DE102016003006A1 - Humidifier device for a fuel cell device and fuel cell device - Google Patents

Humidifier device for a fuel cell device and fuel cell device Download PDF

Info

Publication number
DE102016003006A1
DE102016003006A1 DE102016003006.2A DE102016003006A DE102016003006A1 DE 102016003006 A1 DE102016003006 A1 DE 102016003006A1 DE 102016003006 A DE102016003006 A DE 102016003006A DE 102016003006 A1 DE102016003006 A1 DE 102016003006A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
humidifier
media
fuel cell
bypass line
stack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102016003006.2A
Other languages
German (de)
Inventor
Axel Streicher
Alfred Kolbe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Priority to DE102016003006.2A priority Critical patent/DE102016003006A1/en
Publication of DE102016003006A1 publication Critical patent/DE102016003006A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126Humidifying
    • H01M8/04141Humidifying by water containing exhaust gases
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befeuchtervorrichtung (2) für eine Brennstoffzellenvorrichtung (1) mit – einem Befeuchterstapel (2.4), welcher jeweils stirnseitig von einer Endplatte (2.5, 2.6) begrenzt ist, – mindestens zwei Medieneingängen (2.5.1, 2.5.2) und zwei Medienausgängen (2.5.3, 2.5.4), und – einer Befeuchterbypassleitung (2.2), über welche eine trockene Zuluft vom Medieneingang (2.5.1) zum Medienausgang (2.5.4) außerhalb des Befeuchterstapels (2.4) führbar ist und – wenigstens einem Flüssigkeitsabscheider (2.8), welcher im Bereich des anderen Medienausgangs (2.5.3) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass – die Medieneingänge (2.5.1, 2.5.2), Medienausgänge (2.5.3, 2.5.4) und zumindest abschnittsweise die Befeuchterbypassleitung (2.2) gemeinsam in einer der Endplatten (2.5, 2.6) angeordnet sind und mit dieser ein einteiliges Bauteil bilden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennstoffzellenvorrichtung (1) mit mindestens einer solchen Befeuchtervorrichtung (2).The invention relates to a humidifier device (2) for a fuel cell device (1) having - a humidifier stack (2.4), each of which end faces of an end plate (2.5, 2.6) is limited, - at least two media inputs (2.5.1, 2.5.2) and two media outlets (2.5.3, 2.5.4), and - a humidifier bypass line (2.2), via which a dry supply air from the media inlet (2.5.1) to the media outlet (2.5.4) outside the humidifier stack (2.4) is feasible and - at least a liquid separator (2.8), which is arranged in the region of the other media outlet (2.5.3). According to the invention it is provided that - the media inputs (2.5.1, 2.5.2), media outlets (2.5.3, 2.5.4) and at least partially the humidifier bypass line (2.2) are arranged together in one of the end plates (2.5, 2.6) and with this form a one-piece component. The invention further relates to a fuel cell device (1) with at least one such humidifier device (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Befeuchtervorrichtung für eine Brennstoffzellenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennstoffzellenvorrichtung mit einer solchen Befeuchtervorrichtung.The invention relates to a humidifier device for a fuel cell device according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a fuel cell device with such a humidifier.

Aus dem Stand der Technik ist, wie beispielsweise in WO 2014/205574 A1 beschrieben, eine integrierte Gasmanagmentvorrichtung bekannt, die eine als Gas-zu-Gas Befeuchter ausgebildete Befeuchtervorrichtung enthält, welche zur Übertragung von Wasser von einem ersten Gas zu einem zweiten Gas vorgesehen ist. Die Gasmanagmentvorrichtung umfasst weiterhin einen Wärmetauscher, der an ein erstes Ende der Befeuchtervorrichtung zur Kühlung des ersten Gases angefügt ist. Ferner umfasst die Gasmanagmentvorrichtung einen Flüssigkeitsabscheider, welcher an ein zweites Ende der Befeuchtervorrichtung zur Abscheidung von Wasser aus dem zweiten Gas angefügt ist.From the prior art, such as in WO 2014/205574 A1 described, an integrated Gasmanagmentvorrichtung known which contains a designed as a gas-to-gas humidifier humidifier, which is provided for the transfer of water from a first gas to a second gas. The gas management apparatus further includes a heat exchanger attached to a first end of the humidifier apparatus for cooling the first gas. Further, the gas management device includes a liquid separator attached to a second end of the humidifier device for separating water from the second gas.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Befeuchtervorrichtung für eine Brennstoffzellenanordnung sowie eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Brennstoffzellenanordnung anzugeben.The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved humidifier device for a fuel cell assembly and an improved over the prior art fuel cell assembly.

Hinsichtlich der Befeuchtervorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hinsichtlich der Brennstoffzellenvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst.With regard to the humidifier, the object is achieved according to the invention with the features specified in claim 1. With regard to the fuel cell device, the object is achieved according to the invention with the features specified in claim 7.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine Befeuchtervorrichtung für eine Brennstoffzellenvorrichtung umfasst einen Befeuchterstapel, welcher jeweils stirnseitig von einer Endplatte begrenzt ist. Die Befeuchtervorrichtung umfasst weiterhin mindestens zwei Medieneingänge und zwei Medienausgänge sowie eine Befeuchterbypassleitung, über welche eine trockene Zuluft von einem Medieneingang zum anderen Medienausgang außerhalb des Befeuchterstapels führbar ist. Ferner weist die Befeuchtervorrichtung wenigstens einen Flüssigkeitsabscheider auf, welcher im Bereich des anderen Medienausgangs angeordnet ist.A humidifier device for a fuel cell device comprises a humidifier stack, each of which is delimited by an end plate. The humidifier device further comprises at least two media inputs and two media outlets, as well as a humidifier bypass line, via which a dry supply air from one media input to the other media outlet outside the Befeuchterstapels is feasible. Furthermore, the humidifier device has at least one liquid separator, which is arranged in the region of the other media outlet.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Medieneingänge, Medienausgänge und zumindest abschnittsweis die Befeuchterbypassleitung gemeinsam in einer der Endplatten angeordnet sind und mit dieser ein einteiliges Bauteil bilden.According to the invention, it is provided that the media inputs, media outlets and at least sections of the humidifier bypass line are arranged together in one of the end plates and form a one-piece component with the latter.

Die derart ausgebildete Befeuchtervorrichtung benötigt gegenüber dem Stand der Technik weniger Bauraum für die Verrohrung und Verteilung der Medien und Gasströmung zu den jeweiligen Schnittstellen. Die Brennstoffzellenvorrichtung kann damit wesentlich kompakter und leichter ausgeführt werden. Des Weiteren werden weniger Bauteile benötigt als bei konventionellen Befeuchtervorrichtungen. Dies ermöglicht eine Reduzierung einer Anzahl von Schnittstellen sowie das Risiko für eine Leckage. Zudem wird gegenüber dem Stand der Technik eine Montage erleichtert und effizienter.The humidifier device formed in this way requires less space than the prior art for the piping and distribution of the media and gas flow to the respective interfaces. The fuel cell device can thus be made much more compact and lighter. Furthermore, fewer components are required than with conventional humidifier devices. This allows a reduction in a number of interfaces as well as the risk of leakage. In addition, compared to the prior art assembly is facilitated and efficient.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Brennstoffzellenvorrichtung mit einer Befeuchtervorrichtung und 1 schematically a block diagram of an embodiment of the invention of a fuel cell device with a humidifier and

2 schematisch eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Befeuchtervorrichtung. 2 schematically a sectional view of an inventive embodiment of a humidifier.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brennstoffzellenvorrichtung 1 in Form eines Blockschaltbildes. 1 shows a possible embodiment of a fuel cell device according to the invention 1 in the form of a block diagram.

Die Brennstoffzellenvorrichtung 1 ist beispielsweise in ein nicht dargestelltes Fahrzeug integriert, welches eine als Elektromotor (nicht dargestellt) ausgebildete Antriebseinheit aufweist. Zur Versorgung der Antriebseinheit mit elektrischer Energie ist die Brennstoffzellenvorrichtung 1 vorgesehen, welche einen Brennstoffzellenstapel 1.1 zur Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie umfasst. Der Brennstoffzellenstapel 1.1 umfasst eine Mehrzahl einzelner Brennstoffzellen (nicht dargestellt), welche jeweils eine Membran-Elektroden-Einheit aufweisen, bei der eine Elektrolytmembran zwischen einer Anode und einer Kathode angeordnet ist, so dass der Brennstoffzellenstapel 1.1 einen Anodenraum 1.1.1 und einen Kathodenraum 1.1.2 aufweist.The fuel cell device 1 is integrated, for example, in a vehicle, not shown, which has a (not shown) as an electric motor formed drive unit. To supply the drive unit with electrical energy is the fuel cell device 1 provided, which a fuel cell stack 1.1 for converting chemical energy into electrical energy. The fuel cell stack 1.1 includes a plurality of individual fuel cells (not shown) each having a membrane-electrode assembly in which an electrolyte membrane is disposed between an anode and a cathode, such that the fuel cell stack 1.1 an anode room 1.1.1 and a cathode compartment 1.1.2 having.

Zum Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung 1 wird dem Brennstoffzellenstapel 1.1 über eine in zwei Abschnitte 1.2.1, 1.2.2 geteilte Zuluftleitung 1.2 Luft zugeführt, wobei die Luft in den Kathodenraum 1.1.2 des Brennstoffzellenstapels 1.1 geleitet wird. Über eine Brennstoffzuleitung 1.3 wird dem Anodenraum 1.1.1 des Brennstoffzellenstapels 1.1 Brennstoff, z. B. in Form von Wasserstoff, zugeführt.For operation of the fuel cell device 1 becomes the fuel cell stack 1.1 about one in two sections 1.2.1 . 1.2.2 divided supply air line 1.2 Air is supplied, with the air in the cathode compartment 1.1.2 of the fuel cell stack 1.1 is directed. About a fuel supply line 1.3 becomes the anode compartment 1.1.1 of the fuel cell stack 1.1 Fuel, z. In the form of hydrogen.

Innerhalb des Brennstoffzellenstapels 1.1 reagiert der in der Luft enthaltene Sauerstoff mit dem Brennstoff, wobei elektrische Energie erzeugt wird, die einem elektrischen Verbraucher, z. B. einem Elektromotor, zugeführt wird. Inside the fuel cell stack 1.1 the oxygen contained in the air reacts with the fuel, whereby electrical energy is generated, which is an electrical consumer, for. B. an electric motor is supplied.

Dem Kathodenraum 1.1.2 ist zur Konditionierung der zugeführten Luft eine Befeuchtervorrichtung 2 vorgeschaltet, die in 2 näher dargestellt und beschrieben ist. Hierbei wird über einen ersten Abschnitt 1.2.1 der Zuluftleitung 1.2 trockene Luft beim Durchströmen der Befeuchtervorrichtung 2 befeuchtet und über einen zweiten Abschnitt 1.2.2 der Zuluftleitung 1.2 als befeuchtete Luft dem Kathodenraum 1.1.2 zugeführt.The cathode compartment 1.1.2 For the conditioning of the supplied air is a humidifier device 2 upstream, in 2 is shown and described in detail. This is about a first section 1.2.1 the supply air line 1.2 dry air flowing through the humidifier device 2 moistened and over a second section 1.2.2 the supply air line 1.2 as humidified air to the cathode compartment 1.1.2 fed.

Des Weiteren wird der Befeuchtervorrichtung 2 über eine Abluftleitung 1.4 feuchte Abluft aus dem Kathodenraum 1.1.2 zugeführt, welche der Befeuchtervorrichtung 2 die notwendige Feuchtigkeit zur Befeuchtung der trockenen Zuluft zuführt.Furthermore, the humidifier device 2 via an exhaust pipe 1.4 moist exhaust air from the cathode compartment 1.1.2 which is the humidifier device 2 supplying the necessary moisture to humidify the dry supply air.

Die mittels der Befeuchtervorrichtung 2 entfeuchtete Abluft aus dem Brennstoffzellenstapel 1.1 wird über eine Abgasleitung 2.1 aus der Brennstoffzellenvorrichtung 1 heraus geleitet und gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Abgasanlage 3 des zuvor erwähnten Fahrzeugs geleitet. Alternativ kann das Abgas auch in einen anderen Bereich außerhalb oder innerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung 1 geleitet werden.The by means of the humidifier device 2 dehumidified exhaust air from the fuel cell stack 1.1 is via an exhaust pipe 2.1 from the fuel cell device 1 out and according to the present embodiment of an exhaust system 3 passed the aforementioned vehicle. Alternatively, the exhaust gas may also be in another area outside or inside the fuel cell device 1 be directed.

Ferner weist die Befeuchtervorrichtung 2 zwei Bypassleitungen 2.2, 2.3 auf, mittels welcher die trockene Zuluft ohne Befeuchtung aus der Befeuchtervorrichtung 2 herausgeführt wird. Insbesondere sind dabei eine Befeuchterbypassleitung 2.2 und eine Systembypassleitung 2.3 vorgesehen, deren Verlauf im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils nur vereinfacht dargestellt ist, wobei gezeigt werden soll, dass die in die Befeuchtervorrichtung 2 einströmende trockene Zuluft einem Ausgang der Befeuchtervorrichtung 2 bzw. der Abgasanlage 3 ohne Befeuchtung zugeführt wird. Eine genaue Darstellung und Beschreibung der Bypassleitungen 2.2, 2.3 erfolgt in 2.Furthermore, the humidifier device 2 two bypass lines 2.2 . 2.3 on, by means of which the dry supply air without humidification from the humidifier 2 is led out. In particular, this is a humidifier bypass line 2.2 and a system bypass line 2.3 provided, the course of which is shown only simplified in the present embodiment, wherein it should be shown that in the humidifier 2 incoming dry incoming air to an outlet of the humidifier device 2 or the exhaust system 3 is supplied without humidification. An exact description and description of the bypass lines 2.2 . 2.3 takes place in 2 ,

Darüber hinaus können hier weitere Komponenten, wie beispielsweise ein Luftfilter, Ladeluftkühler oder dergleichen mehr, angeordnet sein. Da diese keinen erfindungsrelevanten Gegenstand darstellen, wird aus Gründen der Übersichtlichkeit auf deren Darstellung und Erläuterung verzichtet.In addition, here further components, such as an air filter, intercooler or the like can be arranged more. Since these represent no subject relevant to the invention, their presentation and explanation is omitted for reasons of clarity.

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Befeuchtervorrichtung 2, wobei diese in einer Schnittdarstellung als Längsschnitt gezeigt ist. 2 shows an inventive embodiment of the humidifier 2 , which is shown in a sectional view as a longitudinal section.

Die Befeuchtervorrichtung 2 umfasst einen Befeuchterstapel 2.4, welcher stirnseitig jeweils von einer Endplatte 2.5, 2.6 und zumindest seitlich von einem Gehäuse 2.7 begrenzt ist.The humidifier device 2 includes a humidifier stack 2.4 , which each end face of an end plate 2.5 . 2.6 and at least laterally of a housing 2.7 is limited.

Der Befeuchterstapel 2.4 ist aus einer Mehrzahl übereinander gestapelter Befeuchterzellen 2.4.1 gebildet, wobei jede Befeuchterzelle 2.4.1 mindestens eine wasserdurchlässige Membran und zwei Separatorplatten (nicht näher dargestellt) aufweist. Die Separatorplatten weisen jeweils eine Anzahl an Kanälen auf, so dass durch eine der Separatorplatten die trockene Zuluft und durch die andere Separatorplatte die feuchte Abluft strömen kann. Zwischen den Separatorplatten ist die Membran angeordnet, welche einen Übertritt von Wasser von der feuchten Abluft auf die trockene Zuluft ermöglicht.The humidifier stack 2.4 is made of a plurality of stacked humidifier cells 2.4.1 formed, each humidifier cell 2.4.1 has at least one water-permeable membrane and two separator plates (not shown in detail). The separator plates each have a number of channels, so that the dry supply air can flow through one of the separator plates and the humid exhaust air through the other separator plate. Between the Separatorplatten the membrane is arranged, which allows a transfer of water from the moist exhaust air to the dry supply air.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist eine der Endplatten 2.5, 2.6, hierbei die obere Endplatte 2.5, zwei Medieneingänge 2.5.1, 2.5.2 und zwei Medienausgänge 2.5.3, 2.5.4 auf. Einem Medieneingang 2.5.1 wird über den ersten Abschnitt 1.2.1 der Zuluftleitung 1.2 trockene Luft zugeführt. Dem anderen Medieneingang 2.5.2 wird über die Abluftleitung 1.4 feuchte Abluft vom Kathodenraum 1.1.2 zugeführt. Der Medienausgang 2.5.4 ist mit dem Kathodenraum 1.1.2 über den zweiten Abschnitt 1.2.2 der Zuluftleitung 1.2 verbunden, mittels welcher dem Kathodenraum 1.1.2 befeuchtete Luft zugeführt wird. Der andere Medienausgang 2.5.3 ist mit der Abgasleitung 2.1 verbunden, über welche gemäß der Beschreibung aus 1 überschüssiges Wasser abgeführt wird.According to the present embodiment, one of the end plates 2.5 . 2.6 , here the upper end plate 2.5 , two media inputs 2.5.1 . 2.5.2 and two media outlets 2.5.3 . 2.5.4 on. A media input 2.5.1 will be over the first section 1.2.1 the supply air line 1.2 fed dry air. The other media input 2.5.2 is via the exhaust duct 1.4 moist exhaust air from the cathode compartment 1.1.2 fed. The media output 2.5.4 is with the cathode compartment 1.1.2 over the second section 1.2.2 the supply air line 1.2 connected by means of which the cathode compartment 1.1.2 humidified air is supplied. The other media outlet 2.5.3 is with the exhaust pipe 2.1 connected, about which according to the description 1 excess water is removed.

Die Medieneingänge 2.5.1, 2.5.2 und Medienausgänge 2.5.3, 2.5.4 sind in der Endplatte 2.5 integriert und bilden mit dieser ein einteiliges Bauteil. Beispielsweise sind die Medieneingänge 2.5.1, 2.5.2 und Medienausgänge 2.5.3, 2.5.4 jeweils als Durchgangsöffnung in die Endplatte 2.5 eingebracht und weisen ein rechteckiges Querschnittsprofil auf. Alternativ können die Medieneingänge 2.5.1, 2.5.2 und Medienausgänge 2.5.3, 2.5.4 auch ein dreieckiges oder rundes Querschnittsprofil aufweisen.The media inputs 2.5.1 . 2.5.2 and media outlets 2.5.3 . 2.5.4 are in the end plate 2.5 integrated and form with this a one-piece component. For example, the media inputs 2.5.1 . 2.5.2 and media outlets 2.5.3 . 2.5.4 each as a passage opening in the end plate 2.5 introduced and have a rectangular cross-sectional profile. Alternatively, the media inputs 2.5.1 . 2.5.2 and media outlets 2.5.3 . 2.5.4 also have a triangular or round cross-sectional profile.

Die Ausbildung als einteiliges Bauteil ermöglicht eine verringerte Anzahl an Verbindungselementen und dabei ein geringeres Risiko von Leckagen oder anderen Undichtigkeiten. Zudem weisen damit beide Endplatten 2.5, 2.6 nur ein geringes Gewicht auf. Damit ist eine Montage der Befeuchtervorrichtung 2 und der Brennstoffzellenvorrichtung 1 gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht und Kosten verringert. Insbesondere die gemeinsam Anordnung der Medieneingänge 2.5.1, 2.5.2 und Medienausgänge 2.5.3, 2.5.4 in der Endplatte 2.5 ermöglicht eine besonders kompakte Ausführung der Befeuchtervorrichtung 2, die gegenüber dem Stand der Technik weniger Bauteile und ein geringeres Gewicht aufweist.The formation as a one-piece component allows a reduced number of fasteners and thereby a lower risk of leaks or other leaks. In addition, both have end plates 2.5 . 2.6 only a small weight on. This is an assembly of the humidifier 2 and the fuel cell device 1 Compared to the prior art simplified and reduced costs. In particular, the common arrangement of the media inputs 2.5.1 . 2.5.2 and media outlets 2.5.3 . 2.5.4 in the end plate 2.5 allows a particularly compact design of the humidifier 2 , which has fewer components and a lower weight compared to the prior art.

Wie bereits in 1 erwähnt, weist die Befeuchtervorrichtung 2 zwei Bypassleitungen 2.2, 2.3 auf, über die eine dem Medieneingang 2.5.1 zugeführte trockene Zuluft am Befeuchterstapel 2.4 vorbei geführt wird. Die Bypassleitungen 2.2, 2.3 sind analog zu den Medieneingängen 2.5.1, 2.5.2 und Medienausgängen 2.5.3, 2.5.4 im Bereich der Endplatte 2.5 einteilig mit dieser ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Ausführung der Befeuchtervorrichtung 2. As already in 1 mentions the humidifier device 2 two bypass lines 2.2 . 2.3 on, over the one the media entrance 2.5.1 supplied dry supply air to the humidifier stack 2.4 passed by. The bypass lines 2.2 . 2.3 are analogous to the media inputs 2.5.1 . 2.5.2 and media outlets 2.5.3 . 2.5.4 in the area of the end plate 2.5 formed integrally with this. This allows a particularly compact design of the humidifier 2 ,

Die Befeuchterbypassleitung 2.2 dient dazu, die trockene Zuluft ohne Befeuchtung zum Medienausgang 2.5.4 zu leiten, welcher mit dem zweiten Abschnitt 1.2.2 der Zuluftleitung 1.2 verbunden ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verbindet die Befeuchterbypassleitung 2.2 somit strömungstechnisch den Medieneingang 2.5.1, welcher mit dem ersten Abschnitt 1.2.1 der Zuluftleitung 1.2 verbunden ist, mit dem Medienausgang 2.5.4, welcher über den zweiten Abschnitt 1.2.2 der Zuluftleitung 1.2 mit dem Kathodenraum 1.1.2 verbunden ist. Die Befeuchterbypassleitung 2.2 ist dabei analog zu den Medieneingängen 2.5.1, 2.5.2 und den Medienausgängen 2.5.3, 2.5.4 in der Endplatte 2.5 angeordnet und einteilig mit dieser ausgebildet.The humidifier bypass line 2.2 serves the dry supply air without humidification to the media outlet 2.5.4 to guide, which with the second section 1.2.2 the supply air line 1.2 connected is. According to the present embodiment, the humidifier bypass line connects 2.2 thus fluidically the media input 2.5.1 , which with the first section 1.2.1 the supply air line 1.2 connected to the media outlet 2.5.4 which is over the second section 1.2.2 the supply air line 1.2 with the cathode compartment 1.1.2 connected is. The humidifier bypass line 2.2 is analogous to the media inputs 2.5.1 . 2.5.2 and the media outlets 2.5.3 . 2.5.4 in the end plate 2.5 arranged and formed integrally with this.

Die Systembypassleitung 2.3 dient dazu, die trockene Zuluft aus der Befeuchtervorrichtung 2 derart herauszuführen, dass diese weder den Befeuchterstapel 2.4 noch den Brennstoffzellenstapel 1.1 durchströmt. Die Systembypassleitung 2.3 dient somit der Umleitung der trockenen Zuluft in einen Bereich außerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung 1, ohne dass diese den Brennstoffzellenstapel 1.1 erreicht. Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel verbindet die Systembypassleitung 2.3 somit strömungstechnisch den Medieneingang 2.5.1, welcher mit dem ersten Abschnitt 1.2.1 der Zuluftleitung 1.2 verbunden ist, mit dem anderen Medienausgang 2.5.3, welcher mit der Abgasleitung 2.1 verbunden ist. Alternativ kann die Systembypassleitung 2.3 auch in einen anderen Bereich außerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung 1 geleitet werden. Die Systembypassleitung 2.3 ist analog zur Befeuchterbypassleitung 2.2 in der Endplatte 2.5 angeordnet und einteilig mit dieser ausgebildet.The system bypass line 2.3 serves to dry the supply air from the humidifier device 2 lead out so that this neither the humidifier 2.4 still the fuel cell stack 1.1 flows through. The system bypass line 2.3 thus serves the diversion of the dry supply air in an area outside of the fuel cell device 1 without this the fuel cell stack 1.1 reached. According to the in 2 The embodiment shown connects the system bypass line 2.3 thus fluidically the media input 2.5.1 , which with the first section 1.2.1 the supply air line 1.2 connected to the other media outlet 2.5.3 , which with the exhaust pipe 2.1 connected is. Alternatively, the system bypass line 2.3 also in another area outside of the fuel cell device 1 be directed. The system bypass line 2.3 is analogous to the humidifier bypass line 2.2 in the end plate 2.5 arranged and formed integrally with this.

Zur Steuerung und/oder Regelung einer Strömungsrichtung der trockenen Zuluft weisen die Bypassleitungen 2.2, 2.3 jeweils ein Stellelement 2.2.1, 2.3.1 auf, welches beispielsweise als eine Drosselklappe ausgebildet ist. Die Stellelemente 2.2.1, 2.3.1 sind vorzugsweise jeweils elektrisch ansteuerbar. Sind beide Stellelemente 2.2.1, 2.3.1 in einer geschlossenen Position, wird die trockene Luft vollständig durch den Befeuchterstapel 2.4 hindurch zum Medienausgang 2.5.4 geleitet und dabei befeuchtet.For controlling and / or regulating a flow direction of the dry supply air, the bypass lines 2.2 . 2.3 one actuator each 2.2.1 . 2.3.1 on, which is designed for example as a throttle valve. The control elements 2.2.1 . 2.3.1 are preferably each electrically actuated. Are both control elements 2.2.1 . 2.3.1 in a closed position, the dry air is completely through the humidifier stack 2.4 through to the media outlet 2.5.4 guided while moistening.

Ist das Stellelement 2.2.1 der Befeuchterbypassleitung 2.2 geöffnet, so strömt ein bestimmter Anteil der trockenen Luft zusätzlich über die Befeuchterbypassleitung 2.2 zum Medienausgang 2.5.4 und mischt sich dort mit der befeuchteten Luft, die anschließend dem Kathodenraum 1.1.2 zugeführt wird. Ist das Stellelement 2.3.1 der Systembypassleitung 2.3 geöffnet, so strömt ein bestimmter Anteil der trockenen Luft zusätzlich über die Systembypassleitung 2.3 zur Abgasleitung 2.1.Is the control element 2.2.1 the humidifier bypass line 2.2 open, a certain proportion of the dry air flows in addition via the humidifier bypass line 2.2 to the media outlet 2.5.4 and mixes there with the humidified air, which then the cathode compartment 1.1.2 is supplied. Is the control element 2.3.1 the system bypass line 2.3 open, a certain proportion of the dry air flows in addition via the system bypass line 2.3 to the exhaust pipe 2.1 ,

Die Stellelemente 2.2.1, 2.3.1 können ebenfalls mit der Endplatte 2.5 integriert ausgebildet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Stellelemente 2.2.1, 2.3.1 als separate Bauteile ausgebildet sind und mit der Endplatte 2.5 kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig befestigt sind. Beispielsweise sind die Stellelemente 2.2.1, 2.3.1 mit einer Außenseite der Endplatte 2.5 verschraubt.The control elements 2.2.1 . 2.3.1 can also work with the end plate 2.5 be formed integrated. Alternatively, it is also possible that the control elements 2.2.1 . 2.3.1 are formed as separate components and with the end plate 2.5 are fixed force and / or positive and / or cohesive. For example, the control elements 2.2.1 . 2.3.1 with an outside of the end plate 2.5 screwed.

Mittels der Systembypassleitung 2.3 kann eine Luftzufuhr zum Kathodenraum 1.1.2 mit einer minimalen zeitlichen Verzögerung gestoppt werden. Beispielsweise ist dies bei bestimmten Änderungen eines Betriebszustands der Brennstoffzellenvorrichtung 1, z. B. bei plötzlichem Abschalten oder einer zeitnah erforderlichen Lastverringerung, erforderlich. Über die Systembypassleitung 2.3 ist somit ein Druckausgleich zwischen dem Anodenraum 1.1.1 und dem Kathodenraum 1.1.2 möglich, wenn zwischen der Beendigung einer Brennstoffzufuhr zum Anodenraum 1.1.1 und der Beendigung der Frischluftzufuhr zum Kathodenraum 1.1.2 eine zeitliche Verzögerung auftritt, aus der Druckunterschiede resultieren, die zu starken mechanischen Beschädigungen innerhalb des Brennstoffzellenstapels 1.1, z. B. ein Zerreißen von Polymerelektrolyt- oder Protonenaustauschmembranen, führen können.By means of the system bypass line 2.3 can be an air supply to the cathode compartment 1.1.2 be stopped with a minimal time delay. For example, this is at certain changes in an operating state of the fuel cell device 1 , z. B. in case of sudden shutdown or a promptly required load reduction required. About the system bypass line 2.3 is thus a pressure equalization between the anode compartment 1.1.1 and the cathode compartment 1.1.2 possible if between the termination of a fuel supply to the anode compartment 1.1.1 and the completion of the fresh air supply to the cathode compartment 1.1.2 a time delay occurs, resulting in pressure differences that cause excessive mechanical damage within the fuel cell stack 1.1 , z. As a rupture of polymer electrolyte or proton exchange membranes, can lead.

Ferner umfasst die gezeigte Befeuchtervorrichtung 2 einen Flüssigkeitsabscheider 2.8, welcher in Strömungsrichtung hinter dem Stellelement 2.3.1 der Systembypassleitung 2.3 innerhalb der eingangsseitigen Endplatte 2.5 im Bereich des Medienausgangs 2.5.3 angeordnet ist. Alternativ kann der Flüssigkeitsabscheider 2.8 auch derart im Medienausgang 2.5.3 angeordnet sein, dass die Systembypassleitung 2.3 in Strömungsrichtung nach dem Flüssigkeitsabscheider 2.8 in den Medienausgang 2.5.3 und damit in die Abgasleitung 2.1 mündet.Furthermore, the humidifier device shown comprises 2 a liquid separator 2.8 , which in the flow direction behind the actuator 2.3.1 the system bypass line 2.3 inside the input end plate 2.5 in the area of the media outlet 2.5.3 is arranged. Alternatively, the liquid separator 2.8 also in the media output 2.5.3 be arranged that the system bypass line 2.3 in the flow direction after the liquid separator 2.8 in the media output 2.5.3 and thus into the exhaust pipe 2.1 empties.

Da Produktwasser aus dem Brennstoffzellenstapel 1.1 üblicherweise nicht dampfförmig austritt, sondern in flüssigem Aggregatzustand, dient der Flüssigkeitsabscheider 2.8 dem Abscheiden von überschüssigem Wasser, insbesondere ausgehend vom Brennstoffzellenstapel 1.1, welches vorzugsweise in einen Auffangbehälter (hier nicht dargestellt) abgeleitet wird.Because product water from the fuel cell stack 1.1 usually does not exit in vapor form, but in the liquid state, serves the liquid separator 2.8 the separation of excess water, in particular starting from the fuel cell stack 1.1 which is preferably discharged into a collecting container (not shown here).

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Brennstoffzellenvorrichtungfuel cell device
1.11.1
Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
1.1.11.1.1
Anodenraumanode chamber
1.1.21.1.2
Kathodenraumcathode space
1.21.2
Zuluftleitungair supply
1.2.11.2.1
erster Abschnittfirst section
1.2.21.2.2
zweiter Abschnittsecond part
1.31.3
Brennstoffzuleitungfuel supply line
1.41.4
Abluftleitungexhaust duct
22
Befeuchtervorrichtunghumidifier device
2.12.1
Abgasleitungexhaust pipe
2.22.2
BefeuchterbypassleitungBefeuchterbypassleitung
2.2.12.2.1
Stellelementactuator
2.32.3
SystembypassleitungSystem bypass line
2.3.12.3.1
Stellelementactuator
2.42.4
BefeuchterstapelBefeuchterstapel
2.4.12.4.1
Befeuchterzellehumidifier cell
2.52.5
Endplatteendplate
2.5.12.5.1
Medieneingangmedia input
2.5.22.5.2
anderer Medieneingangother media input
2.5.32.5.3
anderer Medienausgangother media output
2.5.42.5.4
Medienausgangmedia output
2.62.6
Endplatteendplate
2.72.7
Gehäusecasing
2.82.8
Flüssigkeitsabscheiderliquid separator
33
Abgasanlageexhaust system

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2014/205574 A1 [0002] WO 2014/205574 A1 [0002]

Claims (6)

Befeuchtervorrichtung (2) für eine Brennstoffzellenvorrichtung (1) mit – einem Befeuchterstapel (2.4), welcher jeweils stirnseitig von einer Endplatte (2.5, 2.6) begrenzt ist, – mindestens zwei Medieneingängen (2.5.1, 2.5.2) und zwei Medienausgängen (2.5.3, 2.5.4), und – einer Befeuchterbypassleitung (2.2), über welche eine trockene Zuluft vom Medieneingang (2.5.1) zum Medienausgang (2.5.4) außerhalb des Befeuchterstapels (2.4) führbar ist und – wenigstens einem Flüssigkeitsabscheider (2.8), welcher im Bereich des anderen Medienausgangs (2.5.3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Medieneingänge (2.5.1, 2.5.2), Medienausgänge (2.5.3, 2.5.4) und zumindest abschnittsweise die Befeuchterbypassleitung (2.2) gemeinsam in einer der Endplatten (2.5, 2.6) angeordnet sind und mit dieser ein einteiliges Bauteil bilden.Humidifier device ( 2 ) for a fuel cell device ( 1 ) with - a humidifier stack ( 2.4 ), which each end face of an end plate ( 2.5 . 2.6 ), - at least two media entrances ( 2.5.1 . 2.5.2 ) and two media outlets ( 2.5.3 . 2.5.4 ), and - a humidifier bypass line ( 2.2 ), via which a dry supply air from the media input ( 2.5.1 ) to the media output ( 2.5.4 ) outside the humidifier stack ( 2.4 ) and - at least one liquid separator ( 2.8 ), which is located in the area of the other media outlet ( 2.5.3 ), characterized in that - the media inputs ( 2.5.1 . 2.5.2 ), Media outlets ( 2.5.3 . 2.5.4 ) and at least in sections, the humidifier bypass line ( 2.2 ) together in one of the end plates ( 2.5 . 2.6 ) are arranged and form a one-piece component with this. Befeuchtervorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Systembypassleitung (2.3) vorgesehen ist, über welche die trockene Zuluft vom Medieneingang (2.5.1) zum anderen Medienausgang (2.5.3) außerhalb des Befeuchterstapels (2.4) führbar ist.Humidifier device ( 2 ) according to claim 1, characterized in that in addition a system bypass line ( 2.3 ), via which the dry supply air from the media input ( 2.5.1 ) to the other media outlet ( 2.5.3 ) outside the humidifier stack ( 2.4 ) is feasible. Befeuchtervorrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Medienausgang (2.5.3) mit einer nach außerhalb der Brennstoffzellenvorrichtung (1) führenden Abgasleitung (2.1) verbunden ist.Humidifier device ( 2 ) according to claim 2, characterized in that the other media outlet ( 2.5.3 ) with one to the outside of the fuel cell device ( 1 ) leading exhaust pipe ( 2.1 ) connected is. Befeuchtervorrichtung (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Systembypassleitung (2.3) zumindest abschnittsweise in der gleichen Endplatte (2.5) angeordnet ist und mit dieser ein einteiliges Bauteil bildet, in welcher die Medieneingänge (2.5.1, 2.5.2), Medienausgänge (2.5.3, 2.5.4) und die Befeuchterbypassleitung (2.2) angeordnet sind.Humidifier device ( 2 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the system bypass line ( 2.3 ) at least in sections in the same end plate ( 2.5 ) is arranged and forms with this a one-piece component, in which the media inputs ( 2.5.1 . 2.5.2 ), Media outlets ( 2.5.3 . 2.5.4 ) and the humidifier bypass line ( 2.2 ) are arranged. Befeuchtervorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Medieneingänge (2.5.1, 2.5.2) und Medienausgänge (2.5.3, 2.5.4) jeweils als eine Durchgangsöffnung in die Endplatte (2.5) eingebracht sind.Humidifier device ( 2 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the media inputs ( 2.5.1 . 2.5.2 ) and media outlets ( 2.5.3 . 2.5.4 ) each as a passage opening in the end plate ( 2.5 ) are introduced. Brennstoffzellenvorrichtung (1), umfassend – mindestens einen Brennstoffzellenstapel (1.1) mit einem Anodenraum (1.1.1) und einem Kathodenraum (1.1.2) und – mindestens eine Befeuchtervorrichtung (2) gemäß einem der vorherhergehenden Ansprüche.Fuel cell device ( 1 ), comprising - at least one fuel cell stack ( 1.1 ) with an anode space ( 1.1.1 ) and a cathode compartment ( 1.1.2 ) and - at least one humidifying device ( 2 ) according to one of the preceding claims.
DE102016003006.2A 2016-03-11 2016-03-11 Humidifier device for a fuel cell device and fuel cell device Withdrawn DE102016003006A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016003006.2A DE102016003006A1 (en) 2016-03-11 2016-03-11 Humidifier device for a fuel cell device and fuel cell device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016003006.2A DE102016003006A1 (en) 2016-03-11 2016-03-11 Humidifier device for a fuel cell device and fuel cell device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016003006A1 true DE102016003006A1 (en) 2016-11-03

Family

ID=57135960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016003006.2A Withdrawn DE102016003006A1 (en) 2016-03-11 2016-03-11 Humidifier device for a fuel cell device and fuel cell device

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016003006A1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014205574A1 (en) 2013-06-27 2014-12-31 Dana Canada Corporation Integrated gas management device for a fuel cell system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014205574A1 (en) 2013-06-27 2014-12-31 Dana Canada Corporation Integrated gas management device for a fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006051433B4 (en) Method for operating a fuel cell system
DE102015224202A1 (en) MEMBRANE HUMIDIFIER FOR A FUEL CELL
DE102016204474B4 (en) Heat exchanger and fuel cell system
DE102015224591A1 (en) Apparatus and method for controlling a moisture content of a membrane humidifier for a fuel cell
EP3665736B1 (en) Fuel cell system with extraction of medium pressure from compressor and use of said fuel cell system
DE102020134182A1 (en) MOISTURE EXCHANGERS, IN PARTICULAR HUMIDIFIER FOR A FUEL CELL AND FUEL CELL SYSTEM
DE102012018863A1 (en) Gas humidifier for humidification of supply air in fuel cell system of vehicle, has transmissive membranes disconnecting moistened page from dry page, and liquid separator integrated with plate-shaped membranes and provided with fabric
DE102017222010A1 (en) Processing device for connection to a fuel cell cooling system and for deionization of the coolant, compatible fuel cell system and use of the processing device
DE102016118346A1 (en) Cathode supply for a fuel cell
DE102016003007A1 (en) Humidifier device for a fuel cell device and fuel cell device
EP3788669B1 (en) Humidifier and vehicle
DE102016003006A1 (en) Humidifier device for a fuel cell device and fuel cell device
DE10161622A1 (en) Operating PEM fuel cell system involves operating compressor at very low pressure, increasing input pressure if adequate oxidant moisturizing no longer occurs at defined pressure
DE102014018444A1 (en) Fuel cell system and gas / gas humidifier
DE102015213853A1 (en) Fuel cell humidifier
DE102016114738A1 (en) A method of determining a leakage current and method of operating a fuel cell system
DE102015117055A1 (en) Stack case ventilation, fuel cell system and vehicle
DE102019211583A1 (en) Process for manufacturing a humidifier and humidifier
DE102013225062A1 (en) HYDROGEN ACCUMULATOR OF A FUEL CELL SYSTEM
DE102019205809A1 (en) Flow field plate, fuel cell stack with a flow field plate and fuel cell system
DE102012011326A1 (en) Fuel cell system for producing electrical drive power in e.g. passenger car, has duct element connecting exhaust air outlet of humidifier with environment, and valve devices adjusting duct elements as flow path for exhaust air from chamber
DE102019200509A1 (en) Method for operating a fuel cell system and fuel cell system
DE102017218036A1 (en) The fuel cell system
WO2017072000A1 (en) Cathode supply for a fuel cell group and method for supplying fuel cell units with a cathode operating medium
DE102020214166A1 (en) Method of operating a fuel cell motor vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
R230 Request for early publication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee