DE102005058987A1 - Kühlmittelbehälter für eine Brennstoffzelle und ein dieselbe beinhaltendes Brennstoffzellensystem - Google Patents
Kühlmittelbehälter für eine Brennstoffzelle und ein dieselbe beinhaltendes Brennstoffzellensystem Download PDFInfo
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Abstract
Ein Kühlmittelbehälter beinhaltet eine Ionenbeseitigungsvorrichtung zum Beseitigen zumindest eines Anteils von im Kühlmittel enthaltenen Ionen und eine Blasenbeseitigungsvorrichtung zum Beseitigen der im Kühlmittel enthaltenen Blasen.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kühlmittelbehälter für eine Brennstoffzelle und ein dieselbe beinhaltendes Brennstoffzellensystem.
- Wie allgemein bekannt ist, ist ein Kühlmittelbehälter für eine Brennstoffzelle eine Vorrichtung zum Speichern eines einem Brennstoffzellensystem zugeführten Kühlmittels.
- Im Allgemeinen wird ein großer Anteil an Wärme in einem Brennstoffzellenstack erzeugt und Kühlmittel dem Brennstoffzellenstack zugeführt, um diese Wärme abzuleiten.
- Kühlmittel, welches im Brennstoffzellenstack zirkuliert ist, wird durch eine Pumpe zu einem Kühler geleitet. Ein Kühlmittelanteil, welcher im Kühler gekühlt wird, wird an einen Kühlmittelbehälter abgegeben und der Rest wird an eine Ionbeseitigungsvorrichtung abgegeben.
- Im Kühlmittel enthaltene Ionen können Probleme, wie beispielsweise einen elektrischen Kurzschluss der Brennstoffzelle verursachen, daher werden Ionen durch die Ionenbeseitigungsvorrichtung entfernt.
- Bei einem herkömmlichen Kühlmittelbehälter und einem herkömmlichen Brennstoffzellensystem sind die Ionenbeseitigungsvorrichtung und der Kühlmittelbehälter jedoch miteinander parallel geschaltet und folglich besteht ein Problem darin, dass der durch den Kühlmittelbehälter und die Ionenbeseitigungsvorrichtung eingenommene Raum in einem Motorraum zu groß ist.
- Da der durch den Kühlmittelbehälter und die Ionenbeseitigungsvorrichtung eingenommene Raum zu groß ist, wird zudem die Konstruktionsfreiheit herabgesetzt, das Gesamtsystem kompliziert und die Herstellungskosten nehmen zu.
- Da ein herkömmlicher Kühlmittelbehälter und herkömmliches Brennstoffzellensystem, welches denselben beinhaltet, keine Blasenbeseitigungsvorrichtung beinhalten, kann die Kühlleistung durch im Kühlmittel enthaltene Blasen herabgesetzt werden.
- Die oben erwähnten Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen nur zur Verbesserung der Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, welche nicht den Stand der Technik bilden, welcher jemanden mit gewöhnlichen technischen Fähigkeiten in diesem Land bereits bekannt ist.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung erfolgte in einem Versuch einen Kühlmittelbehälter und ein Brennstoffzellensystem zu liefern, welche die folgenden Vorteile aufweisen: Verbessern der Konstruktionsfreiheit, Verringern der Herstellungskosten und das effektive Beseitigen von im Kühlmittel enthaltenen Blasen.
- Ein beispielhafter Kühlmittelbehälter nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Gehäuse mit einem Kühlmittelzulauf und Kühlmittelablauf, welches einen Kühlmittelspeicherraum definiert, und eine im Kühlmittelspeicherraum eingebaute Ionenbeseitigungsvorrichtung, welcher zumindest ein Anteil des Kühlmittels zugeführt wird und welche das zugeführte Kühlmittel ablässt und zumindest einen Anteil der im zugeführten Kühlmittel enthaltenen Ionen beseitigt.
- In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Brennstoffzellensystem einen Brennstoffzellenstack, einen Kühler zum Kühlen des aus dem Brennstoffzellenstack abgelassenen Kühlmittels, einen Kühlmittelbehälter zum Aufnehmen und vorübergehenden Speichern des durch den Kühler gekühlten Kühlmittels und eine Kühlmittelpumpe zum Umwälzen des Kühlmittels. Der Kühlmittelbehälter beinhaltet ein Gehäuse mit einem Kühlmittelzulauf und einem Kühlmittelablauf, welches einen Kühlmittelspeicherraum definiert, und eine im Kühlmittelspeicherraum eingebaute Ionenbeseitigungsvorrichtung, welcher zumindest ein Anteil des Kühlmittels zugeführt wird und welche das zugeführte Kühlmittel ablässt und zumindest einen Anteil der im zugeführten Kühlmittel enthaltenen Ionen beseitigt.
- Der Kühlmittelbehälter kann zudem eine Blasenbeseitigungsvorrichtung zum Beseitigen von im Kühlmittel enthaltenen Blasen beinhalten.
- Die Blasenbeseitigungsvorrichtung kann ein Blasensammelelement, welches auf einer nachgeschalteten Seite des Kühlmittelzulaufs angeordnet ist und eine schräge Oberfläche bildet, an welcher im Kühlmittel enthaltene Blasen angefügt sind, und einen Blasenablass zum Ablassen der durch das Blasensammelelement gesammelten Blasen beinhalten.
- Das Blasensammelelement kann eine Kegelform aufweisen.
- Der Blasenablass kann an einem oberen Abschnitt des Gehäuses gebildet sein.
- 90% der Kühlmittelströmung können durch den Kühlmittelzulauf in den Kühlmittelspeicherraum fließen und der Rest kann in die Ionenbeseitigungsvorrichtung fließen.
- Ein Trennelement zum Teilen der Kühlmittelströmung kann mit dem Kühlmittelzulauf eingebaut sein.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine Zeichnung, welche ein Brennstoffzellensystem nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
2 ist eine Zeichnung, welche einen Kühlmittelbehälter nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A in2 . -
4 ist eine Zeichnung, welche eine Ionenbeseitigungsvorrichtung eines Kühlmittelbehälters nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
5 ist eine Zeichnung, welche ein Trennelement eines Kühlmittelbehälters nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben werden.
-
1 ist eine Zeichnung, welche ein Brennstoffzellensystem nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,2 ist eine Zeichnung, welche einen Kühlmittelbehälter nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und4 ist eine Zeichnung, welche eine Ionenbeseitigungsvorrichtung eines Kühlmittelbehälters nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. - Wie in
1 gezeigt, beinhaltet ein Brennstoffzellensystem nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Brennstoffzellenstack107 , einen Kühler105 und einen Kühlmittelbehälter100 . - Der Kühler
105 kühlt das aus dem Brennstoffzellenstack107 abgelassene Kühlmittel. - Der Kühlmittelbehälter
100 nimmt das Kühlmittel auf, welches durch den Kühler105 gekühlt wird, und speichert vorübergehend das aufgenommene Kühlmittel und eine Kühlmittelpumpe109 wälzt das Kühlmittel um. - Der Kühlmittelbehälter nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Gehäuse
201 und eine Ionenbeseitigungsvorrichtung101 . - Das Gehäuse
201 beinhaltet einen Kühlmittelzulauf205 und einen Kühlmittelablauf211 und definiert einen Kühlmittelspeicherraum203 . - Zudem ist die Ionenbeseitigungsvorrichtung
101 innerhalb des Kühlmittelspeicherraumes203 eingebaut, wird mit zumindest einem Anteil des Kühlmittels versorgt und lässt das zugeführte Kühlmittel ab und beseitigt zumindest einen Anteil der Ionen, welche im zugeführten Kühlmittel enthalten sind. - Das Kühlmittel kühlt den Brennstoffzellenstack
107 und wird dann dem Kühler105 durch einen Kühlmittelkanal bzw. Kühlmitteldurchgang111 durch die Kühlmittelpumpe109 zugeführt. - Das durch den Kühler
105 gekühlte Kühlmittel wird an den Kühlmittelbehälter100 abgegeben. - Wie in den
1 ,2 und4 gezeigt, ist die Ionenbeseitigungsvorrichtung101 innerhalb des Gehäuses201 des Kühlmittelbehälters100 angeordnet. - Das vom Kühler
105 über einen Kühlmittelkanal111 zugeführte Kühlmittel wird dem Gehäuse201 über den Kühlmittelzulauf205 zugeführt. - Zudem ist ein zweiter Kühlmittelzulauf
209 am Kühlmittelkanal111 angeschlossen und ein Kühlmittel, welches durch den zweiten Kühlmittelzulauf209 geflossen ist, wird der Ionenbeseitigungsvorrichtung101 durch einen Verteiler215 zugeführt. - Kühlmittel, aus welchem Ionen während des Passierens durch die Ionenbeseitigungsvorrichtung
101 beseitigt wurden, wird durch den Kühlmittelablauf211 zusammen mit dem Kühlmittel abgelassen, welches vorübergehend im Kühlmittelspeicherraum203 innerhalb des Gehäuses201 gespeichert wurde. - Durch den Kühlmittelablauf
211 abgelassenes Kühlmittel wird wieder dem Brennstoffzellenstack107 zugeführt. -
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A in2 . - In Bezug auf die
2 und3 beinhaltet ein Kühlmittelbehälter100 nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zudem eine Blasenbeseitigungsvorrichtung103 zum Beseitigen von im Kühlmittel enthaltenen Blasen. - Die Blasenbeseitigungsvorrichtung
103 beinhaltet ein Blasensammelelement213 und einen Blasenablass207 . - Das Blasensammelelement
213 ist auf einer nachgeschalteten Seite des Kühlmittelzulaufs205 eingebaut und bildet eine schräge Oberfläche301 , an welcher im Kühlmittel enthaltene Blasen angefügt sind. - Das Blasensammelelement
213 weist eine Kegelform auf und der Blasenablass207 ist an einem oberen Abschnitt des Gehäuses210 gebildet. - Der Blasenablass
207 lässt Blasen ab, welche durch das Blasensammelelement213 gesammelt wurden. - In Bezug auf die in
3 gezeigten Pfeile, fließt das durch den Kühlmittelzulauf205 zugeführte Kühlmittel auf die schräge Oberfläche301 des eine Kegelform aufweisenden Blasensammelelements213 und in den Kühlmittelspeicherraum203 des Gehäuses201 . - Während das Kühlmittel auf die schräge Oberfläche
301 des Blasensammelelements213 mit einer Kegelform fließt, werden im Kühlmittel enthaltene Blasen an die schräge Oberfläche301 angefügt. - Angefügte Blasen werden von der schrägen Oberfläche
301 getrennt und dann durch den Blasenablass207 abgelassen. - Daher können beim Kühlmittelbehälter
100 nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Kühlmittel enthaltene Blasen zur Außenseite abgelassen werden, damit die Kühlleistung eines Kühlmittels verbessert werden kann. - Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung fließen zum Erhalten der elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels, 90% der gesamten Kühlmittelströmung durch den Kühlmittelzulauf
205 in den Kühlmittelspeicherraum203 . - Die restlichen 10% der gesamten Kühlmittelströmung werden der Ionenbeseitigungsvorrichtung
101 zugeführt. - Wenn mehr Kühlmittelströmung der Ionenbeseitigungsvorrichtung
101 zugeführt wird, kann die Haltbarkeit der Ionenbeseitigungsvorrichtung101 verkürzt werden. - Bei einem Kühlmittelbehälter nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Prozentsatz des Kühlmittels, welches in die Ionenbeseitigungsvorrichtung
101 fließt, auf 10 % eingestellt, damit die Beständigkeit der Ionenbeseitigungsvorrichtung101 verbessert werden kann. -
5 ist eine Zeichnung, welche ein Trennelement eines Kühlmittelbehälters nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. - In Bezug auf
5 ist ein Trennelement400 zum Teilen der Kühlmittelströmung innerhalb des Kühlmittelzulaufs205 eingebaut. - Ein Wirbel in der Strömung des durch den Kühlmittelzulauf
205 fließenden Kühlmittels kann durch das Trennelement400 minimiert werden. - In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Trennelement
400 als zwei Wände gebildet und weist einen Winkel auf, welcher einer Form des Kühlmittelzulaufs205 entspricht. Das Trennelement400 ist derart angeordnet, dass die Kühlmittelströmung innerhalb des Kühlmittelzulaufs205 geteilt wird. - Da ein Wirbel in der Strömung des durch den Kühlmittelzulauf
205 fließenden Kühlmittels durch das Trennelement400 verhindert wird, können im Kühlmittel enthaltene Blasen effektiv und gleichmäßig beseitigt werden. - In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Gesamtgröße des Kühlmittelbehälters verkleinert werden, da die Ionenbeseitigungsvorrichtung innerhalb des Kühlmittelbehälters angeordnet ist.
- Da die Größe des Kühlmittelbehälters verkleinert wird, kann die Konstruktionsfreiheit verbessert werden, können die Herstellungskosten verringert werden und ein Brennstoffsystem einfach sein.
- Da die Blasen durch die Blasenbeseitigungsvorrichtung beseitigt werden, kann zudem die Kühlmittelleistung verbessert werden und die im Kühlmittel enthaltenen Blasen durch das Trennelement gleichmäßig beseitigt werden.
- Zwar wurde diese Erfindung in Verbindung mit den derzeit als praktisch geltenden beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, aber es sollte klar sein, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Abänderungen und äquivalente Anordnungen decken soll, welche innerhalb des Wesens und Bereichs der anhängenden Ansprüche beinhaltet sind.
Claims (14)
- Kühlmittelbehälter zum Speichern eines in einem Brennstoffzellensystem verwendeten Kühlmittels, welcher Folgendes aufweist: ein Gehäuse mit einem Kühlmittelzulauf und einem Kühlmittelablauf, welches einen Kühlmittelspeicherraum definiert; und eine Ionenbeseitigungsvorrichtung, welche im Kühlmittelspeicherraum eingebaut ist, welcher zumindest ein Anteil des Kühlmittels zugeführt wird und welche das zugeführte Kühlmittel ablässt und zumindest einen Anteil der im zugeführten Kühlmittel enthaltenen Ionen beseitigt.
- Kühlmittelbehälter 1, welcher zudem eine Blasenbeseitigungsvorrichtung zum Beseitigen der im Kühlmittel enthaltenen Blasen aufweist.
- Kühlmittelbehälter nach Anspruch 2, wobei die Blasenbeseitigungsvorrichtung Folgendes aufweist: ein Blasensammelelement, welches auf einer nachgeschalteten Seite des Kühlmittelzulaufs angeordnet ist und einen schräge Oberfläche bildet, an welcher im Kühlmittel enthaltene Blasen angefügt sind; und einen Blasenablass zum Ablassen der durch das Blasensammelelement gesammelten Blasen.
- Kühlmittelbehälter nach Anspruch 3, wobei das Blasensammelelement eine Kegelform aufweist.
- Kühlmittelbehälter nach Anspruch 3, wobei der Blasenablass an einem oberen Abschnitt des Gehäuses gebildet ist.
- Kühlmittelbehälter nach Anspruch 1, wobei 90% der gesamten Kühlmittelströmung in den Kühlmittelspeicherraum durch den Kühlmittelzulauf fließen und der Rest in die Ionenbeseitigungsvorrichtung fließt.
- Kühlmittelbehälter nach Anspruch 1, wobei ein Trennelement zum Trennen der Kühlmittelströmung mit dem Kühlmittelzulauf eingebaut ist.
- Brennstoffzellensystem, welches Folgendes aufweist: einen Brennstoffzellenstack; einen Kühler zum Kühlen des aus dem Brennstoffzellenstack abgelassenen Kühlmittels; einen Kühlmittelbehälter zum Aufnehmen und vorübergehenden Speichern des durch den Kühler gekühlten Kühlmittels; und eine Kühlmittelpumpe zum Umwälzen des Kühlmittels, wobei der Kühlmittelbehälter Folgendes aufweist: ein Gehäuse mit einem Kühlmittelzulauf und einem Kühlmittelablauf, welches einen Kühlmittelspeicherraum definiert, und eine Ionenbeseitigungsvorrichtung, welche im Kühlmittelspeicherraum eingebaut ist, welcher zumindest ein Anteil des Kühlmittels zugeführt wird und welche das zugeführte Kühlmittel ablässt und zumindest einen Anteil der im zugeführten Kühlmittel enthaltenen Ionen beseitigt.
- Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, wobei der Kühlmittelbehälter zudem eine Blasenbeseitigungsvorrichtung zum Beseitigen der im Kühlmittel enthaltenen Blasen aufweist.
- Brennstoffzellensystem nach Anspruch 9, wobei: die Blasenbeseitigungsvorrichtung Folgendes beinhaltet: ein Blasensammelelement, welches an einer nachgeschalteten Seite des Kühlmittelzulaufs angeordnet ist und eine schräge Oberfläche bildet, an welcher im Kühlmittel enthaltene Blasen angefügt sind; und einen Blasenablass zum Ablassen der durch das Blasensammelelement gesammelten Blasen.
- Brennstoffzellensystem nach Anspruch 10, wobei das Blasensammelelement eine Kegelform aufweist.
- Brennstoffzellensystem nach Anspruch 10, wobei: der Blasenablass an einem oberen Abschnitt des Gehäuses gebildet ist.
- Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, wobei 90% der gesamten Kühlmittelströmung durch den Kühlmittelzulauf in den Kühlmittelspeicherraum fließen und der Rest in die Ionenbeseitigungsvorrichtung fließt.
- Brennstoffzellensystem nach Anspruch 8, wobei ein Trennelement zum Teilen der Kühlmittelströmung mit dem Kühlmittelzulauf eingebaut ist.
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