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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des elektrischen Isolationswiderstands gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5. Außerdem betrifft die Erfindung die Verwendung dieser Verfahren.
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Die Erhöhung des Isolationswiderstands von flüssigem in einer Kühlmittelleitung strömendem Kühlmittel ist insbesondere für Fahrzeuganwendungen, und hier insbesondere für Anwendungen mit durch das Kühlmittel gekühlten Hochvolt-Baueinheiten von entscheidender Bedeutung. Diese Baueinheiten können beispielsweise Brennstoffzellenstapel sein, welche zur Erzeugung von elektrischer Antriebsleistung in einem Fahrzeug eingesetzt werden. Bei diesen Bauteilen, jedoch teilweise auch bei Traktionsbatterien, steht das Kühlmittel in Kontakt mit elektrisch leitenden Teilen, beispielswiese der Brennstoffzelle. Andererseits steht das Kühlmittel in Kontakt mit Bauteilen, welche mit dem Fahrzeugchassis verbunden sind und damit „auf Masse” liegen. Bei Betriebsspannungen von mehr als 60 V Gleichspannung werden dabei erhöhte Anforderungen an die elektrische Isolation zwischen der Betriebsspannung, beispielsweise des Brennstoffzellenstapels, und der Fahrzeugmasse gefordert. Eine typische Anforderung ist dabei der gesetzliche Mindestwert von 100 ΩN, die aufgrund von Toleranzen und Betriebssicherheiten beispielsweise auf 250 ΩN erhöht werden. Je höher die Betriebsspannung ist, desto höher ist auch der geforderte Isolationswiderstand. Bei einer Maximalspannung von beispielsweise 500 V wird ein Isolationswiderstand von mindestens 125 kΩ gefordert, welcher aufgrund von Toleranzen und Betriebssicherheitsanforderungen typischerweise in eine Größenordnung von 300 bis 500 kΩ ansteigt. Dies ergibt sich insbesondere auch, da der resultierende Isolationswiderstand letztlich aus einer Parallelschaltung aller im Bordnetz vorhandenen Komponenten entsteht, sodass ein vergleichsweise hoher Einzelwert einzuhalten ist.
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Heute ist es normalerweise üblich, dass dieser hohe Widerstand in dem Kühlmittelkreislauf auf Wasser- oder Wasser-Glykol-Basis nur durch zusätzliche Maßnahmen erreicht werden kann. Diese sind beispielsweise eine gezielte Verlängerung der Kühlmittelstrecken sowie eine erhöhte Anforderung an die elektrische Leitfähigkeit des Kühlmittels. Diese Maßnahmen erfordern zusätzlichen Bauraum und aufgrund der erhöhten Druckverluste eine höhere Leistung der Kühlmittelpumpe. Zusätzlich wird das Kühlmittel typischerweise durch einen Ionentauscher geführt, um seine elektrische Leitfähigkeit klein zu halten. Dies stellt ebenfalls einen gewissen Nachteil dar, da der Ionentauscher regelmäßig gewartet werden muss. Ein weiteres Problem, welches insbesondere bei Brennstoffzellenanwendungen auftritt, besteht nun in der Tatsache, dass durch diesen Aufbau vergleichsweise lange Kühlmittelleitungen und damit ein großer Kühlkreislauf mit einem hohen Volumen an Kühlmittel notwendig ist. Dies ist jedoch insbesondere bei den bei Brennstoffzellensystemen, insbesondere in Fahrzeugen, ohnehin kritischen Kaltstarts ein erheblicher Nachteil, da das gesamte Volumen des Kühlmittels in einer solchen Situation schnellstmöglich auf die Betriebstemperatur des Brennstoffzellensystems erwärmt werden muss.
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Um dieser Problematik entgegenzuwirken ist es aus den beiden japanischen Patentanmeldungen
JP 2004 335369 A und
JP 2002 117884 A bekannt, Laufräder, entweder in Form eines Laufrads der Kühlmittelpumpe und/oder unabhängig hiervon in den Volumenstrom des Kühlmittels einzusetzen. Solche Laufräder aus elektrisch isolierendem Material trennen einzelne Teile des Volumenstroms des Kühlmittels zeitweise voneinander, und erhöhen somit signifikant den Isolationswiderstand. Hierdurch sind entsprechend kurze Kühlmittelstrecken und gegebenenfalls auch der Verzicht auf einen Ionentauscher denkbar. Der Aufbau ist jedoch aufgrund der beweglichen Teile alles in allem vergleichsweise aufwändig, insbesondere da er typischerweise sowohl am Eingang in die hochvoltführende Komponente als auch am Ausgang aus der hochvoltführenden Komponente einen entsprechenden Aufbau in dieser Art erforderlich macht. Außerdem erhöhen die Laufräder, sofern sie nicht aktiv angetrieben werden, ebenfalls den Strömungswiderstand und damit den Leistungsbedarf zur Kühlung der entsprechenden Komponenten.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren anzugeben, welches zur Erhöhung des elektrischen Isolationswiderstands eines in einer Kühlmittelleitung strömenden Kühlmittels beiträgt, ohne die genannten Nachteile aufzuweisen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 oder im Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie eine besonders bevorzugte Verwendung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 1 ist es vorgesehen, dass über eine Einlassvorrichtung die elektrisch isolierenden Elemente in das Kühlmittel eingebracht werden, wonach sie mit der Strömung des Kühlmittels um ein gewisses Wegstück mit bewegt werden. Anschließend werden die elektrisch isolierenden Elemente über eine Auslassvorrichtung wieder aus dem Kühlmittel entfernt. Anders als bei in dem Kühlmittelstrom rotierenden Laufrädern oder Ähnlichem werden hier also elektrisch nicht leitende Elemente, welche beispielsweise gasförmig, flüssig oder fest ausgeführt sein können, in die Strömung des Kühlmittels eingebracht und strömen mit diesem ein gewisses Wegstück mit. Anschließend werden die Elemente wieder aus dem Kühlmittel entfernt. Je nach Strecke, welche die elektrisch isolierenden Elemente mit dem Kühlmittel strömen, lässt sich der Isolationswiderstand entsprechend beeinflussen und reduzieren. Hierdurch ist ein besonders einfacher und effizienter Aufbau mit der Möglichkeit einer gezielten Anpassung des elektrischen Isolationswiderstands möglich. Neben der Veränderung der Wegstrecke kann auch das Volumen der elektrisch isolierenden Elemente verändert werden, um den Isolationswiderstand zu verändern.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Idee können die elektrisch isolierenden Elemente insbesondere diskontinuierlich in das Kühlmittel eingebracht werden, um so innerhalb der Strömung des Kühlmittels Bereiche zu schaffen, welche ausschließlich oder fast ausschließlich mit den elektrisch isolierenden Elementen beaufschlagt sind, während andere Bereiche mit dem Kühlmittel beaufschlagt sind, sodass sich eine schichtweise abwechselnde Schichtung von Kühlmittel und elektrisch isolierenden Elementen ergibt. Werden beispielsweise Gasblasen als elektrisch isolierende Elemente genutzt, so kann durch eine Anpassung der Blasengröße und des Durchmessers der Kühlmittelleitung in diesem Bereich ein solcher Effekt erzielt werden.
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Eine sehr vorteilhafte Weiterbildung der Idee sieht es dabei vor, dass die Einlassvorrichtung um die elektrisch isolierenden Elemente in das Kühlmittel einzubringen in Form einer Vorrichtung zum Einblasen der elektrisch isolierenden Elemente in das Kühlmittel realisiert ist. Als Auslassvorrichtung kann insbesondere eine für Gase durchlässige, für Flüssigkeiten jedoch nicht durchlässige Membran und/oder eine Steigleitung eingesetzt werden, um im Falle der Verwendung von elektrisch isolierendem Gas als elektrisch isolierendes Element dieses wieder aus dem Kühlmittel zu entfernen. Im Falle einer Steigleitung kann diese insbesondere in einen in einem Kühlkreislauf typischerweise ohnehin notwendigen Kühlmittelausgleichsbehälter münden, sodass hier entsprechende Bauteilsynergien entstehen.
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Die oben genannte Aufgabe wird außerdem durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 5 gelöst. Anstelle einer Einlassvorrichtung für die elektrisch isolierenden Elemente ist bei dieser Ausgestaltungsvariante des Verfahrens eine Erzeugungsvorrichtung für Dampfblasen als elektrisch isolierende Elemente in dem Kühlmittel vorgesehen. Über eine solche Erzeugungsvorrichtung für Dampfblasen, welche gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung als Verdampfer, welcher auf der Basis von Wärme und/oder Ultraschall arbeitet, vorgesehen ist, lassen sich also Dampfblasen in dem Kühlmittel erzeugen. Diese Dampfblasen werden von dem Kühlmittel fortgerissen und bilden im Idealfall über den kompletten durchströmten Querschnitt des Kühlmittels reichende Dampfelemente, welche eine signifikant geringere elektrische Leitfähigkeit aufweisen als das sie umgebende Kühlmittel. Auch hierdurch lässt sich der Isolationswiderstand nachhaltig erhöhen. Der besondere Vorteil bei diesem Aufbau liegt darin, dass die Dampfblasen sich durch eine Abkühlung in dem Kühlmittel nachfolgend selbsttätig wieder zusammenfallen, sodass ohne eine Auslassvorrichtung, wie bei der zuvor beschriebenen Variante, die als elektrisch isolierenden Elemente genutzten Dampfblasen wieder aus dem Kühlmittel verschwinden.
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Der Aufbau eignet sich insbesondere für die Erhöhung des elektrischen Isolationswiderstands in einem Kühlmittel, welches zwischen einer Spannungs- bzw. Hochspannungsquelle, welche es durchströmt, und Elementen, welche geerdet sind, zirkuliert. In diesem Fall ist ein entsprechend hoher elektrischer Isolationswiderstand des Kühlmittels zu gewährleisten. Um dies mit minimalem Aufwand und Bauraum realisieren zu können, sind die beiden erfindungsgemäßen Verfahren sehr gut geeignet. Da derartige Anforderungen typischerweise an das Kühlmittel eines Brennstoffzellensystems oder eines Elektrofahrzeugs gerichtet werden, liegt die besonders bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Verfahren in ihrem Einsatz zur Verbesserung des elektrischen Isolationswiderstands in einem Kühlmittel, welches in einem Kühlkreislauf eines mit einer Brennstoffzelle und/oder Traktionsbatterie ausgestatten Fahrzeugs strömt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen oder werden anhand der Ausführungsbeispiele deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
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Dabei zeigen:
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1 ein prinzipmäßig angedeutetes Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem und einem Kühlkreislauf gemäß dem Stand der Technik;
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2 einen Ausschnitt aus einer Kühlmittelleitung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsvariante;
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3 einen Ausschnitt aus einer Kühlmittelleitung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsvariante;
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4 einen Ausschnitt aus einer Kühlmittelleitung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer dritten Ausführungsvariante; und
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5 einen Ausschnitt aus einer Kühlmittelleitung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren alternativen Ausführungsvariante;
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In der Darstellung der 1 ist ein Fahrzeug 1 mit einem Brennstoffzellensystem 2 sehr stark schematisiert angedeutet. Den Kern des Brennstoffzellensystems 2 bildet eine Brennstoffzelle 3, mit einem Kathodenbereich 4 und einem Anodenbereich 5. Die Brennstoffzelle 3 kann insbesondere als Stapel von Einzelzellen, als sogenannter Brennstoffzellenstack aufgebaut sein. Teil der Brennstoffzelle 3 ist dabei auch ein Wärmetauscher 6, welcher von einem Kühlmittel zur Temperierung der Brennstoffzelle 3 durchströmt wird. Dieser Aufbau ist insgesamt in einem Brennstoffzellengehäuse 7 angeordnet. Das Brennstoffzellensystem 2 ist dabei sehr stark vereinfacht dargestellt, da sein Aufbau dem Fachmann geläufig ist, und hier rein beispielhaft zu verstehen ist. Andere Aufbauten als hier dargestellt sind ebenso denkbar und möglich.
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Der Brennstoffzelle 3 bzw. ihrem Kathodenraum 4 wird Luft über eine Luftfördereinrichtung 8 als Sauerstofflieferant zugeführt. Die Luftfördereinrichtung 8 fördert die verdichtete Zuluft über einen Gas/Gas-Befeuchter 9 in den Kathodenraum 4. Mit Feuchte beladene und an Sauerstoff abgereicherte Abluft strömt wiederum durch den Gas/Gas-Befeuchter 9 und gibt Feuchte an die Zuluft ab, bevor die Abluft in die Umgebung abströmt. Dem Anodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 10 über ein Druckregel- und Dosierventil 11 zugeführt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel gelangt Restwasserstoff und Abgas aus dem Brennstoffzellensystem 2 in die Umgebung. Auch hier wären andere Aufbauten wie beispielsweise Turbinen, Brenner oder eine Kreislaufführung des Anodenabgases denkbar. All dies ist dem Fachmann geläufig und für die hier vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Deshalb wird hierauf nicht näher eingegangen.
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Nun ist es so, dass in der Brennstoffzelle das Kühlmittel mit elektrisch unter der Spannung der Brennstoffzelle stehenden Elemente in unmittelbarer Verbindung steht. Das in einem Kühlkreislauf 12 über eine Kühlmittelpumpe 13 zirkulierte Kühlmittel, welches über einen Kühlwärmetauscher 14 abgekühlt werden kann, muss deshalb einen gewissen elektrischen Isolationswiderstand aufweisen, welcher typischerweise in der Größenordnung von 250 Ω/V Spannung der Brennstoffzelle 3 angesetzt wird, um gegenüber dem gesetzlichen Grenzwert entsprechende Toleranzen und Sicherheiten zu berücksichtigen.
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Bei den Aufbauten gemäß dem Stand der Technik ist der Kühlkreislauf 12 dabei häufig so ausgebildet, wie er in der Darstellung der 1 zu erkennen ist. Der Kühlkreislauf umfasst zwei zusätzliche mäanderförmige Schleifen, welche in der Darstellung der Figur mit dem Bezugszeichen 15 versehen sind. Diese mäanderförmigen Schleifen dienen dazu, die Weglänge in dem Kühlmittel zwischen den spannungsführenden Bereichen der Brennstoffzelle 3 und Bereichen des Kühlkreislaufs 12, welche mit der Umgebung in Verbindung stehen bzw. mit der elektrischen Masse des Fahrzeugchassis des Fahrzeugs 1 verbunden sind, entsprechend zu erhöhen. Hierdurch wird typischerweise der notwendige elektrische Isolationswiderstand zwischen der Brennstoffzelle 3 und hier beispielhaft eingezeichneten Potenzialausgleichen 16 sichergestellt. Um darüber hinaus die Leitfähigkeit des Kühlmittels dauerhaft auf einem niedrigen Niveau zu halten, ist typischerweise ein optionaler Ionentauscher 17 vorgesehen.
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Dieser Aufbau ist mit entsprechenden Nachteilen behaftet, da er durch den sehr großen Kühlkreislauf 12 eine vergleichsweise große Menge an Kühlmittel umfasst. Dies ist insbesondere beim Kaltstart ein entscheidender Nachteil und erfordert im Allgemeinen eine höhere Antriebsleistung der Kühlmittelfördereinrichtung 13, was hinsichtlich des Wirkungsgrads ebenfalls nachteilig ist. Wünschenswert wäre es nun, idealerweise innerhalb des Brennstoffzellengehäuses 7 eine Möglichkeit zu finden, den Isolationswiderstand in einer möglichst kurzen Wegstrecke einer Kühlmittelleitung 18 des Kühlkreislaufs 12 so stark zu erhöhen, dass die Potenzialausgleiche 16 unmittelbar an das Brennstoffzellengehäuse 7 anschließend ausgebildet werden könnten.
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Ein solcher Aufbau wird nun möglich, indem idealerweise an einer oder an den beiden in der Darstellung der 1 gestrichelt angedeuteten und mit dem Bezugszeichen 19 gekennzeichneten Stellen eine entsprechende Vorrichtung zur Erhöhung des elektrischen Isolationswiderstands eingesetzt wird. Solche Vorrichtungen sind nachfolgend beispielhaft in verschiedenen Ausführungsvarianten dargestellt. Sie dienen dazu, dass erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung des Isolationswiderstands zu ermöglichen.
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In der Darstellung der 2 ist ein Abschnitt aus der Kühlmittelleitung 18, welcher eine Erhöhung des Isolationswiderstandes ermöglicht, in stark schematisierter Form zu erkennen. Die Kühlmitteleitung 18 wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von rechts nach links entsprechend dem mit KM bezeichneten Pfeil von dem Kühlmittel durchströmt. Am rechten Ende des dargestellten Ausschnitts der Kühlmittelleitung 18 befindet sich dabei eine Einlassvorrichtung 20 in Form eines an der Kühlmittelleitung 18 angebrachten Rohrstutzens. Wie durch den mit G bezeichneten Pfeil angedeutet, werden über diese Einlassvorrichtung 20 Gase in das flüssige Kühlmittel eingeleitet. Diese Gase bilden idealerweise bei diskontinuierlichem Einbringen den gesamten durchströmbaren Querschnitt der Kühlmittelleitung 18 ausfüllende Gasblasen aus, welche innerhalb des Kühlmittels in der Kühlmittelleitung 18 eingezeichnet und jeweils mit dem Bezugszeichen 21 versehen sind. Durch diese schichtweise abwechselnde Anordnung von elektrisch isolierendem Gas 21 als elektrisch isolierendes Element und dem Kühlmittel wird eine elektrische Leitung durch das Kühlmittel effizient verhindert, wodurch der Isolationswiderstand signifikant ansteigt.
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Auf der linken Seite des dargestellten Abschnitts der Kühlmittelleitung 18 befindet sich eine mit 22 bezeichnete Auslassvorrichtung. Diese Auslassvorrichtung 22 ist als Rohrleitung bzw. Steigleitung 24 ausgebildet, welche an einer entsprechenden Öffnung senkrecht zur Strömungsrichtung des Kühlmittels in der Kühlmittelleitung 18 angeordnet ist. Insbesondere unterstützt durch ihre Anordnung in Richtung der Schwerkraft nach oben können die im Vergleich zum Kühlmittel leichten Gase hier wieder entweichen, sodass diese nicht durch den gesamten Kühlkreislauf 12 mit fortgerissen werden.
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Eine alternative Ausführungsform ist in der Darstellung der 3 zu erkennen. Der Aufbau ist hier in Richtung der Schwerkraft von oben nach unten senkrecht angeordnet. Die Einlassvorrichtung 20 ist vergleichbar zur Einlassvorrichtung 20 in 2 ausgebildet und erlaubt das Einbringen eines Gases mit Überdruck in den dargestellten Abschnitt der Kühlmittelleitung 18. Auch hier sind die durch das diskontinuierliche Zuführen des Gases geschichtet mit dem Kühlmittel entstehenden Gasblasen mit dem Bezugszeichen 21 versehen. Die beispielhaft schematisiert dargestellte Auslassvorrichtung 22 besteht aus einem in einem Knick bzw. Bogen verlaufenden Teil der Kühlmittelleitung 18, in welchem ein erster Raum 32 für das mit den Gasblasen 21 versehene Kühlmittel unterhalb einer Membran 23 und ein beispielsweise mit der Atmosphäre oder einem Gasspeicher verbundener Raum 33 oberhalb dieser Membran 23 angeordnet ist. Die Membran 23 ist eine für Gase durchlässige und für das flüssige Kühlmittel undurchlässige Membran. Das die Gasblasen 21 bildende Gas kann durch diese Membran 23 also entweichen, bevor das Kühlmittel entsprechend dem mit KM bezeichneten Pfeil von den Gasen befreit weiterströmen kann.
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Eine weitere alternative Ausführungsform ist in der Darstellung der 4 zu erkennen. Diese ist sehr ähnlich zur Darstellung in 3 aufgebaut. An der Stelle, an der in der Darstellung der 3 die Auslassvorrichtung 22 mit der Membran 23 angeordnet ist, befindet sich hier ein strömungsberuhigter Bereich 34 mit einer Steigleitung 24 als Auslassvorrichtung 22, über welche die Gase beispielsweise direkt in die Umgebung abgegeben werden können. In der Darstellung der 4 ist gestrichelt außerdem ein optionaler Kühlmittelausgleichsbehälter 25 zu erkennen, welcher in derartigen Kühlsystemen ohnehin notwendig ist. Über ihn können die Gase ideal in die Umgebung abgeführt werden, insbesondere wenn es sich bei den Gasen um Luft handelt, welche über eine Luftfördereinrichtung, beispielsweise abgezweigt von der Luftfördereinrichtung der Brennstoffzelle, im Bereich der Einlassvorrichtung 20 eingedüst und im Bereich des optionalen Kühlmittelausgleichsbehälters 25 wieder in die Umgebung abgegeben wird. Der strömungsberuhigte Bereich 34 kann, wie beispielhaft dargestellt, durch eine Querschnittserweiterung der Kühlmittelleitung 18 erreicht werden, sodass die Gasblasen 21 sich in diesem Bereich abscheiden können. Idealerweise ist eine Richtungsänderung der Strömung des Kühlmediums in dem strömungsberuhigten Bereich 34 vorgesehen, beispielsweise der hier dargestellte Knick bzw. Bogen der Kühlmittelleitung 18.
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Andere Möglichkeiten, eine Phasentrennung zwischen dem Kühlmittel und den Gasblasen 21 zu bewerkstelligen, sind dabei ebenfalls denkbar und möglich, beispielsweise ein Zyklonabscheider, welcher hier jedoch nicht explizit dargestellt ist. Bei einem solchen Zyklonabscheider wurde das Gemisch tangential in einen zylindrischen Behälter eingebracht, wobei die Zentrifugalkraft dafür sorgt, dass die schwerere Flüssigkeit des Kühlmittels stärker an die Wand des Behälters gedrückt wird. Durch die Schwerkraft würde sich eine oben eingedüste, so erzeugte Ringströmung langsam nach unten bewegen und kann dort wieder ausgeleitet werden. Die Gasphase sammelt sich dann im Zentrum des Zyklons und wird beispielsweise nach oben abgeleitet bzw. abgesaugt. Derartige Zyklonabscheider haben dabei den Vorteil, dass sie sehr kompakt aufgebaut werden können und damit idealerweise – bei vergleichbaren Abscheidegüten – bauraumeffizienter sind als die beiden bisher gezeigten Ausführungsbeispiele.
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In der Darstellung der 5 ist nun eine Alternative der Vorrichtung 19 für eine alternative Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens zu erkennen. Der dort beschriebene Aufbau kommt ohne Einlassvorrichtung 20 und Auslassvorrichtung 22 aus. Dies macht den Aufbau außerordentlich einfach in der konstruktiven Ausführung, da keinerlei Dichtungsprobleme oder dergleichen gelöst werden müssen. Innerhalb der Kühlmittelleitung ist eine Erzeugungsvorrichtung 31 angeordnet. Diese Erzeugungsvorrichtung 31 kann beispielswiese als elektrische Heizeinrichtung und/oder Ultraschallquelle ausgebildet sein. Wird sie betrieben, also beheizt und/oder durch Ultraschall betrieben, und zwar auch wieder diskontinuierlich, dann werden Dampfblasen erzeugt, da durch den Energieeintrag das Kühlmittel punktuell verdampft wird. Diese Dampfblasen sind in der Darstellung der 6 mit dem Bezugszeichen 21 versehen, da sie analog zu den Luft- oder Gasblasen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele in einer abwechselnden Schichtung mit dem Kühlmittel den Isolationswiderstand signifikant erhöhen. Durch ein zunehmendes Abkühlen der einzelnen Gasblasen 21 in Strömungsrichtung des Kühlmittels lösen diese sich selbsttätig wieder auf, sodass keinerlei Maßnahmen zum Entfernen der elektrisch isolierenden Gasblasen notwendig sind. Durch diesen sehr einfachen und effizienten Aufbau lässt sich der Isolationswiderstand ebenfalls signifikant steigern.
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Die in den 2 bis 5 dargestellte Ausführungsvariante der Kühlmittelleitung 18 sollte dabei in ihrem Durchmesser so abgestimmt sein, dass die Luft- bzw. Gasblasen 21 und/oder die Dampfblasen 21 so groß erzeugt werden, dass der gesamte durchströmbare Querschnitt schichtweise abwechselnd mit den elektrisch isolierenden Elementen 21 und dem Kühlmittel gefüllt ist, um eine möglichst gute Trennung der einzelnen Kühlmittelbereiche untereinander durch die elektrisch isolierenden Elemente 21 zu erreichen. Sind hierfür vergleichsweise kleine durchströmbare Querschnitte erforderlich, so kann, um zu verhindern, dass der Strömungswiderstand in dem Kühlkreislauf 12 entsprechend hoch wird, auch eine Parallelschaltung mehrerer dieser in der Darstellung der 2 bis 5 gezeigten Abschnitte der Kühlmittelleitung 18 erfolgen. Der gesamte Aufbau kann idealerweise in das Brennstoffzellengehäuse 7 integriert werden, sodass unmittelbar nach dem Brennstoffzellengehäuse 7 der Potenzialausgleich 16 erfolgen kann, ohne den erforderlichen Isolationswiderstand zu unterschreiten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2004335369 A [0004]
- JP 2002117884 A [0004]
