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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von Wasserstoff, welcher zu einer Brennstoffzelle strömt, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Vorrichtung.
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Aus der
DE 102 01 668 B4 ist es insbesondere aus dem Abschnitt 119 bekannt, dass Wasserstoff nach einem Ventil zur Druckreduzierung, in welchem der Wasserstoff entspannt wird, über einen Wärmetauscher strömt und vom Kühlwasser einer Brennstoffzelle einerseits erwärmt wird und andererseits das Kühlwasser abkühlt, um so die über das Kühlmedium zur Verfügung stehende Kühlleistung entsprechend anzuheben. Der Wasserstoff ist nach der Erwärmung durch das Kühlmedium dann wieder so warm, dass er ohne die Gefahr einer Auskondensation von Feuchtigkeit, beispielsweise zusammen mit Restgas aus einem Anodenraum der Brennstoffzelle dem Anodenraum wieder zugeführt werden kann.
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Der Einsatz von herkömmlichen Wärmetauschern, wie in der genannten Schrift beschrieben, oder auch der Einsatz von Kühlwasserleistungen aus einem metallischen Material, sodass diese Wärme sehr gut nach außerhalb, beispielsweise auf Wasserstoffgas, welches der Brennstoffzelle zugeführt wird, übertragen können, ist dabei außerordentlich kritisch, da hierdurch der Isolationswiderstand des Kühlkreislaufs deutlich verringert wird, was einen sicherheitskritischen Nachteil darstellt. Die alternative Möglichkeit, Kunststoffkühlleitungen zu verwenden, kann zwar weiterhin einen guten Isolationswiderstand gewährleisten, der Wärmeübertrag wird jedoch massiv verschlechtert. Ferner sind zusätzliche Komponenten, Leitungen und Verbindungsstellen notwendig.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung zum Erwärmen von Wasserstoff nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art anzugeben, welche die genannten Nachteile vermeidet, und welche einen günstigen Betrieb einer Brennstoffzelle bei hoher Systemsicherheit gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den restlichen hiervon abhängigen Unteransprüchen. Eine besonders bevorzugte Verwendung ist im Anspruch 12 angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt, wie der eingangs genannte Stand der Technik, ein Element um Wärme zwischen dem Wasserstoff und dem Kühlmedium der Brennstoffzelle auszutauschen. Erfindungsgemäß ist dabei die Kühlmedienleitung im Wesentlichen aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet und weist lediglich einen Abschnitt aus einem gut wärmeleitenden Material auf, welcher über ein Wärmeleitelement mit zumindest einem Abschnitt aus einem gut wärmeleitenden Material einer Wasserstoffleitung verbunden ist. Die Kühlmedienleitung kann beim erfindungsgemäßen Aufbau so über den größten Teil der Strömungsstrecke des Kühlmediums aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Kunststoff, ausgebildet sein. Lediglich in einem einzigen im Verhältnis zur Gesamtströmungsstrecke sehr geringen Abschnitt ist die Kühlmedienleitung aus einem gut wärmeleitenden Material ausgebildet, welches über ein Wärmeleitelement mit einem Abschnitt aus einem gut wärmeleitenden Material einer Wasserstoffleitung verbunden ist.
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In einer günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es dabei vorgesehen, dass die Abschnitte und/oder das Wärmeleitelement aus einem metallischen Material ausgebildet sind. Ein solches metallisches Material leitet die Wärme vergleichsweise gut, sodass hierdurch ein guter Wärmeaustausch erfolgen kann. Dabei ist das metallische Material bezogen auf die gesamte Leitungslänge des Kühlkreislaufs sehr kurz, sodass das metallische Material eingesetzt werden kann, ohne einen großen Einfluss auf den Isolationswiderstand des Kühlkreislaufs an sich auszuüben.
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In einer alternativen und/oder ergänzenden Ausgestaltung hiervon kann es ferner vorgesehen sein, dass die Abschnitte und/oder das Wärmeleitelement aus Graphit ausgebildet sind. Ein solches Wärmeleitelement und/oder die Abschnitte aus Graphit, beispielsweise aus dem folienförmigen Graphit, welches unter dem Mareknamen „GRAFOIL” vertrieben wird, hat eine sehr hohe Leitfähigkeit für Wärme in der Ebene und hat darüber hinaus ein sehr geringes Gewicht. Es kann ebenfalls ohne große Beeinträchtigung des Isolationswiderstands für einen sehr guten Wärmetausch zur Erwärmung des Wasserstoffs über das vergleichsweise warme Kühlmedium nach der Brennstoffzelle sorgen.
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Ergänzend oder alternativ zu den eben beschriebenen Ausführungsformen ist es gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ferner möglich, das Wärmeleitelement als Wärmerohr auszubilden. Ein solches Wärmerohr, welches auch als Heatpipe bezeichnet wird, besteht dabei aus einem rohrförmigen Element, in welchem sich ein Wärmeübertragungsmedium befindet. Am einen Ende des Wärmerohrs verdampft das Wärmeübertragungsmedium und gelangt dann zum anderen Ende, in dessen Bereich es wieder kondensiert. Der Transport wird beispielsweise über Konvektion oder die Schwerkraft angetrieben. Das kondensierte Medium gelangt dann über die Schwerkraft oder durch die Kapillarwirkung, bei entsprechend dünner Ausgestaltung des Innendurchmessers des Wärmeleitrohrs, zurück in den Bereich, in dem es verdampft. Hierdurch kommt es zu einem ständigen Kreislauf, welcher eine sehr hohe Menge an Wärme bei minimalem Bauraum des Wärmerohrs übertragen kann. Bei herkömmlichen Wärmerohren sind dabei Übertragungsraten für die Wärme möglich, welche um Größenordungen höher sind, als sie es beispielsweise bei einem gut wärmeleitenden Material wie Kupfer wären, welches die Wärme über Wärmeleitung leitet.
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In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Idee sind die Abschnitte und das Wärmeleitelement dabei einstückig ausgebildet. Eine solche einstückige Ausbildung, vorzugsweise aus einem metallischen Material, ist besonders einfach und effizient, um, ohne innerhalb des Wärmeleitelements unnötige Wärmeverluste zu erzeugen, einen Wärmeübertrag von dem vergleichsweise warmen Kühlmedium auf den vergleichsweise kalten Wasserstoff zu realisieren.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass der Abschnitt aus dem gut wärmeleitenden Material in der Wasserstoffleitung in Strömungsrichtung des Wasserstoffs länger ausgebildet ist, als der Abschnitt des gut wärmeleitenden Materials in der Kühlmedienleitung in Strömungsrichtung des Kühlmediums. Im Gegensatz zu dem Wasserstoff weist das Kühlmedium eine sehr viel höhere Wärmekapazität auf, da es sich typischerweise um ein flüssiges Kühlmedium handelt. Über einen sehr kurzen Abschnitt des gut wärmeleitenden Materials in der Kühlmedienleitung lässt sich somit bereits eine ausreichende Wärmemenge austragen, um den Wasserstoff entsprechend zu erwärmen. Je kürzer der Abschnitt ausgebildet ist, desto geringer ist der negative Einfluss auf den Isolationswiderstand des Kühlkreislaufs, sodass bereits hierdurch ein entscheidender Vorteil entsteht.
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Um die Wärme dann auf den Wasserstoff zu übertragen, welcher eine entsprechend geringere Wärmekapazität aufweist, kann es gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass der Abschnitt aus dem gut wärmeleitenden Material in der Wasserstoffleitung länger ausgebildet ist, als der Abschnitt aus dem gut wärmeleitenden Material in der Kühlmedienleitung. Hierdurch wird die Wärme über das Wärmeleitelement, welches in dem Fall idealerweise in der Art eines Trapezes ausgebildet ist, gleichmäßig von dem kurzen Abschnitt in der Kühlmedienleitung auf den entsprechend größeren Abschnitt in der Wasserstoffleitung übertragen, sodass der Wasserstoff die Wärme entlang des größeren Abschnitts aufnehmen kann.
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In einer sehr günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es außerdem vorgesehen sein, dass die Abschnitte und das Wärmeleitelement als Einleger in einem aus Kunststoff hergestellten die Kühlmedienleitung und die Wasserstoffleitung benachbart aufweisenden Bauteil ausgebildet ist. Ein solcher Einleger, vorzugsweise aus Metall, in dem aus Kunststoff hergestellten Bauteil, beispielsweise einem Spritzgussteil, kann innerhalb eines an sich elektrisch isolierenden Bauteils sehr einfach und effizient den Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmedium und dem Wasserstoff gewährleisten, wobei lediglich über eine minimale Länge der Abschnitte hinweg eine Beeinträchtigung des Isolationswiderstands des Kühlkreislaufs in Kauf genommen werden muss, welche sich im Gesamtsystem praktisch nicht messbar auswirkt. Die Herstellung über einen Einleger, welcher in einem vorzugsweise über Spritzguss hergestellten Bauteil ausgebildet ist, ist dabei besonders einfach und kann bei günstigen Herstellungskosten eine dichte und sichere Ummantelung des Einlegers und die Einbindung der entsprechenden Abschnitte des Einlegers in die jeweiligen Leitungen realisieren.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung hiervon kann es ferner vorgesehen sein, dass das Bauteil als Teil einer Endplatte oder als Endplatte eines Stapels an Einzelzellen in der Brennstoffzelle ausgebildet ist. Die Brennstoffzelle wird typischerweise als Stapel von vielen Einzelzellen, als sogenannter Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenstack, ausgebildet. Dieser Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenstack wird über Endplatten abgeschlossen, welche gegebenenfalls weitere Funktionalitäten wie die Medienführung oder dergleichen beinhalten können. Das Bauteil kann nun den Teil einer solchen Endplatte oder gegebenenfalls auch die Endplatte an sich ausbilden. Innerhalb der Endplatte sind dann sowohl die entsprechenden Teile der Wasserstoffleitungen als auch der Kühlmedienleitungen und dazwischen der entsprechende Einleger zum Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmedium und dem Wasserstoff ausgebildet. Der Aufbau ist außerordentlich kompakt und nutzt den im Bereich der Endplatte typischerweise ohnehin vorhandenen Bauraum ideal aus.
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Gemäß einer weiteren sehr günstigen Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass zumindest der das Kühlmedium führende Abschnitt auf seiner dem Kühlmedium zugewandten Innenfläche eine elektrisch isolierende wärmeleitende Beschichtung aufweist. Im Gegensatz zur Ausgestaltung aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Kunststoff, kann der Einleger vorzugsweise aus einem metallischen Material, beispielsweise Edelstahl oder ähnlichem ausgebildet sein. Über eine entsprechende Beschichtung, welche zumindest auf der dem Kühlmedium zugewandten Innenfläche ausgeführt ist, kann eine elektrische Isolierung zwischen dem Kühlmedium und dem Abschnitt realisiert werden. Eine geeignete sehr dünne Beschichtung kann die elektrische Isolierung gewährleisten oder kann zumindest den Isolationswiderstand nachhaltig erhöhen und stellt bei geeigneter Materialwahl und entsprechend dünner Ausführung der Wärmeleitung nur einen minimalen Widerstand entgegen, sodass bei noch besserem Isolationswiderstand des Kühlkreislaufes dennoch eine ausreichende Wärmeübertragung über die Abschnitte und das Wärmeleitelement von dem Kühlmedium auf den Wasserstoff erfolgen kann. Geeignete Materialien können beispielsweise elektrisch isolierende wärmeleitende Materialien sein, wie sie in der Batterietechnik eingesetzt werden, um eine Kühlung von unterschiedlich gepolten Kontaktfahnen über einen gemeinsamen auf die Kontaktfahnen aufgepressten Kühltauscher zu realisieren.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich nun besonders gut um sehr einfach und kompakt hergestellt zu werden und die zuverlässige Erwärmung des Wasserstoffs bei hoher Sicherheit aufgrund des hohen Isolationswiderstands zu gewährleisten. Außerdem lässt sich die Vorrichtung so ausgestalten, dass die Zusatzkosten im Vergleich zu einem zusätzlichen Wärmetauscher als eigenständiges Bauteil sehr viel geringer ausfallen. Sie eignet sich dabei insbesondere zum Einsatz in einem Brennstoffzellensystem, welches in einem Fahrzeug zur Bereitstellung von elektrischer Leistung, insbesondere elektrischer Antriebsleistung, eingesetzt wird. Ein derartiges Fahrzeugsystem muss einerseits hohe Anforderungen an die Sicherheit erfüllen und muss andererseits aufgrund der für die Zukunft geplanten Stückzahlen außerordentlich einfach, robust und kostengünstig in der Herstellung sein. All dies lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ideal realisieren, wobei der Betrieb der Brennstoffzelle aufgrund des vorgewärmten Wasserstoffs optimiert werden kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 einen Ausschnitt aus einem Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug; und
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2 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erwärmung von Wasserstoff.
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In der Darstellung der 1 ist ein Brennstoffzellensystem 1 in einem zur Erläuterung der Erfindung relevanten Ausschnitt dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 1 ist in einem prinzipmäßig angedeuteten Fahrzeug 2 angeordnet und soll dort zur Bereitstellung von elektrischer Leistung, insbesondere zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung zur Fortbewegung des Fahrzeugs 2 dienen. Den Kern des Brennstoffzellensystems 1 bildet eine Brennstoffzelle 3, welche als Stapel von Einzelzellen aufgebaut ist. Jede dieser Einzelzellen weist einen Anodenraum 4 und einen Kathodenraum 5 auf, welche bei der bevorzugten Ausführungsform als PEM-Brennstoffzelle durch eine Protonenaustauschmembran voneinander getrennt sind. In der Darstellung ist jeweils einer der Anodenräume 4 und einer der Kathodenräume 5 exemplarisch dargestellt. Außerdem weist jede der Einzelzellen bzw. der Brennstoffzellenstapel 3 an sich einen Kühlwärmetauscher 6 auf, welcher von einem Kühlmedium durchströmt wird und welcher zur Abfuhr von Abwärme aus der Brennstoffzelle 3 ausgebildet ist.
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Dem Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 wird über eine Luftfördereinrichtung 7 Luft als sauerstoffhaltiges Medium für die elektrochemische Reaktion zur Verfügung gestellt. Die Abluft gelangt aus dem Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3. Auf Details beispielsweise zur Filterung, Befeuchtung und Kühlung der Zuluft oder eine Turbine in der Abluft wurde in der hier gewählten Darstellung verzichtet, da diese für die Erläuterung der Erfindung nicht weiter relevant sind. Sie können jedoch in an sich bekannter Art und Weise selbstverständlich vorgesehen sein.
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Dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 8 zugeführt. Der Wasserstoff liegt in dem Druckgasspeicher 8 typischerweise unter einem hohen Druck, normalerweise 350 bar oder 700 bar vor. Er wird über eine prinzipmäßig angedeutete Druckreduzierung 9 in wenigstens einer Stufe auf einen für den Betrieb der Brennstoffzelle 3 geeigneten Druck entspannt und strömt dann über ein Dosierventil 10 in den Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle. Nicht verbrauchter Restwasserstoff kann zusammen mit Inertgasen, welche aus dem Kathodenraum 5 über die Protonenaustauschmembranen in den Anodenraum 4 diffundiert sind und zusammen mit einem Teil des im Anodenraumes 4 der Brennstoffzelle 3 entstehenden Produktwassers über eine Rezirkulationsleitung 11 in an sich bekannter Art und Weise zum Eingang des Anodenraums 4 zurückgeführt werden. Zur Förderung des Rezirkulationsstroms kann beispielsweise eine hier prinzipmäßig angedeutete Gasstrahlpumpe 12 vorgesehen sein. Ein Rezirkulationsgebläse wäre alternativ oder ergänzend dazu ebenso denkbar. Auch ein solcher Aufbau einer sogenannten Anodenrezirkulation ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen werden muss. Außerdem wird im Bereich der Rezirkulationsleitung 11 typischerweise ein Wasserabscheider und/oder ein Ablassventil für Gas angeordnet sein. Dies ist für die hier vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung und wurde deshalb zur Vereinfachung der 1 nicht dargestellt.
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Die Kühlung der Brennstoffzelle 3 erfolgt, wie bereits erwähnt, über den Kühlwärmetauscher 6 in der Brennstoffzelle 3. In einem Kühlkreislauf 13, welcher hier sehr stark vereinfacht dargestellt ist, zirkuliert ein Kühlmedium zwischen dem Kühlwärmetauscher 6 in der Brennstoffzelle 3 und einem Kühler 14, welcher die Abwärme an die Umgebung abgibt. In dem Kühlkreislauf 13 ist zur Förderung des Kühlmediums dafür eine Kühlmedienfördereinrichtung 15 vorgesehen. Zusätzlich dazu ist in dem Brennstoffzellensystem 1 ein Wärmetauscher 16 zwischen dem Stoffstrom des Wasserstoffs, nach dem dieser in der Druckreduzierung 9 entspannt worden ist, und dem durch die Brennstoffzelle 3 erwärmten Kühlmedienstrom vorgesehen. Hierdurch wird der nach dem Entspannen sehr stark abgekühlte Wasserstoff auf ein für den Betrieb der Brennstoffzelle 3 geeignetes Temperaturniveau erwärmt und gleichzeitig wird das nach der Brennstoffzelle warme Kühlmedium entsprechend abgekühlt, sodass in dem Kühler 14 eine verringerte Kühlleistung aufgebracht werden muss und dieser entsprechend kleiner dimensioniert werden kann.
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Dieser Aufbau ist soweit aus dem Stand der Technik bekannt. Problematisch ist es nun, dass typischerweise der Kühlkreislauf 13 gegenüber der Brennstoffzelle 3 bzw. der Umgebung elektrisch isoliert ausgebildet sein sollte, da über die Brennstoffzelle 3 eine unerwünschte elektrische Spannung in das Kühlmedium eingetragen werden kann, welche aus Sicherheitsgründen nicht an den Bauteilen des Kühlkreislaufs 13 anliegen darf. Die Leitungen des Kühlkreislaufs 13 sind daher typischerweise aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, um so einen hohen Isolationswiderstand des Kühlkreislaufs 13 gegenüber der Umgebung zu gewährleisten. Um nun dennoch im Bereich eines Wärmetauschers 16 eine ausreichende Erwärmung des Wasserstoffstroms über das erwärmte Kühlmedium realisieren zu können, bedarf es einer geeigneten Ausgestaltung des Wärmetauschers 16. Eine solche ist beispielhaft in der Darstellung der 2 zu erkennen. In einem Bauteil 17, welches vorzugsweise als Spritzgussbauteil ausgebildet sein soll, und welches beispielsweise als Teil einer Endplatte des Brennstoffzellenstapels 3 bzw. eine der Endplatten des Brennstoffzellenstapels 3 ausbilden kann, sind benachbart zueinander eine Wasserstoffleitung 18 sowie eine Kühlmedienleitung 19 vorgesehen. Beide verlaufen durch das Kunststoffmaterial des Bauteils 17 und sind damit elektrisch gegeneinander und gegenüber der Umgebung isoliert ausgebildet. Um einen entsprechenden Wärmeaustausch zwischen dem in der Kühlmedienleitung 19 strömenden Kühlmedium und dem in der Wasserstoffleitung 18 strömenden Wasserstoff zu erreichen, ist in dem Bauteil 17 ein Einleger 20 vorgesehen, welcher vorzugsweise aus einem metallischen Material ausgebildet und bei der Herstellung des Bauteils 17 im Spritzguss in dieses eingelegt sein kann. Der Einleger 20 umfasst einen ersten Abschnitt 21, welcher einen Teil der Kühlmedienleitung 19 ausbildet, sowie einen zweiten Abschnitt 22, welcher einen Teil der Wasserstoffleitung 18 ausbildet. Die beiden Abschnitte 21, 22 sind dabei über ein Wärmeleitelement 23 wärmeleitend miteinander verbunden. Bevorzugt kann der gesamte Einleger 20 aus einem einzigen Stück bestehen, welches vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden metallischen Material, welches gleichzeitig korrosionsbeständig gegenüber dem Kühlwasser und dem gegebenenfalls feuchten Wasserstoff ausgebildet ist, realisiert ist. Ebenso gut kann über eine geeignete Beschichtung die gewünschte Korrosionsbeständigkeit in dem Bereich, in dem der Einleger 20 mit dem Wasserstoff und/oder dem Kühlmedium in Kontakt kommt, realisiert sein. Alternativen zu dem metallischen Material kann beispielsweise Graphit sein. Insbesondere in Form von Graphitfolien, welche in der Folienebene eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Eine weitere Alternative für das Wärmeleitelement 23 kann insbesondere auch eine Wärmerohr bzw. eine Heatpipe sein, welche bei minimalen Bauraum und minimalen Gewicht eines ehr hohe Wärmeleitfähigkeit ermöglicht.
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Die Funktionalität und der Aufbau des Einlegers 20 ist nun so, dass das Kühlmedium durch den ersten Abschnitt 21 strömt und dabei Wärme an den Abschnitt 21 und über das mit ihm verbundene Wärmeleitelement 23 an den Abschnitt 22 abgibt. Da die Wärmekapazität des Kühlmediums, welches typischerweise eine Flüssigkeit ist, entsprechend hoch ist, reicht dabei ein vergleichsweise kurzes Wegstück in Strömungsrichtung des Kühlmediums zur Ausbildung des Abschnitts 21 in geeigneter Art aus. Trotz metallischem Abschnitt 21 wird dadurch der Isolationswiderstand des gesamten Kühlkreislaufs 13 nicht oder nur minimal beeinträchtigt. Über das idealerweise trapezförmig ausgebildete Wärmeleitelement 23 wird diese Wärme dann auf den Abschnitt 22 übertragen. Aufgrund der geringeren Wärmekapazität des Wasserstoffs im Vergleich zum Kühlmedium kann der Abschnitt 22 dabei in Strömungsrichtung des Wasserstoffs idealerweise länger ausgebildet sein, als der Abschnitt 21 in Strömungsrichtung des Kühlmediums. Durch die trapezförmige Ausgestaltung des Wärmeleitelements 23 wird diesen unterschiedlichen Abmessungen Rechnung getragen und die Wärme wird über das Wärmeleitelement 23 dennoch gleichmäßig von dem vergleichsweise kurzen ersten Abschnitt 21 auf den im Vergleich dazu längeren Abschnitt 22 übertragen. Der durch die Wasserstoffleitung 18 und den zweiten Abschnitt 22 des Einlegers 20 strömende Wasserstoff kann dann über die von dem Kühlmedium abgegebene Wärme in idealer Weise erwärmt werden.
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Die Anordnung des Wärmetauschers 16 kann dabei, wie bereits erwähnt, bevorzugt in einer der Endplatten des Brennstoffzellenstacks 3 erfolgen. Strömungstechnisch ist es so, dass der Wärmetauscher 16 in Strömungsrichtung nach einer Einrichtung zum Entspannen des Wasserstoffs aus dem Druckgasspeicher 8, beispielsweise der hier angedeuteten wenigstens einstufigen Druckreduzierung 9, angeordnet sein sollte. Das durch den Abschnitt 21 strömende Kühlmedium kann in Strömungsrichtung zuvor durch die Brennstoffzelle 3 bzw. den Kühlwärmetauscher 6 in der Brennstoffzelle 3 geströmt sein, sodass der Wärmeinhalt in dem Kühlmedium entsprechend hoch und damit die übertragene Wärmemenge vergleichsweise hoch ist. Der Aufbau ist dabei außerordentlich einfach und kostengünstig, da er auf einen externen Wärmetauscher und den damit verbundenen Aufwand hinsichtlich der Montage, der zusätzlichen Komponente sowie der zusätzlichen abzudichtenden Schnittstellen verzichten kann. Über den Einleger 20 in dem als Spritzgussteil ausgebildeten Bauteil 17 ist eine sichere und zuverlässige Abdichtung der Medien gegeneinander ebenso gewährleistet, wie ein sehr kostengünstiger einfacher und kompakter Aufbau der zum Austausch von Wärme genutzten Vorrichtung, über welche der Wasserstoff erwärmt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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