燃料电池装置及其在机动车辆中的用途的制作方法

1.本发明涉及根据权利要求1的燃料电池装置及其在机动车辆中的用途。


背景技术：

2.上述类型的燃料电池装置早已为人所知。这些设备的缺点是它们必须在运行期间进行冷却。
3.本发明的目的是说明燃料电池装置的经改进的或至少不同的实施例。特别是，应该改进或简化燃料电池装置的冷却。
4.在本发明中，该目的尤其通过独立权利要求的主题来实现。有利的实施例是从属权利要求和说明书的主题。


技术实现要素：

5.本发明的基本思想是提出一种用于冷却燃料电池装置的燃料电池的热交换器，其中，热交换器具有用于冷却热交换器的蒸发冷却器，该蒸发冷却器通过从燃料电池的阴极排放气体流提供的蒸发水来供应。
6.为此目的，提供了一种燃料电池装置，其特别是用于机动车辆，该燃料电池装置具有燃料电池，该燃料电池在运行期间排放水作为冷燃烧的产物；通向燃料电池的用于阴极供应气体流的供应气体路径，所述供应气体路径限定供应气体流动方向，所述阴极供应气体流来自供应给燃料电池的含水供应气体；以及远离燃料电池的用于阴极排放气体流的排放气体路径，所述排放气体路径限定排放气体流动方向，阴极排放气体流来自从燃料电池流出的含水排放气体。在这种情况下，供应气体能够从燃料电池装置的阴极排放气体或环境空气中实现或获得，并例如通过将在下面更详细地描述的压缩机系统沿燃料电池的供应气体路径输送。相对于燃料电池装置的环境空气，排放气体能够承受过压，例如0.8bar至1.5bar或1.8bar至2.5bar或1.5bar至3.0bar的绝对压力。因此，排放气体自动从燃料电池流出。此外，供应气体路径和排放气体路径被引导通过燃料电池装置的加湿器，该加湿器与供应气体和排放气体流体连通，用于加湿供应气体和除湿排放气体，其中，排放气体路径进一步被引导通过燃料电池装置的水分离器，该水分离器与排放气体流体连通，并且也可以指定为水提取装置，用于从排放气体中去除水并且用于提供该水作为蒸发水。水分离器能够通过例如初级水分离器、细水分离器、排放气体冷凝器、燃料电池的排放气体路径的膨胀涡轮上或之后的出水口或通过这些部件的任意组合来实现。燃料电池装置还包括用于冷却燃料电池的热交换器。热交换器具有蒸发冷却器，用于冷却热交换器。蒸发冷却器被分配给流体连通的水分离器并且由所述水分离器向其供应或至少能够向其供应蒸发水。因此，夹带在燃料电池的排放气体中的水不是需要昂贵处理的燃料电池中冷燃烧的副产物，而是能够直接再用于冷却。例如，这消除了提供外部冷却水的需要。因此，燃料电池装置得到改进或至少被简化。
7.所述蒸发冷却器能够有利地形成蒸发冷却器装置，该蒸发冷却器装置具有冷却剂
冷却器和在冷却剂冷却器上游的喷洒单元和/或雾化单元，例如旋转雾化器。
8.如果水分离器相对于阴极排放气体流的排放气体流动方向布置在加湿器的上游也是有利的。替代地或附加地，水分离器能够相对于阴极排放气体流的排放气体流动方向布置在加湿器的下游。此外，附加地或替代地，所述水分离器能够布置在膨胀涡轮中或膨胀涡轮下游，或者能够由膨胀涡轮形成。在加湿器的下游和/或蒸发水箱的下游，排放气体能够流过膨胀涡轮，膨胀涡轮能够流体连通地插入到阴极排放气体流中，这将在后面解释。特别地，膨胀涡轮能够将驱动涡轮(稍后解释)流体连接到蒸发水箱(稍后解释)。如果使用来自燃料电池的废热，则在膨胀涡轮中能够积聚相对较大的水量，但相对于标准大气而言，这几乎没有或没有超压，特别是如果仅在涡轮出口或其后获得超压。在这种情况下，也能够设置布置在加湿器上游的水分离器由粗水分离器形成，用于从排放气体中去除水并且用于提供水作为蒸发水。在这种情况下，粗水分离器相对于阴极排放气体流的排放气体流动方向布置在加湿器的上游并且流体连接加湿器的上游。它能够去除来自排放气体的比较大的水滴。因此，它能够有利地从排放气体中去除较大的水量或较大的水体积，并且获得和提供该水作为蒸发水以用于蒸发冷却器。此外，粗水分离器的优点是能够保护加湿器免受因排放气体中过多的水进入而造成的湿气损坏。附加地或替代地，能够设置布置在加湿器下游的水分离器由细水分离器形成，用于从排放气体中去除水并且用于提供该水作为蒸发水。在这种情况下，细水分离器相对于阴极排放气体流的排放气体流动方向布置在加湿器的下游并且流体连接加湿器的下游。它能够从排放气体中去除相对较小的水颗粒。因此，它能够有利地从流出加湿器的排放气体中去除水量或水体积，并且获得和提供该水作为蒸发水以用于蒸发冷却器。细水分离器提供另外的优点，即它从流出加湿器的排放气体中去除残留湿气，从而燃料电池装置布置在阴极排放气体流中更下游的部件、特别是压缩机系统、特别是气体供应装置的排放气体涡轮能够被保护防止湿气损坏，特别是液滴冲击。在这种情况下，能够设置细水分离器配备有出水口或出水阀，由细水分离器提供的蒸发水能够通过该出水口或出水阀流入燃料电池装置的环境中或以其他方式用于燃料电池装置。此外，如果有液态水可用，则来自空气供应装置的排放气体涡轮的水能够用于蒸发冷却。
9.水分离器能够有利地由粗水分离器和细水分离器两者形成。因此，一方面，能够从阴极排放气体流的排放气体中去除较大比例的水。另一方面，能够得到较大的水量或较大的水体积，并且用作为蒸发水以用于供应蒸发冷却器。
10.有利地，所提供的蒸发水能够由来自阴极排放气体流的排放气体加压。来自燃料电池的排放气体，处于过压状态，例如1.8bar至2.5bar或1.5bar至3.0bar的绝对压力，使通过水分离器从排放气体中分离出来的蒸发水被输送到蒸发冷却器中。因此，能够在没有用于蒸发水的输送装置的情况下实施热交换器或蒸发冷却器，由此能够相对便宜地制造相应的燃料电池装置。
11.还有利地，如果燃料电池装置具有从水分离器通向蒸发冷却器的给水路径，用于蒸发水的给水流，该给水流限定给水流方向，以供应蒸发冷却器。因此，蒸发冷却器以流体连通的方式连接到水分离器，使得来自排放气体的蒸发水(该蒸发水由水分离器提供)能够从水分离器流到蒸发冷却器。例如，给水路径能够引导通过燃料电池装置的蒸发水管线，该蒸发水管线将水分离器流体连接到蒸发冷却器。替代地，能够设置燃料电池装置具有用于供应蒸发冷却器的流体平行的给水路径的对，即：用于蒸发水的给水流的给水路径，该给水
流限定了给水流动方并且其从粗水分离器通向蒸发冷却器；和用于蒸发水的另外的给水流的另外的给水路径，该另外的给水流限定了另外的给水流方向并且从细水分离器通向蒸发器冷却器。因此，由粗水分离器和细水分离器提供的来自排放气体的蒸发水能够流到蒸发冷却器，从而供应蒸发冷却器。这意味着蒸发冷却器流体连通地连接到粗水分离器和细水分离器，使得由排放气体提供的蒸发水能够从粗水分离器和细水分离器流向蒸发冷却器。例如，给水路径和另外的给水路径中的每个能够被引导通过蒸发水管线，该蒸发水管线将粗水分离器或细水分离器流体连接到蒸发冷却器。
12.此外，燃料电池装置能够具有用于控制或调节蒸发水的质量或体积流量的阀装置，该阀装置允许蒸发水流过，并且该阀装置流体地插入到给水流中或另外的给水流中或插入到蒸发冷却器和水分离器之间的一个给水流中和另外的给水流中。因此，用于所述给水流的给水路径通过阀装置。这允许例如相对于流过的蒸发水的量或流过的蒸发水的体积来控制或调节给水流。有利地，蒸发冷却器的冷却能力因此能够被控制或调节。
13.此外，能够设置至少两个阀装置以用于控制或调节蒸发水的质量或体积流量，其中，所述一个阀装置允许蒸发水流过并且流体地插入到蒸发冷却器和粗水分离器之间的给水流中，并且其中，另外的阀装置允许蒸发水流过并且流体地插入到蒸发冷却器和细水分离器之间的另外的给水流中。有利地，蒸发冷却器的冷却能力由此也能够被控制或调节。
14.还有利地，如果通过给水阀、浮阀、带泄漏的浮阀、减压阀、止回阀或通过这些阀的组合来实现一个阀装置。
15.此外，所述另外的阀装置能够通过具有或不具有泄漏的给水阀、具有或不具有泄漏的浮阀、泄压阀、止回阀或通过这些阀的组合来实施。给水阀代表了实施阀装置的一种经济有效的方式。如果在水分离器处没有或实际上几乎没有可用的水或蒸发水，浮阀能够有利地防止排放气体流出到蒸发冷却系统中，即，引导蒸发水并且位于水分离器下游的区域。给水阀或浮阀中的故意泄漏或甚至阀的短暂打开使得来自燃料电池排放气体系统的排放气体有针对性地流过蒸发冷却系统，以便从整个系统或至少蒸发冷却器释放蒸发水。在实践中，这也能够称为“吹灭”。其优点是，如果环境温度相应下降，整个系统或至少蒸发冷却器就不会结冰。这样就没有必要清空系统了。减压阀保护热交换器或蒸发冷却器免受阴极排放气体流中的压力的影响，该压力增加到超过热交换器或蒸发冷却器所允许的确定的或可确定的极限压力。这能够防止由于过压而损坏热交换器和/或蒸发冷却器。如果在热交换器或蒸发冷却器中发生相对于阴极排放气体流中的压力测量的过压，特别是在热交换器或蒸发冷却器的蒸发水箱中，其过压超过为阴极排放气体流限定或可限定的极限压力并且对于这些流体连通的部件是允许的，那么止回阀能够保护阴极排放气体流以及与其流体连通的部件。这能够防止阴极排放气体流被加压并损坏与其流体连通的部件。还可以设想，阀装置还用作空气阀，并且除了蒸发水之外，还允许排出气体和/或供应气体通过。
16.更有利地，燃料电池装置能够具有用于收集蒸发水的收集体积。收集体积能够在一侧与蒸发冷却器流体连接，在另一侧与水分离器或粗水分离器和/或细水分离器流体连接。
17.还有利地，如果所述收集体积由用于蒸发水的给水流的至少一个蒸发水管线形成或限定。除了该至少一个蒸发水管线之外，收集体积也能够由用于蒸发水的另外的给水流的至少一个另外的蒸发水管线形成或界定。例如，收集体积能够由单个蒸发水管线形成或
界定，该蒸发水管线有利地将水分离器或粗水分离器流体连接到蒸发冷却器。替代地，收集体积能够由例如将粗水分离器流体连接到蒸发冷却器和将细水分离器流体连接到蒸发冷却器的两个或更多个蒸发水管线形成或界定。因此，总体上提供了收集体积的有利的、相对便宜且相对紧凑的设计。
18.此外，燃料电池装置能够具有用于收集蒸发水的单独蒸发水箱。该水箱能够补充或形成或界定收集体积。蒸发水箱允许蒸发水有利地流过，然后流体地插入到粗水分离器和蒸发冷却器之间的给水流中。替代地，燃料电池装置能够具有用于收集蒸发水的单独的蒸发水箱，该水箱补充或形成或界定收集体积并允许蒸发水流过，并且该水箱流体地插入到阀装置和蒸发冷却器之间的给水流中。此外，燃料电池装置的一个实施例是可以设想的，其中，蒸发水箱布置在阀装置的上游和下游的两者。可以用蒸发水箱来存储蒸发水。因此，向蒸发冷却器供应蒸发水变得对由粗水分离器提供的蒸发水的量或体积的波动不敏感，这能够归因于例如燃料电池的不同运行状态。相对于给水流动方向在蒸发水箱上游的阀装置使得可以控制流入蒸发水箱的蒸发水的量或体积。
19.还有利地，如果蒸发水箱的箱收集体积大于0升/千瓦且小于或等于燃料电池的装机电输出的0.1升/千瓦。例如，箱收集体积能够是30升，并且燃料电池的电输出能够是300千瓦。本领域技术人员将有利地将表述“升/千瓦”理解为“升每千瓦”。
20.此外，蒸发水箱能够通过来自阴极供应气体流的加压供应气体和/或通过来自阴极排放气体流的加压排放气体来加压。因此，蒸发水箱能够承受相对于燃料电池装置的环境测量的例如1.8bar至2.5bar或2.8bar至3.5bar的绝对压力的排放气体或供应气体的过压。替代地，过压能够位于蒸发冷却器中的压力或燃料电池装置的环境压力与阴极排放气体流中的压力之间。排放气体能够有利地从粗水分离器上游或加湿器下游或细水分离器下游的阴极排放气体流中抽出。供应气体能够有利地从燃料电池上游的阴极供应气体流中抽出。在这两种情况下，抽出的压缩空气能够通过其自身的压缩空气管线流入蒸发水箱，在该压缩空气管线中能够安装一个可控或可调的空气阀。这样加压的蒸发水箱的优点是收集在蒸发水箱中的蒸发水自动从蒸发水箱流出到蒸发冷却器。这具有能够省去单独的传送装置的优点。原则上，蒸发水箱当然能够相对于燃料电池装置的环境保持无压力，特别是在使用稍后描述的输送泵时。
21.还有利地，如果设置用于对蒸发水箱加压的空气阀，该空气阀将阴极供应气体流与蒸发水箱流体连通，使得供应气体能够通过空气阀流入蒸发水箱并对其加压。因此，例如能够省去用于将蒸发水从蒸发水箱输送到蒸发冷却器中的单独输送装置。可以设想，空气阀由具有截止功能的4/3通阀实现。
22.进一步有利地，燃料电池装置能够具有用于控制或调节蒸发水的质量或体积流量的给水阀装置，该给水阀装置允许蒸发水流过并且流体地插入到蒸发冷却器和蒸发水箱之间的一个给水流中。蒸发水箱在给水流动方向下游的给水阀装置的目的是控制或调节从蒸发水箱流出的蒸发水的质量流量或体积流量。为此，能够设置，供水阀装置由喷水阀实现。喷水阀旨在控制和/或调节用于蒸发冷却的蒸发水或处理水的喷洒或蒸发水质量流量。该阀能够设计为比例阀，以连续地控制或调节蒸发水的质量流量。替代地，也可以想到开/关阀。在这种情况下，蒸发水的质量流量能够通过对管路进行节流、通过改变蒸发水箱中的压力或通过诸如泵之类的可变输送装置来改变。
23.还有利地，如果给水阀装置具有用于控制或调节从蒸发水箱流出的蒸发水的质量或体积流量的喷水阀或由该喷水阀形成。替代地或附加地，给水阀装置能够具有用于将蒸发水从蒸发水箱输送到蒸发冷却器的输送装置或由该输送装置形成。进一步替代地或附加地，给水阀装置能够具有用于从蒸发水箱中排出蒸发水的出水阀或由该出水阀形成，其中，出水阀或者直接流体地设置在蒸发水箱上或者通过输送装置或喷水阀间接流体地设置在蒸发水箱上。这允许控制流向蒸发水箱的蒸发水的质量或体积流量。此外，蒸发水能够通过出水阀排出，例如排向燃料电池装置的环境。这可能很有用，例如，当燃料电池装置关闭时，或当蒸发水箱溢出时，或在0℃左右的温度下防止冻结时。输送装置允许蒸发水以预定的质量或体积流量输送到蒸发水箱。
24.此外，输送装置能够通过输送泵、尤其是外周轮泵或侧通道叶轮来实现。外围轮泵或侧通道叶轮优选地在相对较小的体积流量和相对较高的绝对压力下运行。
25.还有利地，如果燃料电池装置包括具有通过排放气体运行或能够通过排放气体运行的压缩机的压缩机系统。压缩机系统的用于压缩供应气体的叶轮允许供应气体流过并且流体地插入到燃料电池上游的阴极供应气体流中，其中，其用于驱动叶轮的驱动涡轮允许排放气体流过并且流体地插入到加湿器或细水分离器下游的阴极排放气体流中。可以设想，压缩机系统具有用于冷却由叶轮压缩的供应气体的冷却器，其中，该冷却器相对于阴极供应气体流设置在叶轮下游的叶轮上，使得压缩的供应气体能够流过。
26.此外，能够设置或实施以下：
[0027]-热交换器或蒸发冷却器在燃料电池装置的环境温度大于或等于5℃或明显高于冰点的环境温度下运行或使用；或者
[0028]-热交换器或蒸发冷却也用于低于冰点的温度以“摆脱”水而不将其滴到寒冷的街道上，其中加热蒸发水箱和其余设备，即燃料电池装置，例如借助冷却剂，可能会有用；
[0029]-热交换器或蒸发冷却器在来自燃料电池的冷却剂温度大于或等于60℃或大于或等于70℃或大于或等于75℃或冷却剂温度为60℃到90℃时运行；或者
[0030]-热交换器或蒸发冷却器的运行通过开启特性来控制或调节，其中，开启程度z
verd
大致按以下公式基于燃料电池的热量q
fc
和燃料电池装置的单位为℃的环境温度t
amb
：
[0031]zverd
≈f(q
fc
/q
max
*55℃/(75℃-t
amb
))
[0032]
其中，字符“*”被理解为一个乘号，并且其中，对于x《0.5，f(x)＝0；或者
[0033]-调节热交换器或蒸发冷却器的运行，其中，通过考虑或不考虑燃料电池装置的热惯性的需求图进行调节；或者
[0034]-调节热交换器或蒸发冷却器的运行，其中，基于燃料电池装置的环境温度或燃料电池装置的环境温度和湿度或冷却剂温度进行调节；或者
[0035]-调节热交换器或蒸发冷却器的运行，其中，调节由恒温阀控制和/或由风扇的启动支持；或者
[0036]-调节热交换器或蒸发冷却器的运行，其中，以下变量中的一个或所有包括在调节中：储藏器中的水位、减速器的使用、空调、电池充电状态和温度、行驶速度、总重量、地形拓扑和交通状况。
[0037]
此外，可以设想
[0038]-蒸发冷却器的供应由蒸发水调节；或者
[0039]-根据需要向蒸发冷却器供应蒸发水，其中，反映燃料电池的运行状态的燃料电池负载与由水分离器从排放气体中去除的水量成正比，以实现在相对较高的燃料电池负载期间基于需求的冷却；或者
[0040]-蒸发冷却器供应的水量为每个燃料电池堆叠2.5至20g/s，或每个燃料电池堆叠5.0至15g/s，或平均为0.025到0.2g/k
jel
，或平均为0.005到0.15g/kj
el
；或者
[0041]-向蒸发冷却器供应取决于燃料电池的电功的水量，其中该水量平均为0.005到0.16g/kj；或者
[0042]-仅当蒸发冷却器的流体上游的蒸发水箱(该箱用于收集供应蒸发冷却器的蒸发水)装满时，蒸发冷却器才供应有蒸发水，其中，供应给蒸发冷却器的蒸发水量被调整为使得蒸发水箱中存储的蒸发水量保持恒定。因此，只收集了蒸发冷却器所需的蒸发水量，从而保证了热交换器的连续运行。可以设想，如果可能达到冷却能力极限，即如果燃料电池的冷却剂温度不能保持，则供应到蒸发冷却器的蒸发水量将增加，直到再次达到或略微低于冷却剂极限温度。
[0043]
还有利地，如果蒸发水箱被填充到某个最低水平，这主要能够取决于环境温度和绝对水箱尺寸。当蒸发水箱也被加湿器使用时，另一个重要的标准适用，其中，在启动蒸发冷却之前至少必须始终有一定量的蒸发水可用于加湿。此外，最小量还能够取决于行驶路线或在最大水质量流量时的理论最小运行时间。
[0044]
为了实现上述目的，也有利地提供一种根据前述描述的燃料电池装置在机动车辆中的用途。在这种情况下，燃料电池装置能够直接集成或改装到机动车辆中。也能够按上述运行参数运行。
[0045]
为了实现上述目的，也有利地提供一种用于运行根据前述描述的燃料电池装置的方法，其运行步骤如下：
[0046]-启动燃料电池，其中，通过水分离器从排放气体中去除水，水被收集并可用作为蒸发水；
[0047]-如果燃料电池装置对所提供的蒸发水的收集体积已满或基本上已满，则启动燃料电池装置的热交换器的蒸发冷却器；
[0048]-调节供应给蒸发冷却器的蒸发水的水量或水体积，以使存储在收集体积中的蒸发水的水量或水体积保持相同或几乎相同，特别使得只有蒸发冷却器所需的蒸发水量由水分离器收集；
[0049]-如果达到热交换器的冷却能力限制和/或热交换器的冷却剂温度没有保持，则增加供应给蒸发冷却器的水量或蒸发水的水体积以增加蒸发冷却器的冷却能力。
[0050]
在所有示例性实施例中，蒸发水箱也能够称为水箱，反之亦然。在所有示例性实施例中，蒸发水也能够称为冷却水或水，反之亦然。
[0051]
总之，能够说明如下：本发明优选地涉及一种燃料电池装置，该燃料电池装置具有在运行期间排放水作为冷燃烧产物的燃料电池；通向燃料电池的用于阴极供应气体流的供应气体路径，所述供应气体路径限定供应气体流动方向，所述阴极供应气体流来自供应给燃料电池的供应气体；和远离燃料电池的用于阴极排放气体流的排放气体路径，所述排放气体路径限定排放气体流动方向，所述阴极排放气体流来自从燃料电池流出的含水排放气体。供应气体路径和排放气体路径被引导通过燃料电池装置的加湿器，该加湿器与供应气
体和排放气体流体连通，用于加湿供应气体和除湿排放气体。排放气体路径还被引导通过燃料电池装置的水分离器，该水分离器与排放气体流体连通，用于从排放气体中去除水并且用于提供该水作为蒸发水。燃料电池装置还具有用于冷却燃料电池的热交换器，该热交换器具有用于冷却热交换器的蒸发冷却器。重要的是，蒸发冷却器被分配给流体连通的水分离器，并由该水分离器向其供应蒸发水。
[0052]
本发明的其他重要特征和优点由从属权利要求、附图以及参照附图对附图的相关描述得出。
[0053]
应当理解，上述特征和下面将要解释的特征不仅可以以在每种情况下指出的组合使用，而且还可以以其他组合或单独使用，而不偏离本发明的范围。
附图说明
[0054]
本发明的优选示例性实施例在附图中示出并且将在下面的描述中更详细地解释，其中，相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。
[0055]
在附图中：
[0056]
图1至图7中的每个示意性地示出了燃料电池装置的优选示例性实施方式的简化图。
具体实施方式
[0057]
图1至7示出了总体上用附图标记1表示的燃料电池装置的优选示例性实施例。它们都可以集成或改装到机动车辆中。
[0058]
图1示出了燃料电池装置1的优选示例性实施例的简化图。燃料电池装置1具有由小方框表示的燃料电池2。用于阴极供应气体流5的供应气体路径3通向燃料电池2，所述供应气体路径限定供应气体流动方向4，阴极供应气体来自被供应至燃料电池2并且包含水的供应气体。燃料电池装置1还具有远离燃料电池2的用于阴极排放气体流9的排放气体路径7，所述排放气体路径限定排放气体流动方向8，阴极排放气体来自从燃料电池2流出的含水排放气体。根据操作，从燃料电池流出的排放气体处于例如0.8至1.5bar或1.8至2.5bar或1.5至3.0bar的绝对压力下。供应气体路径3和排放气体路径7中的每个被引导通过燃料电池装置1的加湿器10，该加湿器与供应气体和排放气体流体连通，并且也用小方框表示并且用于加湿供应气体和除湿排放气体。排放气体路径7还被引导通过燃料电池装置1的多部分水分离器11，该水分离器与排放气体流体连通，用于从排放气体中去除水并且用于提供该水作为蒸发水。相对于阴极排放气体流9布置在加湿器10上游的多件式水分离器11的一部分由粗水分离器14形成，用于从排放气体中去除水并且用于提供该水作为蒸发水。粗水分离器14能够从排放气体中去除较大的水滴，由此能够有利地获得较大的水量或较大的水体积并使其可用。设置在加湿器10下游的多件式水分离器11的另一部分由例如精细水分离器15形成，用于从流出加湿器10的排放气体中去除水并且用于提供该水作为蒸发水。细水分离器15能够从排放气体中去除相对较小的水颗粒和/或残留湿气。因此，它能够有利地从流出加湿器10的排放气体中去除至少相对少量的水量或相对少量的水体积，并提供该水作为蒸发水。细水分离器15提供另外的优点，即排放气体被除湿，以使得布置在阴极排放气体流9中更下游的燃料电池装置1的部件、特别是下文将要解释的压缩机系统34被保护免受湿气
损坏，尤其是液滴冲击。在当前情况下，细水分离器15配备有出水口39，其允许将收集的废水/蒸发水排放到燃料电池装置1的环境6中，这在图1中由箭头纯符号地表示。
[0059]
图1还示出了热交换器12，其用于冷却燃料电池2并具有设置用于冷却热交换器12的蒸发冷却器13。蒸发冷却器13例如分配给流体连通的粗水分离器14并由其供应蒸发水。蒸发水例如流过蒸发水管线19，该蒸发水管线19将蒸发冷却器13与粗水分离器14流体连接，具有用于蒸发水的给水流18的给水路径16，该给水路径限定给水流动方向17，通过蒸发水管线。根据本发明，由此可以在燃料电池装置1的运行期间通过粗水分离器14从阴极排放气体流9中去除水，并将其用作用于蒸发冷却器13的蒸发水。有利地，在燃料电池装置1的运行期间，能够在粗水分离器14处提供足够的水量或足够的水体积作为蒸发水，使得能够最佳地供应蒸发冷却器13，从而它能够产生预定的或可预定的冷却能力。这具有能够省去外部蒸发水源的优点，这简化了燃料电池装置1。
[0060]
图2示出了燃料电池装置1的优选的另外的示例性实施例的简化图。它与前面的示例性实施例的不同之处尤其在于标有附图标记34的压缩机系统和阀装置23。压缩机系统34例如具有压缩机35，该压缩机具有利用排放气体运行或能够运行的驱动涡轮38和用于压缩供应气体的叶轮36。叶轮36允许供应气体流过它并且插入到燃料电池2和加湿器10相对于供应气体流动方向4上游的阴极供应气体流5中。压缩机系统34的气体过滤器40布置在沿供应气体流动方向4布置在叶轮36的上游以过滤流入叶轮36的供应气体，并且压缩机系统34的增压气体冷却器41布置在叶轮36的下游用于冷却压缩的供应气体。压缩机35的驱动涡轮38允许排放气体流过并在排放气体流方向8上在细水分离器15的下游被插入到阴极排放气体流9中。该驱动涡轮将来自排放气体的动能传输到叶轮36，然后叶轮将其传输到供应气体。前述阀装置23用于控制或调节蒸发水的给水流18的质量或体积流量，该给水流流过蒸发水管线19。阀装置例如由给水阀25或浮阀26实现并允许蒸发水流过并流体地插入到蒸发冷却器13和粗水分离器14之间的给水流18中，使得流入蒸发冷却器13中的蒸发水的质量或体积流量能够有利地控制或调节。
[0061]
图3示出了燃料电池装置1的优选的另外的示例性实施例的简化图。它与前面的示例性实施例的不同特别在于细水分离器15经由出水阀33a流体连通地连接到出水口39，使得能够控制或调节从细水分离器15到燃料电池装置1的环境6的废水/蒸发水的排放。此外，图3示出了由附图标记27表示的用于收集蒸发水的收集体积。收集体积27在一侧与蒸发冷却器13流体连接并且在另一侧与粗水分离器14流体连接，使得蒸发水能够从粗水分离器14流向蒸发冷却器13。在当前情况下，收集体积27由用于蒸发水的给水流18的蒸发水管线19和通过流体地插入给水流18中的单独的蒸发水箱28形成或界定。蒸发水箱28在此情况下允许蒸发水流过并且流体地布置在阀装置23和蒸发冷却器13之间。作为示例，设置给水阀装置31相对于给水流动方向17连接蒸发水箱28的下游并且与蒸发水箱28和蒸发冷却器13流体连通。它用于控制或调节沿蒸发冷却器13的方向从蒸发水箱28流出的蒸发水的给水流18的质量或体积流量。在这种情况下，给水阀装置31允许蒸发水流过并且流体地插入到蒸发冷却器13和蒸发水箱28之间的给水流18中。作为示例，给水阀装置31由洒水阀42实现，该洒水阀在体积或量方面控制或调节进入蒸发冷却器13的蒸发水的供应。蒸发水箱28的箱收集体积29例如大于0升/千瓦且小于或等于所述燃料电池2的装机电输出的0.1升/千瓦。
[0062]
图4示出了燃料电池装置1的优选的另外的示例性实施例的简化图。它与之前的示
例性实施例的不同之处特别在于，供水阀装置31现在被分成几个部分并且具有用于将蒸发水从蒸发水箱28输送到蒸发冷却器13的输送装置32和用于从蒸发水箱28排出蒸发水的另外的出水阀33。输送装置32例如通过输送泵，特别是外周轮泵或侧通道叶轮来实现。出水阀33通过输送装置32流体间接地布置在蒸发水箱28上。
[0063]
图5示出了燃料电池装置1的优选的另外的示例性实施例的简化图。它与前面的示例性实施例的不同之处特别在于，给水阀装置31的用于从蒸发水箱28排出蒸发水的另外的出水阀33现在直接而不通过输送装置32布置在蒸发水箱28上，并且供水阀装置31的输送装置32现在由喷水阀42实现。此外，根据该示例性实施例，设置蒸发水箱28通过来自阴极气体系统、例如来自阴极供应气体流5的加压供应气体进行加压。为此，设置压缩气体管线43，其在一端通向供应气体路径3，在另一端通向蒸发水箱28。允许来自阴极供应气体流5的气体流过的气体阀30也插入到压缩空气管线43中，该气体阀允许控制或调节流过压缩空气管线43的气体流，使得能够控制蒸发水箱28的气压。
[0064]
图6示出了燃料电池装置1的优选的另外的示例性实施例的简化图。它与前述示例性实施例的不同之处特别在于，蒸发水不仅由蒸发水箱28上的粗水分离器14提供也由细水分离器15提供。作为其示例，设置用于蒸发水的另外的给水流22的另外的给水路径20，该另外的给水流限定另外的给水流动方向21，该给水流从细水分离器15通过给水阀33a通向蒸发水箱28。这意味着蒸发水箱28以流体连通的方式连接到粗水分离器14和细水分离器15，使得来自由粗水分离器14和细水分离器15提供的排放气体中的蒸发水能够流向蒸发水箱28，并且能够从那里通过喷水阀42或输送装置32流向蒸发冷却器13，和/或能够通过另外的出水阀33流向燃料电池装置1的环境6。给水路径16和另外的给水路径20中的每个被引导通过例如蒸发水管线19，该蒸发水管线19将粗水分离器14或细水分离器15流体地连接到蒸发水箱28。
[0065]
图7示出了燃料电池装置1的优选的另外的示例性实施例的另一个简化图。它与图6的示例性实施例的不同之处仅在于在驱动涡轮38处或下游处水的增加的提取点。在提取点处积聚的水能够通过阀供应到蒸发水箱28，该阀在图7中由小方框示出并用附图标记44标记。例如，设置所述蒸发水箱28通过阀44流体连接到驱动涡轮38。因此，水能够从燃料电池2的排放气体流9通过阀44流入蒸发水箱28。特别是当使用来自燃料电池2的废热时，相对大量的水能够积聚在驱动涡轮38中或驱动涡轮38上，但是相对于标准大气压而言，这具有很小的超压或没有超压。将蒸发水箱28布置在驱动涡轮38下方是特别有利的，使得所获得的水能够流入蒸发水箱28中。替代地或附加地，也能够使用泵(未示出)将水输送到蒸发水箱28中。
[0066]
在所有示例性实施例中，蒸发水箱28也能够称为水箱28，反之亦然。在所有示例性实施例中，蒸发水也能够称为冷却水，反之亦然。