DE102008050987A1 - Fuel cell system for use in vehicle, has housing whose internal space surrounding fuel cell stack is loaded with cooling agent, where external wall of fuel cell stack is partially and directly flushed by cooling agent - Google Patents
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- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel, und mit einem Kühlkreislauf, mittels welchem zum Befeuchten und/oder Kühlen von Komponenten des Brennstoffzellenstapels diesen Komponenten wenigstens ein Kühlmedium zuführbar ist.The The invention relates to a fuel cell system with a fuel cell stack, and with a cooling circuit, by means of which for humidifying and / or Cooling components of the fuel cell stack this Components fed to at least one cooling medium is.
Die
Als nachteilig bei einem derartigen Brennstoffzellensystem ist der Umstand anzusehen, dass der Kühlkreislauf lediglich eine beschränkte Kühlwirkung zum Kühlen des Brennstoffzellenstapels aufweist.When The disadvantage of such a fuel cell system is the fact to see that the cooling circuit only a limited Cooling effect for cooling the fuel cell stack having.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art zu schaffen, welches ein verbessertes Kühlen des Brennstoffzellenstapels ermöglicht.task The present invention is therefore a fuel cell system of the type mentioned above, which provides improved cooling of the fuel cell stack allows.
Diese Aufgabe wird durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Task is by a fuel cell system with the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are indicated in the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel, und mit einen Kühlkreislauf, mittels welchem zum Befeuchten und/oder Kühlen von Komponenten des Brennstoffzellenstapels diesen Komponenten wenigstens ein Kühlmedium zuführbar ist, umfasst das Kühlmedium eine Kühlflüssigkeit. Ein Innenraum eines den Brennstoffzellenstapel umgebenden Gehäuses ist hierbei zumindest bereichsweise mit der Kühlflüssigkeit beaufschlagbar, wobei eine Außenwand des Brennstoffzellenstapels zumindest bereichsweise direkt von der Kühlflüssigkeit umspülbar ist. Die Außenwand des Brennstoffzellenstapels kann hierbei ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein und eventuell bereichsweise eine Kühlmediumleitung beinhalten, wobei dann die Kühlmediumleitung ihrerseits direkt von der Kühlflüssigkeit umspülbar ist. Dadurch ist ein verbessertes Kühlen des Brennstoffzellenstapels ermöglicht.at with the fuel cell system according to the invention a fuel cell stack, and with a cooling circuit, by means of which for moistening and / or cooling of components the fuel cell stack these components at least one cooling medium can be fed, the cooling medium comprises a cooling liquid. An interior of a housing surrounding the fuel cell stack is here at least partially with the cooling liquid acted upon, wherein an outer wall of the fuel cell stack at least partially directly from the coolant is umspülbar. The outer wall of the fuel cell stack can be constructed in one or more layers and possibly partially include a cooling medium line, in which case the cooling medium line in turn directly umspülbar from the coolant is. This is an improved cooling of the fuel cell stack allows.
Durch das Umspülen der Außenwand des Brennstoffzellenstapels ist einerseits eine besonders gleichmäßige Wärmeverteilung innerhalb des Brennstoffzellenstapels erreichbar. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn der Brennstoffzellenstapel beim Betreiben des Kühlkreislaufs vollständig von der Kühlflüssigkeit umspült wird.By flushing the outer wall of the fuel cell stack on the one hand a particularly even heat distribution within reach of the fuel cell stack. This is especially true given when the fuel cell stack in operating the cooling circuit completely lapped by the coolant becomes.
Des Weiteren ist mittels der Kühlflüssigkeit gegebenenfalls aus brennstoffführenden Komponenten des Brennstoffzellenstapels austretender Brennstoff in den Kühlkreislauf überführbar. Handelt es sich bei dem Brennstoff um Wasserstoffgas, so kann das in den Innenraum zwischen der Außenwand des Brennstoffzellenstapels und dem Gehäuse austretende Wasserstoffgas mittels der Kühlflüssigkeit aus dem Gehäuse ausgetragen werden. Dadurch kann auf ein Vorsehen von Lüftern oder Einrichtungen zum Erzeugen einer passiven Luftströmung zum Entfernen des in den Innenraum austretenden Brennstoffs verzichtet werden. Durch das Verzichten auf einen Lüfter zum Entfernen des gegebenenfalls aus brennstoffführenden Komponenten des Brennstoffzellenstapels austretendem Brennstoff ist eine Anzahl an für das Brennstoffzellensystem bereitzustellenden Komponenten reduziert.Of Further, by means of the cooling liquid optionally from fuel-carrying components of the fuel cell stack exiting fuel in the cooling circuit can be transferred. If the fuel is hydrogen gas, it can be in the interior space between the outer wall of the fuel cell stack and the housing exiting hydrogen gas by means of Coolant discharged from the housing become. This can be due to a provision of fans or Means for generating a passive air flow dispensed with the removal of the fuel exiting into the interior become. By dispensing with a fan for removal optionally from fuel-carrying components the fuel cell stack leaking fuel is a number to be provided for the fuel cell system components reduced.
Bei einem vollständigen Umspülen des Brennstoffzellenstapels mit der Kühlflüssigkeit werden in vorteilhafter Weise auch die in einem Randbereich des Brennstoffzellenstapels angeordneten Brennstoffzellen außenseitig von der Kühlflüssigkeit umspült, hierbei gekühlt und eventuell aus diesen austretender Brennstoff in die Kühlflüssigkeit überführt. Des Weiteren ist eine hierdurch erzielbare, besonders weitgehende Homogenisierung des Thermalhaushalts des Brennstoffzellenstapels bzw. des Brennstoffzellensystems für dessen Betreiben vorteilhaft.at a complete flushing of the fuel cell stack with the cooling liquid are in an advantageous Way also in a peripheral region of the fuel cell stack arranged fuel cell lapped outside of the cooling liquid, cooled and possibly from this emerging fuel transferred to the coolant. Furthermore, this is an achievable, particularly far-reaching Homogenization of the thermal household of the fuel cell stack or the fuel cell system for its operation advantageous.
Insbesondere, wenn der Innenraum zwischen der Außenwand des Brennstoffzellenstapels und den Brennstoffzellenstapel umgebenden Gehäuse sehr weitgehend, insbesondere vollständig, mit Kühlflüssigkeit beaufschlagt ist, ist eine Leckage des Gehäuses besonders einfach anhand von austretender Kühlflüssigkeit detektierbar. Bei dem Brennstoffzellensystem ist der Kühlkreislauf, mittels welchem das Kühlmedium in den Brennstoffzellenstapel zum Befeuchten und Kühlen einbringbar ist dazu ausgelegt, gegebenenfalls aus den brennstoffführenden Komponenten des Brennstoffzellenstapels austretenden Brennstoff in das Kühlmedium zu überführen.Especially, when the interior space between the outer wall of the fuel cell stack and the housing surrounding the fuel cell stack very largely, in particular completely, with cooling liquid is applied, a leakage of the housing is particularly simply by leaking coolant detectable. In the fuel cell system, the refrigeration cycle is by means of which the cooling medium in the fuel cell stack for humidification and cooling is designed to optionally from the fuel-carrying components the fuel cell stack exiting fuel into the cooling medium to convict.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist lediglich ein einziger Kühlkreislauf zum Beaufschlagen des Brennstoffzellenstapels und des Innenraums mit der Kühlflüssigkeit vorgesehen. Somit ist der ohnehin vorhandene Kühlkreislauf verbessert nutzbar.In an advantageous embodiment of the invention, only a single cooling circuit for pressurizing the fuel cell stack and the Interior provided with the cooling liquid. Thus, the already existing cooling circuit can be used improved.
Das, insbesondere für mobile Anwendungen, bevorzugt in einem Kraftfahrzeug, einsetzbare Brennstoffzellensystem kann eine Vielzahl von vorliegend nicht näher in ihren Funktionen beschriebenen, weiteren Komponenten, beispielsweise entsprechende Zufuhrleitungen und Abfuhrleitungen für den Brennstoff und ein Oxidationsmittel, umfassen. Ebenso können, insbesondere ein Gebläse aufweisende, Rückführeinrichtung vorgesehen sein. Das Oxidationsmittel kann Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gas, z. B. Luft umfassen. Zum Einstellen und Überwachen eines Drucks des Brennstoffs und/oder des Oxidationsmittels können entsprechenden Einrichtungen, etwa Druckregelorgane, Ventile, Drucksensoren und dergleichen vorgesehen sein.The, especially for mobile applications, preferably in one Automotive, usable fuel cell system can be a variety from here not further described in their functions, further Components, such as corresponding supply lines and discharge lines for the fuel and an oxidizer. Likewise, in particular a blower having, feedback device be provided. The oxidizing agent may be oxygen or an oxygen-containing gas, z. As air. To set and monitor a Pressure of the fuel and / or the oxidizing agent can appropriate facilities, such as pressure regulators, valves, pressure sensors and the like may be provided.
Die vorstehende Beschreibung von Komponenten des Brennstoffzellensystems ist beispielhaft und nicht abschließend oder einschränkend zu verstehen, und es kann eine Vielzahl weiterer, üblicher Komponenten vorhanden sein.The above description of components of the fuel cell system is exemplary and not exhaustive or limiting to understand, and there may be a variety of other common components to be available.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the following description of a preferred embodiment as well as the drawing.
Diese zeigt stark schematisiert ein Brennstoffzellensystem, bei welchem ein Innenraum eines einem Brennstoffzellenstapel umgebenden Gehäuses mit Kühlflüssigkeit beaufschlagbar ist.These shows a highly schematic of a fuel cell system in which an interior of a housing surrounding a fuel cell stack can be acted upon with cooling liquid.
Ein
in der Figur schematisch gezeigtes Brennstoffzellensystem
Der
Brennstoffzellenstapel
Das
Brennstoffzellensystem
Eine
Eintrittsöffnung
In
dem Innenraum
Mittels
des Strömungsleitelements
Diese
des Strömungsleitelements
Eine
Austrittsleitung
Der
Kühlkreislauf
Da
bei üblichen Kühlkreisläufen zum Kühlen und/oder
Befeuchten von Komponenten des Brennstoffzellenstapels
- 1010
- BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
- 1212
- Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
- 1414
- Außenwandouter wall
- 1616
- Kathodecathode
- 1818
- Membranmembrane
- 2020
- Anodeanode
- 2222
- Gehäusecasing
- 2424
- Innenrauminner space
- 2626
- WasserstoffgasHydrogen gas
- 2828
- KühlkreislaufCooling circuit
- 3030
- Pumpeinrichtungpumping device
- 3232
- Anschlussconnection
- 3434
- Eintrittsöffnunginlet opening
- 3636
- Eintrittsleitunginlet line
- 3838
- Strömungsleitelementflow guide
- 4040
- Strömungspfeilflow arrow
- 4242
- Austrittsleitungexit line
- 4444
- RückführleitungReturn line
- 4646
- Behältniscontainer
- 4848
- Abscheideeinrichtungseparating
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - US 2005/016053 A1 [0002] US 2005/016053 A1 [0002]
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2008
- 2008-10-09 DE DE102008050987A patent/DE102008050987A1/en not_active Withdrawn
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