DE10107419A1 - Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen - Google Patents

Abstract

Der Erfindungsgegenstand betrifft eine Einrichtung für KFZ mit Elektroantrieb und einer bordeigenen Brennstoffzelle, mit der überschüssige Prozeßwärme der Brennstoffzelle mittels thermoelektrischer Verfahren in elektrische Energie umgewandelt und diese dem Fahrwerksantrieb bzw. dem Bordnetz zugeführt wird. DOLLAR A Die erfindungsgemäße praktische Lösung besteht darin, dass auf dem Seebeck-Effekt basierende Thermoelemente vielfach zu einer oder mehreren Baueinheiten zusammengefasst sind, wobei diese Baueinheit(en) als (ein) tragende(s) Element(e) des KFZ (Chassis, Karosserie) ausgebildet oder in (ein) solche(s) oder in ein KFZ-Aggregat integriert ist/sind. Des Weiteren besteht sie aus umfangreichen Detail-Ausgestaltungen zur Erzielung vorteilhafter Funktionen und rationeller Herstellungsverfahren. DOLLAR A Der Erfindungsgegenstand ermöglicht somit eine noch effizientere Nutzung des zukunfstorientierten KFZ-Antriebs "Brennstoffzelle" und liefert somit einen Beitrag zur Schonung der Energieressourcen und steigert die Wirtschaftlichkeit solcher KFZ-Antriebe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit den in dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

In Brennstoffzellen (BZ) wird gegenüber anderen Verfahren unter Vermeidung des Umweges über die Wärme- und mechanischer Energie durch direkte Umwandlung von chemischer in elektrische Energie eine erhöhte Energieausbeute erzielt und eine geringere Umweltbelastung verursacht.

Darüberhinaus liegen in Folge der Nutzbarkeit

• - noch reichlich vorhandene gasförmige H2-haltige Brennstoffe fossiler Herkunft,
• - regenerativer Energien zur Wasser-Elektrolyse,
• - heimischer Brennstoffresourcen (Biogas, Methanol)
• - und riesige Mengen (zwar noch nicht erschlossener) stark H2-haltiger Gashydrate am Meeresboden als Brennstoffzellen-Brennstoff, oder zumindest als Ausgangsgrundstoff zu solchen, auch für weit­ reichende Zukunftsperioden äußerst günstige Einsatzperspektiven für die Brennstoffzelle im KFZ- Einsatz vor.

Auf Grund ihrer Effizienz bei der Stromgewinnung, ihrer Umweltverträglichkeit und der günstigen Brennstoffversorgungsperspektiven, ist daher, obwohl ihre Entwicklung noch nicht abgeschlossen ist, die BZ als zukünftiger Energieversorger für den KFZ-Antrieb wissenschaftlich anerkannter Favorit. Ihre Tauglichkeit und Vorzüge wurden bereits in Versuchsprojekten bewiesen.

Trotz der hohen Effizienz der BZ bei der Energieumsetzung ist im KFZ-Einsatz ihre überschüssig anfallende Prozeßwärme, die z. T. durch Kühleinrichtungen abgeführt werden muß, als ein Nachteil anzusehen.

Aufgabe und Ziel vorliegender Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur Nutzung der anfallenden Wärmeenergie beim KFZ-Einsatz der Brennstoffzelle.

Die Lösung der genannten Aufgaben wird mit den aus den Patentansprüchen und Ausführungsbei­ spielen hervorgehenden Ausführungsmerkmalen erreicht.

Der erzielte Vorteil besteht hauptsächlich darin, daß ein Teil der ansonsten verlorenen überschüssigen Prozeßwärme der Brennstoffzelle in elektrische Energie umgewandelt und nutzbringend dem KFZ- Antrieb zugeführt wird, wodurch die Effizienz und Wirtschaftlichkeit dieser Antriebskonzeption noch gesteigert wird. Die Integration erfindungsgemäßer Ausführungen in übliche KFZ-Komponenten erfordert nur einen geringen Mehraufwand. Detaillierte vorteilhafte Ausführungsmerkmale gehen aus den Ausführungsbeispiele-Beschreibungen hervor.

Der Anmeldungsgegenstand wird nachstehend unter Verweis auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Partie einer erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der Thermo­ elemente in eine flächenhafte Fahrzeugpartie integriert sind.

Fig. 2 beinhaltet eine (Aus-)Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der eine Viel­ zahl von Thermoelementen in einer wabenförmigen Formation eines KFZ-Kühlers angeordnet sind.

Fig. 3 stellt schematisch eine KFZ-Brenstoffzellenantriebskonzeption mit einer zugeordneten erfindungs­ gemäßen Einrichtung dar.

Fig. 4 und 5 zeigen eine modifizierte Version von Fig. 1, die vorzugsweise für den Einsatz in oder als großflächige(n) Fahrzeugpartien, wie z. B. Seitenwände von Transporteraufbauten, Fig. 4 als eine Schnittdarstellung und Fig. 5 als eine Draufsicht.

Fig. 6 veranschaulicht eine Einsatzweise der erfindungsgemäßen Einrichtung als eine Ummantelung einer Brennstoffzelle in einer Schnittdarstellung.

Fig. 7 zeigt eine Mehrfachanordnung einer modifizierten Thermoelement-Kühlerkomponente gemäß Fig. 2, eingebunden in sie umschließenende Wärmeaustauschzellen, abgestimmt auf den Einsatz zu Fig. 6.

zu Fig. 1

Die flächenhaft ausgebildete Einrichtung ist insbesondere für den Einsatz und Ausbildung als KFZ- Bodenplatte, -Dach oder -Motorhaube vorgesehen. Ihr sandwichhafter Aufbau setzt sich aus folgenden Elementen zusammen:
Einer äußeren Wandung 1, die vom Fahrtwind bestrichen wird, aus wärmeleitendem Material, bevorzugt Metallblech. Sie weist zur Steigerung ihrer Steifheit und Wärmeübertragungsfähigkeit nach außen gestülpte Hohlrippen 15 auf. Mit ihr fest verbunden durch eine Isolierschicht 14 ist eine mittlere Wand 9. Diese ist wiederum durch eine fest verbundene Isolierschichtenformation 10, die so ausgebildet ist, daß sie Kanäle und Füllräume 12 für ein von der Brennstoffzellenabwärme aufgeheiztes flüssiges Wärmeträgermedium bildet, mit einer dem KFZ-Inneren zugewandte Wand 12 verbunden, die auf der dem Fahrzeuginnerern zugeneigten Seite eine Wärmeisolierschicht 13 aufweist. Die äußere Wand 1, deren Temperatur vom Fahrtwind bestimmt wird, sowie die mittlere Wand 9, deren Temperatur vom Wärmeträgermedium im Zwischenraum 12 bestimmt wird, stellen die Temperatur-Differenzbasen dar, mit denen der Seebeckeffekt bewirkt wird. An ihnen anliegend, aber elektrisch isoliert durch wärmeleit­ fähige Schichten 2 und 8 sind vorzugsweise in Streifenform Leiterbahnen 3 und 5 aus einem den See­ beckeffekt bewirkenden Material angeordnet. Diese sind durch bevorzugt drahtförmige Brücken mittels Löt- oder Schweißpunkte 4, 6 miteinander verbunden und bilden somit die Thermoelemente. Diese "Thermobrücken" sind vielfach angeordnet und bilden so eine Batterie parallel geschalteter Thermoele­ mente; weitere zweckmäßige andere Gruppierungen werden unter Fig. 3 beschrieben. Durch die starre Verbundweise der Wände 1, 9, 9 und dem Einsatz entsprechender Materialien und Profile lassen sich solche erfindungsgemäße Einrichtungen vorteilhaft als tragende KFZ-Komponenten einsetzen.

zu Fig. 2

Die Einrichtung besteht aus einem wabenartigen Kühlergebilde nach Art herkömmlicher KFZ-Kühler mit einem Kanalsystem für das wärmetauschende Medium und eines für durchströmende Luft (Fahrt­ wind oder Ventilationsluft). Vielfach angeordnete Thermoelemente befinden sich zwischen der Innen- und Außenwand 20, 21 eines doppelwandigen, bevorzugt sechseckigen Rohrgebildes. Dieses wird in seinem Inneren 35 von einem von der Brennstoffzellenabwärme aufgeheizten flüssigen Wärmeträger durchströmt. Ihre Außenpartien liegen wärmeleitend den anliegenden Nachbarrohren 22 bis 27 gleicher Profilform an, deren Temperatur von durchströmender Luft bestimmt wird.

Die Thermoelemente sind wiederum in einer Fig. 1 - ähnlichen Weise aufgebaut:
eine wärmeleitende, aber elektrisch isolierende streifenförmige Schicht 28, 34 liegt an den temperatur­ unterschiedlichen Basen 20, 21 an, worauf sich bandförmige Leiter 29, 33 aus dem Seebeckeffekt bewir­ kenden Material befinden, die durch eine bevorzugt drahtförmige Brücke 31 aus einem anderen, den Seebeckeffekt bewirkenden Material mittels Löt- oder Schweißpunkte 30, 32 verbunden sind. Diese "Thermobrückenbildung" ist vielfach nebeneinader ausgeführt. Bezüglich verschiedener zweckmäßiger Thermoelementegruppierungen sei auch hier auf Fig. 3 verwiesen.

Der übrige Zwischenraum ist mit einem stromisolierenden Material 37 ausgefüllt, über das der Wärme­ austausch stattfindet. Bei erhöhten Anforderungen bezüglich der Kühlwirkung (Wärmeflusses) sei aus Fig. 7 verwiesen.

Fig. 3

Die übergeordnete

• - Pos. 39 stellt schematisch und vereinfacht ein Brennstoffzellen-KFZ-Antriebssystem dar, unter Einbe­ ziehung von Komponenten der auf den Erfindungsgedanken basierenden Stromgewinnungs-Einrichtung.
• - Pos. 51 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Einrichtung mit vielfach angeordneten Thermoele­ menten.

Die Brennstoffzelle (BZ) 39 wird durch einen Reformer 40 mit Wasserstoff oder einem mit Wasser­ stoff angereicherten Brennstoff versorgt, wobei der Treibstoff über die Leitung 41 zugeführt wird. Die für den Betrieb der eigentlichen BZ einschließlich des Reformers erforderlichen peripheren Zusatz­ einrichtungen wie Pumpen, Ventile, Verdampfer ect. sind durch die umhüllende Linienführung 42 stilisiert dargestellt. Der Abgriff der von der BZ 39 erzeugte Strom erfolgt über die Leitung 43, die ihn einem Umformer 44 zuführt.

Der darin in einen für den Antrieb günstigen Wechselstrom umgewandelte Gleichstrom wird über Leitung 45 dem Fahrantrieb, einem Elektromotor 46, zugeführt. Natürlich ist zur Steuerung des Prozeßablaufes der BZ und des Reformers sowie zur Erledigung des Antriebsmanagements eine nicht dargestellte microprozessorgesteuerte Regeleinrichtung angemessen.

Ein auf die Belange des Erfindungsgegenstandes abgestimmter und in den Erfindungsgedanken einbezogener

• - Wärmetauscher 48, der über Leitungen 47 mit der überschüssigen Prozeßwärme aus der BZ 39 ver­ sorgt wird, führt über den Wärmekreis 49 ein Wärmeträgermedium zur eigentlichen erfindungsgemäs­ sen Einrichtung 51. Der Wärmetauscher 48 ist vorteihafterweise so ausgeführt, daß er in gewissem Maße auch als Wärmespeicher dient. Dies, um spontanen Wärmebedürfnissen des der BZ zugeord­ neten Reformers gerecht zu werden (Zuführung endothermer Prozeßwärme), die bei spontanen Leistungsbedürfnissen zur Steigerung der Dynamik der gesamten BZ-Anlage erforderlich sind. Dieser Wärmeenergietransfer wird über Wärmetauscherkreis 50 bewirkt.
• - Umformer 50 wandelt den in der erfindungsgemäßen Einrichtung 51 erzeugten Gleichstrom in antriebsgerechten Wechselstrom um und leitet ihn an das Bordnetz bzw den Antriebsstrompfad 45 weiter.

Die erfindungsgemäße stromerzeugende Einrichtung 51 selbst besteht im prinzipiellen aus:
einem Wärmeträgersystem für ein höheres Temperaturniveau mit der Zuleitung 52, die sich auf mehrere Zweige 53, 54, 55 erstreckt und von der BZ-Abwärme versorgt wird,
aus einem Wärmeträgersystem 56, 57, 58 mit niedrigem Temperaturniveau, bevorzugt beaufschlagt und bestimmt durch den Fahrtwind,
daran anliegende, wärmeleitend verbundene elektrische Leiterbahnen, die die Temperaturen dieser Wärmesysteme annehmen bzw. aufweisen, wobei (in der Darstellung abwechselnd) Leiterbahnen 59, 61, 63 dem wärmeren Wärmeträgersystem 53, 54, 55 und Leiterbahnen 60, 62, 64 dem kälteren Wärme­ trägersystem 65, 66, 67 zugeordnet sind,
Wärmeisolatoren 68 bis 74, angeordnet zwischen den Leiterbahnen und Wärmeträgersystemen unter­ schiedlicher Temperaturpotentiale,
wobei die Leiterbahnen 59/61, 62/64, 63, 67 unterschiedlicher Temperaturpotentiale durch einen elektri­ schen Leiter 60, 63, 66 bevorzugt in Drahtform, aus einem anderen aber auch den Seebeckeffekt bewirkenden Material mittels eines Löt- oder Schweißpunktes 87, 88 verbunden sind.

Diese Thermobrückenausbildungen erstrecken sich über längere Strecken a, b, c usw.. Ihre Thermo­ spannung wird von der Temperaturdifferenz des Lötpunkte bestimmt. Da die anfallende Spannung je Thermoelemet sowie der Strom (für vorliegenden Nutzungsfall) sehr klein ist, müssen viele solche Elemente angeordnet und "zusammengeschaltet" sein. Erforderlich sind daher Serienschaltungen zur Spannungsaddition und Parallelschaltungen zur Stromvervielfachung. Bei der Gruppierung parallel geschalteter Thermoelemente ist erforderlich, daß sie weitgehend gleichen Temperaturgängen unterliegen, um einen inneren Blindfluß im Verbund zu vermeiden. Unter der Voraussetzung, daß die Wärmesysteme - in vorliegendem Ausführungsbeispiel 53/65, 54/66, 55/67 - untereinander gleiche Charakteristika aufweisen, wäre es korrekt und daher naheliegend, Thermoelemente des gleichen Temperaturniveaus, dargestellt durch ihre Positionen auf den Leiterbahnen, z. B. "a", "b" oder "c" usw., zu einer Parallel-Gruppe a/59/65/60, a/62/63/64, a/65/66/67 zusammenzufassen. Natürlich müssen dann die Leiterbahnen zweckdienlich unterbrochen sein. Erforderliche Serienanordnungen könnten dann mit den in den verschiedenen Ebenen a, b, c. usw. plazierten parallel geschalteten Thermoelemente-Gruppen praktiziert werden.

Abweichend von vorstehenden Aspekten ist der besseren Übersicht in vorliegendem Bild wegen, sowie auch aus konstruktiven und fertigungstechnischen Erwägungen ein anderes Gruppierungssystem gewählt und dargestellt:
Auf den einander zugeordneten Leiterbahnen 59/61, 62/64, 65/67 sind jeweils mehrere Thermoelemente durch die angelöteten Brücken 60, 63, 66 mehrerer Streckeneben a, b, c, d gebildet, wobei eine parallel wirkende Thermoelemente-Gruppe durch eine Leiterbahnunterbrechung 89 bestimmt wird. In Anbetracht dessen, daß auf den Leiterbahnen in der Praxis sehr viele Thermoelemente angeordnet sind und bei gleichgearteten Wärmeträgersystemen und Temperaturbasen der Temperaturunterschied innerhalb einer solchen Parallelgruppe von a bis d und damit auch der innere Blindfluß sehr gering ist, erscheint diese Gruppierungsweise akzeptabel und vorteilhaft.

Diese Parallelgruppen
59a/60a/61a
59b/60b/61b
59c/60c/61c
59d/60d/61d
62a/63a/64a
62b/63b/64b
62c/63c/64c
62d/63d/64d
65a/66a/67a
65b/66b/67b
65c/66c/67c
65d/66d/67d
sind wiederum mittels Verbindungsleitungen 75, 76 in Serie geschaltet. Mit den weiteren Thermoele­ menten der anderen Ebenen e, f, g. . . wird ähnlich verfahren, sodaß sich eine Thermokette aus in Serie geschalteten Gruppen paralleler Thermoelemente ergibt, über deren Leitungsenden 83, 84 der gewon­ nene Gleichstrom dem Umrichter 85, der gleichzeitig als Spannungsregler ausgebildet ist, zugeführt wird.

zu Fig. 4 und 5

Der sandwichhafte Aufbau wird im wesentlichen durch eine äußere Wandung 90, eine dazu auf Distanz gehaltenen mittlere Wand 91 und eine dazu ebenfalls auf Distanz gehaltene, dem Fahrzeuginneren zugewandte Innenwand 92 geprägt. An den einander zugeneigten Flächen der äußeren und mittleren Wand 91, 92 ist eine wärmeleitende, aber elektrisch isolierende Isolierschicht 93, 94 aufgebracht. Auf diese sind, weitgehend über die gesamte Wandfläche erstreckend Schichten 95, 99 aus einem dem Seebeckeffekt unterliegenden Metall angebracht. Ein wellenförmig ausgebildetes, die Distanz der beiden Wände ausfüllendes Blech 97 aus einem anderen, auch dem Seebeckeffekt unterliegenden Material ist mittels Löt- oder Schweißpunkt 96, 98 mit diesen Schichten 95, 99 verbunden. Die Zwischenräume am wellenförmigen Blech 97 sind mit einem elektrisch- und wärmeisolierenden Material 100 ausgefüllt. Zwischen der mittleren Wand 91 und der Innnenwand 92 sind distanzhaltende Stege 101 angeordnet, mit zweckentsprechenden Zwischenräumen 102 derart, daß sie Strömungskanäle für das von der Brennstoff­ zelle aufgeheizte Wärmeträgermedien bilden. Außerhalb der Innenwand auf der dem Fahrzeuginneren zugeneigten Wandseite ist eine Wärmeisolierschicht 103 angebracht.

Die flächenhaften Leiter 95, 99 und der dazwischen über die Löt- oder Schweißpunkte 96/­98 verbundene Leiter 97 des anderen Materials bilden eine Thermobrücke, deren Thermospannung von der Tempera­ turdifferenz zwischen beiden Löt- oder Schweißpunkten 96, 98 abhängt. Deren Temperaturniveau wird weitgehend von dem der anliegenden Wände 90, 91 bestimmt, welche einerseits von der außen vorbei­ streichenden Luft (Fahrtwind) und andererseits von dem von der Brennstoffzelle aufgeheizten Wärme­ träger im Kanalsystem 102 bestimmt werden. Diese Thermobrücken sind durch die in vielfachen Reihen 103-111 und vielfachen Folgen b' bis o' gesetzten Löt- oder Schweißpunkte vielfach ausgebildet und in "Parallelschaltung" gruppiert.

Um die angestrebte Thermospannung an den Lötstellen nicht durch einen Kurzschluß durch die benach­ barten aneinander anliegenden unterschiedlichen Metalle zu vernichten, sind verschiedene nicht darge­ stellte Vorkehrungen vorgesehen: a) zwischen den Leitern 96, 99 und 97 ist eine isolierende derartige Trennschicht angebracht, daß sie beim Lötpunktsetzen (nur) im "Elementebereich" durch den thermi­ schen Einfluß verschwindet; b) an die gewellte flächenhafte Brücke 97 sind vorstehende Noppen einge­ prägt, auf die die Lötpunkte 96, 98 gesetzt werden, sodaß sich die Nachbarpartien nicht berühren; c) der Löt- oder Schweißprozeß wird thermisch derartig gestaltet und reguliert, daß Wärmespannungen um den Lötpunkt eine bleibende noppenhafte Deformation bewirken und einen stromleitenden Kontakt der Nachbarpartien verhindern.

Damit wird zwar die relativ kleine Strom-Leistungsfähigkeit eines Thermoelementes entsprechend ver­ vielfacht, gleiches bedarf es aber für den vorliegenden Einsatzfall bezüglich der Spannung. Dazu ist das große Flächenelement in Gruppen paralleler Thermolemente unterteilt, die zur Spannungssteigerung hintereinander geschaltet sind. An Hand vorliegender Darstellung wird dies beispielsweise durch folgende Lötpunktgruppierungen, die jeweils eine parallel geschaltete Thermoelementegruppe bilden, bewirkt in einer ersten 125, zweiten 126, dritten 127, vierten 128, Gruppe gebildet aus Lötpunkten der Reihen 103 bis 106 107 bis 110 103 bis 106 107 bis 110 in den Folgen b bis g b bis g j bis n j bis n wobei die plattenhaften Leiter 95, 99 zweckentsprechende Unterbrechungen 116 bis 124 aufweisen. Die elektrischen Verbindungen dieser Gruppen untereinander, zur Hintereinanderschaltung dieser Parallel­ gruppen unter Berücksichtigung der Erfordernis eines Polaritätswechsels erfolgt durch die von einer Gruppe zur anderen weiterführenden Partie 97a der gewellten Brücke 97. Zur Fortsetzung der Hinter­ einanderschaltung der Parallelgruppen 125, 126 zu 127, 128 von einer Thermoelementenreihe b' bis g' zur benachbarten i' bis n' könnten übliche Leiterbücken, z. B. in Form eingelöteter Drahtbrücken Ein­ satz finden. Eine für die Herstellung günstigere Ausführungsweise besteht darin - besonders in Anbe­ tracht dessen, daß die Trennungen der Leiterplatten ohnehin mit neuzeitlichen wirtschaftlichen Laser­ trennverfahren erfolgt - die gewellten die Thermobrücken bildenden Blechstreifen 129 dafür auszu­ bilden und zu nutzen. Hierfür weisen die Parallelgruppen 125, 126 zu den benachbarten 127, 128 und ebenso die Brückentrennlinie 129 einen Versatz um einen Reihenabstand 110-111 auf, wobei die Tennlinie 123 der anderen Reihenebene b' bis n' nur bis zur Querreihe 110 sich erstreckt, sodaß das Ende der Parallelgruppe 126 mit dem Anfang der anzuschließenden Parallelgruppe 127 der anderen Reihe verbunden ist. Das Anbringen der zueinander versetzten Trennungen an bzw. in den Leitern an eine bevorzugt als Halbfabrikat vorbereitete "Thermoelementeplatte" aus ihren Komponenten 96 bis 100 ist nach dem Stande moderner Lasertechnik, mit der die Wirktiefen präzise beherrschbar sind, leicht zu bewerkstelligen, wobei dennoch verteilhafterweise die äußeren Leiterplatten 96 und 99 von verschie­ denen Seiten und dazwischenliegende Trennpartien 125 durch fokussierte Laserstrahlen bearbeitet werden.

Zur Vermeidung eines schädlichen Wärmeflusses von der Basis höheren Temperaturpotentials zu dem des niedrigeren über die Brücken 97a. . . sind diese wellenförmigen Brücken (97) mit Schlitzen (125) in einer derartigen Anordnungsweise versehen, daß der Querschnitt zwischen den Löt- oder Schweiß­ punktreihen (103 bis 117) und somit der Wärmefluß zwischen den Leiterplatten (95, 96) vermindert wird.

Zur praktischen Herstellung solchartiger Unterbrechungen und Gruppierungen werden zwei rationelle Verfahren vorgeschlagen:

• a) Der Aufbau der die Thermoelemente bildenden Leiter 95, 96 und 97 besteht aus sich in ihrer Breite über die Strecken a bis g und i bis n erstreckenden Blechstreifen, wobei vorzugsweise die Unterbrech­ ungen 117 bis 121 nach Aufbau dieser Komponenten zu einem Halbfabrikat, die Füllstoffe in den Zwischenräumen 100 einbezogen, mittels eines mechanischen- oder Lasertrennverfahrens hergestellt werden;
• b) Die Thermoelemente bildenden Komponenten, die Leiter 95, 96 und 97 einschließlich die Zwischen­ füllungen 100 sind großflächig weitgehend über die gesamte Einrichtung erstreckend als ein Halbfabri­ kat ausgebildet. Danach erfolgt mittels eines mechanischen- oder Lasertrennverfahrens die Herstellung aller Trennstrecken 117 bis 121. Hierbei bieten sich wiederum zwei weitere Verfahrensweisen
  • - eine Trennung, vorzugsweise mittels Lasertrennverfahren, der großflächigen Tafel in streifenförmige Partien,
  • - eine Trennung, vorzugsweise mittels Lasertrennverfahren nur der metallenen Leiterbahnen der groß­ flächigen Tafel in streifenförmige Felder, wobei das Füllmaterial 100 aus einer weitgehend licht­ durchlässigen Substanz besteht, so, daß die großflächige Struktur der Tafel erhalten bleibt, was für die weitere Verabeitung von fertigungstechnischem Vorteil ist.

In allen Fällen werden dann diese Thermoelementeplatten mit den Wänden 90, 91 verbunden, wobei die Klebe- bzw. Verbindungsschichten vorteihafterweise auch als elektrische Isolatoren 93, 94 fungieren.

Die Reihenschaltung bzw. die Verbindungen paralleler Thermoelementegruppen nebeneinander liegen­ der Felder b bis g und i bis n sind vorzugsweise an den Rändern der Platten und in der gleichen Art ausgeführt wie der bereits beschriebene Verbund der inneren Felder, in dem z. B. eine Verbindungs­ brücke 97a über die nebeneinanderliegenden Felder wechselt. Das Aufbringen von kanalbildendem Isoliermaterial 101 an Mittelwand 91 und sein anschließender Verbund mit Innenwand 92 mit ihrer Isolierschicht 103 beschließen eine vorteilhafte Herstellungsweise.

Vorstehende Vielfach-Thermoelementeausführung ist besonders großflächigen KFZ-Partien wie Boden­ gruppen, insbesondere aber LKW-Kastenaufbauten zugedacht.

zu Fig. 6

Pos. 130 verkörpert einen Brennstoffzellen-Stapel im Schnitt, in dem Rippengebilde 131 Kanäle 132 für die Kühlflüssigkeit bilden, der von einem auf der Austrittseite anschließenden Sammelkanal 133 für das aufgeheizte Wärmeträgermedium und einen auf der Zuflußseite anschließenden Sammelkanal 134 für das abgekühlte Wärmeträgermedium umgeben ist. Diese Kanäle werden auf der BZ-abgewandten Seite durch wärmeleitfähige Wandungen 135 und 136 begrenzt. Daran anschließend befindet sich eine Formation von vielfach angeordneten Thermoelementen, bestehend aus den Bauelementen 137 bis 148 wie zu vorstehender Figur schon mehrfach beschrieben. Die anschließenden Kanalwandungen 149 und 150 bestimmen das den Seebeckeffekt bewirkende Temperaturgefälle an den Lötstellen der unter­ schiedlichen Metalle der Thermobrücken. Hierzu sind jenseits der Termobrücke konträr zu den an der BZ anliegenden "wärmeren" Kanal 133 ein Kanal 151 für das "kältere" Wärmeträgermedium, und konträr zu dem "kälteren" Kanal 134 ein Kanal 152 für das "wärmere" Wärmeträgermedium ange­ ordnet. Diese, bezüglich ihres Temperaturpotentials "konträren" Kanäle 151, 152 werden auf der anderen Seite durch die Wandungen 153 und 154 gebildet. Eine Zuführung bzw. Zirkulation ermöglichen die Kanalverbindungsleitungen 156, 157 und 158. Um das Ganze ist eine Wärmeisolierung 155 angebracht.

Zur Wärmeabführung aus der BZ und Schaffung der obligatorischen Temperaturdifferenz zur Erwirk­ ung des Seebeckeffektes an den Lötstellen der Thermobrücken sind die beiden Kanalsysteme über Lei­ tungen 159, 160 und einer dazwischen angeordneten Pumpe 161 mit einem Kühler 162 verbunden. Dieser ist vorteilhafterweise mit weiteren Thermoelementen bestückt, bevorzugt nach der unter Fig. 2 und Fig. 7 beschriebenen Anordnungsweise.

zu. Fig. 7

Die im wesentlichen aus Fig. 2 übernommene Thermoelemente-Kühlzelle, bestehend aus einem inneren Rohr 170, einem äußeren Rohr 171 und einer dazwischen angeordneten Thermoelementeformation 172, ist von Wärmetauscherrohren 173 bis 178 gleichen Sechseckprofils umgeben. Zwecks eines intensiven Wärmeaustausches sind die benachbarten äußeren Rohre abwechselnd mit dem zu kühlenden Medium und einem Kühlmedium durchflutet. Beispielsweise führen die Rohre 176, 177, 178 das zu kühlende Medium und die Rohre 173, 174, 175 das Kühlmedium. Letzteres wird meist Luft sein. Die Rohre für das zu kühlende, meist flüssige Medium, sind in zwei Rohrhälften 176a /176b, 177a/177b, 178a/ 178b geteilt und mit einer Kanalführung derart versehen, daß der Kühlmittelstrom sie nacheinander durchströmt. Das innere Rohr 170 dieser Gruppierung wird direkt von dem zu kühlenden Medium - zu mindest einen Teil davon - durchströmt. Die Thermoelementeformationen 172 sind - der Effizienz des Thermoelemente-Effektes wegen - jeweils nur an den Seiten der kühleren Rohre 173, 175, 176 positi­ oniert.

Eingebunden in das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6, eingesetzt als Pos 162, bewirkt diese Kühlerausführung und -Einsatzweise außer dem nützliches Temperaturgefälle für die um die Brennstofzelle umfangreich positionierten Thermoelemente zusätzlich noch eine weitere Strom­ ausbeute.

Eine weitere, in vorstehenden Ausführungsbeispielen darstellungsmäßig nicht erfasste Ausgestaltung besteht in der Anordnung microprozessorgesteuerter Einrichtungen zum Bestimmen und Schalten der jeweils auf die momentanen Temperaturverhältnisse abgestimmten, optimalen Thermoelemente-Grup­ pierungen. Hierfür sind Thermoelemente in Felder, vorzugsweise nach Kriterien, die ihre thermische Beaufschlagung betreffen und berücksichtigen, sowie eine Schaltungsvielfalt erlauben, zusammenge­ fasst und mit zweckentsprechenden elektrischen/elektronischen Elementen versehen. Hierbei sind alternativ oder zusammenspielend solchen Thermoelemente-Feldern

• - Microschalter gesteuert von externen Steuereinrichtungen,
• - Temperatursensoren zur Istwertmeldung an externe Steuereinrichtungen,
• - kombinierte Bauteile aus Microschalter und Temperatursensor,
• - kombinierte Bauelemente aus Microschalter, Temperatursensor und Microprozessor

angeordnet. Bei Inanspruchnahme einer externen microprozessorgesteuerten Regeleinrichtung ist zur Steuerung solcher Microschaltelemente sowie zur Übertragung von Temperaturmesswerten, als auch zur Kummunikation der Bauelemente untereinander ein Bussystem angeordnet bzw. in dieses Steuersystem einbezogen.

Der Wirkungsgrad solcher stromerzeugenden Zellen ist (bei herkömmlichen Ausführungen) gering, doch haben bereits metallurgische Fortschritte - insbesondere auf dem Gebiet der Halbleitertechnik - ihre Effizienz (gegenüber früheren Lehrbuchangaben) gesteigert und es ist zu erwarten, daß die auf dem Materialforschungs-Sektor noch in Fluß befindlichen intensiven Aktivitäten sicherlich noch diesbezüg­ liche Verbesserungen liefern werden. Zudem diese erfindungsgemäßen Einrichtungen in KFZ-Kompo­ nenten integriert bzw. an Stelle herkömmlicher Komponenten eingesetzt werden können, überwiegt der gewinnbare Nutzeffekt gegenüber dem konstruktiven Mehraufwand. In Anbetracht der vorliegenden positiven Zukunftsperspektiven der Brennstoffzelle als KFZ-Antrieb, liefert der Erfindungsgegenstand einen Beitrag zur effizienteren Nutzung und Schonung der Energieressourcen und steigert die Wirt­ schaftlichkeit solcher Antriebskonzeptionen.

Claims (35)

1. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen, bestehend aus einem KFZ mit Elektroantrieb und einer bordeigenen Brennstoffzelle zum Erzeugen von Strom für den Fahrwerksantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß
das KFZ eine Vielzahl eines nach dem Seebeckeffekt stromerzeugenden Thermoelementes aufweist,
das durch die Abwärme der Brennstoffzelle (39) bestimmte Temperaturpotentials eines Wärmeüber­ trägers einer Temperaturbasis (53, 54, 55) der thermoelementbildenden Thermobrücke (59, 87, 60, 88, 61) zugeführt und die andere Temperaturbasis der Thermobrücke einem niedrigeren, bevorzugt durch den Fahrtwind bestimmten Tremperaturpotentials ausgesetzt wird,
der durch thermoelektrische Umwandlung erzeugte Strom dem Fahrwerksantrieb (46) oder einem Bordnetz zugeführt wird,
mehrere Thermoelemente (59/87/60/88/61 bis . . ./67 der Reihen a bis n; 95/98/97/9/96 der Reihen 103 bis 111 und a' bis o') zu einer oder mehreren Baueinheit(en) (51) zusammengefasst sind,
diese Baueinheiten als (ein) tragende(s) Element(e), bevorzugt als eine Partie der Außenhaut eines KFZ ausgebildet oder in einer solchen untergebracht oder in ein KFZ-Aggregat integriert ist/sind.

2. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die eine Vielzahl von Thermoelementen umfassende Baueinheit einen sandwichhaften Aufbau aufweist und aus folgenden Elementen besteht:

• - einer nach außen, bzw. der kühleren Einsatzseite zugeordneten Wand (1) aus einem wärmeleitenden Material, bevorzugt Metall,
• - einer daran anschließenden elektrisch isolierenden, aber wärmeleitenden Schicht (2)
• - eine dazwischen angeordnete Formation vielfacher Thermoelemente, eingebettet in ein Isoliermaterial (14, 37, 100) das so geartet ist, daß es auch mechanischen Beanspruchungen einer Verbundkonstruk­ tion gerecht wird,
• - eine daran ansschließende elektrisch isolierende, aber wärmeleitende Schicht (8),
• - eine metallene Mittelwand (9),
• - eine daran anschließende Isolier- und Distanz-Schicht (10), die so gestaltet ist, daß sie Kanäle und Füllräume (12, 102) für ein flüssiges Wärmeträgermedium bildet,
• - einer daran anschließenden, dem Fahrzeuginneren zugeneigte Innenwand (11) mit einer Wärmeiso­ lierschicht (13),

wobei die vielfach angeordneten Thermoelemente aus zwei verschiedenen, dem Seebeckeffekt unterliegenden Metallen bestehen, in dem aus dem einen Material bestehend je ein streifenförmiger Leiter (3, 7; 59, 61; 62, 64; 65, 67)) an den beiden temperaturunterschiedlichen Wärmebasen (2, 1; 8, 9; 53, 56; 54, 57; 55, 58) anliegend angeordnet ist, diese mittels Löt- oder Schweißpunkte (4, 6; 87, 88) durch einen brückenhaften Leiter (5, 60,63, 66) aus dem anderen Material, bevorzugt in Drahtform, miteinander verbunden sind, wobei diese Thermobrücke (3/4/5/6/67, 29/30/31/32/33, 59/60/87/88/61) auf den Leitern (3/7, 29/32, 59/61) vielfach und diese Leiter-Brückenformation in der Baueinheit wiederum mehrfach angeordnet ist.

3. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die eine Vielzahl von Thermoelementen umfassende Baueinheit einen sandwichhaften Aufbau aufweist und aus folgenden Elementen besteht:

• - einer nach außen, bzw. der kühleren Einsatzseite zugeordneten Wand (90) aus einem wärmeleitenden Material, bevorzugt Metall,
• - einer daran anschließenden elektrisch isolierenden, aber wärmeleitenden Schicht (93)
• - eine dazwischen angeordnete Formation vielfacher Thermoelemente eingebettet in ein Isoliermaterial (14, 37, 100) das so geartet ist, daß es auch mechanischen Beanspruchungen einer Verbundkonstruk­ tion gerecht wird,
• - eine daran anschließende elektrisch isolierende, aber wärmeleitende Schicht (94),
• - eine metallene Mittelwand (91),
• - eine daran anschließende Isolier- und Distanz-Schicht (101) die so gestaltet ist, daß sie Kanäle und Füllräume (102) für ein flüssiges Wärmeträgermedium bildet,
• - einer daran anschließenden, dem Fahrzeuginneren zugeneigte Innenwand (92) mit einer Wärmeiso­ lierschicht (103)

und die vielfach angeordneten Thermolemente aus Leiter aus zwei verschiedenen, dem Seebeckeffekt unterliegenden Metallen bestehen,
wovon aus dem einen Material bestehend zwei großflächige Leiterplatten (95, 96) an den temperatur­ unterschiedlichen Wärmebasen (93/90, 98, 91) anliegend angeordnet und mittels vielfach nebeneinander (a bus n) und in mehreren Reihen (103 bis 110) gesetzten Löt- oder Schweißpunkten (98, 99) über ein wellenförmig geformtes Blech (97) des anderen Materials miteinander verbunden sind, wobei zwischen diesen aneinander anliegenden Leitern (96/96, 97 neben den Lötpunkten eine Isolierschicht angebracht ist.

4. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
vielfach angeordnete Thermoelemete in einer doppelwandig ausgebildeten Rohrformation (20, 21) eines KFZ-Kühlers angeordnet sind,
wobei diese vorzugsweise sechseckig ausgebildet ist und das innere Rohr (20) von einem von der BZ- Abwärme aufgeheizten Wärmeträger beaufschlagt wird, von mehreren Rohren (22 bis 27) vorzugs­ weise gleichen Profils wärmeübertragend umschlossen wird, welche von einem kühleren Medium, vorzugsweise Luft (Fahrtwind) durchströmt werden, und solche thermoelementebeinhaltenden Rohr­ formationen im KFZ-Kühler mehrfach angeordnet sind.

5. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhaut (1, 90) der Einrichtung eine hohlrippenartige Profilierung (15) aufweist, die bevorzugt parallel zur Fahrtrichtung verläuft.

6. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß das zur elektrischen- und Wärme-Isolation, sowie zum Verbundaufbau dienende Füllmaterial (14, 100) von weitgehend lichtdurchlässiger Konsistenz ist, die einen Laserstrahl nicht absorbiert.

7. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht zwischen den Leitern (95, 99-97) nach einer der nachstehenden Art und Weise ausgeführt ist:

• - zwischen den Leitern 96, 99 und 97 ist eine isolierende Trennschicht in Form einer Beschichtung oder einer Folie angebracht, von einer Materialkonsistenz derart, daß sie beim Lötpunktsetzen (nur) im "Elementebereich" durch den thermischen Einfluß sich auflöst;
• - an die gewellte flächenhafte Brücke 97 sind vorstehende Noppen eingeprägt, auf die die Lötpunkte 96, 98 gesetzt werden, so, daß sich die Nachbarpartien nicht berühren;
• - der Löt- oder Schweißprozeß thermisch derartig gestaltet und reguliert wird, daß Wärmespannungen um den Lötpunkt eine bleibende noppenhafte Deformation bewirken so, daß und ein stromleitender Kontakt der Nachbarpartien nicht vorliegt.

8. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die wellenförmigen Brücken (97) Schlitze (125) in einer derartigen Anordnungsweise aufweisen, daß der Querschnitt zwischen den Löt- oder Schweißpunktereihen (103 bis 117) und somit der Wärmeaus­ tausch zwischen den Leiterplatten (95, 96) vermindert wird.

9. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente der aus einer oder mehreren Baueinheiten bestehenden Einrichtung in parallel wirkende Gruppen angeordnet sind.

10. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 und 9 dadurch gekennzeichnet, daß
Gruppen parallel angeordneter Thermoelemente hintereinander geschaltet
mehrere hintereinander geschaltete Gruppen parallel wirkender Thermoelemente abermals parallel oder hintereinander
geschaltet sind.

11. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 9, 10 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß Gruppen von Thermoelementen in der Weise gebildet werden, in dem die streifenförmigen Leiter (3, 7, 59, 61, 62, 64, 65, 57) Unterbrechungen (89) und die Leiterplatten (95, 96) sowie die wellenförmige flächenhafte Brücke (97) Trennungen (117 bis 124) in einer Weise aufweisen, so, daß Gruppen paralellgeschalteter Thermoelemente (59a/60a/61a, 59b/60b/61b, 59c/60c/61c, 59d/60d/61d) und 103b/97b/104b/97b/105b, 103c/97c/104c/97c/105c, 103d/97d/104d/97d/105d, 103e/97e/104e/97e/105e, 103f/97f/104f/97f/105f, 103g/97g/104g/97g/105g) entstehen.

12. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 und beliebiger weiterer Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnunterbrechungen und Leiterplattentrennungen mittels eines Laserstrahles hergestellt werden.

13. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 2, 3, 9 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß
bei durch Unterbrechungen (116, 117, 118, 119) geschaffene Gruppen von Thermoelementen (der Reihen 103 bis 105 und b bis g) aus Leiterplatten (93, 94) und gewelltem Blech als Brücken (97) die Verbindungen solcher Parallelgruppen durch weiterführende Stege (97a) zur nächsten Gruppe, 01J
bei durch Unterbrechungen (118, 119, 120, 121 und 122) geschaffene Gruppen von Thermoelementen (der Reihen 103 bis 105 und b bis g) aus Leiterplatten (93, 94) und gewelltem Blech als Brücken (97) die Verbindungen solcher Parallelgruppen zu Gruppen in nebenan angeordneter Thermoelementereihen (i bis n) durch da hineinführende Stege (97b) des wellenförmigen Brückenmaterials (97) besteht.

14. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 9, 10 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen parallel wirkender Thermoelemente in einer festen stromleitenden Verbindung zueinander stehen.

15. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 2, 3, 9 und 11 dadurch gekennzeichnet, daß bei Wärmeübertragersystemen (53, 54, 55, 56, 57, 58,) mit untereinander unterschiedlichen Temperatur­ differenzen die Gruppierung parallel geschalteter Thermopaare in der Weise ausgeführt ist, daß Thermoelemente weitgehend gleicher Temperaturpotentiale zu Gruppen zusammengefasst sind.

16. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 2, 3, 9 und 11 dadurch gekennzeichnet, daß bei an mehreren Wärme-Leit- und -Übertragersystemem (53, 54, 55, 56, 57, 58,) mit unterschiedlichen Temperaturdifferenzen die Gruppierung parallel geschalteter Thermopaare in der Weise ausgeführt ist, daß mehrere Thermoelemente (59a/60a/61a, 59b/60b/61b, 59c/60c/61c/62c, 59d/60d/61d/62d) benachbarter Temperaturebenen (a, b, usw.) mit möglichst gleichen Temperaturpotentialen zusammen­ gefasst sind.

17. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 9, 10 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß den Grupen von Thermoelementen (innerhalb der Baueinheiten) elektronische, zweckentsprechende Schaltelemente zugeordnet und so mit ihnen verdrahtet sind, daß beliebige Gruppenschaltungen geschal­ tet werden können.

18. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 17 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß
die integrierten elektronischen Schaltelemente auch Funktionen eines Temperatursensors aufweisen,
über ein Bussystem steuerbar und kommunikationsfähig ausgebildet sind,
mit einer zugeordneten Steuereinrichtung in Verbindung stehen.

19. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 17 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten elektronischen Schaltelemente dermaßen geartet sind, daß sie von externer Warte belie­ bige geschaltet, und somit durch sie beliebige Gruppenschaltungen bleibend (gespeichert) hergestellt werden können.

20. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 17 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten elektronischen Schaltelemente dermaßen geartet sind, daß sie von einer zugeordneten Steuer- und Regeleinrichtung beliebig geschaltet, und somit durch sie beliebige Gruppenschaltungen hergestellt werden können.

21. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 bis 8 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (1 bis 15, 51) aus vielfach angeordneten Thermoelementen als eine tragende Partie des KFZ-Bodens (Chassis) ausgebildet sind.

22. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 bis 8 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (1 bis 15, 51) aus vielfach angeordneten Thermoelementen in einem Kotflügel unterge­ bracht ist, bzw. diese als ein solcher ausgebildet ist.

23. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 bis 8 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (1 bis 15, 51) aus vielfach angeordneten Thermoelementen in der Motorhaube unterge­ bracht ist, bzw. diese als eine solche ausgebildet ist.

24. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 bis 8 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (1 bis 15, 51) aus vielfach angeordneten Thermoelementen im KFZ-Dach untergebracht ist, bzw. dieses als eine solche ausgebildet ist.

25. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 bis 8 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (1 bis 15, 51) aus vielfach angeordneten Thermoelementen eine Wandpartie eines LKW-Kastenaufbaues bildet.

26. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 bis 8 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (1 bis 15, 51) aus vielfach angeordneten Thermoelementen als eine Ummantelung der Brennstoffzelle (39, 130) ausgebildet ist.

27. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 und 26 dadurch gekennzeichnet, daß die BZ-umhüllende Baueinheit sich weitgehend über ihren gesamten Umfang und ihre Bauhöhe erstreckt und aus nachstehenden Bauelementen besteht bzw. nachstehende konstruktive Merkmale aufweist:

• - einen an die BZ anschließenden Kanal (133) für einen, von der BZ-Abwärme aufgeheizten Wärmeträger, wobei vorzugsweise Abwärme-Kühlkanäle ((132) der BZ darin übergehen,
• - einen an die BZ anschließenden Kanal (134) für einen, die BZ-Abwärme aufzunehmenden Wärme­ träger bzw. Kühlmittel, wobei vorzugsweise die zuführenden Kühlkanäle (132) der BZ darin übergehen,
• - eine diesen Kanal (133, 134) begrenzende Wandung (135, 136) aus wärmeleitfähigem Material,
• - an diese Wandungen (135, 136) anliegende Thermoelementegruppen (139 bis 149, 140 bis 144),
• - eine an die Thermoelementegruppen anliegende Wandung (151, 152),
• - eine den Zwischenraum ausfüllende Isolierschicht (147, 148)
• - anschließende distanzhaltende und kanalbildende Elemente (163) mit Wärmeisolereigenschaften
• - eine äußere Wandung (153, 154) mit einer
• - äußeren Isolierung (164)
• - Zirkulations- und Verbindungskanäle (156, 157, 158) bevorzugt zwischen den Endpartien der Wärme­ träger-Strömungskanäle (134, 149; 133, 150) gleichen Temperaturpotentials,
• - Anordnung der Wärmeträger-Strömungskanäle (134, 149; 133, 150) derart, daß immer jenseits der an die Thermoelemente anschließenden Wandung (151, 152) Wärmeträger-Strömungskanäle (133, 149; 134, 150) konträrer Temperaturpotentiale angeordnet sind.

28. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 4, und 27 dadurch gekennzeichnet, daß die zu- und abführenden Kanäle (133, 134) mit einem Kühler (162) über eine Pumpe (161) in Verbin­ dung stehen.

29. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 4 und 27 dadurch gekennzeichnet, daß
der Kühler (62) eine Struktur und Ausführungsmerkmale nach Anspruch 3 aufweist, wobei die Wärmebeaufschlagung derart ist, daß
die doppelwandige, mit Themoelementen bestückte zentrale Rohrformation (20, 21; 170, 171) im Inneren von einem Teil des wärmeren zufließenden Wärmeträgermediums aus dem zufließenden Strang (159) durchströmt wird,
die diese zentrale Rohrformation (20,27; 170,171) umgebenden, einander anliegenden Rohre (22 bis 27; 173 bis 178) abwechselnd von dem zu kühlenden Wärmeträgerstrom, z. B. Rohr 173, 174, 175, und die dazwischen liegenden Rohre, z. B. 176, 177, 178 von einem Kühlmedium, bevorzugt Kühlluft, durch­ strömt werden,
die das zu kühlende Medium führenden Rohre (176, 177, 178) längsgeteilt ausgeführt und die halben Rohrpartien (176a, 176b, 177a, 177b, 178a, 178b) hintereinander geschaltet sind,
die Thermoelementeformationen (172) nur an Partien benachbarter Rohre (173, 174, 175) mit den kühleren Wärmeträger angeordnet sind, bzw. die gesamte Kühlelemente-An- und Zuordnung diesbezüglich zweckentsprechend gestaltet ist.

30. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 2, 3 und beliebig weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß
ihre thermoelementebildenden Bauelemente
die beiden Temperatur- und Leiterbasen (2, 8; 28, 33; 95, 96; 38, 46),
die Brücke (5, 31, 97, 142),
das Isolier- und Füllmaterial (14, 37, 100, 148) und
nicht ausschließlich die elektrisch isolierende Schicht (2, 8; 28, 34; 93, 94)
zu einem transport- und lagerfähigen Halbfabrikat vorgefertigt sind.

31. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 2, 3 und 29 dadurch gekennzeichnet, daß das Halbfabrikat in Streifenform ausgebildet ist, in seiner Breite sich jeweils über eine Thermo­ elementegruppierung (der Reihen b bis g, j bis n) erstreckt.

32. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 2, 3 und 30 dadurch gekennzeichnet, daß dieses Halbfabrikat großflächig ausgebildet ist, von dem für die Weiterverarbeitung bedarfsgerechte Partien abgeschnitten werden.

33. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 bis 3 und 9 dadurch gekennzeichnet, daß bei der Weiterverarbeitung und Komplettierung des Halbfabrikates zu einem sandwichhaften Verbund eine Klebeschicht mit wärmeleitenden, aber stromisolierenden Eigenschaften zum Einsatz kommt, so daß sie als Isolierschicht (2, 8, 28, 34, 94, 94) fungiert.

34. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß
in dem ihr eigenen Betriebs(38) und Leitungssystem (42, 47) zum Abführen der überschüssigen Prozesswärme aus der Brennstoffzelle (39) ein Wärmespeicher oder ein als ein solcher zu betreibender Wärmetauscher (48) angeordnet ist,
wobei dieser, die Leitungsführung (50) und die Hilfseinrichtungen (42) der Brennstoffzelle so ausge­ führt sind, daß für den Betriebsfall eines spontanen Wärmebedarfes durch den Reformer (40) Wärme zur Verfügung steht und diesem zugeführt werden kann.

35. Einrichtung zur Nutzung überschüssiger Wärme von KFZ-Brennstoffzellen nach Anspruch 1, 17 und beliebiger weiterer vorstehender Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Steuer- und Regeleinrichtung beinhaltet oder eine solche ihr zugeordnet ist, die mindestens zwei nachstehender Funktionseigenschaften oder Ausführungsmerkmale aufweist:
über ein Bussysten, vorzugsweise über den Leistungspfad moduliert die Messwerte und Schaltkom­ mandos an die elektronischen Schaltelemente der Thermoelemente-Baueinheit zu transferieren,
nach einem vorbestimmten Algorythmus aufbauend auf Istwertmeldungen der Temperaturkonstel­ lationen der Thermoelemente-Lötstellen - zumindest von Gruppen von Thermoelementen - leistungsef­ fiziente, optimale Schaltungen von Thermoelementegruppenkombinationen errechnet und schaltet,
bei abnormalen Temperaturkonstellationen an den Lötstellen der Thermoelemente - zumindest an Thermoelementegruppen -, wie z. B. bei durch intensive Sonnenbestrahlung verursachte abnormale oder gar umgekehrte Temperaturkonstellationen an den Lötstellenpartien der Thermoelemente sollche zu erkennen,
folglich die betroffenen Thermoelementepartien oder -Gruppen außer Betrieb zu setzen, oder bei umgekehrtem Stromfluß infolge umgekehrter Temperaturpotentiale an den Thermoelementen die betreffenden Gruppenverbindungen umzupolen,
das Prozessmanagement der Brennstoffzelle (39, 130) (mit) übernimmt,
wobei insbesonder eine verfahrensgerechte Steuerung des Wärmeflusses aus der Brennstoffzelle (39), sowie zum Reformer (40) sowohl für endotherme als auch exotherme Reformierungsaktionen geregelt wird,
ihre elektronischen Bauelemente in eine andere bordeigene Regel- und Steuereinrichtungen wie z. B. Motor- und Antriebs-Management-, Antiblockier,- oder elektronische Stabilisierung-Systeme integriert sind,
oder ihre Funktionen von solchen anderen Systemen mit bewirkt werden,
oder daß sie so ausgestattet ist, daß die Funktionen der anderen Systeme mit bewirkt.