DE102009026568A1 - Konditioniervorrichtung für ein Brennstoffzellensystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Konditioniervorrichtung für ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle, wobei die Konditioniervorrichtung sowohl einer Befeuchtung als auch einer Temperierung eines ersten Stoffstroms dient. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine erste Einheit der Temperierung des ersten Stoffstroms dient und eine zweite Einheit vorrangig der Befeuchtung des ersten Stoffstroms dient und die erste Einheit und die zweite Einheit gemeinsam eine Baueinheit bilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Konditioniervorrichtung für ein Brennstoffzellensystem mit mindestens einer Brennstoffzelle, wobei die Konditioniervorrichtung sowohl einer Befeuchtung als auch einer Temperierung eines ersten Stoffstroms dient, gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem gemäß des Anspruches 11 sowie ein Verfahren gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 12.
  • Stand der Technik
  • Damit in einer Brennstoffzelle durch eine elektrochemische Umsetzung elektrische Spannung erzeugt werden kann, muss sowohl eine Anode mit einem Brennstoff aus einem Anodeneingangsstrom und eine Kathode mit einem Oxidationsmittel aus einem Kathodeneingangsstrom versorgt werden. Ein erwärmter Anodenausgangsstrom und Kathodenausgangsstrom mit einer veränderten chemischen Zusammensetzung verlässt die Brennstoffzelle nach der elektrochemischen Reaktion. Damit eine Brennstoffzelle ohne Schädigung einer Membran zwischen Anode und Kathode und mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann, müssen der Anoden- und der Kathodeneingangsstrom eine Temperatur in einem vorgegebenen Temperaturbereich und eine vorgegebene Feuchtigkeit einhalten. Dies gilt insbesondere für eine Brennstoffzelle, bei der die Membran als Festkörperelektrolyt, insbesondere als Protonen leitender Festkörperelektrolyt, fungiert. Hierzu können vor der Brennstoffzelle eine Befeuchtungsvorrichtung und eine Temperiervorrichtung als zwei unabhängige Baueinheiten vorgesehen sein. Nachteilig ist hierbei, dass zwischen den Baueinheiten Rohre verwendet werden müssen, was einen zusätzlichen Strömungswiderstand darstellt und zusätzliche Kosten verursacht.
  • Die US 6 106 964 offenbart eine kombinierte Befeuchtungs- und Erwärmungsvorrichtung, in der ein Eingangsstrom durch eine wasserdurchlässige Membran von einem Ausgangsstrom getrennt ist. Hierbei wird der Eingangsstrom durch den durch die Membran diffundierende Wasserdampf erwärmt und befeuchtet. Nachteilig hierbei ist, dass hauptsächlich Wärme durch den diffundierenden Wasserdampf übertragen wird, so dass die Höhe des Wärmeübertrags nicht unabhängig von einer Befeuchtungsrate eingestellt werden kann. Ein weiterer Nachteil ist, dass Wärme von einem gasförmigen Medium übertragen wird, so dass, um eine ausreichenden Wärmeübertrag zu erreichen, eine große Austauschfläche zur Verfügung stehen muss. Auch muss der Eingangsstrom kälter als der Ausgangsstrom sein. Ein wärmerer Eingangsstrom könnte auch von dem selbst erwärmten Ausgangsstrom nur unzureichend abgekühlt werden. Zudem kann ein warmer Eingangsstrom zuviel Feuchtigkeit aufnehmen, so dass die Anwendung der Vorrichtung auf kalte Eingangsströme mit einem großen Raumbedarf eingeschränkt ist.
  • Die US 6 013 385 offenbart, dass ein Kathodeneingangsstrom zunächst komprimiert und dabei erwärmt wird. In den Kathodeneingangsstrom werden Wassertröpfchen durch eine Düse eingebracht. Durch die Verdampfungswärme des Wassers wird der Kathodeneingangsstrom abgekühlt. Danach wird durch ein Enthalpierad, das zwischen dem Kathodenausgangsstrom und dem Kathodeneingangsstrom angeordnet, Wasserdampf und damit Wärme und Feuchtigkeit aus dem Kathodenausgangsstrom in den Kathodeneingangsstrom übertragen. Dadurch, dass mit der Verdampfung der Wassertröpfchen Kälte und Feuchtigkeit zugleich in dem Kathodeneingangsstrom erzeugt wird und danach Wärme und Feuchtigkeit zugleich aus dem Kathodenausgangsstrom übernommen werden, kann ebenfalls eine von der Befeuchtung unabhängige Temperierrate nur schwierig erreicht werden. Weiterhin muss das Enthalpierad mit einem Motor betrieben werden und benötigt daher eine externe Energiezufuhr. Zudem ist ein Enthalpierad aufgrund seiner geometrischen Form schwer zu integrieren.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, eine kompakte Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, in der ein Stoffstrom, insbesondere ein Eingangsstrom der Brennstoffzelle, sowohl befeuchtet als auch temperiert wird, wobei die Befeuchtungsrate und die Temperierrate unabhängig voneinander einstellbar sein sollen. Die Vorrichtung soll vorzugsweise als passive Komponente, d. h. ohne externe Energiezufuhr, auskommen und insbesondere auch zur Abkühlung eines komprimierten Eingangsstroms dienen können. Weiterhin soll die Vorrichtung vorzugsweise einen geringen Platzbedarf aufweisen.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird eine Konditioniervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1, insbesondere des kennzeichnenden Teils, vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Konditioniervorrichtung sind in den abhängigen Vorrichtungsansprüchen angegeben. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Brennstoffzellensystem des Anspruchs 11 und durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruches 12. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in dem abhängigen Verfahrensanspruch angegeben. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Konditioniervorrichtung beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und umgekehrt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in Kombination erfindungswesentlich sein.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine erste Einheit der Konditioniervorrichtung der Temperierung des ersten Stoffstroms dient und eine zweite Einheit der Konditioniervorrichtung vorrangig der Befeuchtung des ersten Stoffstroms dient und die erste Einheit und die zweite Einheit gemeinsam eine Baueinheit bilden. Dadurch dass in der ersten Einheit der erste Stoffstrom lediglich temperiert und nicht befeuchtet wird, kann eine gewünschte Temperatur des ersten Stoffstroms unabhängig von dem gewünschten Befeuchtungsgrad eingestellt werden. Hierzu ist das verwendete Material zwischen dem ersten Stoffstrom und einem zweiten Stoffstroms, der zur Wärmeübertragung aus oder in den ersten Stoffstrom in der ersten Baueinheit dient, wasserundurchlässig. Vor dem Betrieb des Brennstoffzellensystems kann die gewünschte Temperierung durch die Wahl des zweiten Stoffstroms vorgegeben werden, so dass sowohl eine Erwärmung als auch ein Abkühlung des ersten Stoffstroms in der erfindungsgemäßen Konditioniervorrichtung möglich ist. Durch die Wahl der baulichen Gegebenheiten und Abmessungen und der verwendeten Materialien der ersten Einheit kann die Höhe des Wärmeübertrags unabhängig von der Befeuchtungsrate dimensioniert werden. Analoges gilt für die zweite Baueinheit, wobei ein dritter Stoffstrom zur Abgabe von Feuchtigkeit ausgewählt und eingestellt werden kann und die Abmessungen und Materialien der zweiten Einheit unabhängig von der ersten Einheit gewählt werden können, so dass eine Befeuchtung des ersten Stoffstroms in der zweiten Einheit unabhängig vom Wärmeübertrag in der ersten Einheit erfolgt. Dass die zweite Einheit nur vorrangig der Befeuchtung dient, bedeutet, dass beim Übergang von Wasser in den ersten Stoffstrom auch die Temperatur des ersten Stoffstroms verändert wird, sei es z. B., weil wärmerer Wasserdampf in den ersten Stoffstrom eindringt oder weil beim Verdampfen von flüssigen Wasser Verdampfungswärme aus dem ersten Stoffstrom genommen wird. Diese Temperaturänderung ist bei der Temperierungsrate der ersten Einheit zu berücksichtigen.
  • Der erste Stoffstrom kann ein Kathodeneingangsstrom oder ein Anodeneingangsstrom sein. Da der Anodeneingangsstrom häufig durch eine Rückführung mindestens eines Teils eines Anodenausgangsstroms in den Anodeneingangsstrom temperiert und befeuchtet wird, kann die Konditioniervorrichtung insbesondere beim Kathodeneingangsstrom eingesetzt werden. Der erste Stoffstrom kann in der Konditioniervorrichtung erwärmt oder gekühlt werden. Wird der Kathodeneingangsstrom direkt aus einem Tank oder einer Umgebungsluft verwendet, so muss der Kathodeneingangsstrom erwärmt werden. Wird der Kathodeneingangsstrom komprimiert, z. B. wenn der Kathodeneingangsstrom aus der Umgebungsluft durch Kompression gewonnen wird, so muss der Kathodeneingangsstrom abgekühlt werden.
  • Als zweiter und dritter Stoffstrom kann unabhängig von der Wahl des ersten Stoffstroms jeweils der Kathodenausgangsstrom, der Anodenausgangsstrom oder mindestens ein Teilstrom eines Kühlmittelstroms verwendet werden. Der zweite und der dritte Stoffstrom können ein und derselbe Stoffstrom sein. Hierbei kann durch die Wahl der baulichen Abmessungen der ersten und der zweiten Einheit eine Unabhängigkeit von Wärme- und Feuchtigkeitsübertrag erreicht werden. Vorzugsweise sind aber zwei verschiedene Stoffströme als zweiter und dritter Stoffstrom vorgesehen, um auch im Betrieb Wärme- und Feuchtigkeitsübertrag unabhängig steuern oder regeln zu können. So kann durch die Durchflussrate und Temperatur des zweiten Stoffstroms die gewünschte Temperatur des ersten Stoffstroms in der ersten Einheit und durch eine unabhängige Durchflussrate des dritten Stoffstroms die Feuchtigkeit in der zweiten Einheit eingestellt werden.
  • Insbesondere kann es sich bei dem zweiten Stoffstrom um mindestens den Teilstrom des Kühlmittelstroms handeln. Dadurch dass der Kühlmittelstrom hauptsächlich flüssiges Wasser und damit eine große Wärmekapazität aufweist, kann pro Volumeneinheit des Kühlmittelstroms viel Wärme übertragen werden. Hierdurch sind kleine räumliche Abmessungen der ersten Einheit realisierbar, so dass die Konditioniervorrichtung kompakt ist. Der dritte Stoffstrom kann insbesondere der Kathodenausgangsstrom sein, da dieser kontinuierlich die Brennstoffzelle verlässt und über ausreichende Feuchtigkeit verfügt. In diesem Fall verliert der Kathodenausgangsstrom in der zweiten Einheit Feuchtigkeit.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die erste Einheit ein Rohrbündelwärmeüberträger ist, wobei im Rohrbündelwärmeüberträger der erste Stoffstrom durch einen ersten Rohrraum führbar ist und der zweite Stoffstrom durch einen ersten Mantelraum führbar ist. In der zweiten Einheit kann der erste Stoffstrom durch einen zweiten Rohrraum und der dritter Stoffstrom des Brennstoffzellensystems in einem zweiten Mantelraum führbar sein. Die Führung des ersten Stoffstroms in dem ersten und dem zweiten Rohrraum ist vorteilhaft, weil einzelne Rohre des ersten Rohrraums und einzelne Rohre des zweiten Rohrraums auf einer Achse liegen und insbesondere denselben Rohrdurchmesser haben können, so dass der erste Stoffstrom Strömungsrichtung und -geschwindigkeit beim Übergang von der ersten Einheit in die zweite Einheit beibehalten kann. Auch ist dadurch ein einfacher und kompakter Aufbau der Konditionierungseinheit möglich. Lediglich das Material der Rohre muss in der ersten Einheit wasserundurchlässig und in der zweiten Einheit wasserdurchlässig gewählt werden. Dadurch dass der Kühlmittelstrom durch eine Brennstoffzelle aus deionisiertem Wasser ist, können die Rohre der ersten Baueinheit aus Gründen des Korrosionsschutzes aus Edelstahl sein, während die Rohre der zweiten Baueinheit Hohlfasern, die auch wasseraufsaugend sind, aufweisen können. Generell kann jedoch auch der erste Stoffstrom durch den ersten und den zweiten Mantelraum und der zweite Stoffstrom in dem ersten und der dritte Stoffstrom in dem zweiten Rohrraum geführt werden. Auch ist eine andere Art Wärmeüberträger, z. B. ein Platten- oder Spiralwärmeüberträger, einsetzbar.
  • Vorzugsweise liegt die erste Einheit in Strömungsrichtung des ersten Stoffstroms vor der zweiten Einheit, so dass erst die Temperierung und danach die Befeuchtung erfolgt. Hierdurch wird erreicht, dass der erste Stoffstrom nur die Menge Feuchtigkeit aufnimmt, die seiner gewünschten Temperatur angemessen ist. So könnte ein zu warmer erster Stoffstrom andernfalls beispielsweise zunächst zu viel Wasser aufnehmen, das dann beim Abkühlen des ersten Stoffstroms auskondensieren und den Strömungsweg verstopfen kann.
  • Um einen möglichst hohen Wärmeübertrag auf einer kleinen Fläche zu haben, kann es vorgesehen sein, dass der erste Stoffstrom und der zweite Stoffstrom in der ersten Einheit im Gegenstrom strömen. Für einen hohen Feuchtigkeitsaustausch können ebenfalls der erste Stoffstrom und der dritte Stoffstrom in der zweiten Einheit im Gegenstrom zueinander verlaufen.
  • Durch die kompakte Bauweise und Integration der ersten und der zweiten Einheit in einer Baueinheit und dadurch dass der zweite und der dritte Stoffstrom vorzugsweise zwei separate Stoffströme sind, ist es zusätzlich denkbar, dass der zweite und der dritte Stoffstrom sich ebenfalls konditionieren, z. B. dass der zweite oder dritte Stoffstrom von dem jeweils anderen temperiert, befeuchtet und/oder deionisiert wird. Es kann z. B. mindestens ein Partialstrom des zweiten Stoffstroms durch den dritten Stoffstrom temperiert werden. Mindestens ein Partialstrom bedeutet, dass auch der gesamte zweite Stoffstrom temperiert werden kann. Insbesondere kann ein durch den Wärmeübertrag in der ersten Einheit erwärmter Partialstrom des Kühlmittelstroms durch einen kälteren dritten Stoffstrom abgekühlt werden. Hierdurch wird eine verfügbare Kühlleistung des Brennstoffzellensystems erhöht, was insbesondere bei einem Volllastbetrieb des Brennstoffzellensystems von Bedeutung ist, da Brennstoffzellensysteme nach dem Stand der Technik im Volllastbetrieb unter einem Kühlleistungsdefizit leiden, so dass eine Leistungsbegrenzung des Brennstoffzellensystems notwendig ist. Bei dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem kann durch die Abkühlung des Partialstroms die Leistungsbegrenzung des Brennstoffzellenstapels verschoben werden. Ein solcher Volllastbetrieb kann bei einem Einsatz des Brennstoffzellensystems in einem Kraftfahrzeug bei Bergfahrten als auch bei Höchstgeschwindigkeit auftreten.
  • Zum Temperieren des Partialstroms kann in der Konditioniereinheit in der ersten oder in der zweiten Einheit ein Wärmetauscher angeordnet sein. Bei dem Wärmetauscher kann es sich um einen weiteren Rohrbündelwärmeüberträger handeln, jedoch sind ebenfalls die oben aufgeführten anderen Wärmeüberträgerbauarten denkbar. Der Partialstrom kann in einen dritten Mantelraum und der dritte Stoffstrom durch eine dritten Rohrraum oder umgekehrt strömen. Ebenfalls ist es möglich, den Wärmetauscher so auszugestalten, dass Ionen aus dem Partialstrom durch in den dritten Strom überführt werden. Hierbei kann zumindest ein Teil des Wärmetauschers als elektrische Deionisierungsvorrichtung fungieren. Dies kann erforderlich sein, da der Kühlmittelstrom, der durch die Brennstoffzelle fließt, deionisiert sein muss, um einen Kurzschluss in der Brennstoffzelle zu verhindern.
  • Die so eingerichtete Konditionierungsvorrichtung ist ein passives Bauelement im Brennstoffzellensystem, das ohne eine eigene Energieversorgung und ohne einen Motor auskommt.
  • Die Konditioniervorrichtung ist bei allen Brennstoffzellen, bei denen die Befeuchtung eines Festkörperelektrolyten notwendig ist, einsetzbar. So zum Beispiel bei einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle mit Wasserstoff als Brennstoff oder einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle. Anstelle einer einzelnen Brennstoffzelle kann auch ein Brennstoffzellenstapel eingesetzt werden. Die Brennstoffzelle kann zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges verwendet werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls durch ein Verfahren zum Temperieren und Befeuchten des ersten Stoffstroms gelöst, wobei der erste Stoffstrom zwar in einer Baueinheit temperiert und auch befeuchtet wird, jedoch die Höhe des Wärmeübergangs aus dem oder in den ersten Stoffstrom unabhängig vom Grad der Befeuchtung eingestellt werden kann.
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnung und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
  • 1A ein erstes erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem mit einer erfindungsgemäßen Konditioniervorrichtung,
  • 1B ein zweites erfindungsgemäßes Brennstoffzellensystem mit einer erfindungsgemäßen Konditioniervorrichtung, die an einer anderen Stelle eingebaut ist
  • 2 eine erfindungsgemäße Konditioniervorrichtung im Längsschnitt,
  • 3 die erfindungsgemäße Konditioniervorrichtung in einem Querschnitt gemäß der Linie II der 2 und
  • 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Konditioniervorrichtung mit einer elektrischen Deionisierungsvorrichtung.
  • In 1A ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 12 mit einem Brennstoffzellenstapel 11 dargestellt. Um den Brennstoffzellenstapel 11 betreiben zu können, wird Wasserstoff als Brennstoff in einem Anodeneingangsstrom 22 gemäß dem Pfeil 28 dem Brennstoffzellenstapel 11 zugeführt. Ein um den abreagierten Wasserstoff verringerter Anodenausgangsstrom 23 verlässt gemäß dem Pfeil 28' den Brennstoffzellenstapel 11. Als Oxidationsmittel für die elektrochemische Reaktion wird dem Brennstoffzellenstapel 11 sauerstoffenthaltende Luft aus der Umgebung 19 in einem Kathodeneingangsstrom 20 zugeführt. Die Luft wird zunächst in einem Verdichter 13 verdichtet, durchläuft dann eine erfindungsgemäße Konditioniervorrichtung 10 und erreicht temperiert und befeuchtet den Brennstoffzellenstapel 11 gemäß den Pfeilen 27. Ein sauerstoffärmerer und mit Wasser angereicherter erwärmter Kathodenausgangsstrom 21 verlässt den Brennstoffzellenstapel 11 gemäß den Pfeilen 27' und durchläuft die Konditioniervorrichtung 10.
  • Das Brennstoffzellensystem 12 weist auch ein Kühlsystem 30 auf. Hierbei durchfließt ein Kühlmittelstrom 24 in einem Hauptströmungsweg 24' den Brennstoffzellenstapel 11. Der Kühlmittelstrom 24 fließt gemäß dem Pfeil 29. Der Kühlmittelstrom 24 wird von einer Pumpe 15 befördert. In einem Kühler 17 kann ein erster Partialstrom 24.1 des Kühlmittelstroms 24, nachdem er durch den Brennstoffzellenstapel 11 erwärmt worden ist, wieder abgekühlt werden. Der erste Partialstrom 24.1, der den Kühler 17 durchströmt, lässt sich mit einem Regelventil 16 einstellen, wobei durch einen Bypass 26 ein erster Anteil 24.2 des Kühlmittelstroms 24 fließen kann. Der Kühlmittelstrom 24 durchfließt die erfindungsgemäße Kondittioniervorrichtung 10, um den Kathodeneingangsstrom 20 zu kühlen. Eine Kühlmittelstromtemperatur wird durch drei Temperatursensoren 18, 18', 18'' vor und hinter dem Brennstoffzellenstapel 11 und hinter dem Kühler 17 kontrolliert. Eine auf die Messung der Kühlmittelstromtemperatur basierende Kühlmittelstromtemperaturregelung, die eine elektrische Leistung der Kühlmittelpumpe 15, einen Öffnungsgrad des Regelventils 16 und/oder eine elekrische Leistung eines Kühlerlüfters 17' einstellen kann, regelt die in der Konditioniervorrichtung 10 übertragene Wärme mit aus.
  • In 1A ist die Konditioniervorrichtung 10 so angeordnet, dass innerhalb der Konditioniervorrichtung 10 eine erste Verzweigung 70 in den ersten Partialstrom 24.1 und den ersten Anteil 24.2 liegt. Der erste Partialstrom 24.1 kann in der Konditioniervorrichtung 10 durch den Kathodenausgangsstrom 21 in einem Wärmetauscher 49 gekühlt werden, so dass der Wärmetauscher 49 und der Kühler 17 als zwei in Serie geschaltete Kühleinrichtungen zu verstehen sind, wobei durch eine Vorkühlung des ersten Partialstroms 24.1 im Wärmetauscher 49 die Leistung des Kühlerlüfters 17' reduziert werden kann.
  • In 1B ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 12 dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Komponenten und Pfeile verwendet werden. 1B unterscheidet sich von 1A dadurch, dass die Konditioniervorrichtung 10 vor dem Brennstoffzellenstapel 11 angeordnet ist. In der Konditioniervorrichtung 10 kann eine zweite Verzweigung des Kühlmittelstrom 24 in einen zweiten Partialstrom 25.1 und einen zweiten Anteil 25.2 des Kühlmittelstroms 24 erfolgen. Hierbei kann der zweite Partialstrom 25.1 durch den Kathodenausgangsstrom 21 gekühlt und gemäß einem Partialströmungspfad 25' vor das Regelventil 16 und hinter den Kühler 17 zurückgeführt werden. Der erste Partialstrom 24.1 wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht durch die Konditioniervorrichtung 10 gekühlt. Der Temperatursensor 18'' befindet sich zwischen dem Regelventil 16 und der Stelle 14, an der der erste Partialstrom 24.1 und der zweite Partialstrom 25.1 zusammentreffen. Die Höhe des zweiten Partialstroms 25.1 ist damit von einem Öffnungsgrad des Regelventils 16 abhängig und somit einstellbar. Dies ist sinnvoll, da bei hoher Kühlleistung das Regelventil 16 so gestellt ist, dass sich der durch den Kühler 17 gekühlte erste Partialstrom 24.1 des Kühlmittelstroms 24 als auch der zweite Partialstrom 25.1 erhöht. Alternativ kann der Partialströmungspfad 25' auch nach dem Regelventil 16 und vor der Pumpe 15 mit einem eigenen Regelventil enden (nicht dargestellt). Der zweite Anteil 25.2 des Kühlmittelstroms 24, der den Brennstoffzellenstapel 11 durchströmt, wird durch den Wärmeübertrag aus dem Kathodeneingangsstrom 20 in der Konditioniervorrichtung 10 leicht erwärmt, so dass eine Kühlmittelstromeintrittstemperatur in die Konditioniervorrichtung 10 leicht unterhalb einer Kühlmittelstromtemperatur an einem Brennstoffzelleneintritt mit Hilfe der Kühlmittelstromtemperaturregelung eingeregelt wird.
  • In beiden Ausführungsbeispielen wird ein erster Partialstrom 24.1 oder ein zweiter Partialstrom 25.1 des Kühlmittelstroms 24 durch die Konditioniervorrichtung 10 zusätzlich gekühlt, so dass der Kühlerlüfter 17' eine geringere elektrische Leistung als ohne zusätzliche Kühlung aufnehmen muss. Ebenfalls wird die verfügbare Kühlleistung des Brennstoffzellensystems 12 durch die zusätzliche Kühlung erhöht, wenngleich ein Wärmeeintrag in das Kühlsystem durch die Konditioniervorrichtung 10 insgesamt zunimmt. Vorteile des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 1A gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 1B sind, dass im ersten Ausführungsbeispiel der gesamte von der Pumpe 15 geförderte Kühlmittelstrom 24 den Brennstoffzellenstapel 11 durchfließt, dass kein zusätzlicher Partialströmungspfad 25' notwendig ist und dass die in 2 dargestellten Temperaturen des ersten Ausführungsbeispiels vorteilhaft sind.
  • Bei einem Kaltstart des Brennstoffzellensystems 12 kann sowohl in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1A als auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1B der Kühlmittelstrom 24 in der Konditioniereinheit 10 durch den Kathodeneingangsstrom 20 so erwärmt werden, dass der Kühlmittelstrom 24 den Brennstoffzellenstapel 11 wiederum erwärmen kann. Hierbei ist vorteilhaft, dass bereits vorhandene Wärme im Brennstoffzellensystem 12, die bei der Kompression des Kathodeneingangsstroms 20 entsteht, zum Aufheizen des Brennstoffzellenstapels 11 verwendet wird. Separate Heizplatten im Brennstoffzellenstapel 11 oder separate Erwärmungsvorrichtungen für den Kühlmittelstrom 24 können daher erfindungsgemäß wegfallen oder verkleinert werden.
  • In 1A und 1B durchfließt der gesamte Hauptstrom 24 die Konditioniervorrichtung 10. Es ist aber auch denkbar, dass nur ein Teilstrom des Kühlmittelstroms 24 die Konditioniervorrichtung 10 durchfließt. Hierzu wird ein weiterer Bypass an der Konditioniervorrichtung 10 vorbeigeführt (nicht dargestellt). Dieser Bypass könnte ein weiteres Regelventil aufweisen, um den Durchfluss des Kühlmittelstroms 24 durch die Konditioniervorrichtung 10 separat regeln zu können.
  • In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der gesamte die Konditioniervorrichtung 10 durchfließende Kühlmittelstrom den Wärmeaustauscher 49 durchfließen und gekühlt werden. In diesem Fall ist die Konditioniervorrichtung 10 vorzugsweise in dem ersten Partialstrom 24.1 hinter der Verzweigung 70 angeordnet. Der Partialströmungspfad 25' entfällt.
  • In 2 ist eine erfindungsgemäße Konditioniervorrichtung 10 dargestellt. In der Konditionierungsvorrichtung 10 sind eine erste Einheit 41 zum Temperieren des Kathodeneingangsstroms 20 und eine zweite Einheit 45 vorrangig zum Befeuchten des Kathodeneingangsstroms 20 in einer Baueinheit 40 zusammengefasst. Der Kathodeneingangsstrom 20 wird in einem Verteilraum 53 auf die einzelnen Rohre eines ersten Rohrraums 42 der ersten Einheit 41 aufgeteilt. Der Kathodeneingangsstrom 20 durchströmt die Rohre des ersten Rohrraums 42, von denen nur zwei exemplarisch in 2 dargestellt sind, gemäß den Pfeilen 27. Hierbei gibt der Kathodeneingangsstrom 20 Wärme an den Kühlmittelstrom 24 gemäß den Pfeilen 31 ab, wobei der Kühlmittelstrom 24 einen ersten Mantelraum 43 der ersten Einheit 41 im Gegenstrom gemäß den Pfeilen 29 durchströmt. Im ersten Mantelraum 43 können Ablenkbleche vorgesehen sein (nicht dargestellt). Der Kathodeneingangsstrom 20, der durch den Verdichter 13 erwärmt wurde, wird somit in der ersten Einheit 41 gekühlt, ohne befeuchtet zu werden. An die Rohre des ersten Rohrraums 42 schließen sich in gleicher Richtung mit dem gleichen Durchmesser Rohre des zweiten Rohrraums 46 der zweiten Einheit 45 an, so dass der Kathodeneingangsstrom 20 Geschwindigkeit und Druck beim Durchströmen des zweiten Rohrraumes 46 beibehalten kann und keinerlei nennenswerten Strömungswiderstand erfährt. Auch von den Rohren des zweiten Rohrraums 46 sind nur zwei exemplarisch dargestellt.
  • In der zweiten Einheit 45 sind die Rohre des zweiten Rohrraums 46 aus Hohlfasern hergestellt, so dass sie Feuchtigkeit des Kathodenausgangsstroms 21 aufnehmen können. Hierzu strömt der Kathodenausgangsstrom 21 im Gegenstrom gemäß den Pfeilen 27' in einem zweiten Mantelraum 47 durch die zweite Einheit 45. Flüssige Wassertropfen des Kathodenausgangsstroms 21 werden hierbei von den Hohlfasern des zweiten Rohrraums 46 aufgenommen und in den Kathodeneingangsstrom 20 verdampft. Die hierbei auftretende Verdampfungswärme kühlt sowohl den Kathodenausgangsstrom 21 als auch den Kathodeneingangsstrom 20 ab. Diese weitere Abkühlung des Kathodeneingangsstroms 20 sollte bei der Einstellung des Wärmeübertrags 31 in der ersten Einheit 41 berücksichtigt werden. Auch in der zweiten Baueinheit 45 können Umlenkbleche im zweiten Mantelraum 47 vorgesehen sein (nicht dargestellt). Ein befeuchteter und in etwa auf Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels 11 abgekühlter Kathodeneingangsstrom 20 verlässt die zweite Einheit 45 gemäß den Pfeilen 27 zu einem Zusammenführungsraum 54 und wird an den Brennstoffzellenstapel 11 weitergeleitet.
  • Durch den Übergang des ersten Rohrraums 42 in den zweiten Rohrraum 46 wird ein kompakter Aufbau der Konditionierungsvorrichtung 10 erreicht, so dass von einer Baueinheit 40 gesprochen werden kann. Ein weiterer Vorteil der kompakten Bauweise ist, dass ein erster Mantel 44, der den ersten Mantelraum 43 umgibt, und ein zweiter Mantel 48, der den zweiten Mantelraum 47 umgibt, einstückig und materialeinheitlich sein können. Die erste Einheit 41 und die zweite Einheit 45 sind lediglich durch einen Boden 55 voneinander getrennt, um den Kühlmittelstrom 24 von dem Kathodenausgangsstrom 21 zu trennen. Wird ein und derselbe Stoffstrom zum Befeuchten als auch zum Temperieren verwendet, so entfällt der Boden 55. Die erfindungsgemäße Konditioniervorrichtung 10 ist einfach in das Brennstoffzellensystem 12 einzubauen, z. B. durch Verlöten, Verschweißen oder Verbördeln.
  • Durch die Integration der ersten Einheit 41 und der zweiten Einheit 45 in einer Baueinheit 40 und durch die dadurch entstehende räumliche Nähe von Kathodenausgangsstrom 21 und Kühlmittelstrom 24 kann vorgesehen sein, dass diese beiden Ströme sich ebenfalls konditionieren. Der durch die in der zweiten Einheit 45 auftretende Verdampfungswärme deutlich abgekühlte Kathodenausgangsstrom 21 kann dazu verwendet werden, zumindest den ersten Partialstrom 24.1 im Falle des ersten Ausführungsbeispiel oder den zweiten Partialstrom 25.1 im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels des durch den Wärmeübergang in der ersten Einheit 41 leicht erwärmte Kühlmittelstrom 24 wieder abzukühlen. Hierzu muss der Kathodenausgangsstrom 21 eine geringere Temperatur als der erwärmte Kühlmittelstrom 24 aufweisen. Ein Wärmeaustauscher 49 kann in der ersten Einheit 41 zum Abkühlen des ersten oder zweiten Partialstroms 24.1, 25.1 integriert sein. Der erste oder zweite Partialstrom 24.1, 25.1 strömt durch einen dritten Mantelraum 51 gemäß den Pfeilen 29' und wird von dem Kathodenausgangsstrom 21, der einen dritten Rohrraum 50 des Wärmeaustauschers 49 gemäß den Pfeilen 27' durchströmt, abgekühlt. Der erste Mantelraum 43 und der dritte Mantelraum 51 sind hierbei durch einen dritten Mantel 52 voneinander getrennt, so dass der erste oder zweite Partialstrom 24.1, 25.1 von dem Kühlmittelstrom 24 abgezweigt werden kann, wobei ein erster Anteil 24.2 im Falle des ersten Ausführungsbeispiels die Konditioniervorrichtung 10 ungekühlt verlässt, um den Bypass 26 zu durchströmen oder ein zweiter Anteil 25.2 im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels die Konditioniervorrichtung ungekühlt verlässt, um den Brennstoffzellenstapel 11 zu durchströmen. Die Bezugszeichen für das zweite Ausführungsbeispiel sind in 2 in Klammern gesetzt. Bei zunehmender elektrischer Leistung des Brennstoffzellenstapels 11 nimmt sowohl die Reaktionswärme als auch die Verdampfungswärme in der zweiten Einheit 45 zu. Eine Kopplung von der Verdampfungswärme, mit der der erste oder zweite Partialstrom 24.1, 25.1 indirekt gekühlt wird, mit einer durch den Kühlmittelstrom 24 abzuführenden Reaktionswärme des Brennstoffzellenstapels 11 ist daher besonders sinnvoll.
  • Mögliche Temperaturen der einzelnen Ströme an unterschiedlichen Stellen gemäß des ersten Ausführungsbeispiels sind in 2 ohne Klammern dargestellt, mögliche Temperaturen gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels sind in 2 in Klammern gesetzt. Die Temperaturangaben sind nur als Beispiel und keinesfalls einschränkend zu verstehen.
  • In 3 ist ein Querschnitt durch die erste Einheit 41 entlang der Linie II dargestellt. Im Gegensatz zu 2 ist nun eine Vielzahl von Rohren des ersten Rohrraums 42 dargestellt, die in kreisförmigen Rohrreihen angeordnet sind, wobei die Rohrreihen radial hintereinander liegen. Der erste Mantelraum 43 wird durch den ersten Mantel 44 begrenzt. Um den ersten Mantelraum 43 von dem dritten Mantelraum 51 abzugrenzen, ist der dritte Mantel 52 vorgesehen. Auch von dem dritten Rohrraum 50 sind mehrere Rohre zu sehen. Über die Anzahl, Innendurchmesser, Materialien und Oberflächenbeschaffenheit der Rohre des ersten Rohrraums 42 und des dritten Rohrraums 50 kann der Wärmeübergang bei erwarteten Temperaturen und Höhen des Kathodeneingangsstroms 20 und des Kühlmittelstroms 24 für den ersten Rohrraum 42 und bei erwarteten Temperaturen und Höhen des Kathodenausgangsstroms 21 und des ersten oder zweiten Partialstroms 24.1, 25.1 für den dritten Rohrraum 50 dimensioniert werden.
  • In 4 ist die erste Einheit 41 entlang derselben Schnittlinie II erneut dargestellt. Anstelle eines Rohrbündelwärmeüberträgers als Wärmeaustauscher 49 ist eine spiralförmige elektrische Deionisierungsvorrichtung 60 dargestellt. Die elektrische Deionisierungsvorrichtung 60 dient ebenfalls der Wärmeübertragung von dem erwärmten ersten oder zweiten Partialstrom 24.1, 25.1 auf den abgekühlten Kathodenausgangsstrom 21. Zusätzlich ist in der elektrischen Deionisierungsvorrichtung 60 vorgesehen, dass Ionen aus dem ersten oder zweiten Partialstrom 24.1, 25.1 in den Anodenausgangsstrom 21 übergehen und damit den ersten oder zweiten Partialstrom 24.1, 25.1 deionisieren. In der Mitte der Deionisierungsvorrichtung 60 ist eine Kathode 61 angeordnet. Eine Anode 62 bildet anstelle des dritten Mantels 52 eine äußere Umgrenzung der Deionisierungsvorrichtung 60. Die Anode 62 und die Kathode 61 werden mit einer elektrischen Gleichspannung zum Beispiel aus dem Brennstoffzellenstapel 11 versorgt. Zwischen Kathode 61 und Anode 62 werden sowohl eine kationenselektive Membran 63 als auch eine anionenselektive Membran 64 spiralförmig gewickelt, so dass sich die kationenselektive Membran 63 und anionenselektive Membran 64 radial abwechseln. Der Ionen abgebende erste oder zweite Partialstrom 24.1, 25.1 wird so in den Zwischenräumen zwischen anionen- und kationenselektiver Membran 63, 64 geführt, dass er von der kationenselektiven Membran 63 in Richtung der Kathode 61 und von der anionenselektiven Membran 64 in Richtung der Anode 62 begrenzt ist. Der Ionen aufnehmende Kathodenausgangsstrom 21 ist dagegen so geführt, dass er durch die kationenselektive Membran 63 in Richtung der Anode 62 und durch die anionenselektive Membran 64 in Richtung der Kathode 61 begrenzt ist. Hierdurch wird erreicht, dass Kationen, die in Richtung der Kathode 61 wandern, aus dem ersten oder zweiten Partialstrom 24.1, 25.1 durch die kationenselektive Membran 63 in den Kathodenausgangsstrom 21 wandern, während die Kationen aus dem Kathodenausgangsstrom 21 nicht die anionenselektive Membran 64 in den ersten oder zweiten Partialstrom 24.1, 25.1 passieren können. Analog können Anionen aus dem ersten oder zweiten Partialstrom 24.1, 25.1 in Richtung der Anode 62 durch die anionenselektive Membran 64 in den Kathodenausgangsstrom 21 wandern, während die Anionen des Kathodenausgangsstroms 21 nicht die kationenselektive Membran 63 in Richtung der Anode 62 in den ersten oder zweiten Partialstrom 24.1, 25.1 passieren können. Hierdurch wird der ersten oder zweiten Partialstrom 24.1, 25.1 auch entgegen einem Konzentrationsgefälle in Richtung Kathodenausgangsstrom 21 deionisiert, während der Kathodenausgangsstrom 21 mit Ionen angereichert wird.
  • Zur besseren Abgabe der Ionen kann in dem ersten oder zweiten Partialstrom 24.1, 25.1 ein Ionenaustauscherbett vorgesehen sein (nicht dargestellt). Desweiteren können, um die kationenselektive Membran 63 und die anionenselektive Membran 64 besser zu trennen, Abstandshalter vorgesehen sein (nicht dargestellt). Anstelle der spiralförmigen Ausführungsform der elektrischen Deionisierungsvorrichtung 60 kann auch eine Ausführungsform mit parallel nebeneinander liegenden kationen- und anionenselektive Membranen 63, 64 vorgesehen sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6106964 [0003]
    • - US 6013385 [0004]

Claims (13)

  1. Konditioniervorrichtung (10) für ein Brennstoffzellensystem (12) mit mindestens einer Brennstoffzelle, wobei die Konditioniervorrichtung (10) sowohl einer Befeuchtung als auch einer Temperierung eines ersten Stoffstroms (20, 22) dient, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Einheit (41) der Temperierung des ersten Stoffstroms (20, 22) dient und eine zweite Einheit (45) vorrangig der Befeuchtung des ersten Stoffstroms (20, 22) dient und die erste Einheit (41) und die zweite Einheit (45) gemeinsam eine Baueinheit (40) bilden.
  2. Konditioniervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stoffstrom (20, 22) ein Kathoden- oder Anodeneingangsstrom (20, 22), insbesondere der Kathodeneingangsstrom (20), ist und ein zweiter Stoffstrom (21, 23, 24) zur Wärmeübertragung in der ersten Einheit (41) ein Kathoden- oder Anodenausgangsstrom (21, 23) oder mindestens ein Teilstrom eines Kühlmittelstroms (24), der in einem Kühlsystem (30) des Brennstoffzellensystems (12) führbar ist, ist und ein dritter Stoffstrom (21, 23, 24) zur Abgabe von Feuchtigkeit in der zweiten Einheit (45) ein Kathoden- oder Anodenausgangsstrom (21, 23) oder mindestens der Teilstrom des Kühlmittelstroms (24) ist.
  3. Konditioniervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und dritte Stoffstrom (21, 23, 24) unterschiedliche Stoffströme sind, wobei insbesondere der zweite Stoffstrom (21, 23, 24) der Teilstrom des Kühlmittelstroms (24) und der dritte Stoffstrom (21, 23, 24) der Kathodenausgangsstrom (23) ist.
  4. Konditioniervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einheit (41) ein Rohrbündelwärmeüberträger ist, wobei im Rohrbündelwärmeüberträger der erste Stoffstrom (20, 22) durch einen ersten Rohrraum (42) führbar ist und der zweite Stoffstrom durch einen ersten Mantelraum (43) führbar ist.
  5. Konditioniervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Einheit (45) der erste Stoffstrom (20, 22) durch einen zweiten Rohrraum (46) aus wasserdurchlässigen Wänden, insbesondere durch ein Hohlfaserrohrbündel, führbar ist und der dritter Stoffstrom (21, 23, 24) des Brennstoffzellensystems (12) in einem zweiten Mantelraum (47) zur Abgabe von Feuchtigkeit führbar ist.
  6. Konditioniervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stoffstrom (20, 22) und der zweite Stoffstrom (21, 23, 24) in der ersten Einheit (41) und/oder der erste Stoffstrom (20, 22) und der dritte Stoffstrom (21, 23, 24) in der zweiten Einheit (45) im Gegenstrom führbar sind.
  7. Konditioniervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Rohre des ersten Rohrraums (42) und einzelne Rohre des zweiten Rohrraums (46) zueinander fluchten und insbesondere denselben Rohrdurchmesser haben.
  8. Konditioniervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Einheit (41) ein Wärmetauscher (49), insbesondere ein weiterer Rohrbündelwärmeüberträger, angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher (49) der Temperierung, insbesondere zur Kühlung, mindestens eines Partialstroms (24.1, 25.1) des zweiten Stoffstroms (21, 23, 24) durch den dritten Stoffstrom (21, 23, 24) dient.
  9. Konditioniervorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmtauscher (49) der dritte Stoffstrom (21, 23, 24) durch einen dritten Rohrraum (50) führbar ist und der Partialstrom (24.1, 25.1) durch einen dritten Mantelraum (51) führbar ist, wobei insbesondere der Partialstrom (24.1, 25.1) ein Partialstrom (24.1, 25.1) des Kühlmittelstroms (24) ist.
  10. Konditioniervorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (49) eine elektrische Deionisierungsvorrichtung (60) aufweist.
  11. Brennstoffzellensystem (12) mit einer Konditioniervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. Verfahren zum Temperieren und Befeuchten eines ersten Stoffstroms (20, 22), wobei der erste Stoffstrom (20, 22) durch ein Brennstoffzellensystem (12) mit mindestens einer Brennstoffzelle fließt und wobei der erste Stoffstrom (20, 22) in einer Baueinheit (40) sowohl temperiert als auch befeuchtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stoffstrom (20, 22) unabhängig von dem Befeuchten temperiert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer Konditioniervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 betreibbar ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6013385A (en) 1997-07-25 2000-01-11 Emprise Corporation Fuel cell gas management system
US6106964A (en) 1997-06-30 2000-08-22 Ballard Power Systems Inc. Solid polymer fuel cell system and method for humidifying and adjusting the temperature of a reactant stream

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6106964A (en) 1997-06-30 2000-08-22 Ballard Power Systems Inc. Solid polymer fuel cell system and method for humidifying and adjusting the temperature of a reactant stream
US6013385A (en) 1997-07-25 2000-01-11 Emprise Corporation Fuel cell gas management system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013221881A1 (de) * 2013-10-28 2015-04-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem

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