DE102008029529A1 - Fuel cell system operating method for motor vehicle, involves delivering exhaust gas carried along water, guiding cooling fluid, leading cooling fluid, separating water from gas, collecting water and partially spraying collected water - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems in einem Kraftfahrzeug, ein Brennstoffzellensystem zum Durchführen des Verfahrens sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem.The The invention relates to a method for operating a fuel cell system in a motor vehicle, a fuel cell system for performing of the method and a motor vehicle with such a fuel cell system.
Zu Brennstoffzellensystemen gehört zumindest eine Brennstoffzelle. Der Brennstoffzelle wird ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel zugeführt, und der Brennstoff wird in der Brennstoffzelle umgesetzt. Hierbei entsteht Abgas, welches Wasser mitführt, das bei der Reaktion entstanden ist. Die Konzentration an Wasser ist besonders hoch, wenn Wasserstoff als Brennstoff verwendet wird.To Fuel cell systems include at least one fuel cell. The fuel cell becomes a fuel and an oxidant fed, and the fuel is in the fuel cell implemented. This produces exhaust gas, which carries water, that arose during the reaction. The concentration of water is particularly high when hydrogen is used as fuel.
Das Wasser sollte nicht unmittelbar mit dem Abgas in flüssiger Form in die Umwelt abgegeben werden. Zum Beispiel kann das Wasser auf einer Fahrbahn, auf der sich das Kraftfahrzeug bewegt, bei kalten Umgebungstemperaturen zu Eis gefrieren und die vereiste Fahrbahn eine Gefahr für andere Kraftfahrzeuge darstellen. Weiterhin kann im Abgas befindliches Wasser in flüssiger Form dem nachfolgenden Fahrzeug auf die Windschutzscheibe spritzen und die Sicht nehmen.The Water should not be directly in liquid with the exhaust gas Form into the environment. For example, the water can on a road on which the motor vehicle is moving in cold Freezing ambient temperatures to ice and the icy road pose a danger to other motor vehicles. Farther can in the exhaust gas water in liquid form the inject subsequent vehicle onto the windshield and the Take a look.
Es ist aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, das Wasser aus dem Abgas in einem Behälter zu sammeln. Zum Teil sammelt sich das Wasser aus dem Abgas ohnehin an den Abgasleitungen an, denn diese werden bei Durchleitung des Abgases infolge des Wärmeaustausches mit der Umgebungsluft gekühlt, und an den kühlen Leitungswänden kann das Wasser sich danach niederschlagen, auch auskondensieren, wenn es in Dampfform mitgeführt wird. Teilweise ist auch vorgesehen, dass das Wasser eigens in einem Abscheider abgeschieden wird. Der Behälter, in dem das Wasser gesammelt wird, kann gleichzeitig als Abscheider fungieren oder einem Abscheider im Strömungspfad des Abgases nachgeordnet sein.It is well known in the art, the water from to collect the exhaust gas in a container. Partly collects the water from the exhaust anyway to the exhaust pipes, because These are at passage of the exhaust gas due to the heat exchange cooled with the ambient air, and at the cool Duct walls, the water can then precipitate, also condense when it is carried in vapor form. Partially is also provided that the water specifically in a separator is deposited. The container in which the water is collected can simultaneously act as a separator or a separator be downstream in the flow path of the exhaust gas.
In
der
Aus
der
In
der nach dem Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung veröffentlichen
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Möglichkeiten, wie vermieden werden kann, dass im Betrieb einer Brennstoffzelle erzeugtes Wasser auf die von einem Kraftfahrzeug mit dem Brennstoffzellensystem befahrene Fahrbahn gerät, zu erweitern. Die Lösung soll möglichst preisgünstig sein, möglichst sowohl was die Herstellung des Brennstoffzellensystems als auch seinen Betrieb angeht.It Object of the invention, the possibilities as avoided can be that generated during operation of a fuel cell water on the traveled by a motor vehicle with the fuel cell system Roadway device to expand. The solution should be as cheap as possible, if possible both in terms of the production of the fuel cell system as well his business.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst, durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 4 und durch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellensystem, also gemäß Patentanspruch 9.The Task is by a method according to claim 1 solved by a fuel cell system with the features according to claim 4 and by a motor vehicle with such a fuel cell system, that is according to claim 9.
Die Erfindung macht Gebrauch von einem in dem Kraftfahrzeug bereitgestellten Kühlkreislaufsystem. Ein Kühlkreislaufsystem ist üblicherweise mit einer Wärmequelle gekoppelt und weist einen Abkühlbereich auf. Ein Kühlfluid wird in dem Kühlkreislaufsystem (üblicherweise durch Leitungen) zu der Wärmequelle geleitet, um dort Wärme aufzunehmen, dann wird es zum Abkühlbereich geleitet und gibt die Wärme ab. Vorliegend soll ein solcher Abkühlbereich in dem Kühlkreislaufsystem bereitgestellt sein, in dem das Kühlfluid über Wandungen (an einem geeignet geformten Körper, z. B. an einer einfachen Leitung) die aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft abgibt. Das Verfahren knüpft an die bekannte Maßnahme an, dass das Wasser aus dem Abgas in einem Behälter gesammelt wird, z. B. nach einem Abscheiden oder bei gleichzeitigem Abscheiden in den Behälter. Um das Wasser nun wieder zu entsorgen und damit das von dem Kraftfahrzeug zu transportierende Gewicht zu reduzieren und die Gefahr einer Vereisung des Behälters bei kalten Umgebungstemperaturen zu verringern, wird das in dem Behälter gesammelte Wasser zumindest teilweise auf die Außenseite der Wandungen in dem Abkühlbereich des Kühlkreislaufsystems aufgebracht. Durch den Kontakt mit der Umgebungsluft, gefördert möglicherweise auch durch die in dem Kühlfluid enthaltene und an die Wandungen abgegebene Wärme, verdunstet das Wasser von der Außenseite der Wandungen weg und entzieht den Wandungen dabei Wärme. Das Wasser gelangt somit nicht auf die Fahrbahn, auf der das Kraftfahrzeug fährt, und als zweiten positiven Effekt erhält man eine besonders effiziente und im Vergleich zu bisherigen Systemen verbesserte Kühlung des Kühlfluids im Abkühlbereich. Die höhere Effizienz ermöglicht unter anderem auch einen kompakteren Bau des Kühlkreislaufsystems, insbesondere dessen Abkühlbereichs, wodurch man sogar auch eine Gewichtsersparnis bei dem Kraftfahrzeug erzielen kann.The invention makes use of a refrigeration cycle system provided in the motor vehicle. A refrigeration cycle system is usually coupled to a heat source and has a cooling area. A cooling fluid is sent to the heat source in the refrigeration cycle system (usually through conduits) to receive heat there, then it is directed to the refrigeration area and releases the heat. In the present case, such a cooling region should be provided in the cooling circuit system in which the cooling fluid via walls (on a suitably shaped body, for example on a simple line) releases the absorbed heat to the ambient air. The method is based on the known measure that the water is collected from the exhaust gas in a container, for. B. after deposition or simultaneous deposition in the container. In order to dispose of the water again and thus to reduce the weight to be transported by the motor vehicle and to reduce the risk of icing of the container at cold ambient temperatures, the water collected in the container is at least partially exposed to the outside of the walls in the cooling area of the refrigeration cycle system applied. Due to the contact with the ambient air, promoted möglicherwei Also due to the heat contained in the cooling fluid and discharged to the walls, the water evaporates away from the outside of the walls and removes heat from the walls. The water thus does not reach the road on which the motor vehicle is traveling, and as a second positive effect, one obtains a particularly efficient cooling of the cooling fluid in the cooling region which is improved compared to previous systems. Among other things, the higher efficiency also makes possible a more compact construction of the cooling circuit system, in particular its cooling area, as a result of which it is even possible to achieve weight savings in the motor vehicle.
In vorteilhafter Weise wird das Wasser in feinen Tröpfchen auf die Wandungen aufgesprüht. Durch die feine Verteilung des Wassers an den Wandungen wird die Verdunstung des Wassers gefördert.In Advantageously, the water is in fine droplets sprayed on the walls. Due to the fine distribution the water on the walls promotes the evaporation of the water.
Das Wasser muss nicht im gesamten Abkühlbereich auf die Wandungen aufgebracht werden. Vielmehr kann man sich auf solche Stellen der Aufbringung des Wassers konzentrieren, an denen das Kühlfluid besonders viel Wärme abgibt. Zusätzlich oder statt dessen ist es auch möglich, das Wasser auf eine solche Stelle, also einen Bereich, der nur ein Teilbereich des Abkühlbereichs sein kann, aufzubringen, die bei Fahrt des Kraftfahrzeugs von Fahrtwind durchströmt wird oder auch umströmt wird (was typischerweise bei einem Kühler, vorzugsweise bei einem Lamellenkühler, bzw. den einzelnen Leitungsstücken des Kühlers der Fall ist), und so wird ein Verdampfen des aufgebrachten Wassers durch den Fahrtwind gefördert. Man erhält auch hier eine doppelte Wirkung: Zum einen wird die Menge des entsorgten Wassers besonders hoch, und zum anderen wird das Kühlfluid besonders gut gekühlt, weil eben besonders viel Wasser verdampft wird. Während es bei herkömmlichen Kühlersystemen Aufgabe des Fahrtwinds ist, die Wandungen direkt zu kühlen, geschieht dies bei dem vorliegenden Verfahren zumindest teilweise auf dem Umweg über die Wassertröpfchen auf den Wandungen, und diese Wassertröpfchen sind leichter vom Fahrtwind unter Erzielung eines Kühleffekts bei den Wandungen mitführbar als sonst ein Kühlen der Wandungen durch den Fahrtwind erfolgt. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem weist in an sich bekannter Weise einen Behälter für von dem Abgas mitgeführtes Wasser auf, und es weist auch ein Kühlkreislaufsystem auf, wobei in einem Abkühlbereich das Kühlfluid in einen Körper mit Wandungen geführt ist, deren Außenseite mit der Umgebungsluft in Kontakt stehen. Erfindungsgemäß umfasst das Brennstoffzellensystem Mittel zum Verbringen von Wasser aus dem Behälter auf die Außenseite der Wandungen des Körpers im Abkühlbereich. Damit werden die vorteilhaften Wirkungen erzielt, die oben unter Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben wurden.The Water does not have to be in the entire cooling area on the walls be applied. Rather, one can look to such places of the Concentrate application of the water to which the cooling fluid gives off a lot of heat. In addition or instead of which it is also possible, the water on such Position, ie an area that is only a partial area of the cooling area may be, muster, which flows through when driving the motor vehicle by wind is or is flowed around (which is typically at a Cooler, preferably a lamella cooler, or the individual pipe sections of the radiator the case is), and so evaporate the applied water promoted by the wind. You get too here a double effect: on the one hand, the amount of disposed of Water is particularly high, and the other is the cooling fluid cooled particularly well, because just a lot of water is evaporated. While it does in conventional radiator systems The task of the wind is to cool the walls directly, this happens at least partially in the present method on the detour over the water droplets on the Walls, and these water droplets are lighter off Airstream to achieve a cooling effect on the walls mitführbar than otherwise a cooling of the walls done by the wind. The invention Fuel cell system has a container in a conventional manner for carried by the exhaust gas water, and It also has a refrigeration cycle system, wherein in one Cooling area the cooling fluid in a body With walls is guided, the outside with the ambient air in contact. According to the invention the fuel cell system means for spilling water the container on the outside of the walls of the body in the cooling area. This will be the achieved advantageous effects, the above with respect to the inventive Procedures have been described.
Die Mittel zum Verbringen können eine herkömmliche (Rohr-)Leitung umfassen. Für eine feine Verteilung des Wassers ist es sinnvoll, wenn diese Rohrleitung in einer Düse endet. Grundsätzlich ist es möglich, den Behälter für das Wasser so hoch in dem Kraftfahrzeug anzuordnen, dass das Wasser durch die Schwerkraft zu den Wandungen des Körpers gebracht wird. Um bei der Anordnung des Behälters flexibel zu sein, z. B. ihn wegen seines im Füllzustand hohen Gewichts eher weiter unten anordnen zu können, können geeignete Mittel zum Transportieren des Wassers durch die Leitung vorgesehen sein, die bevorzugt gleichzeitig dazu dienen, das Wasser aus der Düse zu drängen, also das eigentliche Heraussprühen des Wassers zu bewirken. Die Mittel zum Transportieren können eine einfache Pumpe umfassen.The Means for spending can be a conventional Include (pipe) line. For a fine distribution of Water, it makes sense if this pipe in a nozzle ends. Basically it is possible to use the container to arrange for the water so high in the motor vehicle that the water by gravity to the walls of the body is brought. To be flexible in the arrangement of the container to be, for. For example, because of its high filling weight Rather be able to arrange further down, suitable Means provided for transporting the water through the conduit be preferred, which simultaneously serve to remove the water from the nozzle to urge, so the actual spraying out to effect the water. The means of transport can include a simple pump.
In einem Brennstoffzellensystem gibt es üblicherweise bereits ein Kühlkreislaufsystem, nämlich ein solches, bei dem die Wärmequelle zumindest eine Brennstoffzelle ist. In vorteilhafter Weise wird das Wasser von den Mitteln zum Verbringen genau auf den Abkühlbereich dieses Kühlkreislaufsystems aufgebracht, es muss dann nicht ein gesondertes Kühlkreislaufsystem bereitgestellt werden.In A fuel cell system is usually already available a refrigeration cycle system, namely one, in which the heat source is at least one fuel cell is. Advantageously, the water from the means for Spend exactly on the cooling area of this cooling circulation system, it does not then have a separate cooling circuit system to be provided.
Im Brennstoffzellensystem kann von allen aus dem Stand der Technik bekannten Techniken Gebrauch gemacht werden, wie von der Brennstoffzelle erzeugtes Wasser in einem Behälter gesammelt werden kann. Hierbei kann von geeigneten Abscheidern, also Mitteln zum Abscheiden von Wasser aus einem Gas, Gebrauch gemacht werden, wobei besagtes Gas sowohl das eigentliche Abgas sein kann als auch der Brennstoff, also typischerweise der Wasserstoff, der die Brennstoffzelle unverbraucht durchlaufen hat.in the Fuel cell system can be of all the prior art known techniques, such as from the fuel cell generated water can be collected in a container. This can of suitable separators, ie means for depositing of water from a gas, use, said Gas can be both the actual exhaust and the fuel, So typically the hydrogen that go through the fuel cell unused Has.
Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem.to The invention also includes a motor vehicle with a fuel cell system.
Das Kühlkreislaufsystem des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems weist bei einem Kraftfahrzeug in an sich bekannter Weise vorteilhaft einen Abkühlbereich auf, der im Betrieb des Kraftfahrzeugs von Luft durchströmt ist. Typischerweise ist der Abkühlbereich dann als Kühler, vorzugsweise als Lamellenkühler, ausgebildet. Dann fördert die Luft, also der Fahrtwind, das Abtragen der Wassertröpfchen. Hierbei wird der Effekt der Beseitigung des störenden Wassers bereits erzielt, wenn der Fahrtwind die Wassertröpfchen einfach mitreißt. Durch den Fahrtwind wird aber insbesondere auch die Verdampfung der Wassertröpfchen gefördert und so eine Kühlung des Kühlers und damit des im Kühler befindlichen Kühlfluids fördert.The Cooling circuit system of the invention Fuel cell system has in a motor vehicle in itself known manner advantageous to a cooling area, the Is traversed by air in the operation of the motor vehicle. Typically, the cooling zone is then a cooler, preferably as a laminated radiator. Then promote the air, so the wind, the removal of water droplets. Here is the effect of eliminating the disturbing water already achieved when the wind is the water droplets just get carried away. But by the wind is especially also promoted the evaporation of water droplets and so a cooling of the radiator and thus the promotes cooling fluid in the cooler.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei die Figur in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem in einem Kraftfahrzeug veranschaulicht.Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the drawing, wherein the figure in more schematic Representation illustrates an inventive fuel cell system in a motor vehicle.
Ein
nur schematisch gezeichnetes und im Ganzen mit
Herzstück
des Brennstoffzellensystems ist ein Brennstoffzellenstapel
Im
Behälter
Nun
wird das Wasser aus dem Behälter
Durch
das Sprühen des Wassers aus dem Behälter
Es
muss nicht sämtliches Wasser aus dem Behälter
Vorliegende Erfindung kann auch Anwendung auf Auxiliary Power Units (APUs) finden, die als Stromquelle, z. B. für Standklimatisierung oder Standstromversorgung, fungieren und somit auch in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor oder Brennstoffzellen als Antrieb eingesetzt werden. Der für die Kühlung der APU notwendige Kühler wird dann vorzugsweise über einen Kühlerlüfter gekühlt.The present invention may also find application to Auxiliary Power Units (APUs), which as Power source, z. As for stationary air conditioning or stand-alone power supply, act and thus be used in vehicles with internal combustion engine or fuel cells as a drive. The cooler necessary for the cooling of the APU is then preferably cooled by a radiator fan.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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