DE102007014141A1 - System and method for the recovery of heat - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Rückgewinnung von Wärme, das eine Brennstoffzellenanordnung mit einem ersten Wärmetauscher aufweist, der einen ersten Kühlmitteleingang und einen ersten Kühlmittelausgang aufweist, und einen zweiten Wärmetauscher, der einen zweiten Kühlmitteleingang und einen zweiten Kühlmittelausgang aufweist, wobei der zweite Wärmetauscher mit einem Wärmespeicher verbunden ist. Die Temperaturverteilung über die Brennstoffzellenanordnung soll vergleichmäßigt werden. Dafür weist das System ein Kühlmittel auf, das im ersten Wärmetauscher verdampft und im zweiten Wärmetauscher kondensiert, wobei der erste Kühlmittelausgang in Schwerkraftrichtung höher als der erste Kühlmitteleingang und der zweite Kühlmittelausgang in Schwerkraftrichtung niedriger als der zweite Kühlmitteleingang angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren eines derartigen Systems.The invention relates to a system for recovering heat, comprising a fuel cell assembly having a first heat exchanger having a first coolant inlet and a first coolant outlet, and a second heat exchanger having a second coolant inlet and a second coolant outlet, wherein the second heat exchanger with a Heat storage is connected. The temperature distribution over the fuel cell assembly should be made uniform. For this purpose, the system has a coolant which evaporates in the first heat exchanger and condenses in the second heat exchanger, wherein the first coolant outlet is arranged higher in the direction of gravity than the first coolant inlet and the second coolant outlet in the direction of gravity lower than the second coolant inlet. Furthermore, the invention relates to a method of such a system.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Rückgewinnung von Wärme, das eine Brennstoffzellenanordnung mit einem ersten Wärmetauscher aufweist, der einen ersten Kühlmitteleingang und einen ersten Kühlmittelausgang aufweist, und einen zweiten Wärmetauscher, der einen zweiten Kühlmitteleingang und einen zweiten Kühlmittelausgang aufweist, wobei der zweite Wärmetauscher mit einem Wärmespeicher verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von Wärme, die von einer Brennstoffzellenanordnung freigesetzt wird, wobei ein Kühlmittel Wärme in einem ersten Wärmetauscher aufnimmt, der der Brennstoffzellenanordnung zugeordnet ist, und in einen zweiten Wärmetauscher abgibt, der mit einem Wärmespeicher verbunden ist.The Invention relates to a system for the recovery of heat, the one fuel cell assembly with a first heat exchanger having a first coolant inlet and a first coolant outlet, and a second heat exchanger, a second coolant inlet and a second coolant outlet has, wherein the second heat exchanger with a heat storage connected is. Furthermore, the invention relates to a method for obtaining of heat released by a fuel cell assembly is, with a coolant heat in a first Receives heat exchanger associated with the fuel cell assembly is, and in a second heat exchanger gives off, with a heat storage is connected.

Brennstoffzellen erwärmen sich beim Erzeugen elektrischer Energie. Dabei liegt eine optimale Betriebstempe ratur der Brennstoffzellen häufig im Bereich zwischen 80° und 90°C. Bei flüssigkeitsgekühlten Zellen, beispielsweise Hochtemperatur-PEM-Zellen, sind auch Temperaturen bis 200° möglich. Um eine weitere Erwärmung der Brennstoffzellen zu verhindern, ist es bekannt, diese mit Wärmetauschern zu versehen, die ein flüssiges Kühlmittel aufweisen. Das flüssige Kühlmittel transportiert die im Wärmetauscher der Brennstoffzellenanordnung aufgenommene Wärme dann zu einem weiteren Wärmetauscher, in dem es die Wärme wieder abgibt. Von dort wird das Kühlmittel wieder zurück in den Wärmetauscher der Brennstoffzellenanordnung geleitet. Um die Zirkulation des Kühlmittels sicher zu stellen, ist bei diesen Systemen zwischen den Wärmetauschern eine Pumpe angeordnet.fuel cells heat up when generating electrical energy. there is an optimal Betriebstempe temperature of the fuel cell often in the range between 80 ° and 90 ° C. For liquid-cooled Cells, such as high temperature PEM cells, are also temperatures up to 200 ° possible. For a further warming To prevent the fuel cells, it is known, this with heat exchangers to provide, which have a liquid coolant. The liquid coolant transports those in the heat exchanger then added to the fuel cell assembly heat another heat exchanger in which there is the heat gives up again. From there, the coolant is returned passed into the heat exchanger of the fuel cell assembly. To ensure the circulation of the coolant is in these systems, a pump between the heat exchangers arranged.

Da Wärme nicht in jedem Falle dann benötigt wird, wenn auch elektrische Energie benötigt wird und die Brennstoffzellen Wärme freisetzen, wird der zweite Wärmetauscher in der Regel mit einem Wärmespeicher verbunden. Dadurch ist es möglich, die Wärmeabgabe an tatsächliche Bedürfnisse anzupassen.There Heat is not needed in every case then, although electrical energy is needed and the fuel cells Heat is released, the second heat exchanger usually connected to a heat storage. Thereby Is it possible to match the heat output to actual To adapt needs.

Damit die richtige Temperatur der Brennstoffzellenanordnung gewährleistet werden kann und um ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur während des Startvorganges sicher zu stellen, ist eine Bypassverbindung oder ähnliches erforderlich, mit der der zweite Wärmetauscher umgangen werden kann, so daß eine Wärmeabgabe im zweiten Wärmetauscher verhindert werden kann.In order to ensures the correct temperature of the fuel cell assembly can be and to quickly reach the operating temperature during the boot process, is a bypass connection or the like required, with the second heat exchanger can be bypassed, so that a heat release can be prevented in the second heat exchanger.

Dieses bekannte System zur Rückgewinnung von Wärme benötigt allerdings eine Vielzahl einzelner Komponenten.This known system for recovering heat needed however, a large number of individual components.

Bei der Wärmeaufnahme von einer Brennstoffzellenanordnung soll entlang der Brennstoffzellenanordnung eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung vorliegen. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass eine große Menge an Kühlmittel pro Zeiteinheit durch den Wärmetauscher der Brennstoffzellenanordnung geleitet wird. Dies erfordert eine entsprechende Pumpenleistung, wobei aufgrund der schnellen Zirkulation des Kühlmittels die Zeit bis zum Erreichen der Betriebstemperatur der Brennstoffzellenanordnung verlängert wird.at the heat absorption of a fuel cell assembly is intended along the fuel cell assembly as uniform as possible Temperature distribution present. This is usually achieved by that a large amount of coolant per unit time passed through the heat exchanger of the fuel cell assembly becomes. This requires a corresponding pump performance, due to fast circulation of coolant time till to reach the operating temperature of the fuel cell assembly is extended.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Rückgewinnung von Wärme bereit zu stellen, wobei eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Brennstoffzellenanordnung erzielt wird.Of the Invention is based on the object, a system for recovery to provide heat, with a uniform Temperature distribution over the fuel cell assembly is achieved.

Diese Aufgabe wird mit einem System der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das System ein Kühlmittel aufweist, das im ersten Wärmetauscher verdampft und im zweiten Wärmetauscher kondensiert, wobei der erste Kühlmittelausgang in Schwerkraftrichtung höher als der erste Kühlmitteleingang und der zweite Kühlmittelausgang in Schwerkraftrichtung niedriger als der zweite Kühlmitteleingang angeordnet ist.These Task is characterized by a system of the type mentioned by solved that the system has a coolant, that evaporates in the first heat exchanger and in the second heat exchanger condensed, with the first coolant outlet in the direction of gravity higher than the first coolant inlet and the second coolant outlet in the direction of gravity lower is arranged as the second coolant inlet.

Das Kühlmittel wird, nachdem es so viel Wärme aufgenommen hat, dass es in die gasförmige Phase übergegangen ist, nach oben in Richtung des ersten Kühlmittelausgangs aufsteigen. Die Verdampfungstemperatur des Kühlmittels ist unter ansonsten gleichen Bedingungen immer konstant. Da das verdampfte Kühlmittel nach oben in Richtung des ersten Kühlmittelausgangs entweichen kann, erfolgt keine weitere Wärmeaufnahme durch das verdampf te Kühlmittel. Das Kühlmittel nimmt also nur solange Wärme auf, wie es sich in seiner flüssigen Phase befindet. Dadurch wird der Wärmetauscher nahezu konstant auf der Temperatur gehalten, die in etwa der Verdampfungstemperatur des Kühlmittels entspricht. Die Zirkulation des Kühlmittels erfolgt dabei aufgrund der unterschiedlichen Dichte des flüssigen Kühlmittels und des dampfförmigen Kühlmittels. Ein Wärmeabtransport findet also erst dann statt, wenn das Kühlmittel und damit der Wärmetauscher und die Brennstoffzellenanordnung die Verdampfungstemperatur des Kühlmittels erreicht hat. Damit wird ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur gewährleistet.The Coolant is absorbed after so much heat has that it has passed into gaseous phase is, upward in the direction of the first coolant outlet rising up. The evaporation temperature of the coolant is always constant under otherwise identical conditions. Since that vaporized coolant up toward the first coolant outlet can escape, there is no further heat absorption the evaporated refrigerant. The coolant takes So only as long as heat, as it is in his liquid Phase is located. As a result, the heat exchanger is almost constant kept at the temperature, which is about the evaporation temperature corresponds to the coolant. The circulation of the coolant takes place due to the different density of the liquid Coolant and the vapor refrigerant. A heat dissipation takes place only when the coolant and thus the heat exchanger and the fuel cell assembly, the evaporation temperature of the coolant has reached. This will quickly achieve the operating temperature guaranteed.

Die Verwendung eines Kühlmittels, das bei der Wärmeaufnahme verdampft und bei der anschließenden Wärmeabgabe kondensiert, ist aus EP 1 699 100 A1 bekannt. Dabei erfolgt jedoch keine Rückgewinnung der erzeugten Wärme.The use of a coolant that evaporates on heat absorption and condenses in the subsequent heat release is out EP 1 699 100 A1 known. However, there is no recovery of the heat generated.

Bevorzugterweise ist der erste Kühlmittelausgang über eine Verbindungsleitung mit dem zweiten Kühlmitteleingang und der zweite Kühlmittelausgang über eine Verbindungsleitung mit dem ersten Kühlmitteleingang verbunden. Dadurch ist es möglich, den zweiten Wärmetauscher räumlich getrennt vom ersten Wärmetauscher anzuordnen. Die Wärme wird dabei vom Kühlmittel vom ersten Wärmetauscher zum zweiten Wärmetauscher transportiert.Preferably, the first coolant outlet is connected to the second coolant inlet via a connecting line and the second coolant outlet is connected via a connecting line to the first coolant inlet. This makes it possible Lich, to arrange the second heat exchanger spatially separated from the first heat exchanger. The heat is transported by the coolant from the first heat exchanger to the second heat exchanger.

Dabei ist besonders bevorzugt, dass der zweite Kühlmittelausgang auf gleicher Höhe oder höher als der erste Kühlmitteleingang angeordnet ist. Auf eine Pumpe zur Unterstützung der Zirkulation des Kühlmittels kann dann verzichtet werden. Die Bewegung erfolgt allein aufgrund der Dichteunterschiede des dampfförmigen Kühlmittels und des flüssigen Kühlmittels. Eine Bypassverbindung, mit der der zweite Wärmetauscher umgangen werden kann, ist dabei nicht notwendig. Eine Bewegung des Kühlmittels findet erst dann statt, wenn die Brennstoffzellenanordnung die gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat, so dass die abgegebene Wärme ausreicht, das Kühlmittel zu verdampfen. Eine Wärmeabgabe im zweiten Wärmetauscher erfolgt ebenfalls erst ab diesem Zeitpunkt.there It is particularly preferred that the second coolant outlet at the same level or higher than the first coolant inlet is arranged. On a pump to help the circulation of the Coolant can then be dispensed with. The movement takes place solely due to the density differences of the vapor Coolant and liquid coolant. A bypass connection with which the second heat exchanger can be avoided, is not necessary. A movement of the Coolant takes place only when the fuel cell assembly has reached the desired operating temperature, so that the heat released is sufficient, the coolant to evaporate. A heat output in the second heat exchanger also takes place only from this time.

Bevorzugterweise weist das System einen einstellbaren Systemdruck auf. Dadurch kann die Temperatur, bei der das Kühlmittel verdampft, beeinflusst werden. Durch eine Erhöhung des Systemdrucks verdampft das Kühlmittel erst bei einer höheren Temperatur, bei einem erniedrigten Systemdruck verdampft das Kühlmittel entsprechend bei einer niedrigeren Temperatur.preferably, the system has an adjustable system pressure. This can the temperature at which the refrigerant evaporates influenced become. Vaporized by an increase in system pressure the coolant only at a higher temperature, at a reduced system pressure, the coolant evaporates correspondingly at a lower temperature.

Vorzugsweise weist das Kühlmittel eine Verdampfungstemperatur auf, die im Bereich einer gewünschten Solltemperatur der Brennstoffzellenanordnung liegt. Dadurch kann allein durch das Kühlmittel die Solltemperatur der Brennstoffzellenanordnung gewährleistet werden. Der Systemdruck muss dann meistens nur wenig angepasst werden. Möglicherweise kann sogar auf eine Beeinflussung des Systemdrucks verzichtet werden.Preferably the coolant has an evaporation temperature, the in the range of a desired setpoint temperature of the fuel cell assembly lies. As a result, only by the coolant, the target temperature the fuel cell assembly can be ensured. Of the System pressure then usually has to be adapted only slightly. possibly can even be dispensed with influencing the system pressure.

Vorzugsweise weist das Kühlmittel Ethanol auf. Es hat sich herausgestellt, dass sich mit Ethanol (C2H5OH) eine gute Wärmeaufnahme erzielen lässt, wobei gleichzeitig eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Brennstoffzellenanordnung erreicht wird.Preferably, the coolant has ethanol. It has been found that with ethanol (C 2 H 5 OH), a good heat absorption can be achieved, at the same time a uniform temperature distribution over the fuel cell assembly is achieved.

Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Kühlmittel im ersten Wärmetauscher verdampft wird und im zweiten Wärmetaucher kondensiert wird, wobei das Kühlmittel aus dem ersten Wärmetauscher an einer in Schwerkraftrichtung höheren Entnahmestelle entnommen wird als es eingeleitet wird und im zweiten Wärmetauscher an einer niedrigeren Entnahmestelle entnommen wird als es eingeleitet wird.The The object mentioned above is in a method of the beginning mentioned type solved that the coolant is evaporated in the first heat exchanger and in the second heat exchanger is condensed, wherein the coolant from the first heat exchanger at a higher discharge point in the direction of gravity is taken as it is introduced and in the second heat exchanger taken at a lower sampling point than it is introduced becomes.

Dadurch wird erreicht, dass das Kühlmittel, welches im flüssigen Zustand in den ersten Wärmetauscher eingeleitet wird, solange Wärme aufnimmt, bis es verdampft. Anschließend entweicht das verdampfte Kühlmittel durch die höher angeordnete Entnahmestelle. Eine weitere Wärmeaufnahme durch das verdampfte Kühlmittel findet dabei nur noch in einer vernachlässigbaren Größenordnung statt. Die Brennstoffzellenanordnung wird dadurch gleichmäßig auf einer Temperatur gehalten, die in etwa der Verdampfungstemperatur des Kühlmittels entspricht. Da im zweiten Wärmetauscher die Entnahmestelle niedriger angeordnet ist als die Stelle, an der das dampfförmige Kühlmittel in den Wärmetauscher eingeleitet wird, verläßt das Kühlmittel nach erfolgter Kondensation im zweiten Wärmetauscher diesen aufgrund der Einwirkung der Schwerkraft. Die Temperatur, mit der das Kühlmittel den zweiten Wärmetauscher verläßt und mit der es wieder in den ersten Wärmetauscher eingeleitet wird, liegt dabei nur etwas unter der Verdampfungstemperatur und ist wie diese während des Betriebs nahezu konstant. Dabei ist besonders bevorzugt, dass das Kühlmittel an einer Stelle in den ersten Wärmetauscher eingeleitet wird, die auf gleicher Höhe oder niedriger angeordnet ist als die Entnahmestelle des zweiten Wärmetauschers. Dadurch kann auf eine zusätzliche Pumpe für die Bewegung des Kühlmittels verzichtet werden. Das Kühlmittel zirkuliert allein aufgrund der Dichteunterschiede des flüssigen und des dampfförmigen Kühlmittels und der Wirkung der Schwerkraft. Dadurch ergibt sich ein sehr energieeffizientes System.Thereby is achieved that the coolant, which in the liquid Condition is initiated in the first heat exchanger, as long as Absorbs heat until it evaporates. Subsequently escapes the vaporized coolant through the higher arranged removal point. Another heat absorption through the evaporated coolant finds it only in of negligible magnitude instead of. The fuel cell assembly is thereby uniform kept at a temperature that is about the evaporation temperature corresponds to the coolant. Because in the second heat exchanger the sampling point is arranged lower than the point at which the vaporous refrigerant in the heat exchanger is introduced leaves the coolant after condensation in the second heat exchanger this due the action of gravity. The temperature at which the coolant leaves the second heat exchanger and with it again introduced into the first heat exchanger is, is only slightly below the evaporation temperature and like this one is almost constant during operation. It is particularly preferred that the coolant at one point is introduced into the first heat exchanger, the same Height or lower is arranged as the sampling point of the second heat exchanger. This can add an extra Pump for the movement of the coolant dispensed become. The coolant circulates solely due to the density differences of the liquid and vapor refrigerant and the effect of gravity. This results in a very energy efficient System.

Vorzugsweise wird der Systemdruck in Abhängigkeit von der gewünschten Solltemperatur der Brennstoffzellenanordnung eingestellt. Durch den Systemdruck lässt sich die Verdampfungstemperatur des Kühlmittels beeinflussen. Durch die Einstellbarkeit des Systemdrucks kann daher dafür gesorgt werden, dass das Kühlmittel erst oder schon bei der Solltemperatur der Brennstoffzellenanordnung verdampft.Preferably the system pressure will depend on the desired Set temperature of the fuel cell assembly set. By the system pressure can be the evaporation temperature of the Influence coolant. Due to the adjustability of the System pressure can therefore be ensured that the Coolant only or already at the setpoint temperature of the fuel cell assembly evaporated.

Dabei ist besonders bevorzugt, dass ein Kühlmittel verwendet wird, dessen Verdampfungstemperatur im Bereich der gewünschten Solltemperatur der Brennstoffzellenanordnung liegt. Eine Anpassung des Systemdrucks ist dann nur noch in geringem Maße erforderlich oder auch gar nicht notwendig.there It is particularly preferred that a coolant is used whose evaporation temperature is in the range of the desired Target temperature of the fuel cell assembly is located. An adaptation the system pressure is then only required to a small extent or not at all necessary.

Vorzugsweise wird als Kühlmittel Ethanol verwendet. Ethanol weist eine gute Wärmeaufnahme auf, wobei sich herausgestellt hat, dass mit Ethanol eine gleichmäßige Temperaturverteilung über der Brennstoffzellenanordnung erreicht werden kann.Preferably is used as a coolant ethanol. Ethanol has one good heat absorption, which has been found that with ethanol a uniform temperature distribution over the fuel cell assembly can be achieved.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der einzigen Figur beschrieben. Dabei zeigt:
die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufes.A preferred embodiment of the invention will be described below with reference to the single figure. Showing:
the single figure is a schematic representation ei nes cooling circuit.

Die Figur zeigt schematisch einen Kühlkreislauf, in dem einer Brennstoffzellenanordnung 1 ein erster Wärmetauscher 2 zugeordnet ist. Der erste Wärmetauscher 2 weist einen ersten Kühlmitteleingang 3 und einen ersten Kühlmittelausgang 4 auf. Ein zweiter Wärmetauscher 5 weist einen zweiten Kühlmitteleingang 6 und einen zweiten Kühlmittelausgang 7 auf. Der erste Kühlmitteleingang 3 des ersten Wärmetauschers 2 ist über eine Verbindungsleitung 8 an den zweiten Kühlmitteleingang 6 des zweiten Wärmetauschers 5 angeschlossen. Der zweite Kühlmittelausgang 7 des zweiten Wärmetauschers 5 ist mit dem ersten Kühlmitteleingang 3 des ersten Wärmetauschers 2 über eine Verbindungsleitung 9 verbunden. Der zweite Wärmetauscher 5 ist zusätzlich mit einem Wärmespeicher 10 verbunden.The figure shows schematically a cooling circuit in which a fuel cell assembly 1 a first heat exchanger 2 assigned. The first heat exchanger 2 has a first coolant inlet 3 and a first coolant outlet 4 on. A second heat exchanger 5 has a second coolant inlet 6 and a second coolant outlet 7 on. The first coolant inlet 3 of the first heat exchanger 2 is via a connection line 8th to the second coolant inlet 6 of the second heat exchanger 5 connected. The second coolant outlet 7 of the second heat exchanger 5 is with the first coolant inlet 3 of the first heat exchanger 2 over a connecting line 9 connected. The second heat exchanger 5 is additionally with a heat storage 10 connected.

Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung vom ersten Kühlmittelausgang 4 zum zweiten Kühlmitteleingang 6 sowie vom zweiten Kühlmittelausgang 7 zum ersten Kühlmitteleingang 3 direkt, d. h. ohne zwischengeschaltete Elemente. Das ganze System kommt ohne eine zusätzliche Pumpe aus.In this embodiment, the connection is made from the first coolant outlet 4 to the second coolant inlet 6 as well as from the second coolant outlet 7 to the first coolant inlet 3 directly, ie without intermediary elements. The whole system works without an additional pump.

Beim Betrieb der Brennstoffzellenanordnung 1 wird dort Wärme freigesetzt, so dass sich die Temperatur im ersten Wärmetauscher 2 erhöht. Dadurch erwärmt sich ein Kühlmittel im ersten Wärmetauscher 2, bis es schließlich verdampft. Dadurch steigt das Kühlmittel empor und gelangt durch die Verbindungsleitung 8 zum höher gele genen zweiten Kühlmitteleingang 6 des zweiten Wärmetauschers 5. Dort wird dem Kühlmittel Wärme entzogen und im Wärmespeicher 10 gespeichert. Das Kühlmittel kühlt dabei ab und kondensiert im zweiten Wärmetauscher 5. Da der zweite Kühlmittelausgang 7 tiefer gelegen ist als der zweite Kühlmitteleingang 6 fließt das kondensierte Kühlmittel durch den zweiten Kühlmittelausgang 7 und die Verbindungsleitung 9 in den nochmals tiefer gelegenen ersten Kühlmitteleingang 3 des ersten Wärmetauschers 2.During operation of the fuel cell assembly 1 Heat is released there, so that the temperature in the first heat exchanger 2 elevated. As a result, a coolant heats up in the first heat exchanger 2 until it finally evaporates. As a result, the coolant rises and passes through the connecting line 8th for higher genes second coolant inlet 6 of the second heat exchanger 5 , There, the coolant heat is removed and in the heat storage 10 saved. The coolant cools down and condenses in the second heat exchanger 5 , Because the second coolant outlet 7 Lower than the second coolant inlet 6 the condensed coolant flows through the second coolant outlet 7 and the connection line 9 in the lower again first coolant inlet 3 of the first heat exchanger 2 ,

Das Kühlmittel zirkuliert also ohne dass zusätzliche Hilfsmittel wie beispielsweise eine Pumpe benötigt werden. Da die Zirkulation erst beginnt, wenn die Brennstoffzellenanordnung eine entsprechende Wärmemenge abgibt, wird die Betriebstemperatur der Brennstoffzellenanordnung schnell erreicht.The Coolant circulates so without additional Tools such as a pump may be needed. Since the circulation only starts when the fuel cell assembly emits a corresponding amount of heat, the operating temperature the fuel cell assembly reached quickly.

Der zweite Wärmetauscher 5 kann einen integrierten Wärmespeicher 10 aufweisen, dieser kann aber auch ein eigenes Bauelement sein. Als Wärmespeichermedium wird in der Regel Wasser benutzt.The second heat exchanger 5 can have an integrated heat storage 10 but this can also be a separate component. As a heat storage medium water is usually used.

Gegenüber einem herkömmlichen Kühlsystem, bei dem das Kühlmittel mit Hilfe einer Pumpe befördert wird, ergibt sich eine deutliche Verringerung des Massendurchflusses. Der Massendurchfluss berechnet sich nach folgender Formel:

Figure 00090001
Compared to a conventional cooling system in which the coolant is conveyed by means of a pump, there is a significant reduction in the mass flow. The mass flow rate is calculated according to the following formula:
Figure 00090001

Mit Wasser als Kühlmittel, einem Δt von 2,5°K und einer Wärmemenge von 1 KW ergibt sich für den Massendurchfluss

Figure 00100001
With water as coolant, a Δt of 2.5 ° K and a heat quantity of 1 KW results for the mass flow
Figure 00100001

Daraus folgt m = 0,1 kgs . It follows m = 0.1 kg s ,

Mit Ethanol als Kühlmittel, das im ersten Wärmetauscher verdampft und im zweiten Wärmetauscher wieder kondensiert, ergibt sich für den Massendurchfluss:

Figure 00100002
m = 1846 = 0,0012 kgs . With ethanol as coolant, which evaporates in the first heat exchanger and condenses again in the second heat exchanger, the following results for the mass flow:
Figure 00100002
m = 1 846 = 0.0012 kg s ,

Der Massendurchfluss verringert sich also fast um den Faktor 100.Of the Mass flow thus decreases almost by a factor of 100.

Das Kühlmittel bewegt sich also mit einer relativ geringen Geschwindigkeit. Dadurch hat es im zweiten Wärmetauscher 5 auch ausreichend Zeit, um die gewünschte Wärmemenge vollständig abzugeben, die so im Wärmespeicher 10 gespeichert werden kann.The coolant thus moves at a relatively low speed. This has it in the second heat exchanger 5 also sufficient time to completely deliver the desired amount of heat, so in the heat storage 10 can be stored.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 1699100 A1 [0010] - EP 1699100 A1 [0010]

Claims (11)

System zur Rückgewinnung von Wärme, das eine Brennstoffzellenanordnung mit einem ersten Wärmetauscher aufweist, der einen ersten Kühlmitteleingang und einen ersten Kühlmittelausgang aufweist, und einen zweiten Wärmetauscher, der einen zweiten Kühlmitteleingang und einen zweiten Kühlmittelausgang aufweist, wobei der zweite Wärmetauscher mit einem Wärmespeicher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein Kühlmittel aufweist, das im ersten Wärmetauscher (2) verdampft und im zweiten Wärmetauscher (5) kondensiert, wobei der erste Kühlmittelausgang (4) in Schwerkraftrichtung höher als der erste Kühlmitteleingang (3) und der zweite Kühlmittelausgang (7) in Schwerkraftrichtung niedriger als der zweite Kühlmitteleingang (6) angeordnet ist.A heat recovery system comprising a fuel cell assembly having a first heat exchanger having a first coolant inlet and a first coolant outlet, and a second heat exchanger having a second coolant inlet and a second coolant outlet, the second heat exchanger connected to a heat accumulator; characterized in that the system comprises a coolant which in the first heat exchanger ( 2 ) and in the second heat exchanger ( 5 ), wherein the first coolant outlet ( 4 ) in the direction of gravity higher than the first coolant inlet ( 3 ) and the second coolant outlet ( 7 ) in the direction of gravity lower than the second coolant inlet ( 6 ) is arranged. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittelausgang (4) über eine Verbindungsleitung (8) mit dem zweiten Kühlmitteleingang (6) und der zweite Kühlmittelausgang (7) über eine Verbindungsleitung (9) mit dem ersten Kühlmitteleingang (3) verbunden ist.System according to claim 1, characterized in that the first coolant outlet ( 4 ) via a connecting line ( 8th ) with the second coolant inlet ( 6 ) and the second coolant outlet ( 7 ) via a connecting line ( 9 ) with the first coolant inlet ( 3 ) connected is. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlmittelausgang (7) auf gleicher Höhe oder höher als der erste Kühlmitteleingang (3) angeordnet ist.System according to one of claims 1 or 2, characterized in that the second coolant outlet ( 7 ) at the same level or higher than the first coolant inlet ( 3 ) is arranged. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es einen einstellbaren Systemdruck aufweist.System according to one of claims 1 to 3, characterized in that it has an adjustable system pressure having. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel eine Verdampfungstemperatur aufweist, die im Bereich einer gewünschten Solltemperatur der Brennstoffzellenanordnung (1) liegt.System according to one of claims 1 to 4, characterized in that the coolant has an evaporation temperature which is in the range of a desired setpoint temperature of the fuel cell assembly ( 1 ) lies. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das das Kühlmittel Ethanol aufweist.System according to one of claims 1 to 5, characterized in that the coolant comprises ethanol. Verfahren zur Rückgewinnung von Wärme, die von einer Brennstoffzellenanordnung freigesetzt wird, wobei ein Kühlmittel Wärme in einem ersten Wärmetauscher aufnimmt, der der Brennstoffzellenanordnung zugeordnet ist, und in einem zweiten Wärmetauscher abgibt, der mit einem Wärmespeicher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel im ers ten Wärmetauscher vertauscht wird und im zweiten Wärmetauscher kondensiert wird, wobei das Kühlmittel aus dem Wärmetauscher an einer in Schwerkraftrichtung höheren Entnahmestelle entnommen wird als es eingeleitet wird und im zweiten Wärmetauscher an einer niedrigeren Entnahmestelle entnommen wird als es eingeleitet wird.Process for the recovery of heat, which is released by a fuel cell assembly, wherein a coolant heat in a first heat exchanger receives, which is associated with the fuel cell assembly, and emits in a second heat exchanger connected to a heat storage is, characterized in that the coolant in ers th Heat exchanger is reversed and in the second heat exchanger is condensed, with the coolant from the heat exchanger taken at a higher in the direction of gravity sampling point is introduced as it is and in the second heat exchanger taken at a lower sampling point than it is introduced becomes. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmittel an einer Stelle in den ersten Wärmetauscher eingeleitet wird, die auf gleicher Höhe oder niedriger angeordnet ist, als die Entnahmestelle des zweiten Wärmetauschers.Method according to claim 7, characterized in that that the coolant at one point in the first heat exchanger is initiated, which is at the same level or lower is arranged, as the removal point of the second heat exchanger. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemdruck in Abhängigkeit der gewünschten Solltemperatur der Brennstoffzellenanordnung eingestellt wird.Method according to one of claims 7 or 8, characterized in that the system pressure in dependence the desired setpoint temperature of the fuel cell assembly is set. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmittel verwendet wird, dessen Verdampfungstemperatur im Bereich der gewünschten Solltemperatur der Brennstoffzellenanordnung liegt.Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that a coolant is used whose evaporation temperature is in the range of the desired Target temperature of the fuel cell assembly is located. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmittel Ethanol verwendet wird.Method according to claim 10, characterized in that that ethanol is used as the coolant.
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