DE102008019099A1 - Suppression of icing of a component, in particular in an anode circuit of a fuel cell system - Google Patents

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Abstract

In einem Brennstoffzellensystem wird verhindert, dass sich Eis auf einem vorbestimmten Bauteil (16; 14', 16', 18') niederschlägt, indem das Sichabkühlen des Bauteils (16; 14', 16' 18') nach Ende des Betriebs des Brennstoffzellensystems verzögert wird. Hierzu können entweder aktive Mittel (20, 22, 24) zum Zuführen von Wärmeenergie verwendet werden oder ein Latentwärmespeicher (36), der unterhalb einer vorbestimmten Temperatur selbsttätig zuvor gespeicherte Energie abgibt.In a fuel cell system, ice is prevented from precipitating on a predetermined component (16, 14 ', 16', 18 ') by delaying the cooling of the component (16, 14', 16 ', 18') after the end of the operation of the fuel cell system becomes. For this purpose, either active means (20, 22, 24) are used for supplying heat energy or a latent heat storage (36), which automatically emits previously stored energy below a predetermined temperature.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterdrücken von Vereisung eines Bauteils in einem Brennstoffzellensystem, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei vorliegend eine Beschränkung auf solche Bauteile stattfindet, die sich im Betrieb des Brennstoffzellensystems über die Temperatur in der Umgebung des Brennstoffzellensystems hinaus erwärmen. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Bauteil und darüber hinaus ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem. Die Erfindung findet auch Anwendung auf mobile, nicht im Kraftfahrzeugbereich eingesetzte Brennstoffzellensysteme sowie auf stationäre Brennstoffzellensysteme.The The invention relates to a method for suppressing icing a component in a fuel cell system, in particular in a motor vehicle, in the present case a restriction takes place on such components that in the operation of the fuel cell system via the temperature in the environment of the fuel cell system addition heat. Furthermore, the invention relates to a fuel cell system with such a component and beyond a motor vehicle with such a fuel cell system. The invention also finds Application to mobile, not used in the automotive sector Fuel cell systems and stationary fuel cell systems.

Die Vereisung von Bauteilen in einem Brennstoffzellensystem beeinträchtigt regelmäßig den Betrieb dieser Bauteile. Dies gilt insbesondere für Bauteile in einem Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem, in dem üblicherweise aus Wasserstoff und Luftsauerstoff Wasser erzeugt und hierbei Energie gewonnen wird. Bei Umgebungstemperaturen unterhalb der Gefriertemperatur von Wasser gefriert nach dem Betrieb des Brennstoffzellensystems, also nach dem Abschalten des Kraftfahrzeugs, das mit dem Brennstoffzellensystem betrieben wird, das verbleibende Wasser zu Eis. Soll das Kraftfahrzeug zu einem späteren Zeitpunkt wieder fahren und somit das Brennstoffzellensystem wieder in Betrieb genommen werden, so behindert das Eis die Funktionsweise des Brennstoffzellensystems. Dies gilt insbesondere für bewegte Teile, wie Gebläse, Pumpen und Ventile, aber auch für unbewegte Teile, wie z. B. Rohrleitungen.The Icing of components in a fuel cell system impaired regular operation of these components. this applies in particular for components in a motor vehicle with a Fuel cell system, usually made of hydrogen and Air oxygen produces water and thereby energy is gained. At ambient temperatures below the freezing temperature of water freezes after the operation of the fuel cell system, ie after the switching off of the motor vehicle, with the fuel cell system is operated, the remaining water to ice. Should the motor vehicle drive again at a later date and thus the Fuel cell system to be put back into operation, so obstructed the ice the functioning of the fuel cell system. this applies especially for moving parts, such as blowers, pumps and valves, but also for stationary parts, such. B. piping.

Bisher behilft man sich damit, einmal entstandenes Eis durch Heizen bei Inbetriebnahme des Brennstoffzellensystems zu beseitigen. So offenbart die DE 103 517 56 A1 die Verwendung eines Adsorptionsspeichers zur Abgabe von Wärme, der insbesondere beim Kaltstart eingesetzt wird. Ein solcher Adsorptionsspeicher ist kostenträchtig und hat zudem ein störendes Gewicht. Aus der US 6,586,124 B2 ist die Verwendung von Hydriden, insbesondere von Metallhydriden, zur Aufheizung der Brennstoffzelle vor der Inbetriebnahme bekannt. Damit sollen die Bauteile der Brennstoffzelle auf Betriebstemperatur gebracht werden, auch wenn die Umgebungstemperaturen niedrig sind. Die Metallhydride können in einer Wärmepumpe eingesetzt werden.So far, one manages to eliminate once formed ice by heating at startup of the fuel cell system. So revealed the DE 103 517 56 A1 the use of an adsorption storage for the release of heat, which is used in particular during cold start. Such adsorption storage is costly and also has a disturbing weight. From the US 6,586,124 B2 the use of hydrides, in particular of metal hydrides, for heating the fuel cell prior to commissioning is known. This should bring the components of the fuel cell to operating temperature, even if the ambient temperatures are low. The metal hydrides can be used in a heat pump.

Aus der DE 109 421 95 A1 ist die Verwendung von Latentwärmespeichern in Brennstoffzellensystemen bekannt. In der DE 109 421 95 A1 ist offenbart, dass im laufenden Betrieb der Brennstoffzelle der Latentwärmespeicher zur Temperaturstabilisierung durch Pufferung des Wärmebedarfs eingesetzt wird. In der DE 103 37 898 A1 steht die Herstellung der minimalen Betriebstemperatur der Brennstoffzelle mit Hilfe des Latentwärmespeichers im Zentrum des Interesses. Hierbei wird ein Latentwärmespeicher verwendet, der ein Material aufweist, das mittels Wärmezufuhr von einer Phase in eine andere Phase überführt wird und dann die letztere Phase beibehält, auch wenn sie abkühlt. Durch Einbringen einer gezielten geringfügigen elektrischen, mechanischen oder chemischen Veränderung wird die Freisetzung der gespeicherten Wärmeenergie bewirkt. Dies wird insbesondere bei der Inbetriebnahme der Brennstoffzelleneinheit ausgenutzt.From the DE 109 421 95 A1 the use of latent heat storage in fuel cell systems is known. In the DE 109 421 95 A1 discloses that during operation of the fuel cell, the latent heat storage for temperature stabilization by buffering the heat demand is used. In the DE 103 37 898 A1 is the production of the minimum operating temperature of the fuel cell using the latent heat storage in the center of interest. In this case, a latent heat storage is used which comprises a material which is transferred by means of heat supply from one phase to another phase and then retains the latter phase, even if it cools. By introducing a targeted slight electrical, mechanical or chemical change, the release of the stored heat energy is effected. This is utilized in particular during the commissioning of the fuel cell unit.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen sind aufwendig, weil bei der Inbetriebnahme das System geheizt werden muss. Hierdurch wird Energie verbraucht, und die für das Heizen erforderlichen Bauteile nehmen Platz und Gewicht in Anspruch und sind nicht kostengünstig.The known from the prior art measures are expensive, because the system has to be heated during commissioning. This will Energy consumed, and those required for heating Components take up space and weight and are not inexpensive.

Es ist Aufgabe der Erfindung, das Problem der Vereisung von Bauteilen in einem Brennstoffzellensystem auf eine bessere Art und Weise zu lösen.It Object of the invention, the problem of icing of components in a fuel cell system in a better way too to solve.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 2 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 9 gelöst.The Task is achieved by a method with the features according to claim 1, by a fuel cell system with the features according to claim 2 and by a motor vehicle with the features according to claim 9 solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit nach Beendigung des Betriebs des Brennstoffzellensystems dem Bauteil Wärme zugeführt, während es sich auf die Temperatur in der Umgebung des Brennstoffzellensystems abkühlt. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem weist gesonderte Mittel auf, die zum Zuführen von Wärmeenergie zu den Bauteilen dienen, und zwar dazu ausgelegt sind, diese Wärmeenergie insbesondere nach Beendigung des Betriebs des Brennstoffzellensystems zuzuführen, noch während sich das Bauteil auf die Temperatur in der Umgebung des Brennstoffzellensystems abkühlt. Mit anderen Worten wird durch das erfindungsgemäße Verfahren das Sichabkühlen des Bauteils verzögert, und die Mittel in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem bzw. in dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug haben dieselbe Wirkung. Das Verzögern des Abkühlens im Vergleich zu dem Zustand ohne gesonderte Maßnahme hat den Vorteil, dass Wasser und Luftfeuchtigkeit während des Abkühlens besser entweichen können. Dies gilt zum einen bezogen auf das gesamte System, zum anderen bezogen auf genau den Bereich des in Rede stehenden Bauteils selbst. In letzterem Falle kann durchaus ausgenutzt werden, dass sich andere Bauteile schneller abkühlen, an denen das vorhandene Wasser dann gefrieren kann, wenn diese anderen Bauteile gegenüber Vereisungen bei Inbetriebnahme des Brennstoffzellensystems weniger empfindlich sind.In the method according to the invention, heat is thus supplied to the component after the end of the operation of the fuel cell system, while it cools down to the temperature in the vicinity of the fuel cell system. The fuel cell system according to the present invention has separate means for supplying heat energy to the components adapted to supply this heat energy, particularly after completion of the operation of the fuel cell system, while the component cools down to the temperature in the vicinity of the fuel cell system. In other words, the cooling of the component is delayed by the method according to the invention, and the means in the fuel cell system according to the invention or in the motor vehicle according to the invention have the same effect. Delaying the cooling as compared to the non-separate state has the advantage that water and humidity can escape better during cooling. This applies, on the one hand, to the entire system and, on the other hand, to exactly the area of the component in question itself. In the latter case, it can certainly be exploited that other components cool down more quickly, at which point the water can then freeze, if they do Other components against icing during commissioning of the fuel cell system less sensitive are.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei der Inbetriebnahme des Brennstoffzellensystems die Vorgeschichte durchaus eine Rolle spielt. Man muss es nicht als gegeben hinnehmen, dass vorbestimmte Bauteile vereisen und dann wie im Stand der Technik die Lösung suchen, das Eis zu befreien. Vielmehr wird durch die vorliegende Erfindung aktiv auf die Vorgeschichte der Wiederinbetriebnahme Einfluss genommen, indem bei der Beendigung des Betriebs des Brennstoffzellensystems bzw. des Kraftfahrzeugs die Mittel zum Zuführen von Wärmeenergie aktiv werden bzw. sind.The Invention is based on the recognition that at startup the fuel cell system the history plays quite a role. You do not have to take it for granted that predetermined components freeze and then look for the solution as in the prior art, to free the ice. Rather, by the present invention actively influenced the history of recommissioning, by at the end of the operation of the fuel cell system or of the motor vehicle, the means for supplying heat energy become active or are.

Die Erfindung hat zwei Aspekte: Es kann mit einem passiven System gearbeitet werden. Hierbei bietet sich die Kopplung des Bauteils eines Brennstoffzellensystems mit einem Latentwärmespeicher an, und zwar einem solchen, der oberhalb einer ersten vorbestimmten Temperatur Wärme aufnimmt und unterhalb einer vorbestimmten Temperatur selbsttätig, ohne einer Aktivierung zu bedürfen, Wärme abgibt. Es sei darauf hingewiesen, dass sich dieser Latentwärmespeicher von dem Latentwärmespeicher aus der DE 103 37 898 A1 unterscheidet, bei der bewusst ein Latentwärmespeicher gewählt wird, in den zur Freisetzung der gespeicherten Wärmeenergie gezielt eine geringfügige elektrische, mechanische oder chemische Veränderung eingebracht werden muss. Latentwärmespeicher, die selbsttätig die Wärme wieder abgeben, sind beispielsweise aus dem Bereich der Gebäudetechnik bekannt. Auch hier werden so genannte Phasenänderungsmaterialien (Phase-Change-Materials, PCM) verwendet. Vorliegend können dies beispielsweise feine Wachströpfchen mit einem Durchmesser von ca. 2 bis 20 μm sein, die in hochfesten Kunststoff eingegossen sind und so in andere Materialien eingebracht werden können. In der Gebäudetechnik werden diese eingegossenen Wachströpfchen beispielsweise in Gips, Putz etc. eingebracht. Vorliegend kann ein geeignetes Trägermaterial verwendet werden, das lediglich die Eigenschaft haben muss, dass es den Betrieb eines Brennstoffzellensystems nicht behindert. Beispielsweise kann das die Latentwärmeeigenschaft aufweisende Material in Kunststoff oder einen festen Schaum eingebracht werden, der mit dem zu schützenden Bauteil verbunden wird, wobei dies soweit gehen kann, dass das Bauteil vollständig mit dem Material überzogen oder umgeben wird. Das die Latentwärmeeigenschaft aufweisende Material kann, wenn möglich, auch direkt in Bauteilmaterial eingebracht werden, wobei sich beispielsweise Kunststoffbauteile besonders eignen.The invention has two aspects: it can be worked with a passive system. In this case, the coupling of the component of a fuel cell system with a latent heat storage offers, namely one which absorbs heat above a first predetermined temperature and below a predetermined temperature automatically, without requiring activation, gives off heat. It should be noted that this latent heat storage of the latent heat storage from the DE 103 37 898 A1 in which deliberately a latent heat storage is selected, in the targeted release of the stored thermal energy a slight electrical, mechanical or chemical change must be introduced. Latent heat storage, which automatically release the heat again, are known for example in the field of building technology. Again, so-called phase change materials (PCM) are used. In the present case, these may be, for example, fine wax droplets with a diameter of about 2 to 20 μm, which are cast in high-strength plastic and can thus be incorporated into other materials. In building technology, these cast wax droplets are introduced, for example, in plaster, plaster, etc. In the present case, a suitable carrier material may be used, which merely has to have the property that it does not hinder the operation of a fuel cell system. For example, the material having the latent heat property may be introduced into plastic or a solid foam which is bonded to the component to be protected, in which case the component may be completely covered or surrounded by the material. The material having the latent heat property can, if possible, also be introduced directly into component material, with plastic components, for example, being particularly suitable.

In einem zweiten Aspekt umfasst das Brennstoffzellensystem weniger passive Mittel zum Heizen als aktive Mittel zum Heizen. Diese werden dann von einer Steuereinheit gesteuert, die dazu ausgelegt ist, die aktiven Mittel zum Heizen des Bauteils nach einem Betrieb des Brennstoffzellensystems anzusteuern, und zwar während sich das Bauteil abkühlt, um so den Abkühlvorgang zu verzögern. Als geeignet in Brennstoffzellensystemen haben sich als aktive Mittel zum Heizen Behälter mit chemischen H2-Speichermaterialien (z. B. Metallhydriden) erwiesen, wobei zwei Behälter gekoppelt eine Wärmepumpe bilden können, die gleichzeitig mit dem Zuführen von Wärme zu dem einen Bauteil einem anderen Bauteil Wärme entzieht. Damit wird das andere Bauteil früher kalt, und Eis schlägt sich im Zweifel auf diesem anderen Bauteil nieder, so dass das zu schützende Bauteil eisfrei bleibt.In a second aspect, the fuel cell system includes less passive means for heating than active means for heating. These are then controlled by a control unit which is adapted to drive the active means for heating the component after operation of the fuel cell system while the component is cooling so as to retard the cooling process. As suitable in fuel cell systems, as active heating means, containers with chemical H 2 storage materials (eg, metal hydrides) have been found, wherein two containers coupled can form a heat pump which simultaneously with the supply of heat to the one component to another component Heat escapes. This will make the other component cold earlier, and if in doubt, ice will settle on that other component, leaving the part to be protected ice-free.

Bei den genannten Ausführungsformen von Brennstoffzellensystemen kann der Latentwärmespeicher oder können die aktiven Mittel in die frostgefährdeten Komponenten (Gebläse, Pumpen, Ventile, Flutleitungen usw.) integriert werden oder zumindest in deren unmittelbarer Nähe gebracht werden um dann in wärmeleitenden Kontakt, entweder über Festkörper oder eine Gasphase gebracht werden. Hierbei könnte der Konvektionseffekt über die Schwerkraft ausgenutzt werden: Der Latentwärmespeicher bzw. die aktiven Mittel zum Heizen müssten dann unterhalb der genannten Komponenten angebracht werden, wobei sich der Begriff „unterhalb" auf die typische Lage des Brennstoffzellensystems bezieht, insbesondere wenn es sich um ein Kraftfahrzeug handelt und dies auf ebenem Grund steht.at the said embodiments of fuel cell systems can be the latent heat storage or can be the active Agent in the frost-prone components (blower, Pumps, valves, flood lines, etc.) are integrated or at least in their immediate vicinity are brought around then in thermally conductive Contact, either via solid state or a gas phase to be brought. Here, the convection effect could over Gravity be exploited: the latent heat storage or the active heating means would then have to be below attached to the said components, the term "below" refers to the typical location of the fuel cell system, in particular if it is a motor vehicle and on a level ground stands.

In einer besonderen Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem in ein Kraftfahrzeug eingebaut.In a particular embodiment is the invention Fuel cell system installed in a motor vehicle.

Die Erfindung findet auch Anwendung auf mobile, nicht im Kraftfahrzeugbereich eingesetzte Brennstoffzellensysteme sowie auf stationäre Brennstoffzellensysteme.The Invention also applies to mobile, not in the automotive field used fuel cell systems as well as stationary Fuel cell systems.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobeifollowing preferred embodiments of the invention below With reference to the drawing, wherein

1 in einer schematischen Darstellung ein Brennstoffzellensystem gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung veranschaulicht und 1 in a schematic representation of a fuel cell system according to a first aspect of the invention illustrated and

2 in einer schematischen Darstellung ein Brennstoffzellensystem gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung veranschaulicht. 2 in a schematic representation of a fuel cell system according to a second aspect of the invention illustrated.

Von einem Brennstoffzellensystem gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist vorliegend symbolisch ein Brennstoffzellenstapel 10 dargestellt sowie der Anodenkreis 12, welcher aus einer Mehrzahl von Bauteilen 14, 16 und 18 besteht, die thermisch zumindest soweit voneinander entkoppelt sind, dass sie unterschiedliche Temperaturen aufweisen können. Ein Anodenkreis zeichnet sich dadurch aus, dass nicht verbrauchter Wasserstoff aus den Brennstoffzellen wieder zurückgeführt wird. Die Erfindung ist auch auf Anodenanordnungen anwendbar, bei denen es diese Rückführung nicht gibt.Of a fuel cell system according to a first aspect of the invention is present symbolically a fuel cell stack 10 represented as well as the anode circuit 12 , which consists of a plurality of components 14 . 16 and 18 exists that are thermally decoupled from each other at least so far that they aufwei different temperatures sen. An anode circuit is characterized by the fact that unused hydrogen is returned from the fuel cells again. The invention is also applicable to anode arrangements where there is no such feedback.

Ein erster Behälter 20 mit Metallhydrid ist mit dem Bauteil 14 thermisch gekoppelt, und ein zweiter Behälter 22 mit einer anderen Art Metallhydrid ist mit dem Bauteil 16 gekoppelt. Die Behälter 20 und 22 sind über ein Ventil 24 miteinander verbindbar. Die Metallhydride in dem Behälter 20 und 22 unterscheiden sich durch ihren Gleichgewichtsdruck. Im Ausgangszustand, der spätestens während des Betriebs des Brennstoffzellensystems aus 1 herzustellen ist, ist der Behälter 20 mit dem höheren Gleichgewichtsdruck mit Wasserstoff beladen, der andere nicht. Bekanntlich absorbieren Metallhydride Wasserstoff. Es ist nun vorgesehen, dass bei Beendigung des Betriebs des Brennstoffzellensystems, zumindest wenn die Außentemperatur eine kritische Temperatur unterschreitet, so dass damit zu rechnen ist, dass in dem Brennstoffzellensystem Wasser zu Eis gefrieren könnte, das Ventil 24 geöffnet wird. Dies geschieht mit Hilfe einer Steuereinheit 26, die zum einen eine Information erhält, ob und wann der Betrieb des Brennstoffzellensystems beendet ist. Diese Information kann z. B. durch ein Signal von einem Zündschloss bereitgestellt werden. Der Steuereinheit 26 wird ferner über einen Temperatursensor 28, der die Außentemperatur misst oder auch die Temperatur eines Bauteils des Brennstoffzellensystems (vgl. gestrichelte Linie vom Temperatursensor 28 zum Bauteil 18) eine Information über die Temperatur zugeführt, so dass die Steuereinheit 26 anhand eines Schwellwertkriteriums vergleichen kann, ob sie das Ventil nach Beendigung des Betriebs des Brennstoffzellensystems öffnen soll. Wird das Ventil nun geöffnet, wird der Wasserstoff in dem Behälter 20 desorbiert und strömt in den Behälter 22, wo er nunmehr absorbiert wird. Dadurch kühlt sich der Behälter 20 stark ab, wohingegen sich der Behälter 22 erwärmt. Mit dem Behälter 22 wird das Bauteil 16 erwärmt. Das Bauteil 16 kühlt sich daher nicht so schnell ab wie die Bauteile 14 und 18 des Annodenkreislaufs 12. Die Umgebungstemperatur, welche ja einen geeignet definierten Schwellwert unterschritten hat, führt zu einem Gefrieren von Wasser. Dies geschieht wegen der Erwärmung des Bauteils 16 bevorzugt an den Bauteilen 14 und 18. Das Bauteil 16 ist so ausgewählt, dass es dasjenige Bauteil ist, was von Eis in seinem Betrieb (bei späterer Wiederinbetriebnahme des Brennstoffzellensystems) am meisten gestört wird. An den Bauteilen 14 und 18 hingegen ist das Eis unkritisch. Wegen des Abkühlens des Bauteils des Behälters 20 wird das Bauteil 14 sogar kühler als das Bauteil 18 (und gegebenenfalls auch kühler als die Umgebung) und dient als Kondensationsfalle, an dem das Wasser gezielt kondensiert und entweder abgeleitet oder festgefroren wird. Das Bauteil 14 ist so ausgewählt, dass das dort entstehende Eis den Kaltstart des Brennstoffzellensystems nicht behindert.A first container 20 with metal hydride is with the component 14 thermally coupled, and a second container 22 with a different kind of metal hydride is with the component 16 coupled. The containers 20 and 22 are over a valve 24 connectable with each other. The metal hydrides in the container 20 and 22 differ by their equilibrium pressure. In the initial state, the latest during operation of the fuel cell system 1 is the container 20 loaded with hydrogen with the higher equilibrium pressure, the other not. As is known, metal hydrides absorb hydrogen. It is now envisaged that at the end of the operation of the fuel cell system, at least when the outside temperature falls below a critical temperature, so that it is likely that could freeze in the fuel cell system water to ice, the valve 24 is opened. This is done with the help of a control unit 26 which on the one hand receives information as to whether and when the operation of the fuel cell system has ended. This information can z. B. be provided by a signal from an ignition lock. The control unit 26 is also via a temperature sensor 28 , which measures the outside temperature or the temperature of a component of the fuel cell system (see dashed line from the temperature sensor 28 to the component 18 ) supplied information about the temperature, so that the control unit 26 Based on a threshold criterion can compare whether they should open the valve after the operation of the fuel cell system. If the valve is now opened, the hydrogen in the container 20 desorbed and flows into the container 22 where it is now absorbed. This cools the container 20 strong, whereas the container 22 heated. With the container 22 becomes the component 16 heated. The component 16 Therefore, it does not cool down as fast as the components 14 and 18 of the Annodenkreislaufs 12 , The ambient temperature, which has fallen below a suitably defined threshold, leads to a freezing of water. This happens because of the heating of the component 16 preferably on the components 14 and 18 , The component 16 is selected to be that component that is most disturbed by ice in its operation (at later recommissioning of the fuel cell system). On the components 14 and 18 however, the ice is not critical. Because of the cooling of the component of the container 20 becomes the component 14 even cooler than the component 18 (And possibly also cooler than the environment) and serves as a condensation trap, where the water is selectively condensed and either derived or frozen. The component 14 is selected so that the resulting ice does not hinder the cold start of the fuel cell system.

Im Fahrzeugbetrieb erwärmen sich die Bauteile 14, 16, 18 automatisch, so dass der Wasserstoff im Behälter 22 automatisch wieder abgegeben wird. Dieser kann entweder in den Behälter 20 zurückgeleitet werden, wodurch das Prinzip einer Wärmepumpe verwirklicht wird, oder er kann für den Systembetrieb verwendet werden. In letzterem Fall wird eine optionale Leitung 30 verwendet, die in eine Leitung 32 mit einem Ventil 34 führt, über die Wasserstoff zum Brennstoffzellenstapel 10 zugeführt wird. Die Leitung 30 kann auch dazu genutzt werden, beim Kaltstart dem Behälter 20 neuen Wasserstoff zuzuführen, so dass sich dieser Behälter erwärmt und möglicherweise doch dort befindliches Eis abgetaut wird.In vehicle operation, the components heat up 14 . 16 . 18 automatically, so that the hydrogen in the tank 22 is automatically returned. This can either be in the container 20 be returned, whereby the principle of a heat pump is realized, or it can be used for system operation. In the latter case becomes an optional line 30 used in a pipe 32 with a valve 34 leads, via the hydrogen to the fuel cell stack 10 is supplied. The administration 30 can also be used to cold start the container 20 to supply new hydrogen, so that this container is heated and possibly there is defrosting ice there.

Unter Bezug auf 1 wird eine Anordnung beschrieben, bei der zwei Behälter 20, 22 mit Metallhydrid vorgesehen sind. Alternativ kann man die Verwendung nur eines einzigen Behälters vorsehen, der beim Abstellen des Kraftfahrzeugs über die Zufuhrleitung für Wasserstoff mit Wasserstoff beaufschlagt wird, sich dadurch aufheizt und ein bestimmtes Bauteil länger warm hält.With reference to 1 An arrangement is described in which two containers 20 . 22 are provided with metal hydride. Alternatively, one can provide the use of only a single container, which is acted upon when turning off the motor vehicle via the supply line for hydrogen with hydrogen, thereby heating and keeps a certain component longer warm.

Gefrierendes Wasser kann auch bei anderen Bauteilen als im Anodenmodul (Anodenkreislauf) stören. In einem Brennstoffzellensystem kann auch vorgesehen sein, dass beim Beenden des Betriebs Bauteile des Kathodenmoduls oder des Befeuchters oder auch die Drosselklappe etc. mit Wärme beaufschlagt werden, insbesondere unter Verwendung von Behältern mit Metallhydriden.freezing Water can also be used with other components than in the anode module (anode circuit) to disturb. In a fuel cell system can also be provided be that at the end of the operation components of the cathode module or the humidifier or the throttle etc. with heat be applied, in particular using containers with metal hydrides.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezug auf 2 beschrieben. Hier sind von dem Brennstoffzellensystem nur der Brennstoffzellenstapel 10 symbolisch dargestellt sowie der Anodenkreislauf 12'. Bauteile 14', 16,' und 18' bilden den Anodenkreislauf 12'. Die Bauteile 14', 16' und 18' unterscheiden sich von herkömmlichen Bauteilen eines Anodenkreislaufs dadurch, dass sie mit einem Latentwärmeenergiespeicher gekoppelt sind. Dies ist in der Darstellung gemäß 2 durch eine Schicht 36 auf den Bauteilen 14', 16' und 18' symbolisiert. Die Schicht besteht beispielsweise aus Kunststoff oder einem festen Schaum, mit dem die Bauteile 14', 16' und 18' überzogen sind. In dieses Material ist ein so genanntes Phase-Change-Material, PCM, eingebettet, wie es aus der Gebäudetechnik bekannt ist. Es wird ein solches Phase-Change-Material verwendet, das bei Temperaturen oberhalb einer vorbestimmten Temperatur Wärme aufnimmt und selbsttätig nach Abkühlen unter eine vorbestimmte Temperatur die aufgenommene Wärme wieder abgibt. Ein typischer Fall für ein solches Phase-Change-Material sind beispielsweise in hochfesten Kunststoff eingegossene Wachströpfchen mit einem Durchmesser von beispielsweise 2 bis 20 μm. Es können jedoch auch andere Materialien, die solche Phasenänderungen aufweisen, Einsatz finden. Diese können fein in der Schicht 36 aus Kunststoff oder festem Schaum verteilt werden. Werden diese in hochfesten Kunststoff eingegossenen Wachströpfchen aufgeheizt, wie dies während des Betriebs des Brennstoffzellensystems automatisch geschieht, schmilzt das Wachs mit einer Schmelzenthalpie von beispielsweise 100 J/g. Die Schmelztemperatur und die Schmelzenthalpie lassen sich bei Auswahl des Materials vorgeben. Kühlt sich das System ab, wird die Schmelzenthalpie bei der Erstarrung des Wachses wieder frei, und den Bauteilen 14', 16' und 18' wird durch ihre jeweilige Beschichtung 36 Wärmeenergie zugeführt.An alternative embodiment of the invention will be made with reference to 2 described. Here are of the fuel cell system, only the fuel cell stack 10 symbolically represented as well as the anode circuit 12 ' , components 14 ' . 16 ,' and 18 ' form the anode circuit 12 ' , The components 14 ' . 16 ' and 18 ' differ from conventional components of an anode circuit in that they are coupled to a latent heat energy storage. This is in the illustration according to 2 through a layer 36 on the components 14 ' . 16 ' and 18 ' symbolizes. The layer consists for example of plastic or a solid foam, with which the components 14 ' . 16 ' and 18 ' are coated. In this material, a so-called phase-change material, PCM, embedded, as it is known in the building technology. It is such a phase-change material used, which absorbs heat at temperatures above a predetermined temperature and automatically releases the heat absorbed after cooling below a predetermined temperature. A typical case for such a phase change material are, for example, in high-strength plastic cast wax droplets with a diameter of for example 2 to 20 microns. However, other materials having such phase changes may find application. These can be fine in the layer 36 be distributed from plastic or solid foam. If these wax droplets poured into high-strength plastic are heated, as happens automatically during operation of the fuel cell system, the wax melts with a melting enthalpy of, for example, 100 J / g. The melting temperature and the enthalpy of fusion can be specified when selecting the material. As the system cools, the enthalpy of fusion re-free as the wax solidifies, and the components 14 ' . 16 ' and 18 ' is due to their respective coating 36 Heat energy supplied.

Während in 2 dargestellt ist, dass auf die Bauteile 14', 16' und 18' eine Schicht aufgebracht wird, ist es auch möglich, die Bauteile vollständig in eine Masse aus Trägermaterial für das Phase-Change-Material einzubetten. Das Phase-Change-Material kann auch ins Innere der Bauteile 14', 16', 18' eingebaut werden. Es lässt sich auch ein gesondertes Bauteil bilden, das an die Bauteile 14', 16' und 18' über einen Wärmeübergang lediglich gekoppelt wird, ohne die Bauteile 14', 16' und 18' in ihrem Aussehen zu beeinflussen.While in 2 shown is that on the components 14 ' . 16 ' and 18 ' a layer is applied, it is also possible to embed the components completely in a mass of support material for the phase change material. The phase change material can also be inside the components 14 ' . 16 ' . 18 ' to be built in. It is also possible to form a separate component which is connected to the components 14 ' . 16 ' and 18 ' is merely coupled via a heat transfer, without the components 14 ' . 16 ' and 18 ' to influence in their appearance.

Die Verwendung von Latentwärmespeichern zum Zwecke des Verhinderns von Vereisen bestimmter Materialen ist im Rahmen der Kraftfahrzeugtechnik völlig neu. Anwendungen außerhalb von Brennstoffzellen sind ebenfalls möglich. So können Latentwärmespeicher der genannten Art auch bei Katalysatoren, Batterien, Elektronikkomponenten, Gastanks und Tanks für sonstige Betriebsstoffe Verwendung finden.The Use of latent heat storage for the purpose of preventing icing of certain materials is within the scope of motor vehicle technology completely new. Applications outside of fuel cells are also possible. So can latent heat storage of the type mentioned also in catalysts, batteries, electronic components, Gas tanks and tanks for other supplies find use.

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Claims (9)

Verfahren zum Unterdrücken von Vereisung eines Bauteils (16; 14', 16', 18') in einem Brennstoffzellensystem, wobei sich das Bauteil (16, 14,', 16', 18') im Betrieb des Brennstoffzellensystems über die Temperatur in der Umgebung des Brennstoffzellensystems hinaus erwärmt, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung des Betriebs des Brennstoffzellensystems dem Bauteil (16; 14', 16', 18') Wärme zugeführt wird, während es sich auf die Temperatur in der Umgebung des Brennstoffzellensystems abkühlt.Method for suppressing icing of a component ( 16 ; 14 ' . 16 ' . 18 ' ) in a fuel cell system, wherein the component ( 16 . 14 , ', 16 ' . 18 ' heated in the operation of the fuel cell system beyond the temperature in the vicinity of the fuel cell system, characterized in that after completion of the operation of the fuel cell system the component ( 16 ; 14 ' . 16 ' . 18 ' ) Heat is supplied while it cools down to the temperature in the vicinity of the fuel cell system. Brennstoffzellensystem mit einem Bauteil (16; 14', 16', 18'), das sich im Betrieb des Brennstoffzellensystems über die Temperatur in der Umgebung des Brennstoffzellensystems hinaus erwärmt, gekennzeichnet durch Mittel (20, 22, 24; 36) zum Zuführen von Wärmeenergie zu dem Bauteil (16; 14', 16', 18') nach Beendigung des Betriebs des Brennstoffzellensystems, während es sich auf die Temperatur in der Umgebung des Brennstoffzellensystems abkühlt.Fuel cell system with a component ( 16 ; 14 ' . 16 ' . 18 ' ), which heats up during operation of the fuel cell system beyond the temperature in the vicinity of the fuel cell system, characterized by means ( 20 . 22 . 24 ; 36 ) for supplying heat energy to the component ( 16 ; 14 ' . 16 ' . 18 ' After completion of the operation of the fuel cell system, while it cools down to the temperature in the vicinity of the fuel cell system. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zuführen von Wärmeenergie einen Latentwärmespeicher (36) umfassen.Fuel cell system according to claim 2, characterized in that the means for supplying heat energy a latent heat storage ( 36 ). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zuführen von Wärmeenergie ein durch eine Steuereinheit (26) gesteuertes aktives Heizsystem (20, 22, 24) umfassen.Fuel cell system according to claim 2 or 3, characterized in that the means for supplying heat energy by a control unit ( 26 ) controlled active heating system ( 20 . 22 . 24 ). Brennstoffzellensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizsystem eine Wärmepumpe (20, 22, 24) umfasst, die gleichzeitig mit dem Zuführen von Wärme zu dem Bauteil (16) einem anderen Bauteil (14) Wärme entzieht.Fuel cell system according to claim 4, characterized in that the heating system is a heat pump ( 20 . 22 . 24 ) which simultaneously with the supply of heat to the component ( 16 ) another component ( 14 ) Removes heat. Brennstoffzellensystem nach Anspruch 3, das ein Bauteil (14', 16', 18') umfasst, das sich im Betrieb des Brennstoffzellensystems erwärmt, und das mit einem Latentwärmespeicher (36) gekoppelt ist, der oberhalb einer ersten vorbestimmten Temperatur Wärme aufnimmt und unterhalb einer zweiten vorbestimmten Temperatur selbsttätig, ohne einer Aktivierung zu bedürfen, Wärme an das Bauteil (14', 16', 18') abgibt.Fuel cell system according to claim 3, which is a component ( 14 ' . 16 ' . 18 ' ), which heats up during operation of the fuel cell system, and with a latent heat storage ( 36 ) is coupled, which absorbs heat above a first predetermined temperature and below a second predetermined temperature automatically, without requiring activation, heat to the component ( 14 ' . 16 ' . 18 ' ). Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 4 und/oder 5, das ein Bauteil (16) umfasst, das sich im Betrieb des Brennstoffzellensystems erwärmt, und das mit aktiven Mitteln (20, 22, 24) zum Heizen des Bauteils gekoppelt ist, die von einer Steuereinheit (26) gesteuert werden, die dazu ausgelegt ist, die aktiven Mittel (20, 22, 24) zum Heizen des Bauteils nach einem Betrieb des Brennstoffzellensystems anzusteuern, während sich das Bauteil (16) abkühlt, um so den Abkühlvorgang zu verzögern.Fuel cell system according to one of claims 4 and / or 5, which is a component ( 16 ), which heats up during operation of the fuel cell system, and by active means ( 20 . 22 . 24 ) is coupled to the heating of the component, by a control unit ( 26 ), which is designed to control the active means ( 20 . 22 . 24 ) for heating the component after operation of the fuel cell system, while the component ( 16 ) cools, so as to delay the cooling process. Brennstoffzellensystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (16) ein Teil eines Anodenkreises (12) des Brennstoffzellensystems ist.Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the component ( 16 ) a part of an anode circuit ( 12 ) of the fuel cell system. Kraftfahrzeug, das ein Brennstoffzellensystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8 umfasst.Motor vehicle comprising a fuel cell system according to a of claims 2 to 8.
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