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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einer Brennstoffzelle und wenigstens einer weiteren Komponente, die nicht Teil der Brennstoffzelle ist. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung von Produktwasser einer Brennstoffzelle als flüssiges Kühlmittel zur Kühlung wenigstens einer weiteren Komponente, die nicht Teil der Brennstoffzelle ist.
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Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, die die chemische Reaktionsenergie eines zugeführten Brennstoffs auf direktem Weg in elektrische Energie wandelt. Als Brennstoff wird dabei letztendlich Wasserstoff benötigt. Der Wasserstoff kann direkt zugeführt werden, z.B. aus einem Vorratstank, oder aus einem anderen verwendeten Brennstoff z.B. mittels eines Reformers gewonnen werden. Auf diese Weise kann als Brennstoff z.B. auch Methanol oder Erdgas verwendet werden. Durch die in der Brennstoffzelle ablaufende chemische Reaktion des Wasserstoffs mit dem Oxidationsmittel, in der Regel mit Sauerstoff, wird sozusagen als Ausgangsprodukt Wasser erzeugt. Dieses erzeugte Wasser wird daher auch als Produktwasser einer Brennstoffzelle bezeichnet.
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Aus der Veröffentlichung „Wassergenerierung aus der Brennstoffzelle", T. Otto, veröffentlicht auf dem Deutschen Luft- und Raumfahrtkongress 2012, geht der Vorschlag hervor, das Produktwasser der Brennstoffzelle als Trinkwasser nutzbar zu machen, z.B. in einem Flugzeug.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Nutzungsmöglichkeiten des Produktwassers einer Brennstoffzelle anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch eine Einrichtung mit einer Brennstoffzelle und wenigstens einer weiteren Komponente, die nicht Teil der Brennstoffzelle ist, wobei die weitere Komponente eine zur Durchströmung mit einem flüssigen Kühlmittel eingerichtete Flüssigkeitskühleinrichtung aufweist, mit der die weitere Komponente kühlbar ist, wobei wenigstens ein Kühlmittel-Zuführanschluss der Flüssigkeitskühleinrichtung mit einem Produktwasser-Abgabeanschluss der Brennstoffzelle zur Zuführung von Produktwasser der Brennstoffzelle als Kühlmittel der Flüssigkeitskühleinrichtung der weiteren Komponente permanent oder unterbrechbar verbunden ist.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass das bei dem Betrieb einer Brennstoffzelle ohnehin anfallende Produktwasser sinnvoll als Kühlmittel genutzt werden kann. Auf diese Weise kann auch bei Anwendungen, in denen eine Kühlwasserzufuhr aus anderen Quellen nicht oder nur mit großem Aufwand möglich ist, eine ausreichende Menge an Kühlflüssigkeit bereitgestellt werden. Dies ist z.B. für sämtliche mobilen Anwendungen vorteilhaft, in denen eine Brennstoffzelle eingesetzt wird, z.B. in Luftfahrzeugen, Raumfahrzeugen und Landfahrzeugen. Auch bei Wasserfahrzeugen ist eine solche Anwendung z.B. dann vorteilhaft, wenn das das Wasserfahrzeug umgebende Wasser keine ausreichende Qualität bzw. Reinheit für die spezielle Kühlungsanwendung aufweist und demzufolge nicht als Kühlflüssigkeit genutzt werden kann.
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Das von einer Brennstoffzelle abgegebene Produktwasser ist chemisch besonders rein. Es handelt sich um deionisiertes Wasser. Daher ist dessen Anwendung als Kühlflüssigkeit auch in solchen Fällen besonders vorteilhaft, wo es auf hohe Wasserreinheit und/oder auf geringe elektrische Leitfähigkeit der Kühlflüssigkeit ankommt, z.B. bei der Kühlung von elektrisch betriebenen Einrichtungen.
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Im Gegensatz zu manchen anderen flüssigen Kühlungsmedien ist das Produktwasser durch seine besonders hohe Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit besonders geeignet für eine effiziente Kühlung.
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Weitere Vorteile der Verwendung von Produktwasser einer Brennstoffzelle als Kühlflüssigkeit bestehen darin, dass es sich um eine hinsichtlich Umwelt- und Sicherheitsanforderungen unproblematische Flüssigkeit handelt, die gegebenenfalls auch ohne besondere Aufbereitung in die Umgebung abgelassen werden kann.
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Die wenigstens eine weitere Komponente, die nicht Teil der Brennstoffzelle ist und die eine Flüssigkeitskühleinrichtung aufweist, kann grundsätzlich jeder zu kühlende Gegenstand sein, insbesondere Gegenstände, die sich in Folge ihres Betriebes erhitzen und dementsprechend einer Kühlung bedürfen. Die weitere Komponente kann wenigstens eine elektrisch betriebene Komponente aufweisen oder als solche ausgebildet sein, wobei die elektrisch betriebene Komponente über die vom Produktwasser der Brennstoffzelle durchströmte Flüssigkeitskühleinrichtung kühlbar ist. Auf diese Weise können elektrisch betriebene Komponenten beliebiger Art, elektrische Maschinen wie z.B. Transformatoren, elektrische Generatoren oder Elektromotoren, durch das Produktwasser der Brennstoffzelle gekühlt werden. Hierfür kann die elektrisch betriebene Komponente z.B. als Teil der Flüssigkeitskühleinrichtung einen Wärmetauscher aufweisen, durch den das Produktwasser der Brennstoffzelle geleitet wird.
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Bei der weiteren Komponente kann es sich um eine elektrisch betriebene Komponente handeln, die mit der von der Brennstoffzelle erzeugten elektrischen Energie betrieben wird, oder um eine sonstige elektrisch betriebene Komponente, die ganz oder teilweise aus anderen elektrischen Energiequellen gespeist wird. Es muss daher nicht zwingend eine elektrische Verbindung zwischen der elektrisch betriebenen Komponente und der Brennstoffzelle vorhanden sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Flüssigkeitskühleinrichtung ganz oder teilweise als direkte Leiterkühlung ausgebildet, bei der einer oder mehrere elektrische Leiter der elektrisch betriebenen Komponente in Kontakt mit dem Produktwasser sind. Dies kann z.B. dadurch realisiert sein, dass einer oder mehrere elektrische Leiter als Hohlleiter ausgeführt sind, durch die das Produktwasser geleitet wird, oder zwischen elektrischen Leitern oder an elektrischen Leitern unmittelbar Kühlpfade in der elektrisch betriebenen Komponente geführt sind, durch die das Produktwasser geleitet wird. Hierbei kann das Produktwasser derart in Kontakt mit dem oder den elektrischen Leitern sein, dass ein galvanischer Kontakt vorhanden ist, z.B. indem das Produktwasser direkt an dem Leitermaterial, z.B. Kupfer, entlang geführt wird. Das Produktwasser kann auch derart in Kontakt mit dem oder den elektrischen Leitern sein, dass dazwischen eine Isolationsschicht, z.B. eine Lackierung, vorhanden ist. In jedem Fall wirkt es sich hierbei günstig aus, dass das Produktwasser der Brennstoffzelle in hoher Reinheit als deionisiertes Wasser bereitsteht. Die elektrische Leitfähigkeit des Produktwassers ist daher sehr gering, so dass eine elektrische Beeinflussung der elektrisch betriebenen Komponente bei deren Betrieb ausgeschlossen werden kann. So kann das Produktwasser mit heutzutage verfügbarer Brennstoffzellentechnik ohne weiteres mit einer Leitfähigkeit weniger als 2 µS/ cm bereitgestellt werden. Damit eignet sich das Produktwasser auch in Einsatzfällen, bei denen die Anforderungen an die Wasserqualität sehr restriktiv sind, z.B. wenn Produktwasser in direktem Kontakt mit der Kupferwicklung einer Maschine ist und hohe Spannungen auftreten. In vielen Fällen gilt aber, dass unerwünschte elektrische Beeinflussungen durch das Produktwasser bei einer elektrisch betriebenen Komponente, abhängig von den auftretenden elektrischen Feldstärken, oft erst ab ca. 20 µS/cm zu erwarten sind.
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Wie bereits erwähnt, kann die elektrisch betriebene Komponente wenigstens einen Elektromotor aufweisen oder als solcher ausgebildet sein. In Kombination mit der direkten Leiterkühlung ergibt sich eine besonders gewinnbringende Kombination aus einer Einrichtung mit einer Brennstoffzelle und einem direkt leitergekühlten Elektromotor, der dann in Folge der effizienten Kühlung mit wesentlich höheren elektrischen Eingangsleistungen betrieben werden kann. Dies ermöglicht wiederum bei vorgegebenem Leistungsabgabewert eine Miniaturisierung der Bauteile, insbesondere des Elektromotors. So wird es z.B. möglich, Personenkraftwagen mit Elektroantrieb und Brennstoffzellen-Energieversorgung durch die Erfindung mit wesentlich kleiner bauenden und daher leichteren und kostengünstigeren Komponenten herzustellen.
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Bei langsam drehenden elektrischen Maschinen kann auf die Dose verzichtet werden und die Maschine gänzlich geflutet werden. Es kann auch eine Sprühkühlung realisiert werden, bei der meistens ebenfalls auf einen trennenden Zylinder zwischen dem Rotor und dem Stator der Maschine verzichtet werden kann.
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Da das Produktwasser der Brennstoffzelle zu Kühlungszwecken eingesetzt werden soll, ist es vorteilhaft, die Brennstoffzelle als Niedertemperatur-Brennstoffzelle auszubilden, d.h. als eine Brennstoffzelle, bei der die interne Betriebstemperatur relativ gering ist und dementsprechend das von der Brennstoffzelle bereitgestellte Produktwasser eine vergleichsweise geringe Temperatur aufweist. Vorteilhaft sind insbesondere Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (abgekürzt auch PEM oder PEFC bzw. PEMFC), alkalische Brennstoffzellen (AFC) oder direkte Methanol-Brennstoffzellen (DMFC). Auch andere Brennstoffzellen-Typen mit höheren internen Betriebstemperaturen, wie z.B. phosphorsaure Brennstoffzellen, Schmelzcarbonat-Brennstoffzellen oder oxidkeramische Brennstoffzellen, können eingesetzt werden. In diesen Fällen ist eine Vorkühlung des Produktwassers bzw. eine Kondensation des zunächst von der Brennstoffzelle bereitgestellten Wasserdampfes vorteilhaft.
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Als Produktwasser der Brennstoffzelle wird daher im Rahmen dieser Anmeldung sowohl bereits kondensiertes Wasser als auch Wasserdampf verstanden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung wenigstens einen Zwischenbehälter zur Aufbereitung und/oder Speicherung des von der Brennstoffzelle zugeführten Produktwassers auf, über den der Produktwasser-Abgabeanschluss der Brennstoffzelle mit dem Kühlmittel-Zuführanschluss der Flüssigkeitskühleinrichtung permanent oder unterbrechbar verbunden ist, so dass von der Brennstoffzelle abgegebenes Produktwasser über den Zwischenbehälter der Flüssigkeitskühleinrichtung zugeführt oder zuführbar ist. Über den Zwischenbehälter kann z.B. eine Aufbereitung des von der Brennstoffzelle abgegebenen Produktwassers dahingehend erfolgen, dass zunächst als Wasserdampf vorliegendes Produktwasser in dem Zwischenbehälter in die flüssige Phase überführt wird. Dementsprechend kann der Zwischenbehälter als Dampfkondensator bzw. als Wasserabscheider ausgebildet sein oder einen solchen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Zwischenbehälter zur Speicherung des Produktwassers dienen, d.h. als Speicherbehälter bzw. als Ausgleichsbehälter. Auf diese Weise kann von der Brennstoffzelle abgegebenes Produktwasser zunächst gespeichert werden, bevor es bei Bedarf einem Kühlkreislauf zugeführt wird. Um einen Abkühlprozess des von der Brennstoffzelle zugeführten Produktwassers zu fördern, kann der Zwischenbehälter auch als Wärmetauscher ausgebildet sein bzw. einen Wärmetauscher aufweisen. Z.B. kann der Zwischenbehälter mit äußeren Kühlrippen ausgebildet sein, um die Wärmeabgabe an die Umgebung zu verbessern.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung wenigstens einen Leitfähigkeitssensor auf, der mit dem von der Brennstoffzelle abgegebenen Produktwasser in Kontakt ist und der zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit des Produktwassers eingerichtet ist. Dies hat den Vorteil, dass über den Leitfähigkeitssensor jederzeit, insbesondere während des Betriebs der Einrichtung, die aktuelle Qualität des Produktwassers geprüft werden kann, insbesondere dessen elektrische Leitfähigkeit. Auf diese Weise kann festgestellt werden, wann das in der Flüssigkeitskühleinrichtung verwendete Produktwasser ganz oder teilweise ausgetauscht werden muss, d.h. gegen frisches Produktwasser getauscht werden muss.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung wenigstens eine Steuereinrichtung auf, z.B. eine elektronische Steuereinrichtung, der ein Signal vom Leitfähigkeitssensor zugeführt ist, das die elektrische Leitfähigkeit des Produktwassers angibt, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, Produktwasser aus der Flüssigkeitskühleinrichtung oder einem mit der Flüssigkeitskühleinrichtung gebildeten Kühlkreislauf abzuführen, wenn die elektrische Leitfähigkeit des Produktwassers einen bestimmten Grenzwert erreicht oder überschreitet. Auf diese Weise ist eine automatische Kontrolle und Sicherstellung eine ausreichenden Reinheit und geringen Leitfähigkeit des Produktwassers möglich. Die Steuereinrichtung kann außerdem dazu eingerichtet sein, frisches Produktwasser zum Ausgleich des abgeführten Produktwassers von der Brennstoffzelle bzw. von dem Zwischenbehälter der Flüssigkeitskühleinrichtung bzw. dem Kühlkreislauf zuzuführen.
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Das Produktwasser kann in reiner Form, wie es von der Brennstoffzelle abgegeben wird, als Kühlmittel verwendet werden. Dem Produktwasser können auch andere Medien hinzugemischt sein, wie z.B. Frostschutzmittel oder Korrosionshemmer. Insbesondere bei der direkten Leiterkühlung, bei der das Produktwasser in direktem galvanischen Kontakt mit elektrischen Leitern der elektrisch betriebenen Komponente steht, ist die Zugabe eines Korrosionshemmers, d.h. eines korrosionshemmenden Zusatzstoffs, vorteilhaft, um einen dauerhaften Betrieb der elektrisch betriebenen Komponente zu ermöglichen.
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Je nach Anwendungsfall und nach Anforderungen an den elektrischen Leitwert des Kühlmittels kann dem Produktwasser auch normales, ungereinigtes Wasser beigemischt werden. Oder es kann ein zusätzlicher Deionisierungsfilter eingesetzt werden, falls die Leitfähigkeit des Wassers noch weiter herabgesetzt werden muss.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung wenigstens eine Einmischeinrichtung auf, die mit einer das Produktwasser führenden Leitung der Einrichtung gekoppelt ist und zur Zuführung eines in das Produktwasser einzumischenden Mediums eingerichtet ist. Auf diese Weise kann in das das Produktwasser führende System eine oder mehrere der zuvor genannten beizumischenden Medien oder ein anderes Medium zugefügt werden. Die Einmischeinrichtung kann z.B. über ein elektrisch steuerbares Ventil von einer Steuereinrichtung gesteuert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Einrichtung wenigstens einen elektrischen Akkumulator auf, der mit der Brennstoffzelle verbunden oder über eine Elektronik verbindbar ist, um von der Brennstoffzelle abgegebene elektrische Energie zwischenzuspeichern. Die im Akkumulator zwischengespeicherte elektrische Energie kann dann z.B. bei Bedarf an eine elektrisch betriebene Komponente der Einrichtung, z.B. eine elektrische Maschine, abgegeben werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der die elektrische Energie der Brennstoffzelle abgebende elektrische Ausgang der Brennstoffzelle über eine Leistungselektronik mit der elektrisch betriebenen Komponente gekoppelt, wobei über die Leistungselektronik elektrische Energie von der Brennstoffzelle geregelt oder gesteuert der elektrisch betriebenen Komponente zugeführt werden kann.
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Sofern ein Akkumulator vorhanden ist, kann dieser auch mit der Leistungselektronik verbunden sein. In diesem Fall kann über die Leistungselektronik elektrische Energie von der Brennstoffzelle und/oder dem Akkumulator der elektrisch betriebenen Komponente zugeführt werden, oder von der Brennstoffzelle dem Akkumulator zugeführt werden, oder von dem Akkumulator der elektrisch betriebenen Komponente zugeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden mehrere elektrisch betriebene Komponenten der Einrichtung mittels des Produktwassers der Brennstoffzelle gekühlt. Hierfür ist ein Kühlkreislauf vorgesehen, in den die zu kühlenden elektrisch betriebenen Komponenten eingebunden sind. So kann z.B. der Kühlkreislauf derart ausgebildet sein, dass das Produktwasser der Brennstoffzelle durch die elektrische Maschine und die Leistungselektronik geführt wird, und, sofern vorhanden, durch den Akkumulator. Auf diese Weise werden der Akkumulator und die Leistungselektronik in den Kühlkreislauf eingebunden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Flüssigkeitskühleinrichtung eine Transporteinrichtung zum Transport des Produktwassers durch Leitungen der Flüssigkeitskühleinrichtung auf. Die Transporteinrichtung kann z.B. als Pumpe ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Transport des Produktwassers durch die Kühleinrichtung auch durch Verdampfung erfolgen. Hierfür kann die Einrichtung einen Siedekühler aufweisen.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gemäß Anspruch 9 gelöst durch eine Verwendung von Produktwasser einer Brennstoffzelle als flüssiges Kühlmedium zur Kühlung wenigstens einer weiteren Komponente, die nicht Teil der Brennstoffzelle ist. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Verwendung von Produktwasser ergeben sich aus den zuvor genannten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
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Die 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsformen einer Einrichtung mit einer Brennstoffzelle und weiteren Komponenten in schematischer Darstellung. In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
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Die 1 zeigt eine Einrichtung mit einer Brennstoffzelle 1 einer elektrischen Maschine 2 als weitere Komponente, die nicht Teil der Brennstoffzelle 1 ist, ferner einen Zwischenbehälter 4, eine elektronische Steuereinrichtung 5, eine Leistungselektronik 6, einen Akkumulator 7, eine Flüssigkeitskühleinrichtung in Form eines ersten Wärmetauschers 3, eine Flüssigkeitskühleinrichtung in Form eines zweiten Wärmetauschers 8, einen Vorratstank 9, einen Leitfähigkeitssensor 10, einen Sauerstoffzufuhranschluss 11, elektrisch betätigbare Ventile 12, 13, 14, 22, einen Luftauslass 15, einen Wasserablauf 16 und einen Einmischanschluß 21. Die genannten Bauteile sind über Hohlleitungen, z.B. Rohre oder Schläuche, zur Führung flüssiger oder gasförmiger Medien miteinander verbunden. Diese Hohlleitungen sind in den Figuren mit durchgezogenen dicken Linien gekennzeichnet. Gestrichelte dünne Linien geben elektrische Verbindungen zwischen den beschriebenen Komponenten wieder.
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Die Brennstoffzelle 1 wird aus dem Vorratstank 9 mit einem Brennstoff versorgt. Der Brennstoff kann unmittelbar Wasserstoff sein oder ein anderer für Brennstoffzellen geeigneter Brennstoff, der bei Zuführung zur Brennstoffzelle 1 in Wasserstoff gewandelt wird. Über den Sauerstoffzufuhranschluss 11 wird der Brennstoffzelle 1 Sauerstoff als Oxidationsmittel zugeführt. Der Sauerstoff kann z.B. direkt aus der Umgebungsluft stammen. Hierbei kann gegebenenfalls eine Vorreinigung durchgeführt werden, um für den chemischen Prozess der Brennstoffzelle störende Substanzen aus der Umgebungsluft zu eliminieren.
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In der Brennstoffzelle 1 wird der Wasserstoff mit dem Sauerstoff in Wasser gewandelt. Hierbei wird elektrische Energie erzeugt, die von der Brennstoffzelle 1 an die Leistungselektronik 6 abgegeben wird. Die Leistungselektronik 6 wird von der Steuereinrichtung 5 gesteuert. Soll mit der abgegebenen elektrischen Energie der Brennstoffzelle 1 die elektrische Maschine 2 betrieben werden, so steuert die Steuereinrichtung 5 die Leistungselektronik 6 derart, dass die elektrische Maschine 2 mit entsprechender elektrischer Energie für die Durchführung ihrer Funktion versorgt wird. Wird von der Brennstoffzelle 1 abgegebene elektrische Energie nicht unmittelbar von der elektrischen Maschine 2 benötigt, so steuert die Steuereinrichtung 5 die Leistungselektronik 6 derart, dass diese elektrische Energie im Akkumulator 7 gespeichert wird. Wird von der elektrischen Maschine 2 mehr elektrische Energie verlangt als die Brennstoffzelle 1 aktuell liefern kann, so steuert die Steuereinrichtung 5 die Leistungselektronik 6 derart, dass zusätzliche elektrische Energie von dem Akkumulator 7 der elektrischen Maschine 2 zugeführt wird.
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Das von der Brennstoffzelle 1 erzeugte Wasser, das Produktwasser, wird über einen Produktwasser-Abgabeanschluss 17 über eine Hohlleitung dem Zwischenbehälter 4 zugeführt. Der Zwischenbehälter 4 kann je nach Ausgestaltung der Einrichtung gemäß 1 ein Dampfkondensator, ein Wasserabscheider, ein Ausgleichsbehälter oder eine Kombination daraus sein. Insbesondere kann im Zwischenbehälter 4 das über den Produktwasser-Abgabeanschluss 17 zugeführte Produktwasser zunächst gekühlt werden, oder wenn es sich noch im gasförmigen Zustand befindet, in den flüssigen Zustand überführt werden. Der Zwischenbehälter 4 kann hierfür wärmeübertragungsfördernde Mittel aufweisen, z.B. Kühlrippen. Hierbei in den Zwischenbehälter 4 überführte Luft kann über einen Luftabgabeanschluss 15 abgegeben werden, z.B. in die Atmosphäre. Die Verbindung vom Zwischenbehälter 4 zum Luftabgabeanschluss 15 kann bei Bedarf über ein elektrisch betätigbares Ventil 14, das von der Steuereinrichtung 5 angesteuert wird, geöffnet oder geschlossen werden. Alternativ kann auch ein nicht-elektrisches Ventil verwendet werden, z.B. manuelles Ventil oder ein Überdruckventil, das automatisch bei zu hohem Druck im Zwischenbehälter 4 öffnet.
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Vom Zwischenbehälter 4 wird das Produktwasser über ein elektrisch betätigbares Ventil 12 in einen Kühlkreislauf abgegeben, der zur Kühlung der elektrischen Maschine 2 dient. Der Kühlkreislauf weist einen ersten Wärmetauscher 3 auf, der Teil der elektrischen Maschine 2 ist und insbesondere darin angeordnet ist. Der erste Wärmetauscher 3 kann z.B. in Form einer direkten Leiterkühlung der elektrischen Maschine 2 ausgebildet sein. Das dem ersten Wärmetauscher 3 über einen Kühlmittel-Zuführanschluss 18 zugeführte Produktwasser der Brennstoffzelle wird durch den ersten Wärmetauscher 3 geführt. Aus dem ersten Wärmetauscher 3 austretendes Produktwasser wird über den Leitfähigkeitssensor 10 über eine Hohlleitung 20 dem zweiten Wärmetauscher 8 zugeführt. Der zweite Wärmetauscher 8 kann ein von der elektrischen Maschine 2 separates, d.h. baulich getrennt ausgebildetes, Bauteil sein. Der zweite Wärmetauscher 8 kann auch Teil der elektrischen Maschine 2 sein und insbesondere daran oder darin baulich integriert sein, z.B. in Form einer an der Außenseite der elektrischen Maschine angeordneten Kühlflüssigkeits-durchflossenen Kühlkörperanordnung. Generell kann der zweite Wärmetauscher 8 z.B. als Kühlkörper oder sonstiger Wärmeüberträger ausgebildet sein. Der zweite Wärmetauscher kann auch als mit Verdampfung arbeitender Wärmetauscher ausgebildet sein, insbesondere als Siedekühler. Über eine Hohlleitung 19 wird das in den zweiten Wärmetauscher 8 eingespeiste Produktwasser wieder abgeführt und im Sinne eines Kreislaufs wieder dem Kühlmittel-Zuführanschluss 18 und damit dem ersten Wärmetauscher 3 zugeführt. Auf diese Weise kann eine bestimmte Menge an Produktwasser in dem so gebildeten Kühlkreislauf zwischen den Wärmetauschern 3 und 8 zirkulieren.
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Die Qualität und insbesondere die elektrische Leitfähigkeit des zirkulierenden Produktwassers werden über den Leitfähigkeitssensor 10 bestimmt. Dieser gibt ein elektrisches Signal an die Steuereinrichtung 5 ab. Die Steuereinrichtung 5 überwacht das elektrische Signal und kann auf diese Weise feststellen, wenn die elektrische Leitfähigkeit des Produktwassers im Kühlkreislauf auf zu große Werte ansteigt. Wird dies festgestellt, kann die Steuereinrichtung 5 eine automatische Regelfunktion durchführen, derart, dass im Kühlkreislauf befindliches Produktwasser über den Wasserablauf 16 abgelassen wird und neues, sauberes Produktwasser von der Brennstoffzelle 1 über den Zwischenbehälter 4 zugeführt wird. Dies erfolgt durch entsprechende Steuerung der elektrisch betätigbaren Ventile 12, 13 durch die Steuereinrichtung 5.
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Der Leitfähigkeitssensor 10 muss nicht, wie abgebildet, direkt in der Hohlleitung 20 angeordnet sein, muss aber irgendwie Zugang zum in der Hohlleitung 20 befindlichen Produktwasser haben, um dessen Leitfähigkeit nach einem physikalischen Messprinzip zu bestimmen.
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Als Teile einer Einmischeinrichtung weist die in 1 dargestellte Einrichtung noch den Einmischanschluss 21 auf, der über eine Hohlleitung über ein elektrisch betätigbares Ventil 22 mit der das Produktwasser abgebenden Ausgangs-Hohlleitung des Zwischenbehälters 4 verbunden ist. Das elektrisch betätigbare Ventil 22 kann ebenfalls von der Steuereinrichtung 5 gesteuert werden. Alternativ kann auch ein nicht-elektrisch betätigbares Ventil dort vorgesehen sein, z.B. ein manuelles Ventil. Über den Einmischanschluss 21 können einzumischende Medien, die dem Produktwasser beigemischt werden sollen, zugeführt werden. So kann über den Einmischanschluss 21 z.B. ein Frostschutzmittel, ein Korrosionshemmer oder ein sonstiges Medium dem Produktwasser hinzugefügt werden.
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Die 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Einrichtung, bei der in den Kühlkreislauf zusätzlich noch die Leistungselektronik und der Akkumulator über weitere Hohlleitungen 21 eingebunden sind. Auf diese Weise kann das Produktwasser zusätzlich zur Kühlung der Leistungselektronik und des Akkumulators eingesetzt werden. Im Übrigen gleicht die Ausführungsform gemäß 2 derjenigen der 1 hinsichtlich des Aufbaus und der Funktion.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013204047 A1 [0014]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Wassergenerierung aus der Brennstoffzelle“, T. Otto, veröffentlicht auf dem Deutschen Luft- und Raumfahrtkongress 2012 [0003]
