燃料电池排气设备的制作方法

本发明涉及一种燃料电池排气设备，通过所述燃料电池排气设备，从燃料电池中释放的工艺气体可以作为燃料电池排气释放至环境。

背景技术：

1、为了尤其是在电动运行的车辆中可以提供用于运行行驶电动机以及在这样的车辆中的其他的电能消耗器的能量，已知使用燃料电池。在这样的燃料电池的运行中，将氢气或者说强烈富集氢气的阳极气体输送给阳极区域。氧气或者说含氧的空气作为阴极气体输送给阴极区域。在氢气和氧气转化成水的情况下产生电流。所述耗氢气的阳极排气和所述富集水的阴极排气作为燃料电池排气或者说工艺气体离开燃料电池。在燃料电池运行中，至少阴极排气释放至环境。在不同的运行阶段中，例如在燃料电池运行开始之前尤其是对阳极区域的冲扫时，阳极排气或者说在这样的运行阶段中引导通过阳极区域的气体也可以释放至环境。

技术实现思路

1、本发明的任务是，设置一种用于尤其是在车辆中的燃料电池系统的燃料电池排气设备，利用所述燃料电池排气设备，可以在衰减在燃料电池运行中产生的噪声的情况下将在燃料电池排气中一起引导的液体、尤其是水从燃料电池排气中提取出。

2、按照本发明，该任务通过一种用于尤其是在车辆中的燃料电池系统的燃料电池排气设备解决，所述燃料电池排气设备具有可由燃料电池排气穿流的燃料电池排气导管和可由燃料电池排气穿流的消声器单元，其中，所述消声器单元具有：

3、-包括燃料电池排气入口区域和燃料电池排气出口区域的消声器壳体，其中，燃料电池排气导管的上游的导管区段连接到燃料电池排气入口区域上并且燃料电池排气导管的下游的导管区段连接到燃料电池排气出口区域上，

4、-至少一个在消声器壳体中形成的消声器腔，

5、-至少一个通过消声器壳体的壳体底部与至少一个消声器腔分离的液体收集室，其中，在所述壳体底部中设置至少一个将至少一个消声器腔与至少一个液体收集室为了液体交换而连接的液体穿通孔，并且在所述消声器壳体上设置至少一个用于将液体从所述至少一个液体收集室中导出的液体导出开口。

6、在按照本发明构造的燃料电池排气设备中使用的消声器单元结合了用于衰减在燃料电池系统的运行中尤其是通过输送不同的气流的压气机、例如压缩器生成的噪声的功能和对在燃料电池排气中包含的液体、尤其是水的提取。因此确保，一方面在燃料电池系统的运行中产生的噪声在车辆的环境中基本上不可以或只可以被强烈衰减地感觉到，而同时阻止燃料电池排气的强烈地富集热水或者说水蒸汽的流体的喷出。在消声器单元的区域中从燃料电池排气中去除的水可以在需要时往回供给到燃料电池系统的工作回路中，或可以以液体的形式释放至环境。

7、为了有效的消声，可以在消声器壳体中构成多个分别通过分离壁彼此分离的消声器腔。在此每个消声器腔可以通过所述壳体底部与所述至少一个液体收集室分离，从而从每个消声器腔中可以释放在其中聚集的液体。

8、为了液体从所有消声器腔中的均匀的释放，可以在所述壳体底部中配置于每个消声器腔设置至少一个液体穿通孔。

9、为了将燃料电池排气流限定地引导通过消声器壳体或者说在其中形成的消声器腔，提出，在所述消声器壳体中设置至少一个在至少一个消声器腔中延伸的燃料电池排气管，其中，至少一个燃料电池排气管相对于至少一个消声器腔通过至少一个、优选多个例如在管壁中构成的开口而敞开。例如也可能设置为，至少一个消声器腔连同在燃料电池排气管中构成的开口形成亥姆霍兹共振器的共振器室。

10、为了紧凑的、尽管如此引入尽可能小的流动阻力的构造，可以设置为，所述消声器壳体沿消声器壳体纵轴线的方向纵长延伸，其中，燃料电池排气入口区域构成在消声器壳体的上游的轴向的端部区域中并且燃料电池排气出口区域构成在消声器壳体的下游的轴向的端部区域中。燃料电池排气因此可以基本上直线地没有显著的流换向地穿流消声器单元。

11、在此，所述燃料电池排气入口区域可以相对于上游的消声器腔敞开，并且所述燃料电池排气出口区域可以相对于下游的消声器腔敞开，其中，所述上游的消声器腔通过至少一个分离壁或/和至少一个另外的消声器腔与所述下游的消声器腔分离。

12、为了加强用于液体从燃料电池排气中的分离的效果，提出，在所述消声器壳体中构成液体分离室，其中，燃料电池排气导管的上游的导管区段相对于液体分离室敞开，并且所述液体分离室通过分离壁与消声器腔分离。液体分离室可以通过壳体底部与所述至少一个液体收集室分离，其中，在所述壳体底部中设置至少一个将液体分离室与至少一个液体收集室为了液体交换而连接的液体穿通孔。

13、为了在液体分离室的区域中从燃料电池排气中分离出液体，在液体分离室中延伸的分离导管区段可以以在燃料电池排气入口区域中的上游的分离导管部分连接到燃料电池排气导管的上游的导管区段上并且以下游的分离导管部分贯穿将液体分离室与消声器腔分离的分离壁或/和相对于至少一个消声器腔敞开。在下游的分离导管部分到上游的分离导管部分上的邻接区域中，可以构成包括相对于液体分离室敞开的、优选基本上环状的液体分离开口的开口区域。

14、在该开口区域中，所述下游的分离导管部分的上游的端部区段可以这样嵌接到所述上游的分离导管部分的下游的端部区段中地定位，使得在下游的分离导管部分的上游的端部区段和上游的分离导管部分的下游的端部区段之间形成液体分离开口。为此例如所述上游的分离导管部分的下游的端部区段可以沿排气主流动方向优选基本上(圆)锥形扩大地构成，或/和所述下游的分离导管部分的上游的端部区段可以沿排气主流动方向优选基本上(圆)锥形扩大地构成。

15、为了在分离导管区段的该设计中确保，相对高的浓度的液体在燃料电池排气流的关于流动中心轴线径向外部的区域中聚集，并且燃料电池排气流的富集液体的径向外部的部分可以然后通过液体分离开口导出到液体分离室中，提出，在液体分离开口上游设置旋流产生单元。这样的旋流产生单元例如装入柴油内燃机的排气设备中，以便在scr催化器单元上游的区域中产生在排气流中的涡流和因此排气与喷射到排气中的还原剂的改善的充分混合。

16、这样的旋流产生单元可以具有多个关于流动中心轴线沿周向相继的、关于排气主流动方向斜置(anstellen)的流动转向元件。

17、配置于所述至少一个液体收集室可以例如进一步设置为：

18、-用于选择性地释放和封闭所述至少一个液体导出开口的液体释放阀，

19、或/和

20、-用于提供关于所述至少一个液体收集室中的液位的信息的液位传感器，

21、或/和

22、-用于对在所述至少一个液体收集室中聚集的液体加热的加热单元，

23、-或/和

24、-用于从所述至少一个液体收集室中释放氢气的至少一个氢气释放开口。

25、使用液体释放阀能够实现，当存在足够的量(的在所述至少一个液体收集室中聚集的液体)并且例如当在燃料电池系统的运行中液体的返回供给是需要或有利的时，将在所述至少一个液体收集室中聚集的液体从所述至少一个液体收集室中导出并且返回供给到工作过程中。可以由液位传感器提供信息，所述信息关于是否有足够的液体已聚集或已经聚集这样大的量的液体，使得所述液体的至少一部分必须从液体收集室中导出。为了确保，在相对低的温度时，在所述至少一个液体收集室中聚集的液体也可以被释放并且冻结的液体不会阻止释放，可以例如运行具有加热螺旋线或类似物的并且因此可电激励的加热单元。因为依赖于哪种工艺气流作为燃料电池排气引导通过燃料电池排气设备——所述燃料电池排气也可以包含氢气，为了避免在所述至少一个液体收集室中产生临界的氢气浓度，借助所述至少一个氢气释放开口实现如下可能性，将氢气基本上连续地释放至环境。

26、在燃料电池排气导管的所述下游的导管区段中可以设置用于提供关于在燃料电池排气中的氢气含量的信息的氢气传感器。如果识别到，在流过下游的导管区段的燃料电池排气中的氢气的浓度过高，则可以将例如提高的空气份额掺加到燃料电池排气，以便减小氢气浓度。进一步可以在上游的导管区段中设置气流调节阀。这样的气流调节阀能够实现，限定地调节在燃料电池排气设备中的流动阻力，从而可以满足用于保持或调节用于运行燃料电池系统需要的背压的压力保持阀的功能。此外这样的气流调节阀也可以构成用于将限定地不同的气流引入燃料电池排气设备中，以便例如将燃料电池的阴极排气或/和阳极排气或只要需要的话将用于减小氢气浓度需要的附加的空气份额引入燃料电池排气设备中。

27、为了辅助在燃料电池排气中包含的液体的冷凝，可以在燃料电池排气导管的所述上游的导管区段中设置冷凝器单元。在冷凝器单元中，可以例如通过在环境空气和燃料电池排气之间的热交换触发在燃料电池排气中包含的液体的冷凝，所述环境空气通常比燃料电池排气冷。也可使用液体作为冷却介质。在液体中接收的热量例如可以在热交换器中传输到要引入车辆内部空间中的空气上。