DE102004027001A1 - heat exchangers - Google Patents
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Abstract
Ein Wärmetauscher umfasst eine Vielzahl laminierter oder geschichteter Rohre (131), durch welche ein Kühlmittel aus einer Brennstoffzelle (10) strömt; Rippen (132) sind zwischen den Rohren und an den äußersten Seiten in Laminierungsrichtung der Rohre angeordnet, Kernplatten (134) an den Längsteilen der Rohre verbunden und Tankelemente (110, 120) an den Kernplatten unter Bildung von Tankräumen befestigt. Die Rohre sind aus einem ersten Isoliermaterial gemacht, und die Rippen und die Kernplatten sind an die Rohre gebunden oder mit diesen verbunden, und zwar unter Verwendung metallischer Teile, die getrennt voneiander auf Flächen der Rohre vorgesehen sind. Zusätzlich ist eine Überzugsteil (150) mit einem zweiten Isoliermaterial auf Flächen der Kernplatten wenigstens an einer freiliegenden Stelle der Kernplatten und an Stellen um Lötbereiche der Kernplatten, die mit den Rohren verbunden werden sollen, vorgesehen. Somit kann der Wärmeaustauscher gegen die Brennstoffzelle ohne Verwendung einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit isoliert werden.A heat exchanger comprises a plurality of laminated or laminated tubes (131) through which a refrigerant flows from a fuel cell (10); Ribs (132) are disposed between the tubes and on the outermost sides in the laminating direction of the tubes, core plates (134) connected to the longitudinal parts of the tubes, and tank members (110, 120) fixed to the core plates to form tank spaces. The tubes are made of a first insulating material, and the ribs and the core plates are bonded to or bonded to the tubes using metallic parts provided separately on surfaces of the tubes. In addition, a coating member (150) having a second insulating material is provided on surfaces of the core plates at least at an exposed position of the core plates and at locations around soldering portions of the core plates to be connected to the tubes. Thus, the heat exchanger can be isolated from the fuel cell without using an electrically insulating liquid.
Description
GEBIET DER ERFINDUNGAREA OF INVENTION
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher zum Kühlen einer Brennstoffzelle für ein brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug. Im Wärmeaustauscher kann Kühlwasser als Kühlmittel Verwendung finden.The The invention relates to a heat exchanger for cooling a fuel cell for a fuel cell powered vehicle. In the heat exchanger can cooling water as a coolant Find use.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION
In einem Kühlsystem einer Brennstoffzelle, beschrieben in der JP-A-2002-33108 (entsprechend der US-Patentanmeldungsveröffentlichung 2002/31693), ist ein Radiator (Wärmeaustauscher) in einem Kühlmittelzirkulationskanal vorgesehen, durch welchen ein Kühlmittel in der Brennstoffzelle zirkuliert wird. Als Kühlmittel wird weiterhin ein elektrisches flüssiges Isoliermaterial verwendet. Das elektrische flüssige Isoliermaterial ist beispielsweise fluor-inert (Hersteller Sumitomo 3M) aus einer Fluorid-inerten-Flüssigkeit, oder es handelt sich um ein isolierendes Öl. Weiterhin wird ein isolierendes Material zwischen die Brennstoffzelle und dem Kühlmittelzirkulationskanal zwischengeschaltet oder der Kühlmittelzirkulationskanal wird aus einem Isoliermaterial geformt, so dass der Radiator elektrisch von der Brennstoffzelle isoliert wird.In a cooling system a fuel cell described in JP-A-2002-33108 (corresponding to US Patent Application Publication 2002/31693), is a radiator (heat exchanger) in a coolant circulation channel provided, through which a coolant is circulated in the fuel cell. As a coolant is still a electric liquid Insulating material used. The electrical liquid insulating material is, for example fluorine-inert (manufactured by Sumitomo 3M) from a fluoride-inert liquid, or it is an insulating oil. Furthermore, an insulating Material interposed between the fuel cell and the coolant circulation channel or the coolant circulation channel is formed of an insulating material, so that the radiator is electrically is isolated from the fuel cell.
Die elektrische Isolierflüssigkeit, wie beispielsweise das fluor-inerte Mittel, verfügt über eine niedrige elektrische Leitfähigkeit, verglichen mit einem allgemeine Kühlmittel wie Wasser oder Ethylenglykol. Es ist daher schwierig, ausreichend die Kühlleistung im Radiator zu verbessern. Weiterhin werden die Herstellungskosten des Kühlsystems der Brennstoffzelle verbessert, da die elektrisch isolierende Flüssigkeit wie das fluor-inerte Mittel teuer ist, verglichen mit einem allgemeinen Kühlmittel.The electrical insulating fluid, such as the fluoro-inert agent, has a low electrical Conductivity, compared to a general coolant such as water or ethylene glycol. It is therefore difficult to sufficiently improve the cooling performance in the radiator. Furthermore, the manufacturing cost of the cooling system of the fuel cell improved because the electrically insulating liquid like the fluorine-inert Medium is expensive compared to a general coolant.
Jede Komponente des Radiators kann aus einem Isoliermaterial geformte sein, um Isolierleistung im Radiator, während das allgemeine Kühlmittel verwendet wird, zur Verfügung zu stellen. In diesem Fall jedoch wird die Wärmeleitfähigkeit des Radiators erheblich verschlechtert; es ist schwierig, eine notwendige Kühlkapazität im Radiator zu erhalten.each Component of the radiator can be molded from an insulating material be to insulating performance in the radiator, while the general coolant used will be available to deliver. In this case, however, the thermal conductivity of the radiator becomes considerable deteriorated; It is difficult to have a necessary cooling capacity in the radiator to obtain.
ZUSAMMENFASSENDE DARSTELLUNG DER ERFINDUNGSUMMARY PRESENTATION OF THE INVENTION
Im Hinblick auf die oben genannten Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeaustauscher zur Verfügung zu stellen, der gegen eine Brennstoffzelle isoliert sein kann, ohne dass eine elektrisch isolierende Flüssigkeit als Kühlmittel verwendet wird, während die Kühlleistung des Wärmeaustauschers nicht stark beeinträchtigt wird.in the In view of the above problems, it is an objective of the present Invention, a heat exchanger to disposal to be isolated against a fuel cell, without that uses an electrically insulating liquid as a coolant will, while the cooling capacity of the heat exchanger not severely impaired becomes.
Erfindungsgemäß umfasst ein Wärmeaustauscher eine Vielzahl von Rohren, durch welche ein Kühlmittel aus einer Brennstoffzelle zur Durchführung des Wärmeaustausches fließt, eine Vielzahl von Rippen, die benachbart den Rohren und den äußersten. Seiten der Rohre in Laminierungs- oder Schichtungsrichtung der Rohre gesehen, angeordnet sind und zum Binden an die Rohre bzw. zur Verbindung mit diesen bestimmt sind, eine mit einem Längsendteil jedes Rohres verbundene Kernplatte und ein aus Harz bestehendes Tankelement. Diese Rohre sind aus einem ersten Isoliermaterial hergestellt, das Tankelement an die Kernplatte an einer Seite befestigt, die den Rohren bezogen auf die Kernplatte gegenüber liegt; das Tankelement und die Kernplatte sind zur Bildung eines mit den Rohren in Verbindung stehenden Tankraums befestigt. Im Wärmeaustauscher verfügen die Rohre über eine Vielzahl metallischer Teile, die voneinander auf Außenflächen der Rohre getrennt sind; die Rippen und die Kernplatte sind durch Löten an die Außenflächen der Rohre an den metallischen Teilen gebunden. Da die metallischen Teile voneinander auf den Außenflächen der Rohre getrennt sind, wird es möglich, elektrisch die Rippen und Röhrenteile, die mit den Rippen im Wärmeaustauscher verbunden sind, zu isolieren, selbst wenn eine Wasser einschließende Flüssigkeit als Kühlmittel Verwendung findet. Darüber hinaus kann die Wärmeaustauscherleistung durch die Rippen aus metallischen Material verbessert werden.According to the invention a heat exchanger a plurality of tubes through which a coolant from a fuel cell to carry out the heat exchange flows, a plurality of ribs adjacent to the tubes and the outermost ones. Side of the pipes in the laminating or laminating direction of the pipes seen, are arranged and for binding to the pipes or for connection with these are intended, one connected to a longitudinal end portion of each tube Core plate and a resin tank element. These pipes are made of a first insulating material, the tank element attached to the core plate on one side, which are related to the tubes on the core plate opposite lies; the tank element and the core plate are for forming a attached to the tubes related tank room. In the heat exchanger feature the pipes over a variety of metallic parts, which face each other on outer surfaces of the tubes are separated; the ribs and the core plate are soldered to the Outside surfaces of the Tubes tied to the metallic parts. Because the metallic parts from each other on the outer surfaces of the pipes separated, it becomes possible electrically the ribs and tube parts, those with the ribs in the heat exchanger are insulated, even if a liquid enclosing water as a coolant Use finds. About that In addition, the heat exchanger performance be improved by the ribs of metallic material.
Bevorzugt wird ein Überzugsteil mit einem zweiten Isoliermaterial auf einer Fläche der Kernplatte, die dem Tankraum gegenüber liegt, überzogen. Im Allgemeinen verfügt die Kernplatte über einen freiliegenden Teil, der gegen die Außenseite von den Rohren aus gesehen (Seitenplatten) frei liegt und Lötungsteile sind an die Rohre gelötet. In diesem Fall ist der Überzugsteil wenigstens auf dem frei liegenden Teil sowie an Stellen um die Lötungsteile der Kernplatte vorgesehen. So lässt sich die Isolierlei stung auf der Außenseite des Wärmeaustauschers wirksam verbessern, selbst wenn Kühlwasser als Kühlmittel Verwendung findet.Prefers becomes a coating part with a second insulating material on a surface of the core plate, the Tank room opposite lies, covered. In general features the core plate over an exposed part that protrudes against the outside of the pipes Seen (side plates) is exposed and soldering are to the pipes soldered. In this case, the coating part is at least on the exposed part as well as in places around the soldering parts provided the core plate. So lets the Isolierlei Stung on the outside of the heat exchanger Effectively improve, even if cooling water as a coolant Use finds.
Im Wärmeaustauscher sind erste und zweite Seitenplatten im Allgemeinen an den äußersten Rippen in Richtung der Laminierung, Schichtung oder Stapelung, im Folgenden Laminierung genannt, zur Verstärkung vorgesehen und erstrecken sich in Rohrlängsrichtung. Wenigstens eines der Längsendteile jeder Seitenplatte ist aus dem ersten Isoliermaterial hergestellt. Darüber hinaus verfügt der eine Längsendteil jeder Seitenplatte über einen Lötungsteil, der an die Kernplatte durch einen metallischen Teil gelötet ist, der auf einer Fläche des Längsendteils jeder Seitenplatte vorgesehen ist, der Überzugsteil ist an einer Stelle um den Lötungsteil jeder Seitenplatte herum angeordnet. Daher lässt sich die Außenseite des Wärmeaustauschers genau gegen die Brennstoffzelle isolieren.In the heat exchanger, first and second side plates are generally provided at the outermost ribs in the direction of lamination, lamination or stacking, hereinafter referred to as lamination, for reinforcement and extend in the tube longitudinal direction. At least one of the longitudinal end portions of each side plate is made of the first insulating material. Moreover, the one longitudinal end part of each side plate has a soldering part soldered to the core plate by a metallic part resting on a surface of the longitudinal end part of each Side plate is provided, the coating member is disposed at a position around the soldering portion of each side plate around. Therefore, the outside of the heat exchanger can be accurately insulated against the fuel cell.
Bevorzugt ist der Lötungsteil des Längsendteils jeder Seitenplatte getrennt von Stellen, wo die Rohre an die Kernplatte angelötet sind. In diesem Fall lässt sich die Isolierleistung der Seitenplatte verbessern.Prefers is the soldering part of the longitudinal end part each side plate separated from points where the tubes to the core plate soldered are. In this case lets improve the insulation performance of the side plate.
Erfindungsgemäß sind ein erster metallischer an die Rippen gebundener Teil und ein zweiter metallischer an die Kernplatte gebundener Teil auf der Außenfläche jedes Rohres vorgesehen, um voneinander auf der Außenfläche jedes Rohres getrennt zu sein. Ein nicht mit Abdeckung versehener Teil aus dem ersten Isoliermaterial ist auf der Außenfläche jedes Rohres zwischen dem zweiten metallischen Teil und dem ersten metallischen Teil ausgebildet. Somit lässt sich die Isolierleistung des Wärmeaustauschers schnell verbessern.According to the invention are a first metallic part bound to the ribs and a second metallic one provided on the core plate bound portion on the outer surface of each tube, around each other on the outside surface of each Tube to be separated. An uncovered part of the first insulating material is on the outer surface of each tube between the formed second metallic part and the first metallic part. Thus lets the insulation performance of the heat exchanger is fast improve.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSUMMARY THE DRAWINGS
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denenFor example embodiments The invention will now be described with reference to the accompanying drawings be explained in more detail, in which
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMLONG DESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENT
Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung soll nun mit Bezug auf die
Die
Brennstoffzelle
Wie
in
Ein
Beipasskanal
Ein
Reservetank
Der
Radiator
Jede
der Rippen
Jede
der Kernplatten
Das
obere Tankelement
Wie
Ein
Einlassrohr
Als
Nächstes
wird der Hauptteil der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser
Ausführungsform
sind die Rippen
Die
Oberfläche
jedes Rohres
Die
Oberfläche
jeder Seitenplatte
Durch
die metallischen Teile
Weiterhin
ist ein Überzugsteil
In
der Brennstoffzelle
Wird
der Betrieb Stromerzeugung der Brennstoffzelle
Bei
dieser Ausführungsform
lassen sich die Rohre
Da
die in einem breiten Bereich im Radiator
Im Übrigen sind
die Seitenplatten
Bei
dieser Ausführungsform
wird, selbst wenn irgend eines der Rohre
(Andere Ausführungsformen)Other Embodiments
Obwohl die Erfindung voll mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert wurde, ist darauf hinzuweisen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann auf der Hand liegen.Even though the invention with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying Drawings explained has to be noted that various changes and modifications for the expert is obvious.
Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
beispielsweise, kann die Seitenplatte
Wenn
beispielsweise der Wärmetauscher
in ein Fahrzeug eingebaut wird, während ein äußerer Abschnitt der Kernplatte
Bei
der vorbeschriebenen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird der Überzugsbereich
Die
keramischen (Ober)flächen
der Rohre
Bei
der oben beschriebenen Ausführungsform
wird die vorliegende Erfindung typischerweise auf den Wärmeaustauscher
mit oberen und unteren Tankelementen
Solche Änderungen und Modifikationen sind als im Rahmen der Erfindung liegend, wie sie insbesondere in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist, anzusehen.Such changes and modifications are considered to be within the scope of the invention, such as it is defined in particular in the appended claims.
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