DE102012018862A1

DE102012018862A1 - Gas/Gas-Befeuchter

Info

Publication number: DE102012018862A1
Application number: DE201210018862
Authority: DE
Inventors: Leif Barthel; Alfred Kolbe; Simon Hollnaicher; Simon Steinhübl
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Cellcentric GmbH and Co KG
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gas/Gas-Befeuchter (13) zum Befeuchten eines zu einer Brennstoffzelle (3) strömenden Edukts, mit einem Wärmetauscher (16), welcher durch ein Kühlmedium für die Brennstoffzelle (3) durchströmt ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Entwässerungsleitungen (15) vorgesehen sind, wobei der Wärmetauscher (16) zumindest zur Beheizung der Entwässerungsleitung (15) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gas/Gas-Befeuchter zum Befeuchten eines zu einer Brennstoffzelle strömenden Edukts gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Brennstoffzellensystem mit einem derartigen Gas/Gas-Befeuchter.
Befeuchter in Brennstoffzellensystemen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie dienen zur Befeuchtung von Edukten, insbesondere zur Befeuchtung von Zuluft, welche zu einem Kathodenraum einer Brennstoffzelle strömt. Sie werden insbesondere bei Brennstoffzellen in PEM-Technologie eingesetzt, da hier eine ausreichende Befeuchtung der Protonenaustauschmembranen für die Funktionalität der Brennstoffzelle entscheidend ist. Im Allgemeinen werden als Befeuchter dabei Gas/Gas-Befeuchter eingesetzt, welche beispielsweise über eine für Wasserdampf durchlässige Membran bzw. eine Vielzahl derartiger Membranen verfügen. Die Membranen können dabei sowohl als Flachmembranen als auch als Hohlfasermembranen ausgebildet sein. Auf der einen Seite der Membran wird die zu befeuchtende Zuluft geführt, auf der anderen Seite der Membran ein feuchtes Medium, um die Feuchtigkeit zur Befeuchtung der trockenen Zuluft zu liefern. Dieses Medium ist im Allgemeinen die feuchte Abluft aus der Brennstoffzelle selbst, sodass durch den Gas/Gas-Befeuchter auf der einen Seite der Membran die Zuluft zur Brennstoffzelle und auf der anderen Seite die Abluft von der Brennstoffzelle strömen. Dies ist besonders einfach, effizient und ermöglicht einen kompakten Aufbau, bei welchem ein ohnehin vorhandenes feuchtes Medium zur Befeuchtung der trockenen Zuluft eingesetzt wird.
Die Funktionalität eines solchen Gas/Gas-Befeuchters hängt dabei auch von der Temperatur der Medien bzw. des Befeuchters selbst ab. Es ist daher beispielsweise aus der US 2009/0311565 A1 bekannt, einen Befeuchter zu erwärmen bzw. zu kühlen, in dem dieser in den Kühlkreislauf für die Brennstoffzelle mit eingebunden wird. Ein vergleichbarer Aufbau eines gattungsgemäßen Gas/Gas-Befeuchters ist ferner aus der DE 101 02 358 B4 bekannt, welche einen Hohlfaser-Befeuchter zeigt, bei welchem in dem Bündel der Hohlfasern ein Wärmetauscher bzw. eine elektrische Heizeinrichtung eingebracht ist. Bei der Ausgestaltung der Heizeinrichtung als Wärmetauscher wird die von heißem Wasser durchströmt, welches insbesondere über den Kühlkreislauf der Brennstoffzelle erwärmt werden kann.
Neben der Beheizung des Befeuchters im regulären Betrieb ist vor allem der Betrieb des Befeuchters beim Starten oder Abschalten des Brennstoffzellensystems kritisch. In diesen Phasen kann sich Flüssigkeit im Bereich des Gas/Gas-Befeuchters sammeln, welche dort beispielsweise aus dem feuchten Medium auskondensiert. Sie kann dann wichtige Strömungswege blockieren, insbesondere wenn es zu einem Abfall der Temperaturen unter den Gefrierpunkt kommt, und die auskondensierte Feuchtigkeit einfriert. Ein eingefrorener Befeuchter stellt dann beim späteren Versuch, das Brennstoffzellensystem zu starten bzw. zu betreiben, oft ein gravierendes Problem dar, da wichtige Gaskanäle durch das Eis blockiert sein können.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, einen Gas/Gas-Befeuchter sowie ein Brennstoffzellensystem mit einem derartigen Befeuchter anzugeben, welches einfach und energieeffizient betrieben werden kann, und welches die oben genannten Nachteile vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Gas/Gas-Befeuchter mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem löst ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen im Anspruch 5 die Aufgabe. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ergeben sich ebenfalls aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße Gas/Gas-Befeuchter ist vergleichbar zu den Gas/Gas-Befeuchtern im Stand der Technik mit einem Wärmetauscher ausgebildet, welcher durch ein Kühlmedium für die Brennstoffzelle durchströmt ist. Erfindungsgemäß ist es nun so, dass der Befeuchter ferner Entwässerungsleitungen aufweist, wobei der Wärmetauscher zumindest zur Beheizung der Entwässerungsleitungen ausgebildet ist. Solche Entwässerungsleitungen erlauben es, auskondensierte Feuchtigkeit, also typischerweise in flüssiger Form vorliegendes Wasser, aus dem Befeuchter abzuführen. Zusätzlich ist im Bereich der Entwässerungsleitungen, sowie gegebenenfalls auch in anderen Bereichen des Befeuchters, der Wärmetauscher angeordnet, sodass die Entwässerungsleitungen durch diesen beheizt werden können. Sie haben damit beispielsweise beim Abstellen des Brennstoffzellensystems noch vergleichsweise lange eine entsprechend hohe Temperatur, sodass auskondensierende Feuchtigkeit durch die Entwässerungsleitungen ablaufen kann, ohne im Bereich des Gas/Gas-Befeuchters zu verbleiben. Schon dies minimiert die Gefahr eines Einfrierens. Bei der Wiederinbetriebnahme eines Brennstoffzellensystems mit dem erfindungsgemäßen Befeuchter erfolgt dann mit der Inbetriebnahme der Brennstoffzelle auch eine Kühlung derselben, sodass der Wärmetauscher innerhalb des Befeuchters, und hier insbesondere im Bereich der Entwässerungsleitungen, von warmem Kühlmedium durchströmt wird, sodass die Entwässerungsleitungen entsprechend beheizt und gegebenenfalls aufgetaut werden. Hierfür ist keine zusätzliche Energie notwendig, da die Wärme im Kühlmedium ohnehin zur Verfügung steht. Kommt es nun zu einer Auskondensation von feuchter Luft, welche in den Bereich des Befeuchters eingeleitet wird, da der Befeuchter selbst noch vergleichsweise kalt ist, dann kann über die bereits beheizten Bereiche um die Entwässerungsleitungen sichergestellt werden, dass die eingetragene Flüssigkeit sicher und zuverlässig ablaufen kann. Hierdurch wird eine Blockade des Befeuchters durch eine eventuelle Eisbildung sicher und zuverlässig vermieden.
In einer sehr günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gas/Gas-Befeuchters kann es nun ferner vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher Kühlmittelkanäle für das Kühlmittel der Brennstoffzelle aufweist, wobei zumindest einige der Kühlmittelkanäle in unmittelbarer Nähe der Entwässerungsleitungen angeordnet sind. Durch die Anordnung der Kühlmittelkanäle in unmittelbarer Nähe der Entwässerungsleitungen wird eine sehr gute Beheizung der Entwässerungsleitungen erreicht, wodurch die oben beschriebene Funktionalität noch weiter verbessert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Befeuchters kann es ferner vorgesehen sein, dass dieser ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse zumindest im Bereich der Entwässerungsleitungen aus einem gut wärmeleitenden Material ausgebildet ist. Ein solches gut wärmeleitendes Material des Gehäuses des Befeuchters, zumindest im Bereich der Entwässerungsleitungen, stellt sicher, dass die über das Kühlmedium und den Wärmetauscher eingebrachte Wärme sehr gut in den Bereich der Entwässerungsleitungen geleitet wird und diese effizient erwärmt.
Die Kühlmittelkanäle können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee unmittelbar in das Gehäuse des Gas/Gas-Befeuchters integriert werden. Dies ist besonders einfach und effizient hinsichtlich der Montage, da eine aufwändige Montage einer Heizeinrichtung bzw. eines Wärmetauschers beispielsweise innerhalb eines Bündels von Hohlfasermembranen, wie dies im Stand der Technik der Fall ist, entfallen kann. Hierdurch wird die Montage vereinfacht und es wird Montagezeit eingespart. Die Kosten für die Montage sinken hierdurch. Außerdem wird die Montage prozesssicherer.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem weist neben wenigstens einer Brennstoffzelle einen Kühlkreislauf zum Kühlen eben dieser Brennstoffzelle auf, sowie einen erfindungsgemäßen Gas/Gas-Befeuchter. Dieser ist entsprechend in den Kühlkreislauf des Brennstoffzellensystems eingebunden.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es außerdem vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher in dem Gas/Gas-Befeuchter in Strömungsrichtung des Kühlmediums nach der Brennstoffzelle in dem Kühlkreislauf angeordnet ist. Insbesondere diese Anordnung des Gas/Gas-Befeuchters bzw. seines Wärmetauschers in Strömungsrichtung des Kühlmediums nach der Brennstoffzelle stellt sicher, dass die in der Brennstoffzelle anfallende Abwärme bereits von dem Kühlmedium aufgenommen worden ist, sodass im Bereich des Gas/Gas-Befeuchters ein vergleichsweise warmes Kühlmedium vorliegt, welches ideal zur Erwärmung des Befeuchters, und insbesondere der Entwässerungsleitungen innerhalb des Befeuchters, geeignet ist.
In einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es auch vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher in dem Gas/Gas-Befeuchter in Strömungsrichtung des Kühlmediums parallel zu der Brennstoffzelle in dem Kühlkreislauf angeordnet ist. Eine solche Anordnung parallel zur Brennstoffzelle in dem Kühlkreislauf ermöglicht eine unabhängige Durchströmung des Wärmetauschers in dem Gas/Gas-Befeuchter und der Brennstoffzelle parallel zueinander. Damit ist die Durchströmung der parallelen Komponenten jeweils nur von dem durch diese Komponente verursachten Strömungsdruckverlust abhängig, sodass beispielsweise ein höherer Druckverlust in dem Wärmetauscher, welcher in dem Gas/Gas-Befeuchter angeordnet ist, die effiziente Kühlung der Brennstoffzelle nicht nachteilig beeinflusst
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es außerdem vorgesehen sein, dass eine elektrische Heizeinrichtung in dem Kühlkreislauf angeordnet ist. Eine solche elektrische Heizeinrichtung kann beispielsweise zur Verkürzung der Startzeit des Brennstoffzellensystems in dem Kühlkreislauf ohnehin vorhanden sein. Diese kann dann neben einer Erwärmung der Brennstoffzelle auch zu einer Erwärmung des Gas/Gas-Befeuchters bzw. der Entwässerungsleitung in eben diesen Befeuchter eingesetzt werden. Sie kann in besonders effizienter Weise zwischen der Brennstoffzelle und dem Gas/Gas-Befeuchter bzw. seinem Wärmetauscher oder in herkömmlicher Art und Weise auch in Strömungsrichtung des Kühlmediums vor der Brennstoffzelle angeordnet sein, sodass sowohl die Brennstoffzelle als auch der Wärmetauscher in dem Gas/Gas-Befeuchter durch das über die elektrische Heizeinrichtung erwärmte Kühlmedium während einer Startphase des Brennstoffzellensystems erwärmt werden können.
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es nun außerdem vorgesehen sein, dass der Kühlkreislauf wenigstens eine Ventileinrichtung zur Beeinflussung der Durchströmung der Heizeinrichtung in dem Gas/Gas-Befeuchter aufweist. Über eine solche Ventileinrichtung kann beispielsweise über einen Bypass um den Wärmetauscher in dem Gas/Gas-Befeuchter eine Einstellbarkeit der Menge an Kühlmedium, welche durch den Wärmetaucher strömt, erzielt werden. Dadurch lässt sich letztlich die eingetragene Wärme in den Gas/Gas-Befeuchter sehr einfach und effizient über die Ventileinrichtung steuern bzw. regeln.
Ein derartiges Brennstoffzellensystem ist nun besonders einfach und effizient und ermöglicht insbesondere einen Betrieb und einen Start auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts. Es ist daher besonders gut geeignet, um in Fahrzeugen eingesetzt zu werden, da bei diesen eine sichere und zuverlässige Funktionalität auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts in jedem Fall sichergestellt werden muss.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gas/Gas-Befeuchters sowie des Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezug auf die Figuren näher beschrieben wird.
Dabei zeigen:
1 einen Ausschnitt aus einem Brennstoffzellensystem in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung in einem Fahrzeug;
2 einen Ausschnitt aus einem Brennstoffzellensystem in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung; und
3 einen Ausschnitt aus einem Brennstoffzellensystem in einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfindung.
In der Darstellung der 1 ist ein Brennstoffzellensystem 1 in einem für die Erfindung relevanten Ausschnitt zu erkennen. Es soll in einem prinzipmäßig angedeuteten Fahrzeug 2 angeordnet sein, und soll in dem Fahrzeug 2 elektrische Antriebsenergie bereitstellen. Den Kern des Brennstoffzellensystems 1 bildet eine Brennstoffzelle 3, welche als sogenannter Stapel bzw. Stack aus Einzelzellen aufgebaut sein soll. Jede der Einzelzellen umfasst einen Anodenraum 4 sowie einen Kathodenraum 5, welche durch eine protonenleitende Membran voneinander getrennt ausgeführt sind. Die Brennstoffzelle 3 bzw. der Brennstoffzellenstack 3 weist außerdem einen Kühlwärmetauscher 6 auf, welcher Teil eines hier strichpunktiert dargestellten Kühlkreislaufs 7 ist. Der Kühlkreislauf 7 dient zur Abfuhr von Abwärme aus dem Brennstoffzellenstack 3. Neben dem Kühlwärmetauscher 6 in dem Brennstoffzellenstack 3 umfasst er – in der hier dargestellten vereinfachten Form – einen Kühler 8 zur Abfuhr von Wärme an die Umgebung des Fahrzeugs 2 sowie eine Kühlmittelfördereinrichtung 9, welche eine Strömung eines Kühlmediums in dem Kühlkreislauf 7 aufrechterhält.
Dem Brennstoffzellenstack 3 wird zum Betrieb Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 10 zugeführt, welcher über ein Druckregel- und Dosierventil 11 in den Anodenraum 4 des Brennstoffzellenstacks 3 einströmt. Unverbrauchter Wasserstoff strömt in dieser sehr stark vereinfachten Darstellung des Brennstoffzellensystem 1 aus dem Kathodenraum 4 ab. Ergänzend oder alternativ dazu wäre es auch denkbar, Abgas aus dem Anodenraum 4 in einem Kreislauf zurückzuführen, nachzuverbrennen oder dergleichen. All dies ist für die hier vorliegende Erfindung von untergeordnetem Interesse und ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Auf die Wasserstoffseite wird daher nicht weiter eingegangen.
Dem Kathodenraum 5 des Brennstoffzellenstacks 3 wird Luft über eine Luftfördereinrichtung 12 zugeführt. Die Luftfördereinrichtung 12 fördert die Luft als Sauerstofflieferant über einen Gas/Gas-Befeuchter 13 zu dem Kathodenraum 5. Prinzipiell könnten hier weitere Komponenten wie beispielsweise Luftfilter, Ladeluftkühler oder dergleichen vorhanden sein. Auch dies spielt für die Erfindung eine untergeordnete Rolle, sodass auf die Darstellung dieser aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Komponenten, welche bei Bedarf selbstverständlich ergänzt werden können, verzichtet wird. Der Gas/Gas-Befeuchter 13 ist als sogenannter Membranbefeuchter, beispielsweise mit Flachmembranen oder Hohlfasermembranen 14, ausgebildet. Die Membranen 14 lassen Feuchte in Form von Wasserdampf passieren, verhindern jedoch den Übertritt von Gasen. Auf der einen Seite der Membranen 14 strömt die trockene Zuluft zu dem Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3. Auf der anderen Seite der Membranen 14 strömt die nach der Brennstoffzelle 3 vergleichsweise feuchte Abluft, welche mit einem großen Teil des Produktwassers aus der Brennstoffzelle 3 beladen ist. Die in ihr in dampfförmiger Form enthaltene Feuchtigkeit kann durch die Membranen 14 hindurch die trockene Zuluft befeuchten und stellt somit eine ausreichende Feuchtigkeit in der Zuluft zu der Brennstoffzelle 3 sicher. Die protonenleitenden Membranen der Brennstoffzelle 3 können dadurch nicht austrocknen und erreichen eine entsprechend lange Lebensdauer.
Nach dem Gas/Gas-Befeuchter 13 strömt die Abluft in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einfach aus dem Fahrzeug 2. Auch hier könnten weitere Komponenten wie beispielsweise Wasserabscheider und eine Turbine und/oder ein katalytischer Brenner in Strömungsrichtung vor der Turbine vorhanden sein. All dies ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und kann bei Bedarf ergänzt werden. Es ist für die hier vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung, sodass auf eine Darstellung verzichtet worden ist.
Der Gas/Gas-Befeuchter 13 weist nun außerdem eine Entwässerungsleitung 15 auf, über welche sichergestellt werden kann, dass Feuchtigkeit, welche sich in dem Gas/Gas-Befeuchter 13 sammelt und/oder dort gegebenenfalls auskondensiert, sicher und zuverlässig aus dem Gas/Gas-Befeuchter 13 abgeleitet werden kann. Rein beispielhaft ist die Entwässerungsleitung 15 her in dem Bereich des Gas/Gas-Befeuchters 13 angedeutet, welcher von der feuchten Abluft aus dem Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 durchströmt wird. Alternativ oder ergänzend dazu könnte die Entwässerungsleitung selbstverständlich auch in dem auf der anderen Seite der Membranen 14 liegenden Bereich des Gas/Gas-Befeuchters angeordnet sein. Auf der Seite, auf welcher sie in der Darstellung der Figur angedeutet ist, ist sie jedoch besonders wichtig, da auf dieser Seite der Membranen 14, welche von der feuchten Abluft durchströmt wird, die Gefahr einer Auskondensation von Feuchtigkeit besonders hoch ist.
Der Kühlkreislauf 7 weist nun neben den bereits erwähnten Komponenten zusätzlich einen Wärmetauscher 16 in dem Gas/Gas-Befeuchter 13 im Bereich der Entwässerungsleitung 15 auf. Der Wärmetauscher 16 könnte darüber hinaus auch noch andere Bereiche des Gas/Gas-Befeuchters 13 erwärmen, er ist jedoch insbesondere im Bereich der Entwässerungsleitung 15 von entscheidender Bedeutung. Über eine Ventileinrichtung 17 kann bei Bedarf die Menge an Kühlmedium, welche durch den Wärmetaucher 16 strömt, eingestellt werden. Nun ist es so, dass beim Start oder im Betrieb der Brennstoffzelle 3 das Kühlmedium durch die Brennstoffzelle 3 selbst vergleichsweise schnell erwärmt wird und nach dem Abstellen der Brennstoffzelle noch vergleichsweise lange entsprechend warm ist. Durch den Wärmetauscher 16 wird der Gas/Gas-Befeuchter 13 zumindest im Bereich seiner Entwässerungsleitung 15 erwärmt, sodass auskondensierende Flüssigkeit durch die Entwässerungsleitung 15 auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts noch sehr lange ablaufen kann, bevor der Bereich der Entwässerungsleitung 15 so weit abkühlt, dass hier die Gefahr eines Einfrierens der Flüssigkeit und damit gegebenenfalls eines Blockierens von Strömungskanälen innerhalb des Gas/Gas-Befeuchters 13 besteht. Beim Wiederstart des Systems kann über das Kühlmedium, welches vergleichsweise schnell erwärmt wird, wiederum eine entsprechende Beheizung erreicht werden, sodass in dem ansonsten noch kalten Gas/Gas-Befeuchter 13 gegebenenfalls auskondensierende Feuchtigkeit sicher und zuverlässig durch die vorgewärmte Entwässerungsleitung 15 ablaufen kann, wodurch ebenfalls die Gefahr eines Einfrierens von gasführenden Kanälen innerhalb des Gas/Gas-Befeuchters 13 deutlich verringert wird.
Um den Eintrag von Wärme, insbesondere beim Start des Brennstoffzellensystems 1 bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen noch weiter zu verbessern, kann es ferner vorgesehen sein, dass eine optionale elektrische Heizeinrichtung 18 in dem Kühlkreislauf 7 vorhanden ist. Über diese kann das Kühlmedium, insbesondere beim Start des Brennstoffzellensystems 1, vergleichsweise schnell erwärmt werden, um einerseits die Brennstoffzelle 3 über ihren Kühlwärmetauscher 6 und andererseits den Befeuchter 13 über den Wärmetauscher 16, zumindest im Bereich der Entwässerungsleitung 15, schnell aufzuheizen.
Eine alternative Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 1, in diesem Fall ohne das angedeutete Fahrzeug 2, ist in der Darstellung der 2 zu erkennen. Der Wärmetauscher 16 in dem Gas/Gas-Befeuchter 13 ist dabei nicht seriell zu dem Kühlwärmetauscher 6 der Brennstoffzelle 3 durchströmt, sondern wird in diesem Fall parallel zu diesem durchströmt. Eine hierfür benötigte Leitung 19 kann vorzugsweise nach der optionalen elektrischen Heizeinrichtung 18 aus dem Kühlkreislauf 7 beziehungsweise dessen Zeig durch den Kühlwärmetauscher 6 abzweigen und vor dem Kühler 8 wieder diesem zusammengeführt werden.
Eine Alternative zu einer solchen parallelen Durchströmung, wie sie in der Darstellung der 2 zu erkennen ist, ist in dem Aufbau des Brennstoffzellensystems gemäß 3 angegeben. Auch hier ist die Durchströmung des Wärmetauschers 16 in dem Gas/Gas-Befeuchter 13 parallel zur Durchströmung des Kühlwärmetauschers 6 in der Brennstoffzelle 3 angeordnet. Allerdings durchströmt das Kühlmedium, nachdem es aus dem zum Kühlwärmetauscher 6 der Brennstoffzelle 3 führenden Leitungszweig abgezweigt ist, über die hier wiederum mit 19 bezeichnete Parallelleitung zu dem Wärmetauscher 16 in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher 16 einen Ladeluftkühler 20, in welchem die nach der Luftfördereinrichtung 12 heiße Zuluft entsprechend abgekühlt wird. Hierdurch wird im Bereich des Wärmetauschers 16 ein sehr warmes Kühlmedium zur Verfügung gestellt. Die Ventileinrichtung 17 kann dabei analog zur Darstellung in den 1 und 2 angeordnet werden oder, so wie hier dargestellt, auch an anderer Stelle in der Parallelleitung 19, beispielsweise zwischen dem Ladeluftkühler 20 und dem Wärmetauscher 16 im Bereich des Gas/Gas-Befeuchters Um den Wärmetaucher 16 mit möglichst geringem Bauraum auszubilden, kann er insbesondere in ein Gehäuse des Gas/Gas-Befeuchters 13 integriert ausgebildet sein, vorzugsweise indem Kühlmittelkanäle in das Gehäuse integriert werden. Das Gehäuse kann dann vorzugsweise ganz oder zumindest in dem Bereich, in dem die Entwässerungsleitung 15 aus dem Gehäuse abzweigt, aus einem sehr gut wärmeleitenden Material, beispielsweise aus Aluminiumdruckguss oder dergleichen, ausgebildet sein, um so eine sehr gute Wärmeleitung von dem Kühlmedium in dem Wärmetauscher 16 zu der Entwässerungsleitung 15 zu gewährleisten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009/0311565 A1 [0003]
DE 10102358 B4 [0003]

Claims

Gas/Gas-Befeuchter (13) zum Befeuchten eines zu einer Brennstoffzelle (3) strömenden Edukts, mit einem Wärmetauscher (16), welcher durch ein Kühlmedium für die Brennstoffzelle (3) durchströmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Entwässerungsleitungen (15) vorgesehen sind, wobei der Wärmetauscher (16) zumindest zur Beheizung der Entwässerungsleitung (15) ausgebildet ist.
Gas/Gas-Befeuchter (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (16) Kühlmittelkanäle für das Kühlmedium der Brennstoffzelle (3) aufweist, wobei zumindest einige der Kühlmittelkanäle in unmittelbarer Nähe der Entwässerungsleitung (15) angeordnet sind.
Gas/Gas-Befeuchter (13) mit einem Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse zumindest im Bereich der Entwässerungsleitung (15) aus einem gut wärmeleitenden Material ausgebildet ist.
Gas/Gas-Befeuchter (13) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelkanäle in dem Gehäuse ausgebildet sind.
Brennstoffzellensystem (1) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (3), mit einem Kühlkreislauf (7) zum Kühlen der Brennstoffzelle (3) und mit einem Gas/Gas-Befeuchter (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas/Gas-Befeuchter (13) von Zuluft zu der Brennstoffzelle (3) als zu befeuchtendes Edukt und von Abluft der Brennstoffzelle (3) als Feuchtelieferant durchströmt ist.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (16) in dem Gas/Gas-Befeuchter (13) in Strömungsrichtung des Kühlmediums nach der Brennstoffzelle (3) in dem Kühlkreislauf (7) angeordnet ist.
Brennstoffzellensystem (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (16) in dem Gas/Gas-Befeuchter (13) parallel zu der Brennstoffzelle (3) in dem Kühlkreislauf (7) angeordnet ist.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Heizeinrichtung (18) in dem Kühlkreislauf (7) angeordnet ist.
Brennstoffzellensystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (7) wenigstens eine Ventileinrichtung (17) zur Beeinflussung der Durchströmung des Wärmetauschers (16) in dem Gas/Gas-Befeuchter (13) aufweist.
Verwendung des Brennstoffzellensystems (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10 in einem Fahrzeug, insbesondere zur Erzeugung von elektrischer Antriebsleistung.