WO2017157587A1 - Wärmetauscher und brennstoffzellensystem - Google Patents

Wärmetauscher und brennstoffzellensystem Download PDF

Info

Publication number
WO2017157587A1
WO2017157587A1 PCT/EP2017/052764 EP2017052764W WO2017157587A1 WO 2017157587 A1 WO2017157587 A1 WO 2017157587A1 EP 2017052764 W EP2017052764 W EP 2017052764W WO 2017157587 A1 WO2017157587 A1 WO 2017157587A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fuel cell
air
gas
heat exchanger
compressor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2017/052764
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Bauer
Marc Becker
Martin Moser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to CN201780013824.4A priority Critical patent/CN108701845B/zh
Publication of WO2017157587A1 publication Critical patent/WO2017157587A1/de
Priority to US16/130,283 priority patent/US10811703B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0066—Multi-circuit heat-exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat-exchangers for more than two fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D7/1692—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F17/00—Removing ice or water from heat-exchange apparatus
    • F28F17/005—Means for draining condensates from heat exchangers, e.g. from evaporators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04141—Humidifying by water containing exhaust gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0043—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04149—Humidifying by diffusion, e.g. making use of membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04291—Arrangements for managing water in solid electrolyte fuel cell systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present application relates to a heat exchanger for a
  • Fuel cell system and a fuel cell system with the heat exchanger are used in particular in a vehicle.
  • Fuel cell systems for mobile applications such as motor vehicles are known in the art. In its simplest form is one
  • Fuel cell An electrochemical energy converter that converts fuel and oxidant into reaction products, producing electricity and heat. For example, in such a fuel cell
  • Hydrogen is used as the fuel and air or oxygen as the oxidant.
  • the reaction product of the reaction in the fuel cell is, for example, water. The gases are thereby in appropriate
  • the fuel cell includes an anode and a cathode separated by an ion selective separator.
  • the anode has a supply for a fuel to the anode.
  • Preferred fuels are: hydrogen,
  • the cathode has a supply of oxidizing agent.
  • Preferred oxidizing agents are, for example, air, hydrogen and peroxides.
  • the ion-selective separator can be designed, for example, as a proton exchange membrane (PEM).
  • PEM proton exchange membrane
  • a cation-selective polymer electrolyte membrane is used Commitment. Materials for such a membrane include: National®, Flemion® and Aciplex®.
  • a fuel cell system comprises at least one fuel cell and peripheral system components (also called BOP components) which can be used during operation of the at least one fuel cell.
  • BOP components peripheral system components
  • Fuel cell system The fuel cell system is used in particular in a vehicle. In the vehicle served with the fuel cell system
  • Fuel cell system generated energy in particular for the drive of the vehicle.
  • the heat exchanger is a gas line for at least one gas
  • the heat exchanger has a cooling fluid path.
  • the cooling fluid path is used for cooling the at least one gas in the gas line.
  • the heat exchanger further comprises a housing.
  • a radiator matrix is arranged in this cooler matrix.
  • the radiator matrix includes a cooling fluid inlet and a cooling fluid outlet. Between the cooling fluid inlet and the cooling fluid outlet flows the corresponding cooling fluid in the
  • Cooler matrix For this purpose, in the cooler matrix, various cooling elements be provided. These cooling elements are for example tubes or plates, wherein the cooling fluid flows in the tubes or between the plates. Furthermore, the cooling elements can also be formed by thin cooling ribs or sheets in which no cooling fluid flows, but which are continuously cooled by the cooling fluid.
  • the cooler matrix forms a multiplicity of cavities. These cavities are located in particular between the individual cooling elements of the radiator matrix. The entirety of these cavities represents the gas line.
  • the at least one gas ie the air or the exhaust gas which flows through the gas line and thus through the cavities of the radiator matrix, is cooled by the radiator matrix.
  • At least one gas inlet is provided on the housing.
  • At least one partition is located in the cooler matrix. This separation divides the gas line within the radiator matrix into at least two floods. By arranging the separation within the radiator matrix, the gases in the at least two floods are cooled by the same radiator matrix and thus the same cooling fluid path. The cooling of the gases in the at least two floods thus takes place not only in the same radiator matrix but also in the same housing. According to the invention, at least two floods can be cooled with only one heat exchanger and only one cooling fluid path.
  • At least two gas outlets are located on the housing, each flood discharging into its own gas outlet. Due to the two separate gas outlets, no mixing of the at least two gas streams takes place.
  • the gas entering the gas inlet can be divided into at least two floods.
  • advantageously located in a pre-chamber within the housing at least one guide element or a corresponding partition to distribute the incoming gas to the floods.
  • two or more gas inlets may be formed on the housing. This makes it possible to cool several different gas streams, for example the air conveyed to a fuel cell and the exhaust gas discharged from the fuel cell, into two flows of the cooler matrix.
  • the at least one separation extends through and / or over a plurality of the cavities of the cooler matrix.
  • the common radiator matrix is divided by the at least one separation into the floods.
  • the separation is preferably a separate component that is inserted into the cooler matrix. Additionally or alternatively, it is preferably provided to design and shape the individual cooling elements within the cooler matrix so that the separation and thus at least two separate flows result.
  • the at least two floods extend over the entire length of the gas line and thus over the entire length of the radiator matrix and are separated from each other over this entire length.
  • the separation of the floods by the separation is in particular designed so that there is no mixing of the gases from the two floods within the cooler matrix.
  • the at least one separation separates the floods gas-tight from each other.
  • the invention further comprises a fuel cell system.
  • Fuel cell system has at least one fuel cell.
  • it is a stack of several fuel cells.
  • the fuel cell system comprises a compressor (also: compressor) and an air gap which leads from the compressor to the cathode side of the fuel cell. By means of the compressor ambient air is compressed and passed over the air gap in the fuel cell.
  • the fuel cell system according to the invention comprises a
  • Heat exchanger as previously described.
  • the heat exchanger is arranged in the air gap. Accordingly, a compressor outlet is connected to the at least one gas inlet on the housing of the heat exchanger. This gas inlet is accordingly called air intake.
  • Fuel cell air flood is separated from at least one other flood by means of the described separation.
  • the "at least one additional tide” can be a compressor cooling air tide or an exhaust gas tide.
  • the fuel cell air flood discharges into its own gas outlet, which is referred to here as the fuel cell air outlet.
  • the fuel cell air outlet in turn is connected to the at least one fuel cell, so that the air cooled in the fuel cell air flow on the cathode side of the fuel cell can be fed.
  • the heat exchanger used in the fuel cell system is thus an intercooler, due to the separation of the
  • Cooling fluid path can be cooled.
  • the compressor is preferably a type which must be cooled with air and / or has an air bearing which must be supplied with compressed air and cooled.
  • the compressor is thus also referred to as an air-bearing radial compressor.
  • the cooler matrix has a compressor cooling air flood in addition to the fuel cell air flood.
  • an antechamber is formed on the housing for this purpose. In the antechamber is a guide element. The over the air intake from
  • Compressor incoming air is divided by means of the guide element in the pre-chamber on the two floods, namely the fuel cell air flood and the compressor cooling air flood.
  • an end piece of the housing is formed on the other side of the radiator matrix.
  • Two gas outlets, namely the fuel cell air outlet and a compressor cooling air outlet, are formed on the end piece.
  • the compressor cooling air outlet leads to the compressor via a compressor cooling air return to cool the compressor and / or to supply compressed air to the air bearing.
  • a nozzle for injecting water into or in front of the fuel cell air flow is located in the housing of the heat exchanger.
  • the housing preferably has an antechamber.
  • the nozzle for injecting the water is located on that side of the guide element which leads into the fuel cell air flood. As a result, the water can be injected into the air flow leading to the fuel cell. The air returned to the compressor remains dry.
  • Evaporative enthalpy can be supplied and no liquid water reaches the cathode of the fuel cell.
  • humidified air must not be used to cool the compressor rotor or compressor bearings, as this would damage the compressor.
  • a separate heat exchanger is used to provide the cooling air for the compressor. In the invention, however, it is possible to cool one and the same heat exchanger for both the air for the fuel cell and the recirculated air to the compressor.
  • the fuel cell system preferably comprises an exhaust gas line.
  • Exhaust gas line leads from the fuel cell into the environment. In the cooler matrix is an exhaust gas flow separated. Through this exhaust flood runs the
  • the radiator matrix In addition to the exhaust gas flow, the radiator matrix has the
  • the compressor cooling air flood already described may be separated as a preferred third flood within the cooler matrix.
  • the fuel cell air flood runs in the opposite direction to the exhaust gas flow. Accordingly, the air inlet is located on one side of the housing and the corresponding exhaust gas inlet on the other side of the housing.
  • the compressor cooling air flood preferably runs in the same direction as the fuel cell air flood. Accordingly, on one side of the housing, both the exhaust gas inlet and the compressor cooling air outlet and the fuel cell air outlet are located.
  • the at least one separation in the cooler matrix is preferably arranged so that the two floods, preferably all three floods, run parallel to one another.
  • the exhaust gas exiting the fuel cell is relatively humid and is cooled in the radiator matrix, so that a portion of the water condenses in the exhaust gas.
  • the liquid water from the exhaust gas is preferably collected in the heat exchanger or downstream of the heat exchanger in a water collection container.
  • a water separator is provided in particular within the heat exchanger or downstream of the heat exchanger.
  • the heat exchanger thus serves not only as a charge air cooler but at the same time as a condenser for the exhaust gas and advantageously also for the cooling of the air returned to the compressor.
  • Cooling circuit with radiator The heat exchanger according to the invention leads here to a much simpler construction, since the same cooler matrix and the same cooling fluid path is used for the condensation of the water from the exhaust gas.
  • water can be injected into the air supplied to the fuel cell by means of the nozzle.
  • the water condensed from the exhaust gas is advantageously used.
  • radiator matrix is subdivided only into the fuel cell air flood and the compressor cooling air flood. Downstream of the radiator matrix, a membrane humidifier is provided downstream of the radiator matrix. The exhaust gas passage leads through the membrane humidifier. Through a membrane within the radiator matrix
  • Membrane humidifier is moistened, the fuel cell supplied, cooled air through the exhaust gas.
  • the membrane humidifier is integrated in the housing of the heat exchanger.
  • the housing for this purpose, provision is made in particular for the housing to have a central piece in which the cooler matrix is arranged.
  • the membrane humidifier is attached directly to this center piece so that no additional lines, hoses or pipes are necessary to guide the air from the cooler matrix into the membrane humidifier.
  • an intermediate piece is inserted between the center piece of the housing and the membrane humidifier.
  • the air emerging from the compressor cooling air flood collects. Accordingly, the compressor cooling air outlet is formed at the intermediate piece.
  • FIG. 1 shows a fuel cell system according to the invention with a
  • FIG 2 shows two views of the heat exchanger according to the invention according to the first embodiment
  • FIG. 4 shows the fuel cell system according to the invention with the
  • Figure 5 shows two views of the heat exchanger according to the invention according to the third embodiment.
  • FIGS. 1 to 5 show in different embodiments in schematic views a heat exchanger 2 in one
  • Fuel cell system 1 There are only the components of the
  • Fuel cell system 1 which are necessary for the explanation of the invention.
  • the fuel cell system 1 is used in particular in a vehicle.
  • FIG. 1 shows the fuel cell system 1 according to the first embodiment
  • the fuel cell system 1 comprises at least one Fuel cell 3. In particular, several of the fuel cell cells 3 are arranged in a stack. Furthermore, the fuel cell system 1 comprises a compressor 4, the heat exchanger 2, an air gap 5 and a
  • Compressor cooling air return 1 1.
  • the compressor 4 sucks in ambient air axially and discharges the compressed air via a compressor outlet 7. Furthermore, the compressor 4 has a corresponding input and output for the compressor cooling air recirculation 1 1.
  • the heat exchanger 2 comprises a housing 12.
  • An air inlet 8 (generally referred to as a gas inlet) is formed on the housing 12.
  • On the opposite side of the housing 12 are located
  • Fuel cell air outlet 9 and a compressor cooling air outlet 10 (generally referred to as gas outlets).
  • a cooling fluid inlet 20 and a cooling fluid outlet 21 are formed on the housing 12.
  • a corresponding cooling fluid flows via the cooling fluid inlet 20 into the heat exchanger 2 and leaves via the cooling fluid outlet 21
  • a cooling fluid path 22 of the heat exchanger 2 extends over the cooling fluid inlet 20 and the cooling fluid outlet 21.
  • the air gap 5 of the fuel cell system 1 leads from the compressor outlet 7 to the air inlet 8 of the heat exchanger 2, through the heat exchanger 2 and from the fuel cell air outlet 9 to the cathode side of the fuel cell 3.
  • the compressor cooling air recirculation 1 1 leads from the compressor cooling air outlet 10 back to the compressor. 4
  • FIG. 2 shows in two different representations the construction of the
  • Heat exchanger 2 in detail.
  • the left-hand illustration in FIG. 2 shows a
  • FIG. 2 shows the section A: A marked in the left-hand illustration.
  • the housing 12 of the heat exchanger 2 comprises an antechamber 13 and an end piece 15. Between the pre-chamber 13 and the end piece 15 is a
  • Centerpiece 14 of the housing 12 is arranged.
  • radiator matrix 17 of the heat exchanger 2 is positioned in the center piece 14 of the housing 12.
  • the radiator matrix 17 is fluidly connected to the cooling fluid inlet 20 and the cooling fluid outlet 21.
  • the cooler matrix 17 thus forms the cooling fluid path 22 between the cooling fluid inlet 20 and the cooling fluid outlet 21.
  • cooling elements 18 may be provided in the cooler matrix 17. These cooling elements 18 are, for example, tubes or plates, wherein the cooling fluid flows in the tubes or between the plates. Furthermore, the cooling elements can also be formed by thin cooling ribs or sheets in which no cooling fluid flows, but which are continuously cooled by the cooling fluid.
  • the cooler matrix 17 forms a plurality of cavities 19. These cavities 19 are located in particular between the individual cooling elements 18 of the radiator matrix 17. The totality of these cavities 19 represents the gas line. The gas in this gas line is cooled by the radiator matrix 17.
  • the radiator matrix 17 is divided by a partition 23 into two floods. This is a fuel cell air flood 24 and a compressor cooling air flood 25.
  • the partition 23 extends over the entire length and width of the radiator matrix 17.
  • the air compressed by the compressor 4 flows.
  • a guide element 16 is arranged in the antechamber 13 of the housing 12. By means of this guide element 16, the inflowing air is split on the fuel cell air flood 24 and the compressor cooling air flood 25.
  • the air in both flows 24, 25 is simultaneously cooled by means of the same cooler matrix 17, by means of the same cooling fluid path 22 and thus by means of the same cooling fluid.
  • the fuel cell air outlet 9 and the compressor cooling air outlet 10 are formed separately from each other. This ensures that the air from the fuel cell air flood 24 only flows in the fuel cell air outlet 9 and the air from the compressor cooling air flood 25 only flows into the compressor cooling air outlet 10.
  • the section A A in FIG. 2 shows, the entire cross-sectional area of the radiator matrix 17 is retained and divided only by the at least one partition 23.
  • the cross section of the radiator matrix 17 is not restricted or constricted for the subdivision into the individual floods. Rather, the conventional cross-sectional shape, for example, the rectangular, circular or oval shape, a
  • FIG. 3 shows the fuel cell system 1 according to the second
  • the cooler matrix 17 has at least two floods: the fuel cell air flood 24 and an exhaust gas flood 33.
  • the compressor cooling air flood 25 can still be cut off in the second exemplary embodiment, as was explained in the context of the first exemplary embodiment.
  • the compressor cooling air flood 25 can still be cut off in the second exemplary embodiment, as was explained in the context of the first exemplary embodiment.
  • Embodiment in particular the possibility of using the heat exchanger 2 for the condensation of water in the exhaust line 6 is shown.
  • the exhaust gas passage 6 extends through the exhaust gas flow 33 of the heat exchanger 2.
  • the housing 12 of the exhaust gas passage 6 extends through the exhaust gas flow 33 of the heat exchanger 2.
  • Heat exchanger 2 an exhaust inlet 26 and an exhaust outlet 27th
  • the fuel cell air flood 24 and the exhaust gas flow 33 run in opposite directions.
  • the two gas streams, namely the air and the exhaust gas, are strictly separated. Therefore, the exhaust inlet 26 is separated from the fuel cell air outlet 9.
  • the exhaust outlet 27 is from the air inlet 8 separately. Nonetheless, the air intake 8 can be used together with the
  • Exhaust outlet 27 and / or the fuel cell air outlet 9 may be integrated together with the exhaust gas inlet 26 in a housing components.
  • Water separator 21 The water separated in it becomes in a
  • a water pipe leads to a nozzle 32.
  • a pump 31 and / or at least one filter 30 are located in this water line.
  • the nozzle 32 is located in the prechamber 13 and is arranged so that the water is injected only in or in front of the fuel cell air flood 24.
  • Fuel cell air flood 24 and not in the compressor cooling air flood 25 is injected.
  • FIG. 4 shows the fuel cell system 1 according to the third
  • a membrane humidifier 34 is provided.
  • the air gap 5 also runs downstream of the radiator matrix 17 through the membrane humidifier 34.
  • the membrane humidifier 34 the air supplied to the fuel cell 3 is humidified by means of the relatively moist exhaust gas.
  • the radiator matrix 17 is divided into two floods, namely the fuel cell feed flood 24 and the exhaust gas flow 33.
  • FIG 5 The exact structure of the heat exchanger 2 of the third embodiment is shown in FIG 5.
  • Figure 5 is shown in the left illustration of the heat exchanger 2 in an exploded view shown.
  • the right-hand illustration shows the composite heat exchanger 2.
  • the housing 12 comprises the membrane humidifier 34. At the right end of the membrane humidifier 34, the fuel cell air outlet 9 is formed. The radiator matrix 17 facing side of the
  • Membrane humidifier 34 extends over the entire cross-sectional area of the fuel cell air flood 24. As a result, the membrane humidifier 34 closes the housing 12 or the center piece 14 on one side and can thus be used as an integral part of the housing 12.
  • This intermediate piece 35 extends as a frame around the entire cross section of the radiator matrix 17. At the end of the compressor cooling air flood 25, the intermediate piece 35 forms a collecting space to direct the recirculating air to the compressor 4 to the compressor cooling air outlet 10.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem Fahrzeug, umfassend eine Gastrecke für zumindest ein Gas und eine Kühlfluidstrecke zum Kühlen des zumindest einen Gases, ein Gehäuse, eine im Gehäuse angeordnete Kühlermatrix in der die Kühlfluidstrecke ausgebildet ist, wobei die Kühlermatrix eine Vielzahl an Hohlräumen bildet, die die Gasstrecke darstellen, zumindest einen Gaseinlass am Gehäuse, zumindest eine Abtrennung in der Kühlermatrix zur Unterteilung der Gastrecke in zumindest zwei Fluten, sodass beide Fluten durch die selbe Kühlfluidstrecke kühlbar sind, zumindest zwei Gasauslässe am Gehäuse, wobei jede Flut in einen eigenen Gasauslass mündet.

Description

Wärmetauscher und Brennstoffzellensystem
Beschreibung
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Wärmetauscher für ein
Brennstoffzellensystem und ein Brennstoffzellensystem mit dem Wärmetauscher. Der Wärmetauscher und das Brennstoffzellensystem kommen insbesondere in einem Fahrzeug zur Anwendung.
Brennstoffzellensysteme für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt. In ihrer einfachsten Form ist eine
Brennstoffzelle ein elektrochemischer Energiewandler, der Brennstoff und Oxidationsmittel in Reaktionsprodukte umwandelt und dabei Elektrizität und Wärme produziert. Beispielsweise wird in einer solchen Brennstoffzelle
Wasserstoff als Brennstoff und Luft oder Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet. Das Reaktionsprodukt der Reaktion in der Brennstoffzelle ist beispielsweise Wasser. Die Gase werden dabei in entsprechende
Diffusionselektroden gespeist, die durch einen festen oder flüssigen Elektrolyten voneinander getrennt werden. Der Elektrolyt transportiert geladene Ionen zwischen den beiden Elektroden.
Die Brennstoffzelle umfasst eine Anode und eine Kathode, die durch einen ionenselektiven Separator getrennt sind. Die Anode weist eine Zufuhr für einen Brennstoff zur Anode auf. Bevorzugte Brennstoffe sind: Wasserstoff,
niedrigmolekularer Alkohol, Biokraftstoffe, oder verflüssigtes Erdgas. Die Kathode weist eine Zufuhr für Oxidationsmittel auf. Bevorzugte Oxidationsmittel sind bspw. Luft, Wasserstoff und Peroxide. Der ionenselektive Separator kann bspw. als Protonenaustauschmembran (proton exchange membrane, PEM) ausgebildet sein. Bevorzugt kommt eine kationenselektive Polymerelektrolytmembran zum Einsatz. Materialien für eine solche Membran sind beispielsweise: Nation®, Flemion® und Aciplex®.
Ein Brennstoffzellensystem umfasst mindestens eine Brennstoffzelle sowie periphere Systemkomponenten (auch BOP-Komponenten genannt), die beim Betrieb der mindestens einen Brennstoffzelle zum Einsatz kommen können. In der Regel sind mehrere Brennstoffzellen zu einem Brennstoffzellenstapel bzw. Stack zusammengefasst.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmetauscher für ein Brennstoffzellensystem anzugeben, der bei platzsparendem Aufbau einen energieeffizienten Betrieb des Brennstoffzellensystems ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch einen Wärmetauscher für ein
Brennstoffzellensystem. Das Brennstoffzellensystem kommt insbesondere in einem Fahrzeug zur Anwendung. In dem Fahrzeug diente die mit dem
Brennstoffzellensystem erzeugte Energie insbesondere für den Antrieb des Fahrzeugs.
In dem Wärmetauscher ist eine Gasstrecke für zumindest ein Gas,
beispielsweise Luft aus der Umgebung oder Abgas aus dem
Brennstoffzellensystem, ausgebildet. Des Weiteren weist der Wärmetauscher eine Kühlfluidstrecke auf. Die Kühlfluidstrecke wird zum Kühlen des zumindest einen Gases in der Gasstrecke verwendet.
Der Wärmetauscher umfasst ferner ein Gehäuse. In dem Gehäuse ist eine Kühlermatrix angeordnet. In dieser Kühlermatrix ist zumindest ein Teil der Kühlfluidstrecke ausgebildet. Insbesondere umfasst die Kühlermatrix einen Kühlfluid-Einlass und einen Kühlfluid-Auslass. Zwischen dem Kühlfluid-Einlass und dem Kühlfluid-Auslass fließt das entsprechende Kühlfluid in der
Kühlermatrix. Hierzu können in der Kühlermatrix verschiedene Kühlelemente vorgesehen sein. Diese Kühlelemente sind beispielsweise Rohre oder Platten, wobei das Kühlfluid in den Rohren oder zwischen den Platten fließt. Ferner können die Kühlelemente auch durch dünne Kühlrippen oder Bleche gebildet sein, in denen kein Kühlfluid fließt, die jedoch durch das Kühlfluid stetig gekühlt werden.
Die Kühlermatrix bildet eine Vielzahl an Hohlräumen. Diese Hohlräume befinden sich insbesondere zwischen den einzelnen Kühlelementen der Kühlermatrix. Die Gesamtheit dieser Hohlräume stellt die Gasstrecke dar. Das zumindest eine Gas, also die Luft oder das Abgas, das durch die Gasstrecke und somit durch die Hohlräume der Kühlermatrix strömt, wird durch die Kühlermatrix gekühlt.
Um das zu kühlende Gas in das Gehäuse und somit in die Gasstrecke innerhalb der Kühlermatrix einzuleiten, ist zumindest ein Gaseinlass am Gehäuse vorgesehen.
Erfindungsgemäß befindet sich in der Kühlermatrix zumindest eine Abtrennung. Diese Abtrennung unterteilt die Gasstrecke innerhalb der Kühlermatrix in zumindest zwei Fluten. Durch die Anordnung der Abtrennung innerhalb der Kühlermatrix werden die Gase in den zumindest zwei Fluten durch dieselbe Kühlermatrix und somit die selbe Kühlfluidstrecke gekühlt. Die Kühlung der Gase in den zumindest zwei Fluten erfolgt somit nicht nur in derselben Kühlermatrix sondern auch im selben Gehäuse. Erfindungsgemäß können mit nur einem Wärmetauscher und nur einer Kühlfluidstrecke zumindest zwei Fluten gekühlt werden.
Ferner befinden sich am Gehäuse zumindest zwei Gasauslässe, wobei jede Flut in einen eigenen Gasauslass mündet. Durch die zwei separaten Gasauslässe findet keine Vermischung der zumindest zwei Gasströme statt.
Das am Gaseinlass eintretende Gas kann auf zumindest zwei Fluten aufgeteilt werden. Hierzu befindet sich vorteilhafterweise in einer Vorkammer innerhalb des Gehäuses zumindest ein Leitelement oder eine entsprechende Trennwand, um das eintretende Gas auf die Fluten zu verteilen. Zusätzlich oder alternativ können am Gehäuse auch zwei oder mehr Gaseinlässe ausgebildet sein. Dadurch ist es möglich mehrere unterschiedliche Gasströme, beispielsweise die zu einer Brennstoffzelle gefördert Luft und das von der Brennstoffzelle abgeführt Abgas, in zwei Fluten der Kühlermatrix zu kühlen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich die zumindest eine Abtrennung durch und/oder über mehrere der Hohlräume der Kühlermatrix erstreckt. Um den sehr kompakten und kostengünstigen Aufbau des Wärmetauschers zu erreichen, ist insbesondere nicht vorgesehen, dass zwei separate Kühlermatrizen über entsprechende Verbindungskanäle für das Kühlfluid verbunden sind. Vielmehr wird die gemeinsame Kühlermatrix durch die zumindest eine Abtrennung in die Fluten unterteilt.
Die Abtrennung ist bevorzugt ein separates Bauteil, dass in die Kühlermatrix eingesetzt ist. Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, die einzelnen Kühlelemente innerhalb der Kühlermatrix so zu gestalten und zu formen, sodass sich die Abtrennung und somit zumindest zwei voneinander getrennte Fluten ergeben.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass sich die zumindest zwei Fluten über die gesamte Länge der Gasstrecke und somit über die gesamte Länge der Kühlermatrix erstrecken und über diese gesamte Länge voneinander getrennt sind.
Die Trennung der Fluten durch die Abtrennung ist insbesondere so ausgestaltet, dass sich innerhalb der Kühlermatrix keine Durchmischung der Gase aus den beiden Fluten ergibt. Hierzu ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die zumindest eine Abtrennung die Fluten gasdicht voneinander trennt.
Die Erfindung umfasst ferner ein Brennstoffzellensystem. Das
Brennstoffzellensystem weist zumindest eine Brennstoffzelle auf. Insbesondere handelt es sich um einen Stapel aus mehreren Brennstoffzellen. Ferner umfasst das Brennstoffzellensystem einen Verdichter (auch: Kompressor) und eine Luftstrecke die vom Verdichter zur Kathodenseite der Brennstoffzelle führt. Mittels des Verdichters wird Umgebungsluft verdichtet und über die Luftstrecke in die Brennstoffzelle geführt.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem einen
Wärmetauscher, wie er zuvor beschrieben wurde. Der Wärmetauscher ist in der Luftstrecke angeordnet. Dementsprechend ist ein Verdichterausgang an den zumindest einen Gaseinlass am Gehäuse des Wärmetauschers angeschlossen. Dieser Gaseinlass wird dementsprechend als Lufteinlass bezeichnet.
In der Kühlermatrix ist eine Brennstoffzellenluft-Flut abgetrennt. Die
Brennstoffzellenluft-Flut ist von zumindest einer weiteren Flut mittels der beschriebenen Abtrennung abgetrennt. Die„zumindest eine weitere Flut" kann je nach Ausführungsform eine Verdichterkühlluft-Flut oder eine Abgas-Flut sein. Diese verschiedenen Varianten werden noch im Detail beschrieben.
Die Brennstoffzellenluft-Flut mündet in einen eigenen Gasauslass, der hier als Brennstoffzellenluft-Auslass bezeichnet wird. Der Brennstoffzellenluft Auslass wiederum ist mit der zumindest eine Brennstoffzelle verbunden, sodass die in der Brennstoffzellenluft-Flut gekühlte Luft kathodenseitig der Brennstoffzelle zuführbar ist.
Bei dem im Brennstoffzellensystem eingesetzten Wärmetauscher handelt es sich somit um einen Ladeluftkühler, wobei aufgrund der Abtrennung der
Brennstoffzellenluft-Flut noch ein weiterer Gasstrom innerhalb desselben
Wärmetauschers, innerhalb derselben Kühlermatrix und mit derselben
Kühlfluidstrecke gekühlt werden kann.
Bei dem Verdichter handelt es sich vorzugsweise um eine Bauform, die mit Luft gekühlt werden muss und/oder eine Luftlagerung aufweist, die mit Druckluft versorgt und gekühlt werden muss. Der Verdichter wird somit auch als luftgelagerter radial Verdichter bezeichnet.
In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass die Kühlermatrix zusätzlich zur Brennstoffzellenluft-Flut eine Verdichterkühlluft-Flut aufweist. Vorteilhafterweise ist hierzu am Gehäuse eine Vorkammer ausgebildet. In der Vorkammer befindet sich ein Leitelement. Die über den Lufteinlass vom
Verdichter zuströmende Luft wird mittels des Leitelements in der Vorkammer auf die beiden Fluten, nämlich die Brennstoffzellenluft-Flut und die Verdichterkühlluft- Flut aufgeteilt. Auf der anderen Seite der Kühlermatrix ist eine Endstück des Gehäuses ausgebildet. An dem Endstück sind zwei Gasauslässe, nämlich der Brennstoffzellenluft-Auslass und ein Verdichterkühlluft-Auslass ausgebildet.
Der Verdichterkühlluft-Auslass führt über eine Verdichterkühlluft-Rückführung in den Verdichter, um den Verdichter zu kühlen und/oder die Luftlagerung mit Druckluft zu versorgen.
Besonders bevorzugt befindet sich im Gehäuse des Wärmetauschers eine Düse zum Einspritzen von Wasser in oder vor die Brennstoffzellenluft-Flut. Wie beschrieben, weist das Gehäuse vorzugsweise eine Vorkammer auf. In der Vorkammer befindet sich ein Leitelement. Besonders bevorzugt befindet sich die Düse zum Einspritzen des Wassers auf derjenigen Seite des Leitelements, die in die Brennstoffzellenluft-Flut führt. Dadurch kann das Wasser in denjenigen Luftstrom eingespritzt werden, der zur Brennstoffzelle führt. Die zum Verdichter rückgeführte Luft bleibt dabei trocken.
Das Einspritzen des Wassers erfolgt somit vor der Kühlermatrix bzw. am Anfang der Flut. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die benötigte
Verdampfungsenthalpie zugeführt werden kann und kein flüssiges Wasser die Kathode der Brennstoffzelle erreicht. Allerdings darf befeuchtet Luft nicht zur Kühlung des Verdichterrotors oder der Verdichterlager verwendet werden, da dies zu einer Schädigung des Verdichters führen würde. Im Stand der Technik wird daher ein separater Wärmetauscher verwendet, um die Kühlluft für den Verdichter bereitzustellen. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch möglich, ein und denselben Wärmetauscher sowohl für die Luft für die Brennstoffzelle als auch die rückgeführte Luft zum Verdichter zu kühlen.
Das Brennstoffzellensystem umfasst bevorzugt eine Abgasstrecke. Die
Abgasstrecke führt von der Brennstoffzelle in die Umgebung. In der Kühlermatrix ist eine Abgas-Flut abgetrennt. Durch diese Abgas-Flut verläuft die
Abgasstrecke. Zusätzlich zu der Abgas-Flut weist die Kühlermatrix die
Brennstoffzellenluft-Flut auf.
Die bereits beschriebene Verdichterkühlluft-Flut kann als bevorzugte dritte Flut innerhalb der Kühlermatrix abgetrennt sein.
Besonders bevorzugt verläuft die Brennstoffzellenluft-Flut in entgegengesetzter Richtung zur Abgas-Flut. Dementsprechend befindet sich auf einer Seite des Gehäuses der Lufteinlass und auf der anderen Seite des Gehäuses der entsprechende Abgaseinlass.
Die Verdichterkühlluft-Flut verläuft vorzugsweise in gleicher Richtung wie die Brennstoffzellenluft-Flut. Dementsprechend befinden sich an einer Gehäuseseite sowohl der Abgaseinlass als auch der Verdichterkühlluft-Auslass und der Brennstoffzellenluft-Auslass.
Die zumindest eine Abtrennung in der Kühlermatrix ist bevorzugt so angeordnet, sodass die zwei Fluten, vorzugsweise alle drei Fluten, parallel zueinander verlaufen.
Das aus der Brennstoffzelle austretende Abgas ist relativ feucht und wird in der Kühlermatrix gekühlt, sodass ein Teil des Wassers im Abgas kondensiert. Das flüssige Wasser aus dem Abgas wird vorzugsweise im Wärmetauscher oder stromab des Wärmetauschers in einem Wassersammelbehälter aufgefangen. Hierzu ist insbesondere innerhalb des Wärmetauschers oder stromab des Wärmetauschers ein Wasserabscheider vorgesehen.
In dieser bevorzugten Ausführung dient der Wärmetauscher also nicht nur als Ladeluftkühler sondern gleichzeitig auch als Kondensator für das Abgas und vorteilhafterweise auch für die Kühlung der zum Verdichter rückgeführten Luft.
Im Stand der Technik wird ein eigener Kondensator in der Abluftstrecke verwendet. Die Kondensationsenthalpie von Wasser von ca. 2500 kJ/kg führt dabei zu einem sehr hohen Wärmeübertrag in das Kühlfluid. Wenn, wie im Stand der Technik, der Kondensator getrennt verschaltet wird, ist ein erheblicher Aufwand nötig um in allen Betriebszuständen die Wasserkondensation sicherzustellen. Dies erfolgt dabei beispielsweise mit einem eigenen
Kühlkreislauf mit Radiator. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher führt hier zu einem sehr viel einfacheren Aufbau, da auch für die Kondensation des Wassers aus dem Abgas dieselbe Kühlermatrix und die selbe Kühlfluidstrecke verwendet wird.
In Betriebszuständen, in denen Wasser über die Düse eingespritzt wird, wird in der Brennstoffzellenluft-Flut Wärme zur Verdunstung des Wassers benötigt. Dies führt zu einer Absenkung der Temperatur des Kühlfluides. Gleichzeitig wird dabei in der Abgas-Flut bei der Kondensation des Wassers Wärme an das Kühlfluid abgegeben. Dadurch ergibt sich eine relativ wärmeneutrale Lösung, bei der die Wassereinspritzung keinen Mehraufwand im Kühlmittelsystem verlangt.
Wie bereits beschrieben, kann mittels der Düse Wasser in die der Brennstoffzelle zugeführte Luft eingespritzt werden. Hierzu wird vorteilhafterweise das aus dem Abgas kondensierte Wasser verwendet.
Eine Alternative Ausgestaltung sieht vor, dass die Kühlermatrix lediglich in die Brennstoffzellenluft-Flut und die Verdichterkühlluft-Flut unterteilt ist. Stromab der Kühlermatrix ist ein Membranbefeuchter vorgesehen. Die Abgasstrecke führt durch den Membranbefeuchter. Durch eine Membran innerhalb des
Membranbefeuchters wird die der Brennstoffzelle zugeführte, gekühlte Luft durch das Abgas befeuchtet.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Membranbefeuchter in das Gehäuse des Wärmetauschers integriert. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass das Gehäuse ein Mittelstück aufweist, in dem die Kühlermatrix angeordnet ist. An dieses Mittelstück ist der Membranbefeuchter direkt angesetzt, sodass keine zusätzlichen Leitungen, Schläuche oder Rohre für die Führung der Luft aus der Kühlermatrix in den Membranbefeuchter notwendig sind.
In bevorzugter Ausführung ist zwischen das Mittelstück des Gehäuses und den Membranbefeuchter ein Zwischenstück eingesetzt. In diesem Zwischenstück sammelt sich die aus der Verdichterkühlluft-Flut austretende Luft. Dementsprechend ist an dem Zwischenstück auch der Verdichterkühlluft-Auslass ausgebildet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem mit einem
erfindungsgemäßen Wärmetauscher gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel,
Figur 2 zwei Ansichten des erfindungsgemäßen Wärmetauschers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem mit dem
erfindungsgemäßen Wärmetauscher gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
Figur 4 das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem mit dem
erfindungsgemäßen Wärmetauscher gemäß einem dritten
Ausführungsbeispiel, und
Figur 5 zwei Ansichten des erfindungsgemäßen Wärmetauschers gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
Die Figuren 1 bis 5 zeigen in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen in schematischen Ansichten einen Wärmetauscher 2 in einem
Brennstoffzellensystem 1 . Es sind jeweils nur die Komponenten des
Brennstoffzellensystems 1 gezeigt, die für die Erläuterung der Erfindung nötig sind. Das Brennstoffzellensystem 1 kommt insbesondere in einem Fahrzeug zur Anwendung.
In allen Ausführungsbeispielen sind gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt das Brennstoffzellensystem 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel. Das Brennstoffzellensystem 1 umfasst zumindest eine Brennstoffzelle 3. Insbesondere sind mehrere der Brennstoffzellenzellen 3 in einem Stapel angeordnet. Des Weiteren umfasst das Brennstoffzellensystem 1 einen Verdichter 4, den Wärmetauscher 2, eine Luftstrecke 5 und eine
Verdichterkühlluft-Rückführung 1 1 .
Der Verdichter 4 saugt Umgebungsluft axial an und gibt die verdichtete Luft über einen Verdichterausgang 7 ab. Des Weiteren weist der Verdichter 4 einen entsprechenden Eingang und Ausgang für die Verdichterkühlluft-Rückführung 1 1 auf.
Der Wärmetauscher 2 umfasst ein Gehäuse 12. An dem Gehäuse 12 ist ein Lufteinlass 8 (allgemein als Gaseinlass bezeichnet) ausgebildet. An der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 12 befinden sich ein
Brennstoffzellenluft-Auslass 9 und ein Verdichterkühlluft-Auslass 10 (allgemein als Gasauslässe bezeichnet).
Ferner sind am Gehäuse 12 ein Kühlfluid-Einlass 20 und ein Kühlfluid-Auslass 21 ausgebildet. Ein entsprechendes Kühlfluid fließt über den Kühlfluid-Einlass 20 in den Wärmetauscher 2 und verlässt über den Kühlfluid-Auslass 21 den
Wärmetauscher 2. Somit verläuft eine Kühlfluidstrecke 22 des Wärmetauschers 2 über den Kühlfluid-Einlass 20 und den Kühlfluid-Auslass 21 .
Die Luftstrecke 5 des Brennstoffzellensystems 1 führt vom Verdichterausgang 7 zum Lufteinlass 8 des Wärmetauschers 2, durch den Wärmetauscher 2 hindurch und vom Brennstoffzellenluft-Auslass 9 bis zur Kathodenseite der Brennstoffzelle 3.
Die Verdichterkühlluft-Rückführung 1 1 führt vom Verdichterkühlluft-Auslass 10 zurück zum Verdichter 4.
Von der Brennstoffzelle 3 in die Umgebung führt eine Abgasstrecke 6.
Figur 2 zeigt in 2 unterschiedlichen Darstellungen den Aufbau des
Wärmetauschers 2 im Detail. Die linke Darstellung in Figur 2 zeigt einen
Längsschnitt durch den Wärmetauscher 2. Die rechte Darstellung in Figur 2 zeigt den in der linken Darstellung gekennzeichneten Schnitt A:A. Das Gehäuse 12 des Wärmetauschers 2 umfasst eine Vorkammer 13 und ein Endstück 15. Zwischen der Vorkammer 13 und dem Endstück 15 ist ein
Mittelstück 14 des Gehäuses 12 angeordnet.
Im Mittelstück 14 des Gehäuses 12 ist eine Kühlermatrix 17 des Wärmetauschers 2 positioniert. Die Kühlermatrix 17 ist fluidleitend verbunden mit dem Kühlfluid- Einlass 20 und dem Kühlfluid-Auslass 21 . Die Kühlermatrix 17 bildet somit die Kühlfluidstrecke 22 zwischen Kühlfluid-Einlass 20 und Kühlfluid-Auslass 21 .
In der Kühlermatrix 17 können verschiedene Kühlelemente 18 vorgesehen sein. Diese Kühlelemente 18 sind beispielsweise Rohre oder Platten, wobei das Kühlfluid in den Rohren oder zwischen den Platten fließt. Ferner können die Kühlelemente auch durch dünne Kühlrippen oder Bleche gebildet sein, in denen kein Kühlfluid fließt, die jedoch durch das Kühlfluid stetig gekühlt werden.
Die Kühlermatrix 17 bildet eine Vielzahl an Hohlräumen 19. Diese Hohlräume 19 befinden sich insbesondere zwischen den einzelnen Kühlelementen 18 der Kühlermatrix 17. Die Gesamtheit dieser Hohlräume 19 stellt die Gasstrecke dar. Das Gas in dieser Gasstrecke wird durch die Kühlermatrix 17 gekühlt.
Gemäß den beiden Schnittdarstellungen in Figur 2 ist die Kühlermatrix 17 durch eine Abtrennung 23 in zwei Fluten unterteilt. Dabei handelt es sich um eine Brennstoffzellenluft-Flut 24 und eine Verdichterkühlluft-Flut 25. Die Abtrennung 23 erstreckt sich über die gesamte Länge und Breite der Kühlermatrix 17.
Dadurch sind die beiden Fluten 24, 25 vollständig voneinander getrennt.
In die Vorkammer 13 des Gehäuses 12 strömt die vom Verdichter 4 verdichtete Luft. In der Vorkammer 13 ist ein Leitelement 16 angeordnet. Mittels dieses Leitelements 16 wird die zuströmende Luft auf die Brennstoffzellenluft-Flut 24 und die Verdichterkühlluft-Flut 25 aufgeteilt.
Innerhalb der Kühlermatrix 17 wird die Luft in beiden Fluten 24, 25 mittels der gleichen Kühlermatrix 17, mittels der gleichen Kühlfluidstrecke 22 und somit mittels des gleichen Kühlfluides gleichzeitig gekühlt. Im Endstück 18 des Gehäuses 12 sind der Brennstoffzellenluft-Auslass 9 und der Verdichterkühlluft-Auslass 10 getrennt voneinander ausgebildet. Dadurch wird sichergestellt, dass die Luft aus der Brennstoffzellenluft-Flut 24 lediglich in dem den Brennstoffzellenluft-Auslass 9 strömt und die Luft aus der Verdichterkühlluft- Flut 25 lediglich in den Verdichterkühlluft-Auslass 10 strömt.
Wie der Schnitt A:A in Figur 2 zeigt, wird die gesamte Querschnittsfläche der Kühlermatrix 17 beibehalten und lediglich durch die zumindest eine Abtrennung 23 unterteilt. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass der Querschnitt der Kühlermatrix 17 für die Unterteilung in die einzelnen Fluten nicht eingeengt oder eingeschnürt wird. Vielmehr wird die herkömmliche Querschnittsform, beispielsweise die rechteckige, kreisförmige oder ovale Form, einer
herkömmlichen Kühlermatrix beibehalten und lediglich durch die zumindest eine Abtrennung 23 in Fluten unterteilt.
Figur 3 zeigt das Brennstoffzellensystem 1 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel weist die Kühlermatrix 17 zumindest zwei Fluten auf: die Brennstoffzellenluft-Flut 24 und eine Abgas-Flut 33.
Zusätzlich zu diesen beiden Fluten 24, 33 kann im zweiten Ausführungsbeispiel noch die Verdichterkühlluft-Flut 25 abgetrennt sein, wie dies im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels erläutert wurde. Im Rahmen des zweiten
Ausführungsbeispiels wird jedoch insbesondere die Möglichkeit zur Nutzung des Wärmetauschers 2 für die Kondensation von Wasser in der Abgasstrecke 6 gezeigt.
Im zweiten Ausführungsbeispiel verläuft die Abgasstrecke 6 durch die Abgas-Flut 33 des Wärmetauschers 2. Hierzu umfasst das Gehäuse 12 des
Wärmetauschers 2 einen Abgaseinlass 26 und einen Abgasauslass 27.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel verlaufen die Brennstoffzellenluft-Flut 24 und die Abgas-Flut 33 gegenläufig. Die beiden Gasströme, nämlich die Luft und das Abgas, sind strikt voneinander getrennt. Deshalb ist der Abgaseinlass 26 vom Brennstoffzellenluft-Auslass 9 getrennt. Der Abgasauslass 27 ist vom Lufteinlass 8 getrennt. Nichtsdestotrotz kann der Lufteinlass 8 zusammen mit dem
Abgasauslass 27 und/oder kann der Brennstoffzellenluft-Auslass 9 zusammen mit dem Abgaseinlass 26 in einem Gehäusebauteile integriert sein.
Stromab des Wärmetauschers 2 durchläuft die Abgasstrecke 6 einen
Wasserabscheider 21 . Das darin abgeschiedene Wasser wird in einem
Wassersammelbehälter 29 gesammelt.
Vom Wasserbehälter 29 führt eine Wasserleitung zu einer Düse 32.
Vorteilhafterweise befinden sich in dieser Wasserleitung eine Pumpe 31 und/oder zumindest ein Filter 30.
Die Düse 32 befindet sich in der Vorkammer 13 und ist so angeordnet, dass das Wasser lediglich in oder vor die Brennstoffzellenluft-Flut 24 eingespritzt wird.
Bei Kombination dieser Wassereinspritzung mit der separaten Ausbildung der Verdichterkühlluft-Flut 25 innerhalb der Kühlermatrix 17, wie dies in Figur 2 gezeigt ist, wäre die Düse 32 unterhalb des Leitelements 16 angeordnet.
Dadurch wird erreicht, dass das Wasser lediglich in oder vor die
Brennstoffzellenluft-Flut 24 und nicht in die Verdichterkühlluft-Flut 25 eingespritzt wird.
Figur 4 zeigt das Brennstoffzellensystem 1 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel. Im dritten Ausführungsbeispiel ist ein Membranbefeuchter 34 vorgesehen.
Die Abgasstrecke 6 verläuft hier durch den Membranbefeuchter 34. Ferner verläuft die Luftstrecke 5 stromab der Kühlermatrix 17 ebenfalls durch den Membranbefeuchter 34. Im Membranbefeuchter 34 wird die der Brennstoffzelle 3 zugeführte Luft mittels des relativ feuchten Abgases befeuchtet.
Im dritten Ausführungsbeispiel ist die Kühlermatrix 17 in zwei Fluten, nämlich die Brennstoffzellenzuluft-Flut 24 und die Abgas-Flut 33 unterteilt.
Den genauen Aufbau des Wärmetauschers 2 des dritte Ausführungsbeispiels zeigt die Figur 5. In Figur 5 ist in der linken Darstellung der Wärmetauscher 2 in einer Explosionsdarstellung dargestellt. Die rechte Darstellung zeigt den zusammengesetzten Wärmetauscher 2.
Anstatt des Endstück 15, umfasst das Gehäuse 12 den Membranbefeuchter 34. Am rechten Ende des Membranbefeuchters 34 ist der Brennstoffzellenluft- Auslass 9 ausgebildet. Die der Kühlermatrix 17 zugewandte Seite des
Membranbefeuchters 34 erstreckt sich über die gesamte Querschnittsfläche der Brennstoffzellenluft-Flut 24. Dadurch verschließt der Membranbefeuchter 34 das Gehäuse 12 bzw. das Mittelstück 14 auf einer Seite und kann somit als integraler Bestandteil des Gehäuses 12 verwendet werden.
Zwischen dem Membranbefeuchter 34 und dem Mittelstück 14 ist ein
Zwischenstück 35 eingesetzt. Dieses Zwischenstück 35 erstreckt sich als Rahmen um den gesamten Querschnitt der Kühlermatrix 17. Am Ende der Verdichterkühlluft-Flut 25 bildet das Zwischenstück 35 einen Sammelraum um die zum Verdichter 4 rückzuführende Luft zum Verdichterkühlluft-Auslass 10 zu leiten.
Bezugszeichenliste:
1 Brennstoffzellensystem
2 Wärmetauscher
3 Brennstoffzelle
4 Verdichter
5 Luftstrecke
6 Abgasstrecke
7 Verdichterausgang
8 Lufteinlass (Gaseinlass)
9 Brennstoffzellenluft-Auslass (Gasauslass)
10 Verdichterkühlluft-Auslass (Gasauslass)
1 1 Verdichterkühlluft-Rückführung
12 Gehäuse
13 Vorkammer
14 Mittelstück
15 Endstück
16 Leitelement
17 Kühlermatrix
18 Kühlelemente
19 Hohlräume
20 Kühlfluid-Einlass
21 Kühlfluid-Auslass
22 Kühlfluidstrecke
23 Abtrennung
24 Brennstoffzellenluft-Flut
25 Verdichterkühlluft-Flut
26 Abgaseinlass (Gaseinlass)
27 Abgasauslass (Gasauslass)
28 Wasserabscheider
29 Wassersammelbehälter Filter
Pumpe
Düse
Abgas-Flut
Membranbefeuchter Zwischenstück

Claims

Patentansprüche:
1 . Wärmetauscher (2) für ein Brennstoffzellensystem (1 ), insbesondere in einem Fahrzeug, umfassend
• eine Gastrecke (5, 6) für zumindest ein Gas und eine
Kühlfluidstrecke (22) zum Kühlen des zumindest einen Gases,
• ein Gehäuse (12),
• eine im Gehäuse (12) angeordnete Kühlermatrix (17) in der die Kühlfluidstrecke (22) ausgebildet ist, wobei die Kühlermatrix (17) eine Vielzahl an Hohlräumen (19) bildet, die die
Gasstrecke darstellen,
• zumindest einen Gaseinlass (8, 26) am Gehäuse (12),
• zumindest eine Abtrennung (23) in der Kühlermatrix (17) zur Unterteilung der Gastrecke in zumindest zwei Fluten (24, 25, 33), sodass die zumindest zwei Fluten (24, 25, 33) durch die selbe Kühlfluidstrecke (22) kühlbar sind,
• zumindest zwei Gasauslässe (9, 10, 27) am Gehäuse (12), wobei jede Flut (24, 25, 33) in einen eigenen Gasauslass (9, 10, 27) mündet.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Abtrennung (23) durch und/oder über mehrere der
Hohlräume (19) der Kühlermatrix (17) erstreckt.
3. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Fluten (24, 25, 33) über die gesamte Länge der Gasstrecke durch die zumindest eine Abtrennung (23) voneinander getrennt sind.
4. Brennstoffzellensystem (1 ), insbesondere in einem Fahrzeug,
umfassend • zumindest eine Brennstoffzelle (3),
• einen Verdichter (4),
• eine Luftstrecke (5) vom Verdichter (4) zur Kathodenseite der Brennstoffzelle (3), und
• einen Wärmetauscher (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in der Luftstrecke (5),
• wobei ein Verdichterausgang (7) an den Gaseinlass (8) des Wärmetauschers (2) angeschlossen ist, und
• wobei in der Kühlermatrix (17) eine Brennstoffzellenluft-Flut (24) abgetrennt ist und die Luft aus der Brennstoffzellenluft-Flut (24) kathodenseitig der Brennstoffzelle (3) zuführbar ist.
5. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kühlermatrix (17) eine Verdichterkühlluft-Flut (25) abgetrennt ist, und die Luft aus der Verdichterkühlluft-Flut (25) zum Verdichter (4) rückführbar ist.
6. Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5
dadurch gekennzeichnet,
• dass im Gehäuse (12) vor der Kühlermatrix (17) eine
Vorkammer (13) ausgebildet ist,
• wobei die Brennstoffzellenluft-Flut (24) von der/den weiteren Flut(en) (25, 33) innerhalb der Vorkammer (13) abgetrennt ist, und
• wobei in der Vorkammer (13) eine Düse (32) zum Einspritzen von Wasser in die Brennstoffzellenluft-Flut (24) angeordnet ist.
7. Brennstoffzellensystem nach einem der Anspruch 4 bis 6,
gekennzeichnet durch
• eine Abgasstrecke (6) von der Brennstoffzelle (3) in die
Umgebung,
• wobei in der Kühlermatrix (17) eine Abgas-Flut (33) abgetrennt ist, durch die die Abgasstrecke (6) verläuft.
8. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in oder nach der Abgas-Flut (33) Wasser aus dem Abgas abscheidbar ist.
9. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch
• eine Abgasstrecke (6) von der Brennstoffzelle (3) in die
Umgebung,
• wobei in dem Gehäuse (12), im Anschluss an die
Brennstoffzellenluft-Flut (24) ein Membranbefeuchter (34) integriert ist und die Abgasstrecke (6) durch den
Membranbefeuchter (34) verläuft.
PCT/EP2017/052764 2016-03-17 2017-02-08 Wärmetauscher und brennstoffzellensystem Ceased WO2017157587A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201780013824.4A CN108701845B (zh) 2016-03-17 2017-02-08 热交换器和燃料电池系统
US16/130,283 US10811703B2 (en) 2016-03-17 2018-09-13 Heat exchanger and fuel cell system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016204474.5A DE102016204474B4 (de) 2016-03-17 2016-03-17 Wärmetauscher und Brennstoffzellensystem
DE102016204474.5 2016-03-17

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/130,283 Continuation US10811703B2 (en) 2016-03-17 2018-09-13 Heat exchanger and fuel cell system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017157587A1 true WO2017157587A1 (de) 2017-09-21

Family

ID=57984959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/052764 Ceased WO2017157587A1 (de) 2016-03-17 2017-02-08 Wärmetauscher und brennstoffzellensystem

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10811703B2 (de)
CN (1) CN108701845B (de)
DE (1) DE102016204474B4 (de)
WO (1) WO2017157587A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022038010A1 (de) * 2020-08-19 2022-02-24 Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh Kompakter rezirkulationsbereich einer rezirkulationsbrennstoffzellenvorrichtung

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6743769B2 (ja) * 2017-06-16 2020-08-19 トヨタ自動車株式会社 燃料電池車両
JP6806010B2 (ja) * 2017-09-12 2020-12-23 トヨタ自動車株式会社 冷却加湿装置及びそれを備えた燃料電池システム
DE102018205704A1 (de) * 2018-04-16 2019-10-17 Audi Ag Vorrichtung zur Kühlung und/oder Feuchteregulierung einer Brennstoffzelle, Brennstoffzellensystem und Verfahren zum lastabhängigen Betrieb eines Brennstoffzellensystem
DE102020113327A1 (de) 2020-05-15 2021-11-18 Audi Aktiengesellschaft Brennstoffzellenvorrichtung mit zusätzlicher Verdampfungskühlfunktion und Brennstoffzellenfahrzeug mit einer solchen Brennstoffzellenvorrichtung
DE102020113328A1 (de) 2020-05-15 2021-11-18 Audi Aktiengesellschaft Brennstoffzellenvorrichtung mit zusätzlicher Verdampfungskühlfunktion und Brennstoffzellenfahrzeug mit einer solchen Brennstoffzellenvorrichtung
DE102020208710A1 (de) * 2020-07-13 2022-01-13 Mahle International Gmbh Wärmeübertrager, Brennstoffzellen-Anordnung und Verfahren
KR102937741B1 (ko) * 2020-12-29 2026-03-13 현대자동차주식회사 연료 전지 차량
DE102021131243B3 (de) 2021-11-29 2023-03-09 Audi Aktiengesellschaft Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennstoffzellenvorrichtung
DE102024102051A1 (de) * 2024-01-24 2025-07-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem und Fahrzeug mit dem Brennstoffzellensystem
DE102024201261A1 (de) * 2024-02-12 2025-08-14 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betreiben eines Luftsystems, Kühlvorrichtung für ein Luftsystem sowie Luftsystem mit Kühlvorrichtung

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1045215A2 (de) * 1999-04-15 2000-10-18 Messer Griesheim Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Gasstroms
DE102004038633A1 (de) * 2003-08-15 2005-03-17 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Ladeluftbefeuchtung für Brennstoffzellen
DE102009051476A1 (de) * 2009-10-30 2011-05-05 Daimler Ag Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle
DE102010011556A1 (de) * 2010-03-16 2011-09-22 Daimler Ag Vorrichtung zur Brennstoffversorgung
DE102010041442A1 (de) * 2010-09-27 2012-03-29 Behr Gmbh & Co. Kg Kombinierter Wärmeübertrager und Verfahren zur Herstellung eines kombinierten Wärmeübertragers
DE202013009357U1 (de) * 2013-06-27 2015-01-16 Dana Canada Corporation Integrierte Gasmanagementvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1645316A3 (de) * 2000-06-08 2007-09-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Brennstoffreformer
US6824906B2 (en) * 2001-07-16 2004-11-30 Modine Manufacturing Company Fuel cell system incorporating and integrated cathode exhaust condenser and stack cooler
JP4151001B2 (ja) * 2002-07-25 2008-09-17 株式会社ティラド 熱交換器
US20040151958A1 (en) * 2003-01-31 2004-08-05 Volker Formanski Fuel cell system with recuperative heat exchanger
US20040163800A1 (en) * 2003-02-25 2004-08-26 Richardson Curtis A. Heat exchanger for heating of fuel cell combustion air
DE112005001089T5 (de) 2004-05-11 2007-05-03 Modine Manufacturing Co., Racine Integrierte Wärmetauscher- und Schalldämpfer-Einheit
US7592083B2 (en) 2005-10-07 2009-09-22 Gm Global Technology Operations, Inc. Integrated air supply with humidification control for fuel cell power systems
WO2008019117A2 (en) 2006-08-05 2008-02-14 Modine Manufacturing Company Heat exchanger and method
US20100006256A1 (en) * 2006-12-19 2010-01-14 Toshiaki Kuwano Heat exchanger
WO2010117362A1 (en) * 2009-04-08 2010-10-14 Utc Power Corporation Acid fuel cell condensing heat exchanger
JP2011086549A (ja) * 2009-10-16 2011-04-28 Toyota Boshoku Corp 燃料電池システム
JP6100459B2 (ja) * 2011-12-19 2017-03-22 フタバ産業株式会社 燃料電池用熱交換器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1045215A2 (de) * 1999-04-15 2000-10-18 Messer Griesheim Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Kühlung eines Gasstroms
DE102004038633A1 (de) * 2003-08-15 2005-03-17 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Ladeluftbefeuchtung für Brennstoffzellen
DE102009051476A1 (de) * 2009-10-30 2011-05-05 Daimler Ag Brennstoffzellensystem mit wenigstens einer Brennstoffzelle
DE102010011556A1 (de) * 2010-03-16 2011-09-22 Daimler Ag Vorrichtung zur Brennstoffversorgung
DE102010041442A1 (de) * 2010-09-27 2012-03-29 Behr Gmbh & Co. Kg Kombinierter Wärmeübertrager und Verfahren zur Herstellung eines kombinierten Wärmeübertragers
DE202013009357U1 (de) * 2013-06-27 2015-01-16 Dana Canada Corporation Integrierte Gasmanagementvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022038010A1 (de) * 2020-08-19 2022-02-24 Thyssenkrupp Marine Systems Gmbh Kompakter rezirkulationsbereich einer rezirkulationsbrennstoffzellenvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
CN108701845B (zh) 2021-09-07
DE102016204474B4 (de) 2023-05-11
CN108701845A (zh) 2018-10-23
US10811703B2 (en) 2020-10-20
US20190013530A1 (en) 2019-01-10
DE102016204474A1 (de) 2017-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016204474B4 (de) Wärmetauscher und Brennstoffzellensystem
DE112004001832B4 (de) Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellen-Kraftfahrzeug
DE112013002725B4 (de) Brennstoffzellensystem
DE102008006735A1 (de) Leistungsstarke, kompakte und geringen Druckabfall aufweisende, spiralartig gewickelte Brennstoffzellenbefeuchter-Gestaltung
DE102007061943A1 (de) Anodenumwälzung für ein Brennstoffzellensystem mit zwei parallelen Stapeln
DE102013225368A1 (de) Brennstoffzellensystem und verfahren zum befeuchten und kühlen desselben
DE102017208358A1 (de) Befeuchtungsvorrichtung für eine brennstoffzelle
WO2015110236A1 (de) Feuchtetauscher und brennstoffzellenanordnung mit einem solchen
DE102006019114B4 (de) Brennstoffzellensystem zur verbesserten Wasserstoff- und Sauerstoffverwendung
DE102019206577A1 (de) Flussfeldplatte
DE10244707A1 (de) Vorrichtung zum Austausch von Feuchtigkeit zwischen einem feuchten und einem trockenen Gasstrom
DE102017202705A1 (de) Brennstoffzellenstapel mit Verteilungselement im Medienkanal sowie Herstellverfahren
DE102014018141A1 (de) Brennstoffzellenstapel
DE102019200449A1 (de) Befeuchter mit Kühlmittelrohren und Brennstoffzellenvorrichtung
DE102015100704B3 (de) Kathodenplatte eines Bipolarelements und Verfahren zum Betreiben einer solchen Kathodenplatte
WO2017108624A1 (de) Gaszu- und abführsystem
DE102017107577B4 (de) Energieanlage
DE102015222552A1 (de) Brennstoffzellenstapel Bipolarplatten aufweisend sowie Brennstoffzellensystem
DE102019211586A1 (de) Brennstoffzellenstapel
DE102018205995A1 (de) Vorrichtung zur Konditionierung des Kathodengases und Brennstoffzellensystem mit einer solchen Vorrichtung
DE102014018444A1 (de) Brennstoffzellensystem und Gas/Gas-Befeuchter
DE102013021628B4 (de) Separatorplatte für einen Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellensystem und Fahrzeug
DE102009026568B4 (de) Konditioniervorrichtung für ein Brennstoffzellensystem
DE102016003007A1 (de) Befeuchtervorrichtung für eine Brennstoffzellenvorrichtung und Brennstoffzellenvorrichtung
DE102021130728B4 (de) Brennstoffzellenstapel sowie Brennstoffzellenfahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17703762

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17703762

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1