DE102007050415A1 - Thermisch integrierter Brennstoffzellenbefeuchter zum schnellen Erwärmen - Google Patents
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Abstract
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- 1. Gebiet der Erfindung
- Diese Erfindung betrifft allgemein eine Technik zum Kühlen und Befeuchten der Ladeluft, die an die Kathodenseite eines Brennstoffzellenstapels angelegt wird, und insbesondere ein Brennstoffzellenstapelmodul, das einen Brennstoffzellenstapel, einen Ladeluftkühler und eine Wasserdampfübertragungseinheit aufweist, die thermisch in eine Endeinheit des Moduls integriert sind.
- 2. Beschreibung des Standes der Technik
- Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen aufweist. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf, und die Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird in der Anode aufgespalten, um freie Wasserstoffprotonen und Elektronen zu erzeugen. Die Wasserstoffprotonen gelangen durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Wasserstoffprotonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode, um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen von der Anode können nicht durch den Elektrolyt gelangen und werden somit durch eine Last geführt, in der sie Arbeit verrichten, bevor sie an die Kathode geliefert werden.
- Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) stellen eine populäre Brennstoffzelle für Fahrzeuge dar. Die PEMFC weist allgemein eine protonenleitende Festpolymerelektrolytmembran auf, wie beispielsweise eine Perfluorsulfonsäuremembran. Die Anode und die Kathode weisen typischerweise fein geteilte katalytische Partikel auf, gewöhnlich Platin (Pt), die auf Kohlenstoffpartikeln getragen und mit einem Ionomer gemischt sind. Die katalytische Mischung wird auf entgegengesetzten Seiten der Membran aufgebracht. Die Kombination der katalytischen Anodenmischung, der katalytischen Kathodenmischung und der Membran definiert eine Membranelektrodenanordnung (MEA). MEAs sind relativ teuer herzustellen und erfordern bestimmte Bedingungen für einen effektiven Betrieb.
- Typischerweise werden mehrere Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Leistung zu erzeugen. Beispielsweise kann ein typischer Brennstoffzellenstapel für ein Fahrzeug zweihundert oder mehr gestapelte Brennstoffzellen aufweisen. Der Brennstoffzellenstapel nimmt ein Kathodeneingangsgas, typischerweise eine Strömung aus Luft auf, die über einen Kompressor durch den Stapel getrieben wird. Es wird nicht der gesamte Sauerstoff von dem Stapel verbraucht, und ein Teil der Luft wird als ein Kathodenabgas ausgegeben, das Wasser als ein Stapelnebenprodukt enthalten kann. Der Brennstoffzellenstapel nimmt auch ein Anodenwasserstoffeingangsgas auf, das in die Anodenseite des Stapels strömt.
- Der Brennstoffzellenstapel weist eine Serie von Bipolarplatten auf, die zwischen den verschiedenen MEAs in dem Stapel positioniert sind, wobei die Bipolarplatten und die MEAs zwischen zwei Endplatten positioniert sind.
- Die Bipolarplatten weisen eine Anodenseite und eine Kathodenseite für benachbarte Brennstoffzellen in dem Stapel auf. Auf der Anodenseite der Bipolarplatten sind Anodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Anodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. Auf der Kathodenseite der Bipolarplatten sind Kathodengasströmungskanäle vorgesehen, die ermöglichen, dass das Kathodenreaktandengas an die jeweilige MEA strömen kann. Eine Endplatte weist Anodengasströmungskanäle auf, und die andere Endplatte weist Kathodengasströmungskanäle auf. Die Bipolarplatten und Endplatten bestehen aus einem leitenden Material, wie rostfreiem Stahl oder einem leitenden Komposit. Die Endplatten leiten die von den Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität aus dem Stapel heraus. Die Bipolarplatten enthalten auch Strömungskanäle, durch die ein Kühlfluid strömt.
- Wie es in der Technik gut bekannt ist, arbeiten Brennstoffzellenmembranen mit einer bestimmten relativen Feuchte (RF), so dass der Innenwiderstand über die Membran niedrig genug ist, um effektiv Protonen zu leiten. Die relative Feuchte des Kathodenauslassgases von dem Brennstoffzellenstapel wird typischerweise gesteuert, um die relative Feuchte der Membranen zu steuern, indem verschiedene Stapelbetriebsparameter gesteuert werden, wie Stapeldruck, Temperatur, Kathodenstöchiometrie und die relative Feuchte der Kathodenluft in den Stapel.
- Wie oben erwähnt ist, wird Wasser als ein Nebenprodukt des Stapelbetriebs erzeugt. Daher weist das Kathodenabgas von dem Stapel Wasserdampf und flüssiges Wasser auf. In der Technik ist es bekannt, eine Wasserdampfübertragungs-(WVT)-)Einheit zu verwenden, um einen Teil des Wassers in dem Kathodenabgas abzufangen und das Wasser dazu zu verwenden, die Kathodeneingangsluftströmung zu befeuchten. Typischerweise weist die WVT-Einheit Strömungskanäle und Membranen auf. Wasser in dem Kathodenabgas, das die Strömungskanäle auf einer Seite der Membran entlang strömt, wird von der Membran absorbiert und an den Kathodenluftstrom übertragen, der die Strömungskanäle an der anderen Seite der Membran entlang strömt.
- Die Kathodeneinlassluft wird von dem Kompressor erwärmt. In der Technik ist es bekannt, die Kathodeneinlassluft unter Verwendung eines Ladeluftkühlers zu kühlen, bevor diese an die WVT-Einheit geliefert wird, so dass die Kathodeneinlassluft sich bei der richtigen Temperatur zur optimalen Wasserdampfübertragungsleistung befindet. Bei einem bekannten System wird das Stapelkühlfluid, das dazu verwendet wird, den Brennstoffzellenstapel zu kühlen, auch dazu verwendet, die Kathodeneinlassluft zu kühlen, so dass die Temperatur der Kathodeneinlassluft etwa der Stapeltemperatur entspricht.
- Wie oben beschrieben ist, haben bekannte Brennstoffzellensysteme diskrete Ladeluftkühler und Befeuchter verwendet, die größtenteils von Umgebungsluft umgeben sind und den Fahrzeugluftströmungen unter der Motorhaube ausgesetzt sind. Aufgrund dessen können typischerweise zwei Dinge geschehen, die das Aufwärmen des Brennstoffzellenstapels beim Systemstart verlangsamen oder reduzieren. Erstens führt das kalte Kühlfluid die Wärme der komprimierten Luft von dem Brennstoffzellenstapel weg, wodurch die Ladeluft, die in den Ladeluftkühler gelangt, für eine gewisse Zeitdauer kalt beibehalten wird. Zweitens sehen die in Verbindung stehende Verrohrung und die Steuerventile zwischen dem Kathodengasauslass und der WVT-Einheit eine signifikante thermische Masse zum Aufwärmen vor, wodurch das Aufwärmen der WVT-Einheit weiter verlangsamt wird.
- Ferner ist es erwünscht, den Wärmeverlust der verschiedenen Einheiten in dem Brennstoffzellensystem zu halten, so dass der Wärmeverlust keine unerwünschte Kondensation zur Folge hat. Insbesondere bewirkt flüssiges Wasser in dem System verschiedene Degradationsprobleme mit Komponenten in dem System, wie auch Komplikationen während Starts unter Gefrierbedingungen. Somit ist es erwünscht, soweit wie möglich einphasigen Wasserdampf in den verschiedenen Gasströmen in dem System beizubehalten. Auch ist es erwünscht, Wärmeverluste von dem Brennstoffzellensystem zu minimieren, da ein Brennstoffzellenstapel einen relativ hohen Wirkungsgrad besitzt, der bei Niedrigleistungs- und/oder Niedrigumgebungstemperaturbedingungen Probleme des Stapelbetriebsverhaltens vorsehen könnte.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellenstapelmodul offenbart, das einen Brennstoffzellenstapel und eine Endeinheit aufweist, die Teil einer thermisch integrierten Anordnung sind. Das Brennstoffzellenstapelmodul weist auch einen Ladeluftkühler und eine WVT-Einheit auf, die in der Endeinheit integriert sind. Kühlfluid wird mittels einer Pumpe durch eine Kühlfluidleitung in der Endeinheit und den Brennstoffzellenstapel gepumpt, wobei die Pumpe in der Endeinheit positioniert sein kann. Das Kühlfluid wird durch den Ladeluftkühler gepumpt, um die Temperatur der an den Brennstoffzellenstapel gelieferten Kathodeneinlassluftströmung zu reduzieren. Die Kathodeneinlassluft mit reduzierter Temperatur von dem Ladeluftkühler wird an die WVT-Einheit geliefert, an der sie befeuchtet wird. Kathodenabgas von dem Brennstoffzellenstapel kann an die WVT-Einheit geliefert werden, um die Befeuchtung zum Befeuchten der Kathodeneinlassluft bereitzustellen. Ein Bypassventil, das in der Endeinheit vorgesehen ist, kann dazu verwendet werden, die WVT-Einheit bei Kaltstarts zu umgehen.
- Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein allgemeines schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems mit einer WVT-Einheit und einem Ladeluftkühler; -
2 ist eine perspektivische Darstellung eines Brennstoffzellenstapelmoduls mit einem Ladeluftkühler und einer WVT-Einheit, die in einer Endausstattung des Moduls positioniert sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und -
3 ist ein Ausführungsdiagramm ohne das Anodensubsystem des in2 gezeigten Brennstoffzellenstapelmoduls. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Brennstoffzellenstapelmodul gerichtet ist, das einen Ladeluftkühler und eine WVT-Einheit verwendet, die in einer Endausstattung des Moduls thermisch integriert sind, ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
-
1 ist ein allgemeines schematisches Blockdiagramm eines Brennstoffzellensystems10 , das einen Brennstoffzellenstapel12 aufweist. Ein Kompressor14 liefert eine Luftströmung an die Kathodenseite des Stapels12 auf einer Kathodeneingangsleitung16 . Die Luftströmung von dem Kompressor14 wird zur Befeuchtung durch eine WVT-Einheit18 geliefert. Ein Kathodenabgas wird von dem Stapel12 auf einer Kathodenausgangsleitung20 ausgegeben. Das Kathodenabgas weist aufgrund des Nebenproduktes des elektrochemischen Prozesses in dem Stapel12 eine erhebliche Menge an Wasser und Wasserdampf auf. Wie es in der Technik gut bekannt ist, kann das Kathodenabgas an die WVT-Einheit18 geliefert werden, um die Befeuchtung für die Kathodeneinlassluftströmung auf der Leitung16 bereitzustellen. Das Brennstoffzellensystem10 kann auch einen Ladeluftkühler (CAC)30 aufweisen, der die Temperatur der Kathodeneinlassluft reduziert, so dass diese von der WVT-Einheit18 besser befeuchtet werden kann. - Das Brennstoffzellensystem
10 weist eine Pumpe22 , die ein Kühlfluid durch Kühlfluidströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel12 pumpt, und eine Kühlmittelschleife24 außerhalb des Brennstoffzellenstapels12 auf, wie es dem Fachmann gut bekannt ist. Das erwärmte Kühlfluid von dem Brennstoffzellenstapel12 wird an den CAC30 zur Reduzierung der Temperatur der Kathodenladeluft geliefert. Die Kühlung strömt dann an ein Dreiwegeventil28 , das das Kühlfluid selektiv an einen Kühler26 lenken kann, an dem dessen Temperatur verringert wird, bevor es zurück an den Brennstoffzellenstapel12 geliefert wird. Der Kühler26 kann ein Gebläse (nicht gezeigt) aufweisen, das Kühlluft durch den Kühler26 treibt, um die Kühlung bereitzustellen, wie es in der Technik bekannt ist. Bei Niedertemperaturstarts und dergleichen kann das Ventil28 den Kühler umgehen und das Kühlfluid direkt an die Pumpe22 liefern. -
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffzellenstapelmoduls40 , das einen Brennstoffzellenstapel42 aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Brennstoffzellenstapelmodul40 weist auch eine obere Endeinheit44 des Stapels, eine untere Endeinheit46 des Stapels und eine Stapelgrundplatte48 zwischen dem Stapel42 und der unteren Endeinheit46 auf. Eine Anordnung50 aus Pumpen und Ventilen ist mit einer Außenseite des Gehäuses für die untere Endeinheit46 gekoppelt. Ferner ist ein Kühlfluidmechanismus52 mit dem Gehäuse der Endeinheit46 gekoppelt. Der Stapel42 , die Endeinheiten44 und46 sowie die Grundplatte48 sind als Teil einer thermischen Anordnung integriert. Verschiedene Verbinder, Befestigungseinrichtungen und Verrohrungszubehör sind dort mit dem Modul40 verbunden gezeigt, wo die verschiedenen Fluide in das Stapelmodul40 gelangen und aus diesem austreten. -
3 ist ein Ausführungsdiagramm des Brennstoffzellenstapelmoduls40 . Das Anodensubsystem wie auch die zugeordnete Verrohrung sind der Deutlichkeit halber nicht als Teil des Schemas gezeigt, da sie nicht Teil der vorliegenden Erfindung bilden. Die obere Endeinheit44 , der Stapel42 , die Grundplatte48 und die untere Endeinheit46 sind in einer thermischen Umhüllung58 eingeschlossen gezeigt. Gemäß der Erfindung sind eine WVT-Einheit60 und ein CAC62 in die untere Endeinheit46 integriert. Die WVT-Einheit60 und der CAC62 können eine beliebige geeignete Konstruktion für die hier beschriebenen Zwecke aufweisen, von denen viele in der Technik bekannt sind. - Das Stapelkühlfluid tritt in das Modul
40 auf der Leitung64 ein und verlässt das Modul40 auf der Leitung66 . Eine Kühlfluidpumpe68 , die in der Endeinheit46 konfiguriert ist, pumpt das Kühlfluid durch das Modul40 und die Kühlmittelschleife24 außerhalb des Moduls40 . Das Kühlfluid strömt durch die Kühlfluidströmungskanäle in dem Stapel42 . In der Endeinheit44 ist ein Kühlfluidbypassventil70 vorgesehen, das geöffnet wird, um die Strömungskanäle in dem Stapel42 bei Kaltstarts zu umgehen. Ein Reservoir72 ist vorgesehen, um das Kühlfluid wieder aufzufüllen. Das warme Kühlfluid von dem Brennstoffzellenstapel42 wird an den CAC62 geliefert und sieht das Kühlfluid zur Reduzierung der Temperatur der Kathodeneinlassluft vor, wie oben beschrieben ist. Bei bestimmten Betriebsbedingungen, wie beim Systemstart, bei geringen Umgebungstemperaturen und/oder bei geringer Leistung kann das Kühlfluid erwärmt werden, um die Temperatur des Stapels42 schneller anzuheben, was auch die durch den CAC62 strömende Kathodenluft erwärmt. Ein Dreiwegeventil74 mit variabler Position ermöglicht, dass das Kühlfluid die Kühlmittelschleife24 selektiv umgehen kann. Somit ermöglicht das Ventil74 , dass das Kühlfluid in der thermischen Umhüllung58 rezirkuliert wird, wenn es sich unterhalb der Betriebstemperatur des Systems befindet. - Die Kathodeneinlassluft von dem Kompressor
14 wird an den CAC62 auf der Leitung80 geliefert, an dem deren Temperatur durch das Stapelkühlfluid auf der Leitung76 reduziert wird. Die Kathodeneinlassluft mit reduzierter Temperatur wird dann an die Wasserdampf aufnehmende Seite der WVT-Einheit60 zur Befeuchtung geliefert. Die befeuchtete Kathodeneinlassluft wird dann an die Kathodenströmungskanäle in dem Brennstoffzellenstapel42 auf Leitung82 geliefert. Das feuchte Kathodenabgas von dem Brennstoffzellenstapel42 wird davon auf Leitung84 ausgegeben und an die Wasserdampf abgebende Seite der WVT-Einheit60 geliefert, um die Befeuchtung für die Kathodeneinlassluft vorzusehen, wie oben be schrieben ist. Ein Befeuchterbypassventil86 ist in der Leitung84 vorgesehen und kann geöffnet werden, um die WVT-Einheit60 zu umgehen und das Kathodenabgas direkt an eine Kathodenabgasauslassleitung88 zu liefern. Das Ventil86 kann ein Ventil mit variabler Position sein, das selektiv ermöglicht, dass ein Teil des Kathodenabgases durch die Wasserdampf abgebende Seite der WVT-Einheit60 strömt und ein Teil des Kathodenabgases die Wasserdampf abgebende Seite der WVT-Einheit60 umgeht. - Wie oben beschrieben ist, schlägt die vorliegende Erfindung vor, den CAC
62 , die WVT-Einheit60 und andere Komponenten in der Endausstattung eines Brennstoffzellenstapels in einer thermisch integrierten Anordnung zu konfigurieren. Somit ist jede Änderung der Temperatur einer Komponente oder eines Fluides in dem Modul40 durch die Temperatur anderer Komponenten und Fluide in dem Modul beschränkt, so dass die gesamte thermische Masse stabil ist. - Durch Integration des CAC
62 und der WVT-Einheit60 in die Endeinheit44 und Verwendung von Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit für den Aufbau bleiben der CAC62 und die WVT-Einheit60 für eine längere Zeitdauer nach einer Systemabschaltung warm, wodurch die Tiefe des nächsten Systemkaltstarts reduziert wird. Beim Start des Brennstoffzellensystems erwärmt ein Endzellenheizer (nicht gezeigt), der typischerweise über dem aktiven Bereich der Endzelle des Stapels12 angeordnet ist, die WVT-Einheit60 . Der Endzellenheizer kann in der Grundplatte48 vorgesehen sein. Die Kühlfluidströmung durch den Stapel42 kann solange abgeschaltet werden, bis der Brennstoffzellenstapel42 eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Bis dahin erwärmt sich das Kathodenabgas allgemein innerhalb 10 Sekunden und beginnt das Erwärmen der WVT-Einheit60 . Wenn die Pumpe68 eingeschaltet wird und das Kühlfluid zu strömen beginnt, überträgt das warme Kühlfluid Wärme in den CAC62 , um die in die WVT-Einheit60 eintretende Luft aufzuwärmen. Ferner kann durch die Kühlfluiddurchgänge geleitete Wärme die WVT-Einheit60 extern erwärmen. Aufgrund dieser Konfiguration kann die WVT-Einheit60 nicht überwärmt werden, solange Kühlfluid durch das Modul40 strömt. - Wenn sich die Temperatur der WVT-Einheit
60 einer Nennbetriebstemperatur des Stapels42 annähert, dominiert die Kühlfluidströmung die Temperatursteuerung. Es ist entdeckt worden, dass für bestimmte Befeuchtermaterialien eine Wasserdampfübertragungsleistungsfähigkeit durch Temperaturen bis zu etwa 95°C nicht beeinträchtigt wird. Derartige Materialien können die Leistungsfähigkeit der WVT-Einheit60 steigern, um eine Verringerung ihrer Größe und ihrer Kosten zu unterstützen. - Die WVT-Einheit
60 kann so konstruiert sein, dass ein gewünschter Kathodengegendruck bereitgestellt wird, so dass das Kathodengegendruckventil (nicht gezeigt), das normalerweise in einem Brennstoffzellensystem vorgesehen ist, möglicherweise weggelassen werden kann. - Das Bypassventil
86 erlaubt, dass das Kathodenabgas die WVT-Einheit60 umgeht, so dass die Kathodeneinlassluftströmung nicht signifikant befeuchtet wird. Alternativ dazu kann ein Bypassventil (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um zu ermöglichen, dass die Kathodeneinlassluft die WVT-Einheit60 umgeht, so dass diese im Wesentlichen trocken beibehalten wird. Betriebsbedingungen, bei denen eine trockene Kathodeneinlassluft erwünscht ist, können einen Kaltstapelstart umfassen, bei dem der in den kalten Stapel eingeführte Wasserdampf in Wasser kondensieren kann. Ferner kann es bei einer Stapelabschaltung erwünscht sein, das Bypassventil86 zu öffnen, um die Kathodenströmungskanäle, die Diffusionsme dien und die MEAs des Brennstoffzellenstapels42 von Wasser aus Gründen eines Gefrierens zu spülen. - Die vorhergehende Diskussion offenbart und beschreibt lediglich beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann erkennt leicht aus einer derartigen Diskussion und aus den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Variationen darin ohne Abweichung von dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert ist, durchgeführt werden können.
Claims (19)
- Brennstoffzellenstapelmodul mit: einem Brennstoffzellenstapel; einer Stapelendeinheit, die mit dem Brennstoffzellenstapel als Teil einer integrierten Anordnung gekoppelt ist; einem Ladeluftkühler, der in der Stapelendeinheit positioniert ist; und einer Wasserdampfübertragungseinheit, die in der Stapelendeinheit positioniert ist, wobei der Ladeluftkühler eine Kathodeneinlassluftströmung aufnimmt und die Temperatur der Kathodeneinlassluftströmung reduziert, wobei die Wasserdampfübertragungseinheit die gekühlte Kathodeneinlassluftströmung von dem Ladeluftkühler aufnimmt und diese an eine Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels liefert.
- Modul nach Anspruch 1, ferner mit einer Kühlfluidschleife, die durch die Stapelendeinheit verläuft und ein Kühlfluid bereitstellt, um den Brennstoffzellenstapel zu kühlen, wobei das Kühlfluid, das durch die Kühlfluidschleife strömt, durch den Ladeluftkühler aufgenommen wird, um die Temperatur der Kathodeneinlassluftströmung zu reduzieren.
- Modul nach Anspruch 2, ferner mit einer Kühlfluidpumpe, die in der Stapelendeinheit positioniert ist, wobei die Kühlfluidpumpe das Kühlfluid durch die Kühlfluidschleife pumpt.
- Modul nach Anspruch 2, ferner mit einem Kühlfluid-Bypassventil mit variabler Position, um selektiv zu bewirken, dass das Kühlfluid in dem Modul rezirkuliert.
- Modul nach Anspruch 4, wobei das Kühlfluid-Bypassventil in der Stapelendeinheit positioniert ist.
- Modul nach Anspruch 1, wobei die Wasserdampfübertragungseinheit eine Strömung von Kathodenabgas von dem Brennstoffzellenstapel aufnimmt, um die Befeuchtung zum Befeuchten der Kathodeneinlassluft bereitzustellen.
- Modul nach Anspruch 1, ferner mit einem Bypassventil einer Wasserdampfübertragungseinheit, um zu verhindern, dass die Kathodeneinlassluftströmung befeuchtet wird.
- Modul nach Anspruch 7, wobei das Wasserdampfbypassventil verhindert oder reduziert, dass ein befeuchtendes Gas durch die Wasserdampfübertragungseinheit strömt.
- Modul nach Anspruch 7, wobei das Wasserdampfbypassventil verhindert, dass die Kathodeneinlassluft durch die Wasserdampfübertragungseinheit strömt.
- Modul nach Anspruch 1, wobei der Brennstoffzellenstapel und die Stapelendeinheit in einer thermischen Umhüllung integriert sind.
- Brennstoffzellenstapelmodul, mit: einem Brennstoffzellenstapel; einer Stapelendeinheit, die mit dem Brennstoffzellenstapel als Teil einer integrierten Anordnung gekoppelt ist; einer thermischen Umhüllung, die den Brennstoffzellenstapel und die Stapelendeinheit umschließt; einem Ladeluftkühler, der in der Stapelendeinheit positioniert ist, wobei der Ladeluftkühler eine Kathodeneinlassluftströmung aufnimmt; einer Kühlfluidschleife, die durch die Stapelendeinheit verläuft und ein Kühlfluid bereitstellt, um den Brennstoffzellenstapel zu kühlen, wobei das Kühlfluid, das durch die Kühlfluidschleife strömt, von dem Ladeluftkühler aufgenommen wird, um die Temperatur der Kathodeneinlassluftströmung zu reduzieren; und einer Wasserdampfübertragungseinheit, die in der Stapelendeinheit positioniert ist, wobei die Wasserdampfübertragungseinheit ein Kathodenabgas von dem Brennstoffzellenstapel und die gekühlte Kathodeneinlassluftströmung von dem Ladeluftkühler aufnimmt und eine befeuchtete Luftströmung an eine Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels liefert.
- Modul nach Anspruch 11, ferner mit einer Kühlfluidpumpe, die in der Stapelendeinheit positioniert ist, wobei die Kühlfluidpumpe das Kühlfluid durch die Kühlfluidschleife pumpt.
- Modul nach Anspruch 12, ferner mit einem Kühlfluidbypassventil mit variabler Position, um selektiv zu bewirken, dass das Kühlfluid in dem Modul rezirkuliert.
- Modul nach Anspruch 13, wobei das Kühlfluidbypassventil in der Stapelendeinheit positioniert ist.
- Modul nach Anspruch 11, ferner mit einem Bypassventil für eine Wasserdampfübertragungseinheit, um zu verhindern, dass das Kathodenabgas durch die Wasserdampfübertragungseinheit strömt.
- Brennstoffzellenstapelmodul, mit: einem Brennstoffzellenstapel; einem Ladeluftkühler; und einer Wasserdampfübertragungseinheit, wobei der Brennstoffzellenstapel, der Ladeluftkühler und die Wasserdampfübertragungseinheit alle in einer gemeinsamen thermischen Umhüllung integriert sind.
- Modul nach Anspruch 16, ferner mit einer in die thermische Umhüllung integrierten Kühlfluidpumpe.
- Modul nach Anspruch 16, ferner mit einem Bypassventil für eine Wasserdampfübertragungseinheit, das in die thermische Umhüllung integriert ist.
- Modul nach Anspruch 16, ferner mit einem Dreiwege-Kühlfluidrezirkulationsventil mit variabler Position, das in die thermische Umhüllung integriert ist.
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