DE102013203308A1 - The fuel cell system - Google Patents

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Stefan Haase
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit mehreren, zu einem Stapel zusammengefassten Bipolarplatten, die jeweils eine Kathode, eine Anode und einen dazwischen liegenden Kühlkanal aufweisen, wobei die Kathode mit einer Luftversorgung, die Anode mit einer Wasserstoffzuleitung und der Kühlkanal mit einem Kühlwasserkreislauf verbunden ist. Um ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die geschilderten Nachteile überwindet, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Kühlwasserkreislauf ein Kühlwasserausgleichsbehälter angeordnet ist, in den das im Kühlkanal befindliche Kühlwasser entfernt werden kann.The present invention relates to a fuel cell system having a plurality of bipolar plates combined in a stack, each having a cathode, an anode and a cooling channel therebetween, wherein the cathode is connected to an air supply, the anode with a hydrogen supply line and the cooling channel with a cooling water circuit. In order to create a fuel cell system of the type mentioned, which overcomes the disadvantages described, the invention provides that in the cooling water circuit, a cooling water expansion tank is arranged, in which the cooling water located in the cooling channel can be removed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit mehreren, zu einem Stapel zusammengefassten Bipolarplatten, die jeweils eine Kathode, eine Anode und einen dazwischen liegenden Kühlkanal aufweisen, wobei die Kathode mit einer Luftversorgung, die Anode mit einer Wasserstoffzuleitung und der Kühlkanal mit einem Kühlwasserkreislauf verbunden ist.The present invention relates to a fuel cell system having a plurality of bipolar plates combined in a stack, each having a cathode, an anode and a cooling channel therebetween, wherein the cathode is connected to an air supply, the anode with a hydrogen supply line and the cooling channel with a cooling water circuit.

Brennstoffzellensysteme enthalten zur Kühlung Kühlkanäle, welche in die Stapel von Bipolarplatten integriert sind, um über einen Kühlkreislauf eine Wärmeabfuhr zu ermöglichen. Die in den Kühlkanälen enthaltene Kühlmittelmenge erhöht jedoch die Wärmekapazität des Stapels und erschwert somit die Erwärmung des Brennstoffzellensystems bei niedrigen Temperaturen. Unter der Annahme, dass der Stapel aus ca. 20 kg Stahl und ca. 5 kg Kühlwasser besteht, ergibt sich über die Wärmekapazität des Stahls von ca. 1 kJ/kg K und des Wassers von 4,2 kJ/kg K der Anteil des Kühlwassers an der Gesamtwärmekapazität von ca. 50%. Somit trägt die hohe Wärmekapazität des Kühlwassers entscheidend zur Gesamtwärmekapazität des Stapels bei.Fuel cell systems contain cooling channels for cooling, which are integrated into the stacks of bipolar plates, in order to enable heat dissipation via a cooling circuit. However, the amount of refrigerant contained in the cooling channels increases the heat capacity of the stack and thus complicates the heating of the fuel cell system at low temperatures. Assuming that the stack consists of approx. 20 kg of steel and approx. 5 kg of cooling water, the heat capacity of the steel of approx. 1 kJ / kg K and the water of 4.2 kJ / kg K results in the proportion of Cooling water in the total heat capacity of about 50%. Thus, the high heat capacity of the cooling water contributes significantly to the overall heat capacity of the stack.

Während der Startphase des Brennstoffzellensystems muss das Kühlwasser erwärmt werden. Die dazu nötige Wärmeenergie muss von dem Stapel aufgebracht werden. Da die Leistung temperaturabhängig begrenzt ist, ist diese Limitierung exponentiell. Die Limitierung führt bei sehr niedrigen Temperaturen zu einem Einfrieren des Wasserstoffs in den Gaskanälen der Anode und/oder Kathode oder erfordert eine große Bauweise der Gaskanäle.During the starting phase of the fuel cell system, the cooling water must be heated. The necessary heat energy must be applied from the stack. Since the performance is temperature-dependent limited, this limitation is exponential. The limitation leads at very low temperatures to a freezing of the hydrogen in the gas channels of the anode and / or cathode or requires a large construction of the gas channels.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die geschilderten Nachteile überwindet.Based on this prior art, it is therefore an object of the present invention to provide a fuel cell system of the type mentioned, which overcomes the disadvantages described.

Diese Aufgabe wird bei einem Brennstoffzellensystem mit mehreren, zu einem Stapel zusammengefassten Bipolarplatten, die jeweils eine Kathode, eine Anode und einen dazwischen liegenden Kühlkanal aufweisen, wobei die Kathode mit einer Luftversorgung, die Anode mit einer Wasserstoffzuleitung und der Kühlkanal mit einem Kühlwasserkreislauf verbunden ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem Kühlwasserkreislauf ein Kühlwasserausgleichsbehälter angeordnet ist, in den das im Kühlkanal befindliche Kühlwasser entfernt werden kann.This object is achieved in a fuel cell system having a plurality of bipolar plates combined in a stack, each having a cathode, an anode and a cooling channel therebetween, the cathode being connected to an air supply, the anode to a hydrogen supply line and the cooling channel to a cooling water circuit. According to the invention solved in that in the cooling water circuit, a cooling water expansion tank is arranged, in which the cooling water located in the cooling channel can be removed.

Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.The dependent claims contain advantageous developments and refinements of the invention.

Das Entfernen des Kühlwasser kann vorteilhafterweise auf unterschiedliche Weise erreicht werden, nämlich aktiv oder passiv. Bei der passiven Variante erfolgt das Ablassen des Kühlwassers schwerkraftbedingt.The removal of the cooling water can advantageously be achieved in different ways, namely active or passive. In the passive variant, the discharge of the cooling water is due to gravity.

Um dies zu erreichen, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung in dem Kühlwasserkreislauf ein Belüftungsventil angeordnet, das in geöffnetem Zustand ein schwerkraftbedingtes Abfließen des Kühlwassers aus dem Kühlkanal in den Kühlwasserausgleichsbehälter herbeiführt.In order to achieve this, according to a preferred further development, a ventilation valve is arranged in the cooling water circuit, which in the opened state brings about a gravity-related outflow of the cooling water from the cooling channel into the cooling water expansion tank.

Das Belüftungsventil ist vorzugsweise an der Zufuhrseite des Kühlkanals angeordnet. Es kann über den Kühlwasserkreislauf gesteuert werden, indem das im Stapel herrschende Druckniveau das Belüftungsventil schließt bzw. öffnet.The ventilation valve is preferably arranged on the supply side of the cooling channel. It can be controlled via the cooling water circuit by the prevailing in the stack pressure level closes or opens the vent valve.

Gemäß der aktiven Variante erfolgt das Ablassen des Kühlwassers druckkraftbedingt.According to the active variant, the discharge of the cooling water is due to pressure force.

Dazu ist in der Luftversorgung ein Druckfördere angeordnet, der eine Druckluft erzeugt, die das Kühlwasser aus dem Kühlkanal in den Kühlwasserausgleichsbehälter drückt.For this purpose, a pressure conveyor is arranged in the air supply, which generates a compressed air, which presses the cooling water from the cooling passage in the cooling water expansion tank.

Weiterhin sind die Luftversorgung und der Kühlwasserkreislauf über ein Ventil miteinander verbunden, das zwischen der Zuluftseite der Kathode und der Zufuhrseite des Kühlkanals angeordnet ist.Furthermore, the air supply and the cooling water circuit are connected to each other via a valve which is arranged between the supply air side of the cathode and the supply side of the cooling channel.

Alternativ können die Luftversorgung und der Kühlwasserkreislauf auch über ein Ventil miteinander verbunden sein, das zwischen der Abluftseite der Kathode und der Zufuhrseite des Kühlkanals angeordnet ist.Alternatively, the air supply and the cooling water circuit may also be connected to each other via a valve which is arranged between the exhaust side of the cathode and the supply side of the cooling channel.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der aktiven Variante erfolgt das Ablassen des Kühlwassers saugkraftbedingt, beispielsweise unter Ausnutzung des Venturi-Effekts o. dgl.According to another embodiment of the active variant, the discharge of the cooling water takes place due to suction, for example by utilizing the Venturi effect o. The like.

Vorzugsweise ist der Kühlwasserausgleichsbehälter mit einem Luftauslass versehen.Preferably, the cooling water expansion tank is provided with an air outlet.

Weiterhin ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung die Abluftseite der Kathode an eine Abgasleitung angeschlossen.Furthermore, according to an advantageous embodiment, the exhaust side of the cathode is connected to an exhaust pipe.

Der Luftauslass mündet vorzugsweise in die Abgasleitung.The air outlet preferably opens into the exhaust pipe.

In der Abgasleitung ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung eine Drosselklappe angeordnet.In the exhaust pipe, a throttle valve is arranged according to a preferred embodiment.

Weiterhin kann gemäß einer bevorzugten Anordnung die Anode mit einem Rezirkulationskreislauf verbunden sein.Furthermore, according to a preferred arrangement, the anode may be connected to a recirculation circuit.

Zum Umwälzen der Kühlflüssigkeit in dem Kühlkreislauf ist vorteilhafterweise eine Kühlmittelpumpe in dem Kühlwasserkreislauf angeordnet. For circulating the cooling liquid in the cooling circuit, a coolant pump is advantageously arranged in the cooling water circuit.

Weiterhin ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung in dem Kühlwasserkreislauf ein Kühler angeordnet, der vorzugsweise als Teil des Kühlers eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist.Furthermore, according to an advantageous embodiment, a cooler is arranged in the cooling water circuit, which is preferably designed as part of the radiator of a motor vehicle.

Das erfindungsgemäßem Brennstoffzellensystem ist vorteilhafterweise so ausgebildet, dass der Abfluss des Kühlwassers aus dem Kühlkanal ungehindert und vollständig möglich ist.The inventive fuel cell system is advantageously designed so that the outflow of cooling water from the cooling channel is unhindered and completely possible.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich folgende Vorteile:

  • – Geringere Gesamtwärmekapazität des Stapels von Bipolarplatten
  • – Verbesserter Froststart (tiefere Temperaturen, schnelleres Erreichen der Normalleistung, wodurch möglicherweise frühzeitig mehr Leistung zu Verfügung steht)
  • – Platzsparende Bauweise der Kühlkanäle
Due to the solution according to the invention, the following advantages result:
  • - Lower overall heat capacity of the stack of bipolar plates
  • - Improved frost start (lower temperatures, faster achievement of the normal performance, whereby possibly more achievement is available early)
  • - Space-saving design of the cooling channels

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description with reference to the drawings. Show it:

1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer ersten Ausführungsform, 1 a schematic view of a fuel cell system according to the invention according to a first embodiment,

2 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer zweiten Ausführungsform, 2 a schematic view of a fuel cell system according to the invention according to a second embodiment,

3 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer dritten Ausführungsform, und 3 a schematic view of a fuel cell system according to the invention according to a third embodiment, and

4 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems gemäß einer vierten Ausführungsform 4 a schematic view of a fuel cell system according to the invention according to a fourth embodiment

In den Figuren sind nur die hier interessierenden Teile des Brennstoffzellensystems dargestellt, alle übrigen Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen.In the figures, only the parts of the fuel cell system of interest here are shown, all other elements are omitted for clarity.

In allen Figuren ist das Brennstoffzellensystem 1 durch eine Kathode 2, eine Anode 3 und einen dazwischen liegenden Kühlkanal 4 symbolisiert. Die Kathode 2 ist mit einer Luftversorgung 5, die Anode 3 mit einer Wasserstoffzuleitung 6 für Wasserstoff und der Kühlkanal 4 mit einem Kühlwasserkreislauf 7 verbunden.In all figures, the fuel cell system 1 through a cathode 2 , an anode 3 and an intermediate cooling channel 4 symbolizes. The cathode 2 is with an air supply 5 , the anode 3 with a hydrogen supply line 6 for hydrogen and the cooling channel 4 with a cooling water circuit 7 connected.

In dem Kühlwasserkreislauf 7 ist ein Kühlwasserausgleichsbehälter 8 angeordnet, der mit einem Luftauslass 9 versehen ist. In dem Kühlwasserkreislauf 7 ist weiterhin eine Kühlmittelpumpe 10 sowie ein Kühler 11, der auch als Teil des Kühlers eines Kraftfahrzeuges gebildet sein kann, vorgesehen.In the cooling water circuit 7 is a cooling water expansion tank 8th arranged with an air outlet 9 is provided. In the cooling water circuit 7 is still a coolant pump 10 as well as a cooler 11 , which may also be formed as part of the radiator of a motor vehicle provided.

Die Anode 3 kann in einen optionalen Rezirkulationskreislauf 12 eingebunden sein, in den auch die Wasserstoffzuleitung 6 mündet.The anode 3 can in an optional recirculation circuit 12 be integrated, in which also the hydrogen supply 6 empties.

Die vorbeschriebene Ausgestaltung ist bei allen Ausführungsbeispielen gleich, unterschiedlich ist jedoch die Art, wie das Kühlwasser aus dem Kühlkanal 4 entfernt und in den Kühlwasserausgleichsbehälter 8 abgelassen wird. Dies kann entweder passiv durch Schwerkraft oder aktiv durch Druck oder Sog erfolgen.The above-described embodiment is the same in all embodiments, but different is the way in which the cooling water from the cooling channel 4 removed and into the cooling water expansion tank 8th is drained. This can be done either passively by gravity or actively by pressure or suction.

Die passive Variante muss so konstruiert sein, dass ein ungehindertes Abfließen des Kühlwassers möglich ist. Dazu ist gemäß einem ersten, in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Kühlwasserkreislauf 7 ein an der Zulaufseite des Kühlkanals 4 angeordnetes Belüftungsventil 13 vorgesehen.The passive version must be designed in such a way that unhindered outflow of the cooling water is possible. This is according to a first, in 1 illustrated embodiment in the cooling water circuit 7 a at the inlet side of the cooling channel 4 arranged ventilation valve 13 intended.

Wird bei stillstehender Kühlmittelpumpe 10 das Belüftungsventil 13 geöffnet, dringt über das Belüftungsventil 13 Außenluft in den Kühlwasserkreislauf 7 ein, was dazu führt, dass das Kühlwasser aus dem Kühlkanal 4 in den Kühlwasserausgleichsbehälter 8 abfließt.Will when the coolant pump is stopped 10 the ventilation valve 13 opened, penetrates the ventilation valve 13 Outside air into the cooling water circuit 7 a, which causes the cooling water from the cooling channel 4 in the cooling water expansion tank 8th flows.

Die Betätigung des Belüftungsventils 13 kann aktiv erfolgen, z. B. über einen Stellmotor oder auch direkt über den Kühlwasserkreislauf 7 gesteuert werden, indem das durch einen Druckverlust im Stapel erzeugte Druckniveau das als Rückschlagventil ausgebildete Belüftungsventil 13 schließt. Bei einem Ausschalten der Kühlmittelpumpe 10 baut sich dieses Druckniveau ab, wodurch sich das Rückschlagventil öffnen kann und somit eine Belüftung des Kühlkanals 4 ermöglicht.The actuation of the ventilation valve 13 can be active, z. B. via a servomotor or directly over the cooling water circuit 7 be controlled by the pressure generated by a pressure loss in the stack pressure level formed as a check valve vent valve 13 closes. When switching off the coolant pump 10 This pressure builds up, which can open the check valve and thus ventilation of the cooling channel 4 allows.

Eine erste aktive Variante, das Kühlwasser aus dem Kühlkanal 4 zu entfernen, ist in 2 gezeigt.A first active variant, the cooling water from the cooling channel 4 to remove is in 2 shown.

Gemäß dieser Ausführungsform ist in der Luftversorgung 5 für die Kathode 2 ein Druckförderer 14 angeordnet. Der Druckförderer 14 kann als Kompressor, als Lüfter o. dgl. ausgebildet sein. Weiterhin ist zwischen der Zuluftseite der Kathode 2 und der Zufuhrseite des Kühlkanals 4 ein Ventil 15 vorgesehen.According to this embodiment is in the air supply 5 for the cathode 2 a pressure conveyor 14 arranged. The pressure conveyor 14 can be designed as a compressor, as a fan o. The like. Furthermore, between the supply air side of the cathode 2 and the feed side of the cooling channel 4 a valve 15 intended.

Wird bei stillstehender Kühlmittelpumpe 10 und laufendem Druckförderer 14 das Ventil 15 geöffnet, drückt der Druckfördere 14 Luft aus der Luftversorgung 5 der Kathode 2 in den Zulauf des Kühlkanals 4, wodurch das im Kühlkanal 4 befindliche Kühlmittel aus dem Kühlkanal 4 in den Kühlmittelausgleichbehälter 8 gedrückt wird.Will when the coolant pump is stopped 10 and running pressure conveyor 14 the valve 15 opened, the pressure boosts 14 Air from the air supply 5 the cathode 2 in the inlet of the cooling channel 4 , which in the cooling channel 4 located coolant from the cooling channel 4 in the coolant expansion tank 8th is pressed.

Eine zweite aktive Variante, das Kühlwasser aus dem Kühlkanal 4 zu entfernen, ist in 3 gezeigt.A second active variant, the cooling water from the cooling channel 4 to remove is in 3 shown.

Gemäß dieser Ausführungsform befindet sich das Ventil 15 nicht zwischen der Zuluftseite der Kathode 2 und der Zufuhrseite des Kühlkanals 4, sondern in einer Leitung 16, welche die Abluftseite der Kathode 2 mit der Zufuhrseite des Kühlkanals 4 verbindet.According to this embodiment, the valve is located 15 not between the supply side of the cathode 2 and the feed side of the cooling channel 4 but in a line 16 , which the exhaust side of the cathode 2 with the feed side of the cooling channel 4 combines.

Weiterhin ist gemäß dieser Variante an der Abluftseite der Kathode 2 eine Abgasleitung 17 angeordnet, welche unter Zwischenschaltung einer Drosselklappe 18 in den Luftauslass 9 des Kühlmittelausgleichsbehälters 8 mündet und dann über eine Gesamtabgasleitung 19 abgeführt wird.Furthermore, according to this variant on the exhaust side of the cathode 2 an exhaust pipe 17 arranged, which with the interposition of a throttle valve 18 in the air outlet 9 of the coolant expansion tank 8th and then via an overall exhaust line 19 is dissipated.

Die Abgasleitung 17 kann auch bei den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen vorgesehen sein, um die Abluft von der Kathode 2 abzuführen.The exhaust pipe 17 can also in the in the 1 and 2 shown embodiments may be provided to the exhaust air from the cathode 2 dissipate.

Die Wirkungsweise bei dieser Ausführungsform ist die gleiche wie im Zusammenhang mit 2 erläutert, mit dem einzigen Unterschied, dass gemäß 3 die Luft zunächst die Kathode 2 durchströmt und dann bei stillstehender Kühlmittelpumpe 10 und geöffnetem Ventil 15 der Zufuhrseite des Kühlkanals 4 zugeführt wird.The operation in this embodiment is the same as related to 2 explained, with the only difference that according to 3 the air first, the cathode 2 flows through and then with a stationary coolant pump 10 and open valve 15 the feed side of the cooling channel 4 is supplied.

Eine dritte aktive Variante, das Kühlwasser über den Kühlmittelausgleichsbehälter 8 aus dem Kühlkanal 4 zu entfernen, kann darin bestehen, einen Unterdruck, z. B. über eine Venturidüse, zu erzeugen. Dies ist in 4 gezeigt.A third active variant, the cooling water through the coolant expansion tank 8th from the cooling channel 4 to remove, may be to apply a vacuum, eg. B. via a Venturi nozzle to produce. This is in 4 shown.

Die in 4 gezeigte Variante entspricht im Wesentlichen der in 3 dargestellten Variante. Jedoch fehlen die Leitung 16, welche die Abluftseite der Kathode 2 mit der Zufuhrseite des Kühlkanals 4 verbindet, und die in Abgasleitung 17 angeordnete Drosselklappe 18. Stattdessen ist in dem Luftauslass 9 eine Pumpe bzw. Venturidüse 20 vorgesehen, in welche auch die von der Kathode 3 kommende Abgasleitung 17 mündet. An die Pumpe bzw. Venturidüse 20 ist die Gesamtabgasleitung 19 angeschlossen. Zusätzlich ist in dem Kühlwasserkreislauf 7 an der Zulaufseite des Kühlkanals 4 ein Belüftungsventil 13 vorgesehen.In the 4 The variant shown corresponds essentially to the in 3 illustrated variant. However, the line is missing 16 , which the exhaust side of the cathode 2 with the feed side of the cooling channel 4 connects, and in exhaust pipe 17 arranged throttle 18 , Instead, in the air outlet 9 a pump or Venturi nozzle 20 provided, in which also from the cathode 3 upcoming exhaust pipe 17 empties. To the pump or venturi 20 is the total exhaust gas line 19 connected. In addition, there is in the cooling water circuit 7 at the inlet side of the cooling channel 4 a ventilation valve 13 intended.

Bei dieser Variante wird über die Pumpe bzw. Venturidüse 10 in dem Kühlwasserausgleichsbehälter 8 ein Unterdruck erzeugt, über den das im Kühlkanal 4 befindliche Wasser abgesaugt werden kann. Dazu muss bei stillstehender Kühlmittelpumpe 10 das Belüftungsventil 13 geöffnet sein.In this variant is via the pump or venturi 10 in the cooling water expansion tank 8th generates a negative pressure, via which in the cooling channel 4 located water can be sucked. This must be done with the coolant pump stopped 10 the ventilation valve 13 to be open.

In allen Fällen fängt der Kühlmittelausgleichsbehälter 8 das aus dem Kühlkanal 4 austretende Kühlwasser auf und lässt gleichzeitig die verdrängte bzw. zum Durchblasen des Kühlkanals 4 verwendete Luft ohne großen Kühlmittelverlust über den Luftauslass 9 entweichen. Um das Austreten von Kühlwasser zu verhindern, kann eine semipermeable Membran oder ein entsprechendes Material zwischen dem Kühlwasserausgleichsbehälter 8 und dem Luftauslass 9 vorgesehen sein. Die aus dem Luftauslass 9 austretende Luft kann entweder direkt in die Umgebung (1 und 2) oder in die aus der Kathode 2 austretende Abluft (3 und 4) geleitet werden.In all cases, the coolant expansion tank will catch 8th that from the cooling channel 4 emerging cooling water and leaves at the same time the displaced or to blow through the cooling channel 4 used air without large loss of coolant through the air outlet 9 escape. In order to prevent the escape of cooling water, a semi-permeable membrane or a corresponding material between the cooling water expansion tank 8th and the air outlet 9 be provided. The from the air outlet 9 escaping air can either go directly into the environment ( 1 and 2 ) or in the out of the cathode 2 exiting exhaust air ( 3 and 4 ).

Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
22
Kathodecathode
33
Anodeanode
44
Kühlkanalcooling channel
55
Luftversorgungair supply
66
WasserstoffzuleitungHydrogen supply
77
KühlwasserkreislaufCooling water circuit
88th
KühlwasserausgleichsbehälterCoolant expansion tank
99
Luftauslassair outlet
1010
KühlmittelpumpeCoolant pump
1111
Kühlercooler
1212
Rezirkulationskreislaufrecirculation
1313
Belüftungsventilvent valve
1414
Druckfördererpressure feeder
1515
VentilValve
1616
Leitungmanagement
1717
Abgasleitungexhaust pipe
1818
Drosselklappethrottle
1919
GesamtabgasleitungTotal exhaust pipe
2020
Venturidüseventuri

Claims (20)

Brennstoffzellensystem mit mehreren, zu einem Stapel zusammengefassten Bipolarplatten, die jeweils eine Kathode, eine Anode und einen dazwischen liegenden Kühlkanal aufweisen, wobei die Kathode mit einer Luftversorgung, die Anode mit einer Wasserstoffzuleitung und der Kühlkanal mit einem Kühlwasserkreislauf verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlwasserkreislauf (7) ein Kühlwasserausgleichsbehälter (8) angeordnet ist, in den das im Kühlkanal (4) befindliche Kühlwasser entfernt werden kann.Fuel cell system comprising a plurality of bipolar plates combined in a stack, each having a cathode, an anode and an intermediate cooling channel, wherein the cathode is connected to an air supply, the anode with a hydrogen supply line and the cooling channel with a cooling water circuit, characterized in that the cooling water circuit ( 7 ) a cooling water expansion tank ( 8th ), in which the in the cooling channel ( 4 ) located cooling water can be removed. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des Kühlwassers schwerkraftbedingt erfolgt. Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the removal of the cooling water takes place due to gravity. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlwasserkreislauf (7) ein Belüftungsventil (13) angeordnet ist, das in geöffnetem Zustand ein schwerkraftbedingtes Abfließen des Kühlwassers aus dem Kühlkanal (4) in den Kühlwasserausgleichsbehälter (8) herbeiführt.Fuel cell system according to claim 2, characterized in that in the cooling water circuit ( 7 ) a ventilation valve ( 13 ), which in the open state, a gravity-induced outflow of the cooling water from the cooling channel ( 4 ) into the cooling water expansion tank ( 8th ) brought about. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsventil (13) an der Zufuhrseite des Kühlkanals (4) angeordnet ist.Fuel cell system according to claim 3, characterized in that the ventilation valve ( 13 ) at the feed side of the cooling channel ( 4 ) is arranged. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsventil (13) über den Kühlwasserkreislauf (7) steuerbar ist, indem das im Stapel herrschende Druckniveau das Belüftungsventil (13) schließt bzw. öffnet.Fuel cell system according to claim 3 or 4, characterized in that the ventilation valve ( 13 ) via the cooling water circuit ( 7 ) is controllable by the pressure prevailing in the stack pressure level the ventilation valve ( 13 ) closes or opens. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen des Kühlwassers druckkraftbedingt erfolgt.Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the removal of the cooling water is effected by pressure force. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Luftversorgung (5) ein Druckförderer (14) angeordnet ist, der eine Druckluft erzeugt, die das Kühlwasser aus dem Kühlkanal (4) in den Kühlwasserausgleichsbehälter (8) drückt.Fuel cell system according to claim 6, characterized in that in the air supply ( 5 ) a pressure conveyor ( 14 ) is arranged, which generates a compressed air, the cooling water from the cooling channel ( 4 ) into the cooling water expansion tank ( 8th ) presses. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftversorgung (5) und der Kühlwasserkreislauf (7) über ein Ventil (15) miteinander verbunden sind, das zwischen der Zuluftseite der Kathode (2) und der Zufuhrseite des Kühlkanals (4) angeordnet ist.Fuel cell system according to claim 7, characterized in that the air supply ( 5 ) and the cooling water circuit ( 7 ) via a valve ( 15 ) which are connected between the supply air side of the cathode ( 2 ) and the feed side of the cooling channel ( 4 ) is arranged. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftversorgung (5) und der Kühlwasserkreislauf (7) über ein Ventil (15) miteinander verbunden sind, das zwischen der Abluftseite der Kathode (2) und der Zufuhrseite des Kühlkanals (4) angeordnet ist.Fuel cell system according to claim 7, characterized in that the air supply ( 5 ) and the cooling water circuit ( 7 ) via a valve ( 15 ) which are connected between the exhaust side of the cathode ( 2 ) and the feed side of the cooling channel ( 4 ) is arranged. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablassen des Kühlwassers saugkraftbedingt erfolgt, beispielsweise unter Ausnutzung des Venturi-Effekts o. dgl.Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the discharge of the cooling water takes place due to suction, for example by utilizing the Venturi effect o. The like. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlwasserausgleichsbehälter (8) mit einem Luftauslass (9) versehen ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling water expansion tank ( 8th ) with an air outlet ( 9 ) is provided. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftseite der Kathode (2) an eine Abgasleitung (17) angeschlossen ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust side of the cathode ( 2 ) to an exhaust pipe ( 17 ) connected. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftauslass (9) in die Abgasleitung (17) mündet.Fuel cell system according to claim 12, characterized in that the air outlet ( 9 ) in the exhaust pipe ( 17 ) opens. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasleitung (17) eine Drosselklappe (18) angeordnet ist.Fuel cell system according to claim 12 or 13, characterized in that in the exhaust pipe ( 17 ) a throttle valve ( 18 ) is arranged. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (3) mit einem Rezirkulationskreislauf (12) verbunden ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the anode ( 3 ) with a recirculation circuit ( 12 ) connected is. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstoffzuleitung (6) an den Rezirkulationskreislauf (12) angeschlossen ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the hydrogen supply line ( 6 ) to the recirculation circuit ( 12 ) connected. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlwasserkreislauf (7) eine Kühlmittelpumpe (10) angeordnet ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that in the cooling water circuit ( 7 ) a coolant pump ( 10 ) is arranged. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühlwasserkreislauf (7) ein Kühler (11) angeordnet ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that in the cooling water circuit ( 7 ) a cooler ( 11 ) is arranged. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das der Kühler (11) als Teil des Kühlers eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist.Fuel cell system according to claim 18, characterized in that the cooler ( 11 ) is formed as part of the radiator of a motor vehicle. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfluss des Kühlwassers aus dem Kühlkanal (4) ungehindert und vollständig möglich ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the outflow of the cooling water from the cooling channel ( 4 ) is unhindered and completely possible.
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