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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung von Energie mit
einem Brennstoffzellensystem nach der im Oberbegriff von Anspruch
1 näher definierten Art.
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Aus
der
DE 102 48 611
A1 ist ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zum
Vorwärmen der Brennstoffzelle beziehungsweise des Brennstoffzellenstapels
in einem solchen Brennstoffzellensystem bekannt. Um die Vorwärmung
beim Kaltstart oder bei niedriger Temperatur effizienter und gleichmäßiger zu
gestalten, ist es in dieser Schrift vorgesehen, den thermischen
Energieinhalt, welcher in der verdichteten zur Kathodenseite der
Brennstoffzelle strömenden Luft enthalten ist, gleichmäßiger
zu verteilen. Hierzu wird über einen Wärmetauscher
das zu dem Brennstoffzellensystem strömende Wasserstoffgas, welches
hier als Brennstoff dient, über die beim Verdichten erwärmte
Luft mittels eines Brennstoff-Luft-Wärmetauschers vorgewärmt.
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Da
die in den Gasstrom des Brennstoffs eingetragene Wärme
dabei aus der verdichteten Luft stammt, wird über diesen
Aufbau die verfügbare Wärme lediglich anders verteilt,
die eingetragene Wärmemenge insgesamt wird dagegen nicht
erhöht.
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Es
ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung
zur Erzeugung von Energie mit einem Brennstoffzellensystem dahingehend
zu verbessern, dass verfügbare thermische Energie ideal
genutzt wird, um den Betrieb der Einrichtung beziehungsweise ihres
Brennstoffzellensystems bei tiefen Temperaturen und damit insbesondere
auch im Kaltstartfall zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch eine Einrichtung zur Erzeugung von Energie mit
einem Brennstoffzellensystem gelöst, welche die Merkmale
im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufweist.
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Der
besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
liegt in zwei Aspekten. Beim Betrieb einer Energieeinrichtung mit
einem solchen Brennstoffzellensystem wird dem Brennstoffzellensystem
der Brennstoff, typischerweise Wasserstoff, aus einer Druckspeichereinrichtung
zugeführt. Dieser Brennstoff ist jedoch häufig
sehr kalt, da erstens die Druckspeichereinrichtung typischerweise
in einem Bereich – beispielsweise eines Fahrzeugs – angeordnet
ist, welcher nicht oder nur minimal isoliert ist. Der Brennstoff
in der Druckspeichereinrichtung weist somit Umgebungstemperatur
auf, was gegenüber der typischen Betriebstemperatur in
der Größenordnung von ca. 70 bis 100°C
in dem Brennstoffzellensystem eher kalt ist. Außerdem geht
beim Entspannen des Brennstoffs aus der Druckspeichereinrichtung
zusätzlich thermische Energie verloren, so dass ein – zumindest
im Vergleich zum System – sehr kalter Wasserstoff- beziehungsweise
Brennstoffstrom in dem Brennstoffzellensystem anlangt. Je niedriger
die Außentemperatur ist und je kürzer das Brennstoffzellensystem
in Betrieb ist, desto kritischer ist dieser kalte Brennstoffstrom,
da er in dem System Wärmesenken darstellt, an welchen Wasser,
welches in den Gasen des Systems vorhanden ist, auskondensieren
und gegebenenfalls sogar gefrieren kann.
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Durch
die erfindungsgemäße Vorwärmung des Brennstoffstroms
wird dieser Effekt deutlich verringert, so dass sich ein besserer
Betrieb und insbesondere ein sicherer und schnellerer Kaltstart
des Brennstoffzellensystems der Einrichtung zur Erzeugung von Energie
gewährleisten lässt. Die Erwärmung des
Brennstoffs über einen Kühlwärmetauscher
an einer wärmeerzeugenden Komponente des Systems ermöglicht
es außerdem im System anfallende thermische Energie hierfür
zu nutzen. Als weiterer positiver Nebeneffekt wird die jeweilige
wärmeliefernde Komponente durch den Gasstrom des Brennstoffs
zumindest teilweise gekühlt, so dass deren Betrieb in einem
Temperaturbereich ablaufen kann, welcher für den optimalen
Betrieb geeignet ist.
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Die
Komponente kann dabei jede aktiv Wärme oder Abwärme
erzeugende Komponente in einem Brennstoffzellensystem sein, beispielsweise eine
Elektronik oder Leistungselektronik, deren Abwärme weggekühlt
werden muss, oder auch eine Einheit mit elektromotorischem Antrieb,
bei der der Motor gekühlt werden sollte, um eine ideale
Funktion zu gewährleisten. Eine solche Einrichtung kann
beispielsweise ein Gebläse oder eine Kompressionseinrichtung
sein, es kann beim Einsatz in einem Fahrzeug jedoch auch ein Antriebsmotor
sein. Eine weitere Möglichkeit wäre, dass der
Brennstoff die Kühlung einer elektrochemischen Komponente
wie beispielsweise des Brennstoffzellenstapels selbst oder einer gegebenenfalls
zusätzlich zu dem Brennstoffzellenstapel vorhandenen Batterie übernimmt
und sich dabei erwärmt. Hier kann insbesondere an eine
Traktionsbatterie bei einem Fahrzeugantriebssystem gedacht werden,
welche dann als Hochleistungsbatterie, beispielsweise auf der Basis
der Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sein kann. Es sind jedoch
auch andere Komponenten des Brennstoffzellensystems denkbar, beispielsweise
ein gegebenenfalls elektrisch unterstützter Turbolader
zur Verdichtung der geförderten Luft für die Kathodenseite
oder dergleichen. Zuletzt sind auch noch andere Komponenten denkbar,
bei welchen Wärme durch die in ihnen ablaufenden Prozesse
entsteht, beispielsweise Kondensatoren oder Flüssigkeitsabscheider,
die durch die entsprechende Kondensationswärme Wärme
erzeugen, welche dann auf den Brennstoff übertragen werden
könnte.
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Eine
wärmeerzeugende Komponente im Sinne der Erfindung kann
somit jede Komponente sein, in welcher Wärme entsteht,
sie soll insbesondere jedoch kein Wärmetauscher sein, dem
Wärme in einem zweiten Kreislauf von außen über
ein Medium zugeführt wird. Diese wärmeerzeugende
Komponente im Sinn der Erfindung wird dann durch den Brennstoffstrom
zumindest teilweise gekühlt. In Abhängigkeit von
der jeweiligen Komponente und der jeweils geforderten Charakteristik
der Kühlung beispielsweise im Teillastbetrieb, unter Volllast,
im Leerlauf oder dergleichen, kann es dabei sein, dass der jeweils
zur Verfügung stehende Brennstoffstrom nicht ausreicht, um
die Kühlung zu gewährleisten. Sollte dies nicht der
Fall sein, so kann die Kühlung über den Brennstoff
auch als zusätzliche Kühlung mit eingerichtet werden,
so dass der Kühlwärmetauscher beispielsweise neben
einem weiteren Kühlwärmetauscher in oder an der
Komponente vorhanden ist. Über diesen weiteren Wärmetauscher
kann dann zum Beispiel über einen herkömmlichen
Kühlkreislauf mit einer Kühlflüssigkeit
die Kühlung in den Situationen und Betriebszuständen
sichergestellt werden, in denen die Kühlung über
den Volumenstrom des zuströmenden Brennstoffs nicht ausreicht.
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Gemäß einer
besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist es
gemäß Anspruch 10 vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem
ferner eine Rezirkulationsleitung aufweist, durch welche unverbrauchter
Brennstoff aus seinem Bereich in Strömungsrichtung nach
der Anodenseite in einen Bereich in Strömungsrichtung vor
der Anode zurückführbar ist, wobei der Kühlwärmetauscher
in der Brennstoffzuleitung dann im Bereich vor der Zusammenführung
mit der Rezirkulationsleitung angeordnet ist.
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Bei
einem derartigen Aufbau des Brennstoffzellensystems in der Einrichtung
zur Erzeugung von Energie ist der oben bereits beschriebene Aufbau
besonders vorteilhaft, da das rezirkulierte unverbrauchte Abgas
der Anode neben dem unverbrauchten Brennstoff typischerweise auch
etwas Flüssigkeit in Form von Feuchtigkeit mitführt.
Diese kann dann im Bereich der Zusammenführung sehr leicht
auskondensiere, bei entsprechend niedrigen Temperaturen gegebenenfalls
sogar gefrieren und so schlimmstenfalls den Betrieb des Brennstoffzellensystems
blockieren. Wenn nun der über den Kühlwärmetauscher zugeleitete
Brennstoff bereits eine entsprechende Temperatur aufweist, kann
hier die Menge an auskondensierter Flüssigkeit deutlich
verringert werden und ein Einfrieren wird typischerweise auch im
Kaltstartfall vollkommen verhindert werden können.
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Die
erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung von
Energie mit dem Brennstoffzellensystem ist grundsätzlich
sowohl im mobilen als auch im stationären Bereich einsetzbar.
Die Verbesserungen bei niedrigen Außentemperaturen und
im Kaltstartfall des Systems prädestinieren diese jedoch
zur Verwendung in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Kraftfahrzeug,
einem Schienenfahrzeug, einem Wasserfahrzeug oder einem Luftfahrzeug,
da diese Fahrzeuge häufiger widrigen Temperaturverhältnissen, insbesondere
Temperaturen unter dem Gefrierpunkt, ausgesetzt sind und auch in
solchen Situationen einen schnellen und sicheren Start und Betrieb
des Systems gewährleisten müssen.
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Dies
bezieht sich dabei sowohl auf die Leistungserzeugung beispielsweise
zum Zwecke des Vortriebs, z. B. in einem Brennstoffzellenfahrzeug, kann
jedoch auch für die Leistungserzeugung für Hilfsaggregate
sinnvoll sein, beispielsweise in einem Flugzeug, Schiff oder auch
Kraftfahrzeug, in dem die Einrichtung zur Erzeugung von Energie
als Zusatzenergieversorger für Nebenaggregate, Hilfsaggregate, Unterhaltungselektronik
oder dergleichen eingesetzt werden kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
restlichen Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend anhand
der Figuren näher beschriebenen Ausführungsbeispielen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Erzeugung von Energie mit einer ersten Ausführung des
Brennstoffzellensystems der erfindungsgemäßen
Einrichtung;
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2 eine
alternative Ausführungsform des Brennstoffzellensystems
der erfindungsgemäßen Einrichtung; und
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3 eine
weitere alternative Ausführungsform des Brennstoffzellensystems
der erfindungsgemäßen Einrichtung.
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In 1 ist
die Einrichtung zur Erzeugung von Energie 1 exemplarisch
durch einen gestrichelten Kasten dargestellt. Diese enthält
ein Brennstoffzellensystem 2 sowie zahlreiche weitere Komponenten,
von denen hier nur eine Einrichtung 3 zur Verteilung der
elektrischen Energie sowie eine Hochleistungsbatterie 4 exemplarisch
angedeutet sind. Der Kern des Brennstoffzellensystems 2 besteht
dabei aus einer Brennstoffzelle 5, welche eine Kathodenseite 6 und
eine Anodenseite 7 aufweist. Die Kathodenseite 6 ist
durch eine protonleitende Membran 8 von der Anodenseite 7 getrennt.
Die Brennstoffzelle 5 ist also in dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel als PEM-Brennstoffzelle bzw. als ein
Stapel solcher PEM-Brennstoffzellen ausgebildet. Die Kathodenseite 6 wird über
eine Kompressionseinrichtung 9 mit Luft als Sauerstofflieferant
versorgt. Aus einer Brennstoffspeichereinrichtung 10, insbesondere
einem Hochdrucktank für Wasserstoff als Brennstoff, gelangt über
eine Ventil- und/oder Dosiereinrichtung 11 der Brennstoff über
eine Brennstoffzuleitung 12 in die Anodenseite 7 der
Brennstoffzelle 5 und kann darin durch die Membran 8 hindurch
mit dem Sauerstoff der Kathodenseite 6 reagieren. Eventuelle
Restgase werden durch die Leitungen 13 aus dem Kathodenbereich
beziehungsweise die Leitung 14 aus dem Anodenbereich abgeführt.
Bei dieser Reaktion des Luftsauerstoffs und des Wasserstoffs in
dem Brennstoff in der Brennstoffzelle 5 entsteht elektrische
Leistung, welche über die angedeuteten Kabel 15 zu
einer Elektronik 16 gelangt. Von dort wird die elektrische
Leistung entsprechend verteilt und kann beispielsweise über
die weitere Elektronikeinheit 3 in die Hochleistungsbatterie 4 eingespeichert
werden oder sie gelangt über exemplarisch angedeutete elektrische
Klemmen 17 zu einem Leistungsverbraucher, der die von der
Einrichtung 1 erzeugte Energie entsprechend umsetzt. Dieser
Leistungsverbraucher kann beispielsweise der Traktionsmotor eines
Fahrzeugs oder ein andersartiger elektrischer Verbraucher sein.
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Außerdem
ist in dem Brennstoffzellensystem 2 ein hier exemplarisch
angedeuteter Motor 18 vorhanden, welcher zum Antrieb beliebiger
Aggregate verwendet werden kann (was hier nicht explizit dargestellt
ist). Dieser Motor 18 kann beispielsweise die Kompressionseinrichtung 9 antreiben
oder im Falle eines elektrischen Turboladers bei entsprechendem Energieüberschuss
an der Turbine auch selbst generatorisch angetrieben werden. Es
ist auch denkbar, dass er andere Hilfseinrichtungen in der Einrichtung 1 antreibt.
Es könnte jedoch auch beispielsweise der Traktionsmotor
eines mit der Einrichtung 1 ausgerüsteten Fahrzeugs
sein.
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Nun
ist zu erkennen, dass die Brennstoffzuleitung 12 durch
diesen elektrischen Motor 18 verläuft. Da in dem
elektrischen Motor 18 beim Betrieb Wärme entsteht,
kann der Brennstoff, hier typischerweise Wasserstoff, diese Wärme
in dem Bereich, in dem die Brennstoffzuleitung 12 durch
den Motor 18 verläuft, aufnehmen. Dieser Bereich
wird typischerweise als Kühlwärmetauscher 22 ausgebildet
sein und kann von dem Brennstoff durchströmt werden. Der
Kühlwärmetauscher 22 kann als solches
an oder in den elektrischen Motor 18 integriert sein, beispielsweise
indem Kanäle den elektrischen Motor 18 oder sein
Gehäuse durchziehen. Alternativ dazu kann die Brennstoffzuleitung 12 auch
in dem Gehäuse des elektrischen Motors 18 enden,
so dass dieser von dem Brennstoff direkt umströmt wird,
dieser durch eine Abströmöffnung in dem Gehäuse
wieder in die Brennstoffzuleitung 12 gelangt, um zur Anodenseite 7 der
Brennstoffzelle 5 zu strömen.
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Der
Brennstoff nimmt dabei Wärme aus dem Bereich des Elektromotors 18 auf.
Gleichzeitig wird der Elektromotor 18 gekühlt
und kann so in einem idealen Betriebsbereich gehalten werden. Die
von dem Brennstoff aufgenommene Wärme gelangt dann in den
Anodenbereich 7 der Brennstoffzelle 5. Sie dienst
zur schnellen Erwärmung der Brennstoffzelle beispielsweise
im Kaltstartfall und kann insbesondere verhindern, dass der einströmende
Brennstoff im Bereich der Anodenseite 7 eine Wärmesenke
darstellt, in welcher Flüssigkeit auskondensieren und gegebenenfalls
sogar gefrieren kann. Der vorgewärmte Brennstoff ermöglicht
also einen besseren und schnelleren Kaltstart sowie einen sichereren
und zuverlässigeren Betrieb, insbesondere in der Startphase
des Brennstoffzellensystems 2. Da er mit Wärme
erwärmt wird, die im Bereich des Motors 18 ohnehin
anfällt, kann dieser vorteilhafte Effekt hinsichtlich der
Betriebsführung und eines verkürzten Startvorganges
erreicht werden, ohne dass zusätzliche Energie notwendig
wäre. Die Verbesserungen des Betriebs werden somit ohne
eine Verschlechterung der Gesamtenergiebilanz des Brennstoffzellensystems 2 erreicht.
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In 2 ist
eine alternative Ausführungsform dargestellt, wobei hier
lediglich das Brennstoffzellensystem 2 nochmals im Detail
dargestellt wurde. Dieselben Elemente sind dabei mit denselben Bezugszeichen
versehen und weisen die oben bereits beschriebene Funktionalität
auf. Im Gegensatz zu der Ausführungsform in 1 weist
die Ausführungsform in 2 eine sogenannte
Rezirkulationsleitung 19 auf, durch welche unverbrauchter
Brennstoff aus dem Bereich der Abströmleitung 14 des
Anodenbereiches 7 in den Bereich der Brennstoffzuleitung 12 zurückgeführt
und dort im Bereich einer Zusammenführung 20 mit
dem frischen Brennstoff zusammengeführt wird. Die Rezirkulationsleitung 19 wird
dazu typischerweise eine Fördereinrichtung 21 aufweisen, welche
entweder als Brennstoffrezirkulationsgebläse oder als Gasstrahlpumpe
im Bereich der Zusammenführung 20 oder als Kombination
dieser beiden Elemente ausgebildet sein wird. Außerdem
ist eine Ventil 25 zu erkennen. Es dient zum Ablassen von
Gasen aus der Rezirkulationsleitung 19, beispielsweise beim
abstellen des Systems oder während des Betriebs von Zeit
zu Zeit, wenn sich größere Mengen an inerten Gasen
in der Rezirkulationsleitung 19 angesammelt haben. Dies
ist für die vorliegende Erfindung nicht weiter von Bedeutung,
so dass auf die Fördereinrichtung 21 und das Ventil 25 nicht
weiter eingegangen wird.
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Im
Ausführungsbeispiel der 2 wird die Brennstoffzuleitung 12 durch
den Bereich der Elektronikeinheit 16, die typischerweise
eine Leistungselektronik sein wird, oder eine Kombination von einzelnen
Elektronikelementen, welche zumindest eine Leistungselektronik aufweisen,
geführt. Die Brennstoffzuleitung 12 wird dabei
in der Art eines Kühlwärmetauschers 22 durch
die Elektronikeinheit 16 geführt und der in der
Brennstoffzuleitung 12 strömende Brennstoff kühlt
die Elemente der Elektronikeinheit 16, und hier insbesondere
die leistungselektronischen Bauteile, welche eine hohe Abwärme
erzeugen. Da der aus der Druckspeichereinheit 10 stammende
Brennstoff im Bereich der Expansions- und Dosiereinrichtung 11 entspannt
wird und dabei stark abkühlt, kann eine Kühlung
der leistungselektronischen Bauteile in der Elektronik 16 durch
den strömenden Brennstoff sichergestellt werden. Der von den
Elektronikkomponenten dabei erwärmte Brennstoff gelangt
in den Bereich der Zusammenführung 20 und dann
zusammen mit dem rückgeführten unverbrauchten
Brennstoff in die Anodenseite 7 der Brennstoffzelle 5.
Insbesondere im Bereich der Zusammenführung 20,
in der kalter frischer Brennstoff und warmer feuchter unverbrauchter
Brennstoff aus der Rezirkulationsleitung 19 aufeinander
treffen, ist die Problematik einer Auskondensation und gegebenenfalls
eines Einfrierens von Wassertröpfchen sehr hoch. Dabei
ist es insbesondere in dieser Konstellation mit einer Rückführung
von unverbrauchtem Brennstoff durch die Rezirkulationsleitung 19 besonders
wichtig und von entscheidendem Vorteil, dass der in diesem Bereich
der Zusammenführung 20 strömende frische
Brennstoff entsprechend vorgewärmt ist und so eine Kondensation
der in dem zurückgeführten unverbrauchten Brennstoff
enthaltenen Flüssigkeit verhindert werden kann.
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Neben
der hier dargestellten Ausgestaltung, in welcher der Kühlwärmetauscher 22 in
der Brennstoffzufuhrleitung 12 stromaufwärts,
also in Strömungsrichtung vor dem Erreichen der Zusammenführung 20 angeordnet
ist, kann der Kühlwärmetauscher 22 auch
im Bereich der Zusammenführung 20 angeordnet sein,
oder es ist denkbar, dass eine integrierte Einheit verwendet wird,
in welcher die Zusammenführung des frischen Brennstoffes
mit dem unverbrauchten rezirkulierten Brennstoff in dem Kühlwärmetauscher 22 selbst
erfolgt. So entsteht ein besonders kompakter und platzsparender
Aufbau.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel des Brennstoffzellensystems 2 in
der erfindungsgemäßen Einrichtung 1 zu
erkennen. Dieser Aufbau zeigt ebenfalls eine Rezirkulationsleitung 19 sowie eine
Fördereinrichtung 21, welche hier zumindest teilweise
als Brennstoffrezirkulationsgebläse ausgebildet ist. Das
Brennstoffrezirkulationsgebläse 21 weist einen
Antriebsbereich 23 sowie einen Arbeitsbereich 24 auf.
In dem Antriebsbereich 23 ist typischerweise ein elektromotorischer
Antrieb angeordnet, welcher eine Gebläseeinheit in dem
Arbeitsbereich 24 antreibt, welche den unverbrauchten durch die
Rezirkulationsleitung 19 anströmenden Brennstoff
beziehungsweise Wasserstoff fördert. Gleichzeitig wird über
die Brennstoffzuleitung 12 frischer und kalter Brennstoff über
das Gehäuse des Antriebsbereichs 23 oder durch
dieses hindurch in den Bereich der Zusammenführung 20 geleitet.
Das Gehäuse und damit der in ihm arbeitende Antriebsmotor
wird über in dem Gehäuse angebrachten Kanäle,
durch welche der frische Brennstoff strömt, gekühlt
und bildet damit den Kühlwärmetauscher 22,
in welchem der Brennstoff erwärmt wird. Dieser strömt
dann im Bereich der Zusammenführung 20, welcher
insbesondere als ein der Abströmöffnung naheliegender
Bereich der Arbeitskammer 24 ausgebildet ist, in diese
ein. Der durch die Arbeitskammer 24 geförderte
unverbrauchte Brennstoff wird somit mit dem frischen Brennstoff gemischt
und gelangt zusammen mit diesem in den Anodenbereich 7 der
Brennstoffzelle 5. Der frische Brennstoff nimmt dabei im
Bereich des Kühlwärmetauschers 22 die
durch den Antrieb des Brennstoffrezirkulationsgebläses
entstehende Wärme auf und kann so als warmer Zustrom an
frischem Brennstoffgas mit dem geförderten Zustrom an unverbrauchtem
Brennstoff aus der Rezirkulationsleitung 19 gemischt werden,
um dann zur Anodenseite 7 der Brennstoffzelle 5 zu
gelangen. Durch die Vorwärmung des frischen Brennstoffs
in dem Kühlwärmetauscher 22 durch die
Abwärme im Antriebsbereich des Brennstoffrezirkulationsgebläses 21 kann
somit eine Wärmesenke in diesem Bereich verhindert werden,
so dass keine Feuchtigkeit auskondensiert und es nicht zu Problemen
mit flüssigem oder gar gefrierendem Wasser im Bereich des
Brennstoffrezirkulationsgebläses 21 und der Anodenseite 7 kommen kann.
Damit ist ein sicherer Betrieb des Brennstoffrezirkulationsgebläses
einerseits und des ganzen Brennstoffzellengebläses 2 andererseits
gewährleistet. Der Aufbau kann ein sicheres und schnelles
Erwärmen des Brennstoffzellensystems 2 ermöglichen.
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Neben
den hier beispielhaft beschriebenen wärmeerzeugenden Komponenten,
also dem Brennstoffrezirkulationsgebläse, der Leistungselektronik und
einer motorischen oder elektrogeneratorischen Einheit beispielsweise
in einem elektrischen Turbolader, zum Antrieb eines Kompressors
oder auch als Traktionsantrieb für ein Fahrzeug, können
weitere wärmeerzeugende Komponenten zur Erwärmung des
Brennstoffs genutzt werden. Denkbare weitere Beispiele könnten
zum Beispiel elektrochemische Komponenten sein. Über den
zuströmenden frischen Brennstoff würde dann als
die Brennstoffzelle 5 selbst oder beispielsweise die Hochleistungsbatterie 4 in
der Einrichtung 1 gekühlt werden, sofern diese vorhanden
ist. Neben diesen wärmeerzeugenden Komponenten, welche
durch die in ihnen ablaufenden elektrochemischen, elektrischen oder
elektromagnetischen Effekte Abwärme erzeugen, wären
auch andere Komponenten denkbar, beispielsweise Wasserabscheider
oder Kondensatoren, in denen durch die Kondensationswärme
ebenfalls Wärmeenergie anfällt. Grundsätzlich
wäre es auch denkbar, dass der Kühlwärmetauscher 22,
in dem sich der frische Brennstoff erwärmt, so angeordnet
oder in Teilelemente aufgeteilt ist, dass die Erwärmung
des frischen Brennstoffs durch mehrere Komponenten erfolgt, beispielsweise
indem dieser die Leistungselektronik einer elektromotorischen Maschine
ebenso kühlt wie die elektromotorische Maschine selbst.
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Um
die sichere Funktionalität der erfindungsgemäßen
Einrichtung 1 sicherzustellen, muss dabei jedoch auch die
Kühlung der jeweiligen Komponenten sichergestellt werden.
Wenn es sich dabei um die Kühlung einer sensiblen Komponente
handelt, kann es gegebenenfalls zu Situationen kommen, in denen der
Brennstoffstrom nicht ausreicht, um diese Kühlung sicherzustellen,
beispielsweise im Teillastbetrieb oder im Leerlaufbetrieb, wenn
vergleichsweise geringe Brennstoffströme für die
Brennstoffzelle 5 benötigt werden. Dann kann es
sinnvoll sein, in der jeweiligen wärmeerzeugenden Komponente
zusätzlich zur Kühlung durch den frischen Brennstoff
eine weitere Kühlung vorzusehen, welche beispielsweise
durch einen flüssigkeitsgefüllten Kühlkreislauf
realisiert werden kann, welcher typischerweise zur Kühlung
weitere Komponenten in dem System ohnehin vorhanden ist. Der frische
Brennstoff übernimmt dann über den Kühlwärmetauscher 22 nur
noch die teilweise Kühlung einer derartigen wärmeerzeugenden
Komponente.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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