrorenes Wasser innerhalb des Befeuchters zu vermeiden.
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Bekannte mit einem Heizelement ausgestattete Befeuchter werden daher typischerweise nur dann mit einer zusätzlichen Beheizung betrieben, wenn etwaig gefrorenes Wasser aufgetaut werden soll, um den Massenfluss durch den Befeuchter zu gewährleisten oder überhaupt wieder zu ermöglichen. Bei bekannten Befeuchtern hat es sich jedoch als nachteilhaft herausgestellt, dass bei diesen nach dem Befreien der durch Eis blockierten Kanäle mittels des Heizelements die Temperatur des Befeuchters wieder gesenkt oder das Heizelement gänzlich abgeschaltet wird. Eine Einstellung von Parametern beim Befeuchter für eine verbesserte Wasserübertragung im Normalbetrieb ist nicht möglich oder erfolgt nicht.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Befeuchters und einen Befeuchter der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Effizienz der Wasserübertragung innerhalb des Befeuchters in das Kathodengas verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Befeuchter mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das Verfahren zeichnet sich insbesondere durch die folgenden Schritte aus:
- - Erfassen einer Temperatur am oder nahe am Kathodengaseinlass des Befeuchters,
- - Erfassen einer Temperatur am oder nahe am Kathodengasauslass des Befeuchters,
- - Bestimmen einer Befeuchtertemperatur durch eine Mittelwertbildung aller erfassten Temperaturen, und
- - Regeln einer Heizleistung des mindestens einen Heizelements in Abhängigkeit der Befeuchtertemperatur derart, dass die Befeuchtertemperatur zumindest innerhalb eines vorgegebenen Zieltemperaturintervalls um eine vorgegebene Zieltemperatur liegt. Vorzugsweise wird die Heizleistung des mindestens einen Heizelements in Abhängigkeit der Befeuchtertemperatur derart geregelt, dass die Befeuchtertemperatur der Zieltemperatur entspricht.
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Das verbesserte Verfahren zum Betreiben eines Befeuchters kann vor allem auf schwankende Eintrittstemperaturen reagieren, die einen wesentlichen Einfluss auf das Übertragungsverhalten der Flüssigkeit in die Kathodenzuluft haben. Insbesondere der Einsatz des Befeuchters, bzw. des den Befeuchter umfassenden Brennstoffzellensystems in einem Kraftfahrzeug, führt zu stark schwankenden Eintrittstemperaturen, welche das Übertragungsverhalten der Flüssigkeit negativ beeinflussen. Dieses Problem wird durch das vorliegende Verfahren behoben. Zudem kann die Temperatur innerhalb des Befeuchters sehr hoch eingestellt werden, so dass eine gute Flüssigkeitsaufnahme in das Kathodengas erfolgt und insbesondere das Kathodengas den Befeuchter feuchtegesättigt verlässt, bevor es dem Brennstoffzellenstapel eines Brennstoffzellensystems zugeleitet wird.
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Um die Befeuchtertemperatur noch besser einstellen und/oder regeln zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei der Mittelwertbildung zudem eine Temperatur am oder nahe am Kathodenabgaseinlass berücksichtigt wird. Somit wird also auch diejenige Temperatur und damit diejenige Wärmemenge berücksichtigt, die durch das Kathodenabgas in den Befeuchter eingetragen wird.
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Um zudem die vom Kathodenabgas abgegebene Wärmemenge zuverlässig berücksichtigen zu können, ist es von Vorteil, wenn bei der Mittelwertbildung zudem eine Temperatur am oder nahe am Kathodenabgasauslass berücksichtigt wird.
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Es besteht die Möglichkeit, dass bei der Bestimmung der Befeuchtertemperatur neben der Mittelwertbildung aus den erfassten Temperaturen außerdem eine vom mindestens einen Heizelement in den Befeuchter eingebrachte Wärmemenge sowie die spezifische Wärmekapazität des Befeuchters berücksichtigt werden. Die spezifische Wärmekapazität des Befeuchters ist definiert als diejenige Wärmemenge oder Energie, die dem Befeuchter zugeführt werden muss, um seine Temperatur um ein Kelvin (K) zu erhöhen. Bei der Ermittlung der Befeuchtertemperatur kann also aufgrund der spezifischen Wärmekapazität des Befeuchters ein Rückschluss auf die vom mindestens einen Heizelement aufzuwendende Heizleistung gezogen werden.
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Die Effizienz des Befeuchters lässt sich ferner dadurch steigern, dass die Heizleistung auf null reduziert wird, solange die bestimmte Befeuchtertemperatur der Zieltemperatur entspricht oder diese überschreitet. Zudem ist durch diese Ausgestaltung sinnvoll verhindert, dass das mindestens eine Heizelement den Befeuchter zusätzlich in einen Temperaturbereich anhebt, der schädigend für einzelne Komponenten, beispielsweise schädigend für dessen Membran wirkt.
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Um die Zieltemperatur des Befeuchters in Abhängigkeit des aktuellen oder zukünftig erwarteten Betriebspunkts und des sich daraus ergebenden notwendigen Wasserübertrags einstellen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Zieltemperatur oder das um die Zieltemperatur liegende Zieltemperaturintervall des Befeuchters in Abhängigkeit von prognostizierten oder erwarteten Lastpunkten des Brennstoffzellensystems vorgegeben oder eingestellt werden. Hierzu ist das Verfahren also mit einer prädiktiven Komponente versehen, die dem Befeuchter eine Betriebsweise verleiht, in welche er schneller - mithin dynamischer - an eine bevorstehende geforderte Flüssigkeitsübertragung angepasst wird.
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Die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Vorteile gelten für den Befeuchter sinngemäß, der sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass ein erster Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur am oder nahe am Kathodengaseinlass vorhanden ist, dass ein zweiter Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur am oder nahe am Kathodengasauslass vorhanden ist, und dass ein Steuergerät vorhanden ist, das ausgelegt ist, eine Befeuchtertemperatur durch eine Mittelwertbildung aller erfassten Temperaturen zu bestimmen und eine Heizleistung des mindestens einen Heizelements in Abhängigkeit der Befeuchtertemperatur derart zu regeln, dass die Befeuchtertemperatur zumindest innerhalb eines vorgebbaren Zieltemperaturintervalls um eine vorgegebene Zieltemperatur liegt. Vorzugsweise wird die Heizleistung derart geregelt, dass die Befeuchtertemperatur der Zieltemperatur entspricht.
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Durch diese Ausgestaltung des Befeuchter weist er eine beschleunigte Betriebsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen auf. Zudem lässt sich, aufgrund der erhöhten Temperatur innerhalb des Befeuchters, ein verbesserter Wasserübertrag und insgesamt eine kleinere Auslegung des Befeuchters realisieren.
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Zudem ist die Möglichkeit eröffnet, dass ein dritter Temperatursensor am oder nahe am Kathodenabgaseinlass und/oder ein vierter Temperatursensor am oder nahe am Kathodenabgasauslass vorhanden ist, und dass das Steuergerät ausgebildet ist, bei der Mittelwertbildung zudem eine Temperatur am oder nahe am Kathodenabgaseinlass und/oder am oder nahe am Kathodenabgasauslass zu berücksichtigen. Durch den Einsatz zusätzlicher Temperatursensoren und der Berücksichtigung deren Werte bei der Bestimmung der Befeuchtertemperatur lässt sich ein noch robusterer Befeuchter realisieren, der ein gleichmäßigeres Betriebsverhalten aufweist.
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Um den Befeuchter besonders kompakt zu gestalten und um eine noch effizientere Wasserübertragung im Befeuchter zu realisieren, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine wasserdampfpermeable Membran vorhanden ist, und wenn das mindestens eine Heizelement in die wasserdampfpermeable Membran integriert, insbesondere in die Membran eingenäht, ist.
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Vorzugsweise ist das mindestens eine Heizelement als ein PTC-Heizer (englisch: „positive temperature coefficient“) oder als PTC-Widerstand gebildet, da dieser temperaturabhängig wirkt und auf das Wasserübertragverhalten angepasst werden kann. Alternativ oder ergänzend kann das mindestens eine Heizelement aber auch als eine Heizspirale, mithin als ein elektrischer Heizdraht gebildet sein, der aufgrund seiner flachen Gestaltung auf einfache Weise beispielsweise in die wasserdampfpermeable Membran eingebracht oder eingenäht sein kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Befeuchters mit einem Heizelement,
- 2 der in ein Brennstoffzellensystem eingebundene Befeuchter aus 1, und
- 3 eine zeitabhängige Gegenüberstellung der Befeuchtertemperatur T des Befeuchters gegenüber der zeitabhängigen Darstellung der Leistung des Heizelements PH des Befeuchters.
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In 1 ist im Wesentlichen die Kathodenseite eines Brennstoffzellensystems 100 zu erkennen. Zudem ist ein mehrere Brennstoffzellen umfassender Brennstoffzellenstapel 130 gezeigt. Brennstoffzellen dienen dazu, in einer chemischen Reaktion zwischen einem Brennstoff, in der Regel Wasserstoff, und einem sauerstoffhaltiges Oxidationsmittel, in der Regel Luft, elektrische Energie bereitzustellen. Sofern der Leistungsbedarf dabei die durch die Brennstoffzelle bereitgestellte Leistung übersteigt, besteht die Möglichkeit, mehrere Brennstoffzellen in Serie zu dem Brennstoffzellenstapel 130 zusammenzufassen, wobei sich allerdings der Bedarf an den an einer chemischen Reaktion beteiligten Reaktanten erhöht und kathodenseitig die Notwendigkeit besteht, das Kathodengas in einem Verdichter 126 zu komprimieren. Durch diese Kompression liegt in der Kathodenzufuhrleitung nach dem Verdichten stark erwärmtes, trockenes Kathodengas vor, das zur unmittelbaren Verwendung in dem Brennstoffzellenstapel 130 nicht geeignet ist, da bei der in der Brennstoffzelle gegebenen Protonenaustauschmembran ausreichend Feuchtigkeit erforderlich ist. In der Kathodenzufuhrleitung ist daher in der Regel stromab des Verdichters 126 ein Ladeluftkühler 128 und wiederum stromab von diesem oder mit diesem zusammengefasst ein Befeuchter 102 angeordnet, in dem das Kathodengas befeuchtet wird, indem das bei der chemischen Reaktion anfallende Produktwasser über eine Kathodenabgasleitung dem Befeuchter 102 zugeführt wird.
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Der Befeuchter 102 selbst ist vorliegend mit einem Heizelement 112 versehen. Es können mehrere Heizelemente 112 vorhanden sein, die vorzugsweise dann verteilt im Befeuchter 102 angeordnet sind. Der Befeuchter 102 weist einen stapelseitigen Kathodenabgaseinlass 104 für das feuchte Kathodenabgas, einen verdichterseitigen Kathodengaseinlass 106 für trockenes Kathodengas, einen stapelseitigen Kathodengasauslass 108 für befeuchtetes Kathodengas sowie einen Kathodenabgasauslass 110 für Kathodenabgas auf. Das Heizelement 112 ist vorgesehen, um eine Temperatur des Befeuchters 102 auf ein gewünschtes Maß zu erhöhen oder einzustellen, bei welchem die Übertragung von Flüssigkeit aus dem feuchten Kathodenabgas in das trockene zugeführte Kathodengas optimiert ist. Zudem kann die Flüssigkeitsübertragung von der feuchten Seite des Befeuchters 102 durch eine Membran 124 zur trockenen Seite des Befeuchters 102 durch eine angepasste Temperatur optimiert werden.
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Zur Regelung der Temperatur des vorliegenden Befeuchters 102 ist ein erster Temperatursensor 114 zum Erfassen einer Temperatur am oder nahe am Kathodengaseinlass 106 vorhanden. Zudem ist ein zweiter Temperatursensor 116 zum Erfassen einer Temperatur am oder nahe am Kathodengasauslass 108 vorhanden. Vorliegend ist außerdem ein dritter Temperatursensor 118 am oder nahe am Kathodenabgaseinlass 104 sowie ein vierter Temperatursensor 120 am oder nahe am Kathodenabgasauslass 110 vorhanden.
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Wie durch die strichlierte Darstellung zu erkennen ist, stehen die Temperatursensoren 114, 116, 118, 120 in einer Kommunikationsverbindung mit einem Steuergerät 122. Bei dem Steuergerät 122 kann es sich vorzugsweise um das Steuergerät 122 des Brennstoffzellensystems 100 bzw. des Brennstoffzellenstapels 130 handeln. Dieses Steuergerät 122 ist vorliegend ausgelegt, eine Befeuchtertemperatur durch eine Mittelwertbildung aller erfassten Temperaturen zu bestimmen und eine Heizleistung des mindestens einen Heizelements 112 in Abhängigkeit der bestimmten Befeuchtertemperatur derart zu regeln, dass die Befeuchtertemperatur zumindest innerhalb eines vorgebbaren Zieltemperaturintervalls um eine vorgegebene Zieltemperatur liegt.
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Die Zieltemperatur ist dabei also eine Temperatur des Befeuchters 102, bei der der Flüssigkeitsübertrag aus dem feuchten Fluid in das trockene Kathodengas optimiert ist. Das Steuergerät 122 kann zudem mit einem - nicht näher dargestellten - Temperatursensor verbunden sein, der die Umgebungstemperatur misst, um auch diese bei der Ermittlung der Befeuchtertemperatur berücksichtigen zu können.
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Das Steuergerät 122 ist zudem mit einem Schalter 142 kommunikationsverbunden, so dass das Steuergerät 122 in Abhängigkeit der Befeuchtertemperatur und der Zieltemperatur den Schalter 142 eines Stromkreises betätigt, in welchem das Heizelement 112 eingebunden ist oder vorliegt. Das Heizelement 112 ist vorliegend als ein Heizdraht gebildet und vorzugsweise in einer oder in mehreren der Membranen 124 des Befeuchters 102 integriert oder eingenäht. Der Befeuchter 102 mit den Temperatursensoren 114, 116, 118, 120 und das Heizelement 112 weisen eine Konfiguration auf, derart, dass das Heizelement 112 zumindest zwischen zwei der Temperatursensoren 114, 116, 118, 120 positioniert ist. Wenn das Steuergerät 122 den Schalter 142 schließt, so fließt ein Strom durch das als Heizdraht gebildete Heizelement 112, wodurch die Temperatur innerhalb des Befeuchters 102 angehoben wird, um den Flüssigkeitsübertrag zu verbessern. Der Stromkreis, in welchem das Heizelement 112 vorliegt, verfügt über eine Stromquelle, die beim Schließen des Schalters 142 mit dem Heizelement 112 verbunden wird und dieses bestromt. Es sei aber erwähnt, dass das Steuergerät 122 auch ausgelegt sein kann, einen vom Brennstoffzellenstapel 130 erzeugten Strom in den Stromkreis zu leiten, in welchem das Heizelement 112 vorliegt, so dass keine gesonderte Stromquelle für dieses Heizelement 112 notwendig ist. Hierzu kann zwischen dem Stromkreis und dem Brennstoffzellenstapel 130 zudem ein Umrichter vorhanden sein, um die Stromstärke entsprechend anzupassen.
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In 2 ist das Brennstoffzellensystem 100 mit dem vorstehend erläuterten Befeuchter 102 gezeigt. Der Befeuchter 102 ist mit seinem kathodenseitigen Kathodengasauslass 108 über eine Kathodenzufuhrleitung mit Kathodenräumen eines Brennstoffzellenstapels 130 verbunden. Außerdem ist der Befeuchter 102 mit seinem kathodenseitigen Kathodenabgaseinlass 104 ebenfalls mit den Kathodenräumen über eine Kathodenabgasleitung verbunden, über die nicht abreagiertes Kathodengas bzw. feuchtes Kathodenabgas zum Befeuchter 102 rückgeführt wird. Über die Kathodenräume wird das Kathodengas den Kathoden der Mehrzahl an im Brennstoffzellenstapel 130 angeordneten Brennstoffzellen zugeführt. Protonenleitfähige Membranen trennen die Kathoden von den Anoden der Brennstoffzellen, wobei den Anoden über Anodenräume Brennstoff (z.B. Wasserstoff) zugeführt werden kann. Die Anodenräume sind über eine Anodenzufuhrleitung mit einem den Brennstoff bereitstellenden Brennstoffspeicher 132 verbunden. Über eine Anodenrezirkulationsleitung 138 kann an den Anoden nicht abreagierter Brennstoff den Anodenräumen erneut zugeführt werden. Hierbei wird der Anodenrezirkulation vorzugsweise ein nicht näher dargestelltes Rezirkulationsgebläse zugeordnet bzw. fluidmechanisch in die Anodenrezirkulationsleitung 138 eingekoppelt. Zur Regelung der Zufuhr des Brennstoffes ist der Anodenzufuhrleitung ein Brennstoffstellglied 134 zugeordnet bzw. in der Anodenzufuhrleitung angeordnet. Dieses Brennstoffstellglied 134 ist vorzugsweise als ein Druckregelventil gebildet. Stromaufwärts des Druckregelventils ist ein Wärmeübertrager 136, vorzugsweise in Form eines Rekuperators zur (Vor-)Erwärmung des Brennstoffes vorgesehen.
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Im Anodenkreislauf ist vorliegend ein Abscheider 140, vorzugsweise ein Wasserabscheider angeordnet, durch den Flüssigkeit angesammelt werden kann. Der Abfluss des Abscheiders 140 kann mit einer Flüssigkeitsleitung verbunden sein, die den Abscheider 140 mit einer nicht näher dargestellten Flüssigkeitszufuhr des Befeuchters 102 verbindet, um die im Anodenkreislauf anfallende Flüssigkeit für die Befeuchtung des Kathodengases im Befeuchter 102 nutzen zu können. Mit anderen Worten kann damit also die anodenseitig erzeugte Flüssigkeit dazu verwendet werden, um sie kathodenseitig für eine Befeuchtung des Kathodengases im Befeuchter 102 zu nutzen. Um die Menge der in den Befeuchter 102 geführten Flüssigkeit einstellen zu können, kann der Flüssigkeitsleitung ein ebenfalls nicht gezeigtes Flüssigkeitsstellglied, insbesondere ein Ventil, zugeordnet oder in diese fluidmechanisch eingekoppelt sein. Das Flüssigkeitsstellglied ermöglicht dann die, vorzugsweise regelbare, Zufuhr der Flüssigkeit aus dem Abscheider 140 zu dem im Kathodenkreislauf vorhandenen Befeuchter 102.
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Aus der Darstellung der 3 wird ersichtlich, dass zu Beginn die Befeuchtertemperatur des Befeuchters 102 weit unterhalb einer gestrichelt dargestellten Zieltemperatur (TG ) liegt und daher eine große Leistung (PH ) vom Heizelement 112 aufgewendet wird, um die Temperatur des Befeuchters 102 anzuheben. Sobald die Befeuchtertemperatur des Befeuchters 102 die Zieltemperatur TG erreicht oder überschreitet, so wird die Leistung PH des mindestens einen Heizelements 112 auf null reduziert. Unterschreitet die Befeuchtertemperatur wieder die Zieltemperatur TG , so wird die Leistung PH des Heizers wieder erhöht.
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Nachfolgend wird beschrieben, wie der Befeuchter 102 mit seinem Heizelement 112 betrieben wird. Zunächst wird die Temperatur am oder nahe am Kathodengaseinlass 106 des Befeuchters 102 mittels des ersten Temperatursensors 114 erfasst. Anschließend oder zeitgleich wird die Temperatur am oder nahe am Kathodengasauslass 108 des Befeuchters 102 mit dem zweiten Temperatursensor 116 erfasst. Anschließend oder zeitgleich wird zudem die Temperatur am oder nahe am Kathodenabgaseinlass 104 mittels des dritten Temperatursensors 118 erfasst. Anschließend oder zeitgleich wird zudem die Temperatur am oder nahe am Kathodenabgasauslass 110 mittels des vierten Temperatursensors 120 erfasst.
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Dann wird eine Befeuchtertemperatur durch eine Mittelwertbildung aller erfassten Temperaturen bestimmt, wonach eine Regelung der Heizleistung des mindestens einen Heizelements 112 in Abhängigkeit der ermittelten Befeuchtertemperatur derart erfolgt, dass die Befeuchtertemperatur zumindest innerhalb eines vorgegebenen Zieltemperaturintervalls um die vorgegebene Zieltemperatur TG liegt.
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Vorzugsweise werden bei der Bestimmung der Befeuchtertemperatur neben der Mittelwertbildung aus den erfassten Temperaturen zudem eine vom Heizelement 112 in den Befeuchter 102 eingebrachte Wärme sowie die spezifische Wärmekapazität des Befeuchters 102 berücksichtigt. Sollte die Befeuchtertemperatur die Zieltemperatur TG erreichen oder diese überschreiten, so wird die Heizleistung des mindestens einen Heizelements 112 auf null reduziert und dort gehalten, bis die Befeuchtertemperatur die Zieltemperatur TG wieder unterschreitet.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der Befeuchter 102 auch in einem prädiktiven Betrieb eingesetzt werden kann, wobei die Zieltemperatur TG oder das um die Zieltemperatur TG liegende Zieltemperaturintervall des Befeuchters 102 verschiebbar ist in Abhängigkeit von prognostizierten oder erwarteten Lastpunkten des Brennstoffzellensystems 100.
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Der Befeuchter 102 und das Verfahren zum Betreiben des Befeuchters 102 zeichnen sich durch eine effiziente Übertragung der Flüssigkeit in das trockene Kathodengas aus. Der Befeuchter 102 ist bei niedrigen Außentemperaturen schneller betriebsfähig. Außerdem kann der Befeuchter 102 aufgrund des eingesetzten Heizelements 112 baulich kleiner ausgelegt werden, da ein erhöhter Wasserübertrag aufgrund der einstellbaren Temperaturen realisierbar ist. Insgesamt weist der Befeuchter 102 ein robustes Design und ein gleichmäßigeres Betriebsverhalten auf.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Brennstoffzellensystem
- 102
- Befeuchter
- 104
- Kathodenabgaseinlass
- 106
- Kathodengaseinlass
- 108
- Kathodengasauslass
- 110
- Kathodenabgasauslass
- 112
- Heizelement
- 114
- erster Temperatursensor
- 116
- zweiter Temperatursensor
- 118
- dritter Temperatursensor
- 120
- vierter Temperatursensor
- 122
- Steuergerät
- 124
- Membran
- 126
- Verdichter
- 128
- Ladeluftkühler
- 130
- Brennstoffzellenstapel
- 132
- Brennstoffspeicher
- 134
- Brennstoffs
- 136
- Wärmeübertrager
- 138
- Rezirkulationsleitung
- 140
- Abscheider
- 142
- Schalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005056833 B4 [0003]
- DE 102013021506 A1 [0003]
- JP 2003156238 A [0003]
