DE102016003007A1 - Humidifier device for a fuel cell device and fuel cell device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Befeuchtervorrichtung (2) für eine Brennstoffzellenvorrichtung (1) mit – einem Befeuchterstapel (2.4) oder einem Hohlfasermembran-Bündel (4), welcher bzw. welches stirnseitig von einer eingangsseitigen Endplatte (2.5) und einer ausgangsseitigen Endplatte (2.6) begrenzt ist, – mindestens zwei Medieneingängen (2.5.1, 2.6.1) und zwei Medienausgängen (2.5.2, 2.6.2), wobei ein Medieneingang (2.5.1) und ein Medienausgang (2.5.2) in der eingangsseitigen Endplatte (2.5) und ein weiterer Medieneingang (2.6.1) und ein weiterer Medienausgang (2.6.2) in der ausgangsseitigen Endplatte (2.6) angeordnet sind und jeweils mit den Endplatten (2.5, 2.6) ein einteiliges Bauteil bilden, – einer Befeuchterbypassleitung (2.2), über welche eine trockene Zuluft vom Medieneingang (2.5.1) zum weiteren Medienausgang (2.6.2) außerhalb des Befeuchterstapels (2.4) oder des Hohlfasermembran-Bündels (4) führbar ist, und – wenigstens einem Flüssigkeitsabscheider (2.8), welcher in der eingangsseitigen Endplatte (2.5) im Bereich des Medienausgangs (2.5.2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Systembypassleitung (2.3) vorgesehen ist, über welche die trockene Zuluft vom Medieneingang (2.5.1) zum Medienausgang (2.5.2) außerhalb des Befeuchterstapels (2.4) oder des Hohlfasermembran-Bündels (4) führbar ist, wobei der Medienausgang (2.5.2) mit einer Abgasleitung (2.1) verbunden ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine 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).The invention relates to a humidifier device (2) for a fuel cell device (1) having - a humidifier stack (2.4) or a hollow fiber membrane bundle (4) which delimits the end face of an input-side end plate (2.5) and an output end plate (2.6) is, - at least two media inputs (2.5.1, 2.6.1) and two media outputs (2.5.2, 2.6.2), one media input (2.5.1) and one media output (2.5.2) in the input end plate (2.5 ) and a further media input (2.6.1) and a further media outlet (2.6.2) are arranged in the output-side end plate (2.6) and in each case form a one-part component with the end plates (2.5, 2.6), - a humidifier bypass line (2.2), via which a dry supply air from the media inlet (2.5.1) to the other media outlet (2.6.2) outside the Befeuchterstapels (2.4) or the hollow fiber membrane bundle (4) can be guided, and - at least one liquid separator (2.8), which it is arranged in the input-side end plate (2.5) in the region of the media outlet (2.5.2), characterized in that in addition a system bypass line (2.3) is provided, via which the dry supply air from the media inlet (2.5.1) to the media outlet (2.5. 2) outside the Befeuchterstapels (2.4) or the hollow fiber membrane bundle (4) can be guided, wherein the media outlet (2.5.2) is connected to an exhaust pipe (2.1). Furthermore, the invention relates to a fuel cell device (1) comprising - at least one fuel cell stack (1.1) with an anode compartment (1.1.1) and a cathode compartment (1.1.2) and - at least one humidification 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
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 5 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 5.
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 oder ein Hohlfasermembran-Bündel, welcher bzw. welches stirnseitig von einer eingangsseitigen Endplatte und einer ausgangsseitigen Endplatte begrenzt ist. Weiterhin umfasst die Befeuchtervorrichtung mindestens zwei Medieneingänge und zwei Medienausgänge, wobei ein Medieneingang und ein Medienausgang in der eingangsseitigen Endplatte und ein weiterer Medieneingang und ein weiterer Medienausgang in der ausgangsseitigen Endplatte angeordnet sind und jeweils mit den Endplatten ein einteiliges Bauteil bilden. Darüber hinaus umfasst die Befeuchtervorrichtung eine Befeuchterbypassleitung, über welche eine trockene Zuluft vom Medieneingang zum weiteren Medienausgang außerhalb des Befeuchterstapels oder des Hohlfasermembran-Bündels führbar ist und wenigstens einen Flüssigkeitsabscheider, welcher in der eingangsseitigen Endplatte im Bereich des Medienausgangs angeordnet ist.A humidifier apparatus for a fuel cell apparatus includes a humidifier stack or a hollow fiber membrane bundle which is frontally defined by an input side end plate and an output side end plate. Furthermore, the humidifier device comprises at least two media inputs and two media outlets, wherein a media input and a media outlet are arranged in the input side end plate and another media input and another media outlet are arranged in the output side end plate and respectively form a one-piece component with the end plates. In addition, the humidifier comprises a humidifier bypass line through which a dry supply air from the media inlet to the other media outlet outside the Befeuchterstapels or the hollow fiber membrane bundle is feasible and at least one liquid separator, which is arranged in the input side end plate in the region of the media outlet.
Erfindungsgemäß ist zusätzlich eine Systembypassleitung vorgesehen, über welche die trockene Zuluft vom Medieneingang zum Medienausgang außerhalb des Befeuchterstapels oder des Hohlfasermembran-Bündels führbar ist, wobei der Medienausgang mit einer Abgasleitung verbunden ist.According to the invention, a system bypass line is additionally provided, via which the dry supply air from the media inlet to the media outlet outside the Befeuchterstapels or the hollow fiber membrane bundle can be guided, wherein the media outlet is connected to an exhaust pipe.
Die derart ausgebildete Befeuchtervorrichtung erhöht eine Lebensdauer einer Brennstoffzellenvorrichtung gegenüber dem Stand der Technik signifikant. Die Systembypassleitung ermöglicht dabei bei bestimmten Änderungen eines Betriebszustands der Brennstoffzellenvorrichtung, z. B. bei plötzlichem Abschalten oder einer zeitnah erforderlichen Lastverringerung, die Frischluftzufuhr zum Brennstoffzellenstapel mit einer minimalen zeitlichen Verzögerung zu beenden. Dabei ermöglicht die Systembypassleitung insbesondere einen Druckausgleich zwischen einem Anodenraum und einem Kathodenraum nach plötzlicher Abschaltung des Betriebs der Brennstoffzellenvorrichtung. Dies ist vorteilhaft, da zwischen der Beendigung einer Brennstoffzufuhr zum Anodenraum und der Beendigung der Frischluftzufuhr zum Kathodenraum üblicherweise eine zeitliche Verzögerung auftritt, aus der Druckunterschiede resultieren, die zu starken mechanischen Beschädigungen innerhalb des Brennstoffzellenstapels, z. B. ein Zerreißen von Polymerelektrolyt- oder Protonenaustauschmembranen, führen können.The humidifier device thus formed significantly increases a lifetime of a fuel cell device over the prior art. The system bypass line allows for certain changes in an operating condition of the fuel cell device, for. B. in case of sudden shutdown or a promptly required load reduction, the fresh air supply to the fuel cell stack to end with a minimal delay. In particular, the system bypass line allows a pressure equalization between an anode compartment and a cathode compartment after sudden shutdown of the operation of the fuel cell device. This is advantageous because between the termination of a fuel supply to the anode compartment and the termination of the fresh air supply to the cathode compartment usually a time delay occurs, resulting from the pressure differences, the excessive mechanical damage within the fuel cell stack, z. As a rupture of polymer electrolyte or proton exchange membranes, can lead.
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:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Die Brennstoffzellenvorrichtung
Zum Betrieb der Brennstoffzellenvorrichtung
Innerhalb des Brennstoffzellenstapels
Dem Kathodenraum
Des Weiteren wird der Befeuchtervorrichtung
Die mittels der Befeuchtervorrichtung
Ferner weist die Befeuchtervorrichtung
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.
Die Befeuchtervorrichtung
Der Befeuchterstapel
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die eingangsseitige Endplatte
Die ausgangsseitige Endplatte
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sich der Medieneingang
Die Medieneingänge
Die Ausbildung als einteiliges Bauteil ermöglicht eine verringerte Anzahl an Verbindungselementen und dabei ein geringeres Risiko von Leckagen oder anderen Undichtigkeiten. Zudem weisen die Endplatten
Wie bereits in
Eine Befeuchterbypassleitung
Die Systembypassleitung
Zur Steuerung und/oder Regelung einer Strömungsrichtung der trockenen Zuluft weisen die Bypassleitungen
Ist das Stellelement
Die Stellelemente
Mittels der Systembypassleitung
Ferner umfasst die gezeigte Befeuchtervorrichtung
Da Produktwasser aus dem Brennstoffzellenstapel
Hierbei ist anstelle des Befeuchterstapels
Die Hohlfasermembranen
Die Anordnung eines Hohlfasermembran-Bündels
BezugszeichenlisteLIST 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
- Abschnittsection
- 1.2.21.2.2
- Abschnittsection
- 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
- eingangsseitige Endplatteinput-side end plate
- 2.5.12.5.1
- Medieneingangmedia input
- 2.5.22.5.2
- Medienausgangmedia output
- 2.62.6
- ausgangsseitige Endplatteoutput side end plate
- 2.6.12.6.1
- weiterer Medieneingangadditional media input
- 2.6.22.6.2
- weiterer Medienausgangadditional media output
- 2.72.7
- Gehäusecasing
- 2.82.8
- Flüssigkeitsabscheiderliquid separator
- 33
- Abgasanlageexhaust system
- 44
- Hohlfasermembran-BündelHollow fiber membrane bundle
- 4.14.1
- HohlfasermembranHollow fiber membrane
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2014/205574 A1 [0002] WO 2014/205574 A1 [0002]
Claims (7)
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DE102016003007.0A DE102016003007A1 (en) | 2016-03-11 | 2016-03-11 | Humidifier device for a fuel cell device and fuel cell device |
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DE102016003007A1 true DE102016003007A1 (en) | 2016-11-03 |
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ID=57135921
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DE102016003007.0A Withdrawn DE102016003007A1 (en) | 2016-03-11 | 2016-03-11 | Humidifier device for a fuel cell device and fuel cell device |
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DE (1) | DE102016003007A1 (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113270615A (en) * | 2020-02-14 | 2021-08-17 | 广州汽车集团股份有限公司 | Air humidifier and fuel cell vehicle |
Citations (1)
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 |
-
2016
- 2016-03-11 DE DE102016003007.0A patent/DE102016003007A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2014205574A1 (en) | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Dana Canada Corporation | Integrated gas management device for a fuel cell system |
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CN113270615A (en) * | 2020-02-14 | 2021-08-17 | 广州汽车集团股份有限公司 | Air humidifier and fuel cell vehicle |
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Date | Code | Title | Description |
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