DE102016113740A1 - Conditioning module for a working medium of a fuel cell stack and fuel cell system and vehicle with this conditioning module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Konditionierungsmodul (40) für ein Betriebsmedium, insbesondere ein Anodenbetriebsmedium oder Kathodenbetriebsmedium, eines Brennstoffzellenstapels (10). Das Konditionierungsmodul (40) ist eine Kombination von Wärmeübertrager, insbesondere Kühler, und Befeuchter mit besonders geringem Bauraumbedarf bei gleichzeitig hohem möglichen Durchsatz. Hierzu ist der Wärmeübertrager in einem ersten Volumen (42) und der Befeuchter in einem zweiten Volumen (43) angeordnet, wobei diese Volumen (42, 43) räumlich ineinander liegen. Mit anderen Worten ist in einem Querschnitt des Konditionierungsmoduls (40) eine erste Querschnittfläche (45) von einem von dem ersten und dem zweiten Volumen innerhalb einer zweiten Querschnittfläche (46) von dem anderen von dem ersten und dem zweiten Volumen angeordnet. Bevorzugt sind das erste (42) und zweite Volumen (43) konzentrische Zylinder. The invention relates to a conditioning module (40) for an operating medium, in particular an anode operating medium or cathode operating medium, of a fuel cell stack (10). The conditioning module (40) is a combination of heat exchangers, in particular radiator, and humidifier with very little space requirement with high possible throughput. For this purpose, the heat exchanger is arranged in a first volume (42) and the humidifier in a second volume (43), wherein these volumes (42, 43) are spatially in one another. In other words, in a cross-section of the conditioning module (40), a first cross-sectional area (45) of one of the first and second volumes is disposed within a second cross-sectional area (46) of the other of the first and second volumes. Preferably, the first (42) and second volumes (43) are concentric cylinders.
Description
Die Erfindung betrifft ein Konditionierungsmodul für ein Betriebsmedium, insbesondere für das Kathodenbetriebsmedium, eines Brennstoffzellenstapels sowie ein Brennstoffzellensystem mit einem solchen Konditionierungsmodul. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Konditionierungsmodul beziehungsweise einem solchen Brennstoffzellensystem. The invention relates to a conditioning module for an operating medium, in particular for the cathode operating medium, a fuel cell stack and a fuel cell system with such a conditioning module. Furthermore, the invention relates to a vehicle with such a conditioning module or such a fuel cell system.
Brennstoffzellen nutzen die chemische Umsetzung eines Brennstoffs mit Sauerstoff zu Wasser zum Erzeugen elektrischer Energie. Hierfür weisen Brennstoffzellen als Kernkomponente eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA – membrane electrode assembly) auf. Diese wird durch eine protonenleitende Membran gebildet, an der beidseitig katalytische Elektroden angeordnet sind. Dabei trennt die Membran den der Anode zugeordneten Anodenraum und den der Kathode zugeordneten Kathodenraum gasdicht voneinander und isoliert diese elektrisch. Auf den nicht der Membran zugewandten Seiten der Elektroden können zudem Gasdiffusionslagen angeordnet sein. Fuel cells use the chemical conversion of a fuel with oxygen to water to generate electrical energy. For this purpose, fuel cells as a core component to a membrane-electrode assembly (MEA - membrane electrode assembly) on. This is formed by a proton-conducting membrane, on both sides of which catalytic electrodes are arranged. In this case, the membrane separates the anode chamber associated with the anode and the cathode chamber associated with the cathode gas-tight from each other and electrically isolated. In addition, gas diffusion layers can be arranged on the non-membrane-facing sides of the electrodes.
Im Betrieb der Brennstoffzelle wird ein wasserstoffhaltiger Brennstoff der Anode zugeführt, an der eine elektrochemische Oxidation von H2 zu H+ unter Abgabe von Elektronen erfolgt. Über die elektrolytische Membran erfolgt ein wassergebundener oder wasserfreier Transport der Protonen H+ aus dem Anodenraum in den Kathodenraum. Die an der Anode bereitgestellten Elektronen werden über eine elektrische Leitung der Kathode zugeleitet. Der Kathode wird ein sauerstoffhaltiges Betriebsmedium zugeführt, sodass dort eine Reduktion von O2 zu O2 – unter Aufnahme der Elektronen erfolgt. Diese Sauerstoffanionen reagieren im Kathodenraum mit den über die Membran transportierten Protonen unter Bildung von Wasser. Die direkte Umsetzung von chemischer in elektrische Energie ist nicht durch den Carnot-Faktor limitiert und weist daher gegenüber anderen Wärmekraftmaschinen einen verbesserten Wirkungsgrad auf. During operation of the fuel cell, a hydrogen-containing fuel is supplied to the anode, at which an electrochemical oxidation of H 2 to H + takes place with release of electrons. Via the electrolytic membrane, a water-bound or water-free transport of the protons H + from the anode space into the cathode space takes place. The electrons provided at the anode are supplied to the cathode via an electrical line. The cathode is supplied with an oxygen-containing operating medium, so that there is a reduction of O 2 to O 2 - taking the electrons. These oxygen anions react in the cathode compartment with the protons transported across the membrane to form water. The direct conversion of chemical into electrical energy is not limited by the Carnot factor and therefore has improved efficiency over other heat engines.
Eine Brennstoffzelle ist in der Regel durch eine Vielzahl in einem Brennstoffzellenstapel (stack) angeordneter MEA gebildet, deren elektrische Leistungen sich addieren. Zwischen den Membran-Elektroden-Anordnungen sind üblicherweise Bipolarplatten angeordnet, die eine Versorgung der einzelnen MEA mit den Reaktanten und einer Kühlflüssigkeit sicherstellen sowie als elektrisch leitfähiger Kontakt zu den Membran-Elektroden-Anordnungen fungieren. An beiden Enden des Brennstoffzellenstapels sind Abschlussplatten oder Monopolarplatten angeordnet, um ihn zusammenzuhalten und die Stapelkomponenten zusammenzupressen. Der Pressdruck trägt zur Abdichtung des Stapels bei und stellt einen adäquaten elektrischen Kontakt zwischen den Stapelkomponenten sicher. As a rule, a fuel cell is formed by a multiplicity of MEAs arranged in a fuel cell stack (stack), the electrical powers of which accumulate. Bipolar plates are usually arranged between the membrane-electrode assemblies, which ensure a supply of the individual MEA with the reactants and a cooling liquid and act as an electrically conductive contact to the membrane-electrode assemblies. At both ends of the fuel cell stack, end plates or monopolar plates are arranged to hold it together and compress the stack components. The pressing pressure contributes to the sealing of the stack and ensures adequate electrical contact between the stack components.
Den Kathodenelektroden wird über ein kathodenseitig offenes Flussfeld der Bipolarplatten, ein sogenanntes Kathoden-Betriebsmedium, insbesondere Sauerstoff (O2) oder ein sauerstoffhaltiges Gasgemisch, zum Beispiel Luft, zugeführt, sodass eine Reduktion von O2 zu O2– unter einer Aufnahme von Elektronen stattfindet (1/2O2 + 2e– → O2–). Gleichzeitig reagieren an den Kathodenelektroden gebildete Sauerstoffanionen (O2–) mit den durch die Membranen beziehungsweise Elektrolyten hindurch transportierten Protonen unter einer Bildung von Wasser (2H+ + O2– → H2O). The cathode electrodes are supplied via a cathode field open flow field of the bipolar plates, a so-called cathode operating medium, in particular oxygen (O 2 ) or an oxygen-containing gas mixture, for example air, so that a reduction of O 2 to O 2- takes place under a recording of electrons (1 / 2O 2 + 2e - → O 2- ). At the same time, oxygen anions (O 2- ) formed on the cathode electrodes react with the protons transported through the membranes or electrolytes to form water (2H + + O 2- > H 2 O).
Um einen Brennstoffzellenstapel mit den Betriebsmedien zu versorgen, weist dieser einerseits eine Anodenversorgung und andererseits eine Kathodenversorgung auf. Die Anodenversorgung weist einen Anodenversorgungspfad für ein Zuführen des Anodenbetriebsmediums in die Anodenräume der Brennstoffzelle hinein und einen Anodenabgaspfad für ein Abführen eines Anodenabgases aus den Anodenräumen heraus auf. Analog weist die Kathodenversorgung einen Kathodenversorgungspfad für ein Zuführen des Kathodenbetriebsmediums in die Kathodenräume der Brennstoffzelle hinein und einen Kathodenabgaspfad für ein Abführen eines Kathodenabgases aus den Kathodenräumen heraus auf. In order to supply a fuel cell stack with the operating media, this has on the one hand an anode supply and on the other hand, a cathode supply. The anode supply includes an anode supply path for supplying the anode operating medium into the anode chambers of the fuel cell and an anode exhaust gas path for discharging an anode exhaust gas out of the anode chambers. Similarly, the cathode supply includes a cathode supply path for supplying the cathode operating medium into the cathode chambers of the fuel cell and a cathode exhaust path for discharging a cathode exhaust gas out of the cathode compartments.
Das Brennstoffzellensystem weist einen Befeuchter zum Befeuchten eines trockenen Kathodenbetriebsmediums (Zuluft) auf, mittels dem Feuchtigkeit aus dem Kathodenabgas (Abluft) an das Kathodenbetriebsmedium übertragen wird. Das Befeuchten ist notwendig, um eine hohe Leistungsdichte und Lebensdauer der Brennstoffzelle, insbesondere deren Membran-Elektroden-Anordnung, zu gewährleisten. Ferner wird das trockene Kathoden-Betriebsmedium zur Steigerung der Leistungsdichte stromaufwärts des Befeuchters auf einen Druck von ca. 3 Bar komprimiert. Hierdurch steigt dessen Temperatur auf ca. 200°C an. The fuel cell system includes a humidifier for humidifying a dry cathode operation medium (supply air) by which moisture is transferred from the cathode exhaust gas (exhaust air) to the cathode operation medium. The moistening is necessary to ensure a high power density and lifetime of the fuel cell, in particular its membrane-electrode assembly. Further, the dry cathode operating medium is compressed to a pressure of about 3 bar to increase the power density upstream of the humidifier. As a result, its temperature rises to about 200 ° C.
Die in üblichen Befeuchtern zur Feuchtigkeitsübertragung eingesetzten Polymer-Membranen sind nur bis zu einer Temperatur von etwa 100°C einsetzbar. Daher muss das Kathodenbetriebsmedium gekühlt werden, bevor es dem Befeuchter zugeführt wird. Hierfür werden in der Regel Ladeluftkühler eingesetzt, welche mittels eines Kühlmittels Wärme aus dem Kathodenbetriebsmedium aufnehmen und über einen Kühler an die Umgebung abgeben. Somit ergibt sich ein hoher Bauraumbedarf, der insbesondere für mobile Anwendungen nachteilig ist. The polymer membranes used in conventional humidification humidifiers can only be used up to a temperature of about 100.degree. Therefore, the cathode operating medium must be cooled before it is fed to the humidifier. For this purpose, intercoolers are usually used, which absorb heat from the cathode operating medium by means of a coolant and deliver it to the environment via a cooler. This results in a high space requirement, which is particularly disadvantageous for mobile applications.
Es sind daher bereits Versuche unternommen worden, die Anordnung von Befeuchter und Ladeluftkühler zu optimieren oder beide Bauteile in ein gemeinsames Gehäuse zu integrieren. Bislang konnten jedoch lediglich geringe Einsparungen beim Bauraum erzielt werden bei gleichzeitig deutlich erhöhter Komplexität der kombinierten Bauteile. Die kombinierten Bauteile weisen zudem hohe thermische Massen auf, was sich nachteilig auf die Dynamik des Brennstoffzellensystems auswirkt. Attempts have therefore already been made to optimize the arrangement of humidifier and intercooler or both components in a integrate common housing. So far, however, only small savings in space could be achieved while significantly increased complexity of the combined components. The combined components also have high thermal mass, which adversely affects the dynamics of the fuel cell system.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen kombinierten Befeuchter und Ladeluftkühler für ein Brennstoffzellensystem bereitzustellen, um eine ausreichende Befeuchtung und Kühlung eines Betriebsmediums eines Brennstoffzellenstapels zu gewährleisten. Gleichzeitig sollen der Bauraumbedarf, die Komplexität und die Fertigungskosten des kombinierten Bauteils möglichst gering sein. The invention is based on the object to provide a combined humidifier and intercooler for a fuel cell system to ensure adequate humidification and cooling of an operating medium of a fuel cell stack. At the same time, the space requirement, the complexity and the manufacturing costs of the combined component should be as low as possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Konditionierungsmodul, ein Brennstoffzellensystem sowie ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils rückbezogenen Unteransprüche. This object is achieved by a conditioning module, a fuel cell system and a vehicle having the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the respective dependent claims.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein Konditionierungsmodul für ein Betriebsmedium eines Brennstoffzellenstapels mit einem Gaseinlass für das Betriebsmedium und einem durchströmbaren, als Wärmeübertrager ausgebildeten und stromabwärts des Gaseinlasses angeordneten ersten Volumen. Stromabwärts des ersten Volumens, das heißt stromabwärts in Strömungsrichtung des Betriebsmedium, ist ein durchströmbares, als Befeuchter ausgebildetes zweites Volumen angeordnet. Stromabwärts des zweiten Volumens ist ein Gasauslass für das konditionierte Betriebsmedium vorgesehen. In einem Querschnitt des Konditionierungsmoduls ist eine erste Querschnittfläche, das heißt eine Querschnittfläche von dem ersten Volumen oder dem zweiten Volumen, innerhalb einer zweiten Querschnittfläche, das heißt innerhalb der Querschnittfläche von dem anderen Volumen, von dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen, angeordnet. Bevorzugt ist die erste Querschnittfläche vollständig innerhalb der zweiten Querschnittfläche angeordnet. Bei dem Betriebsmedium handelt es sich insbesondere um ein Anodenbetriebsmedium oder um ein Kathodenbetriebsmedium. The object according to the invention is achieved by a conditioning module for an operating medium of a fuel cell stack with a gas inlet for the operating medium and a flow-through, designed as a heat exchanger and arranged downstream of the gas inlet first volume. Downstream of the first volume, that is to say downstream in the direction of flow of the operating medium, a flow-through volume designed as a humidifier is arranged. Downstream of the second volume, a gas outlet for the conditioned operating medium is provided. In a cross section of the conditioning module, a first cross-sectional area, that is, a cross-sectional area of the first volume or the second volume, is disposed within a second cross-sectional area, that is within the cross-sectional area of the other volume, of the first volume and the second volume. Preferably, the first cross-sectional area is arranged completely within the second cross-sectional area. The operating medium is in particular an anode operating medium or a cathode operating medium.
Das erfindungsgemäße Konditionierungsmodul ist mit anderen Worten eine Kombination von Wärmeübertrager und Befeuchter, wobei eine dieser beiden Komponenten räumlich innerhalb der anderen Komponente angeordnet ist. Die Komponenten sind dabei derart angeordnet, dass ein in das Konditionierungsmodul eingeleitetes Betriebsmedium stets zuerst das als Wärmeübertrager ausgebildete erste Volumen durchströmt, bevor es in das als Befeuchter ausgebildete zweite Volumen gelangt. In einem gemeinsamen Querschnitt des Konditionierungsmoduls weist eines von dem ersten und dem zweiten Volumen eine erste Querschnittfläche und das jeweils andere eine zweite Querschnittfläche auf. Mit anderen Worten ist die Querschnittfläche des innenliegenden Volumens, beispielsweise des ersten Volumens, im Querschnitt des Konditionierungsmoduls allseitig von der Querschnittfläche des außenliegenden Volumens, beispielsweise des zweiten Volumens, umgeben. Somit werden eine besonders kompakte Bauform und eine besonders geringe thermische Masse des Konditionierungsmoduls realisiert. Der Umfang der zweiten Querschnittsfläche kann identisch zu einer Oberfläche, beispielsweise einer Gehäuseoberfläche, des Konditionierungsmoduls sein. Alternativ sind das erste und das zweite Volumen in einem separaten Gehäuse des Konditionierungsmoduls angeordnet. In other words, the conditioning module according to the invention is a combination of heat exchanger and humidifier, one of these two components being arranged spatially within the other component. The components are arranged such that an operating medium introduced into the conditioning module always first flows through the first volume designed as a heat exchanger before it reaches the second volume designed as a humidifier. In a common cross-section of the conditioning module, one of the first and second volumes has a first cross-sectional area and the other has a second cross-sectional area. In other words, the cross-sectional area of the inner volume, for example of the first volume, in the cross section of the conditioning module is surrounded on all sides by the cross-sectional area of the outer volume, for example of the second volume. Thus, a particularly compact design and a particularly low thermal mass of the conditioning module can be realized. The circumference of the second cross-sectional area may be identical to a surface, for example a housing surface, of the conditioning module. Alternatively, the first and second volumes are arranged in a separate housing of the conditioning module.
Das erfindungsgemäße Konditionierungsmodul ist vorteilhaft modular aufgebaut. Beispielsweise kann das innenliegende Volumen, beispielsweise das zweite Volumen, in eine entsprechende Öffnung des außenliegenden Volumens, beispielsweise des ersten Volumens, eingeschoben werden. Das erfindungsgemäße Konditionierungsmodul ist daher besonders einfach zu fertigen. Ferner weist ein erfindungsgemäßes Konditionierungsmodul mit einem bestimmten Gesamtvolumen eine besonders große Grenzfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Volumen, das heißt zwischen Wärmeübertrager und Befeuchter, auf. Das Konditionierungsmodul kann daher selbst bei geringer Baugröße für einen hohen Durchsatz an Betriebsmedium ausgelegt werden. The conditioning module according to the invention is advantageously modular. For example, the internal volume, for example, the second volume, in a corresponding opening of the outer volume, for example, the first volume, are inserted. The conditioning module according to the invention is therefore particularly easy to manufacture. Furthermore, a conditioning module according to the invention with a certain total volume has a particularly large interface between the first and the second volume, that is to say between the heat exchanger and the humidifier. The conditioning module can therefore be designed for a high throughput of operating medium even with a small size.
Das erste Volumen des Konditionierungsmoduls ist bevorzugt als Wärmeübertrager ausgebildet, indem es zumindest eine, besonders bevorzugt eine Vielzahl von darin angeordneten Wärmeübertragerflächen aufweist. Über diese erfolgt bevorzugt ein Wärmeübergang von dem Betriebsmedium auf ein anderes Medium. Das zweite Volumen ist bevorzugt als Befeuchter ausgebildet, indem es zumindest eine, bevorzugt eine Vielzahl darin angeordneter Feuchteübertragerflächen aufweist. Über diese wird Feuchtigkeit, insbesondere Wasser, in das Betriebsmedium eingebracht. Zwischen dem ersten und zweiten Volumen können eine oder mehrere Begrenzungsflächen angeordnet sein, die für das Betriebsmedium durchlässig sind, beispielsweise indem sie eine oder mehrere Durchgangsöffnungen für das Betriebsmedium aufweisen. Alternativ gehen erstes und zweites Volumen ohne physische Grenzfläche ineinander über. The first volume of the conditioning module is preferably formed as a heat exchanger by having at least one, more preferably a plurality of heat transfer surfaces arranged therein. This is preferably a heat transfer from the operating medium to another medium. The second volume is preferably designed as a humidifier in that it has at least one, preferably a plurality of moisture transfer surfaces arranged therein. About this moisture, especially water, introduced into the operating medium. Between the first and second volumes, one or more boundary surfaces may be arranged, which are permeable to the operating medium, for example by having one or more passage openings for the operating medium. Alternatively, first and second volumes merge without a physical interface.
Die in dem ersten Volumen angeordneten Wärmeübertragerelemente sind bevorzugt dafür ausgebildet, von einem Kühlmittel durchflossen zu werden und weisen hierfür insbesondere einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass auf. Die dem ersten Volumen zugewandten Oberflächen der Wärmeübertragerelemente bilden Wärmeübertragerflächen, über die Wärme von dem Betriebsmedium auf das Kühlmittel übergeht. Bei den Wärmeübertragerelementen handelt es sich besonders bevorzugt um Rohre eines Rohrbündelwärmeübertragers oder um Platten eines Plattenwärmeübertragers. Ein Konditionierungsmodul gemäß dieser Ausgestaltung ist einfach in bestehende Kühlmittelkreisläufe des Brennstoffzellensystems oder eines Fahrzeugs integrierbar, indem Kühlmitteleinlass und -auslass mit einem bestehenden Kühlmittelkreislauf verbunden werden. The arranged in the first volume heat transfer elements are preferably designed to be traversed by a coolant and for this purpose have in particular a coolant inlet and a coolant outlet. Form the surfaces of the heat exchanger elements facing the first volume Heat transfer surfaces over which heat transfers from the operating medium to the coolant. The heat exchanger elements are particularly preferably tubes of a tube bundle heat exchanger or plates of a plate heat exchanger. A conditioning module according to this embodiment can be easily integrated into existing coolant circuits of the fuel cell system or a vehicle by connecting the coolant inlet and outlet to an existing coolant circuit.
Die in dem zweiten Volumen angeordneten Befeuchterelemente sind bevorzugt dafür ausgelegt, Wasser oder Wasserdampf zu führen, also ein Fluid zu führen, das Wasser oder Wasserdampf enthält. Die Befeuchterelemente sind zumindest mit einem Fluideinlass verbunden, über welchem den Befeuchterelementen das wasser- oder wasserdampfhaltige Fluid zugeführt wird. Besonders bevorzugt sind die Befeuchterelemente zudem mit einem Fluidauslass verbunden, über den das wasser- oder wasserdampfhaltige Fluid nach dem Feuchtigkeitsübergang auf das Betriebsmedium aus dem zweiten Volumen abgeführt wird. Die dem zweiten Volumen zugewandten Oberflächen der Befeuchterelemente bilden bevorzugt Feuchteübertragerflächen, über die Feuchtigkeit in das Betriebsmedium eingebracht wird. The humidifier elements arranged in the second volume are preferably designed to carry water or steam, that is to say to conduct a fluid which contains water or steam. The humidifier elements are connected at least to a fluid inlet, via which the humidifier elements are supplied with the fluid containing water or water vapor. Particularly preferably, the humidifier elements are also connected to a fluid outlet, via which the water or water vapor-containing fluid is removed after the moisture transfer to the operating medium from the second volume. The surfaces of the humidifier elements facing the second volume preferably form moisture transfer surfaces via which moisture is introduced into the operating medium.
Bei den Befeuchterelementen handelt es sich besonders bevorzugt um wasserdurchlässige und/oder wasserdampfdurchlässige Membranen, insbesondere in Form von Hohlfasermembranen. Das zweite Volumen ist somit bevorzugt als Hohlfaserbefeuchter, wie aus der
In einer ferner bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konditionierungsmoduls weist dieses eine Zylinderform, besonders bevorzugt eine längserstreckte Zylinderform, auf. Unter einer Zylinderform wird im Rahmen dieser Anmeldung ein Körper verstanden, der durch das Verschieben einer ebenen geschlossenen Kurve entlang einer nicht in der Ebene dieser Kurve enthaltenen Geraden (Höhe) erhalten wird. Die ebene Kurve kann dabei den Umfang eines Kreises, einer Ellipse, eines Rechtecks, eines Quadrats, eines Dreiecks, eines Vielecks, eines Prismas und/oder eines Trapez beschreiben. Diese Form bildet dann die Grundfläche der Zylinderform. Die durch Verschieben der Grundfläche überstrichene Fläche ist die Mantelfläche der Zylinderform. Besonders bevorzugt sind auch das erste Volumen und das zweite Volumen Zylindervolumen. Vorteilhaft ist ein so geformtes Konditionierungsmodul einfach in der Herstellung und gut in bestehende Bauraumaufteilungen integrierbar. Zudem kann bei kurzem Strömungsweg des Betriebsmediums von Gaseinlass zu Gasauslass eine vergleichsweise große Kontaktfläche zu den Befeuchterelementen und/oder Wärmeübertragerelementen realisiert sein. In a further preferred embodiment of the conditioning module according to the invention, this has a cylindrical shape, particularly preferably an elongated cylindrical shape. For the purposes of this application, a cylindrical shape is understood to be a body which is obtained by shifting a plane closed curve along a straight line (height) not contained in the plane of this curve. The plane curve may describe the circumference of a circle, an ellipse, a rectangle, a square, a triangle, a polygon, a prism and / or a trapezoid. This shape then forms the base of the cylindrical shape. The swept over by moving the base surface area is the lateral surface of the cylindrical shape. Particularly preferred are also the first volume and the second volume cylinder volume. Advantageously, such a conditioned conditioning module is easy to manufacture and can be easily integrated into existing space distributions. In addition, with a short flow path of the operating medium from the gas inlet to the gas outlet, a comparatively large contact surface with the humidifier elements and / or heat exchanger elements can be realized.
Besonders bevorzugt sind die erste Querschnittfläche und die zweite Querschnittfläche des Konditionierungsmoduls konzentrisch zueinander. Eine Querschnittfläche eines Gehäuses des Konditionierungsmoduls ist bevorzugt identisch oder ebenfalls konzentrisch zur zweiten Querschnittfläche. Die Konzentrizität der ersten und zweiten Querschnittfläche erlaubt vorteilhaft ein gleichmäßiges Abkühlen und Befeuchten des Betriebsmediums im gesamten Volumen des Konditionierungsmoduls. Ferner bevorzugt ist der Gaseinlass oder der Gasauslass an einem Mittelpunkt oder nahe eines Mittelpunkts einer der konzentrischen Querschnittflächen angeordnet, was ebenfalls zu einer gleichmäßigen Befeuchtung und Abkühlung des Betriebsmediums beiträgt. Particularly preferably, the first cross-sectional area and the second cross-sectional area of the conditioning module are concentric with each other. A cross-sectional area of a housing of the conditioning module is preferably identical or likewise concentric to the second cross-sectional area. The concentricity of the first and second cross-sectional area advantageously permits even cooling and humidifying of the working medium in the entire volume of the conditioning module. Further preferably, the gas inlet or gas outlet is located at or near a midpoint of one of the concentric cross-sectional areas, which also contributes to uniform humidification and cooling of the operating medium.
Ferner bevorzugt weist das Konditionierungsmodul ein als Gasverteiler ausgebildetes und stromaufwärts des ersten Volumens angeordnetes, durchströmbares drittes Volumen auf. In einem Querschnitt des Konditionierungsmoduls ist eine dritte Querschnittfläche von dem dritten Volumen innerhalb der ersten Querschnittfläche und innerhalb der zweiten Querschnittfläche angeordnet. Das Konditionierungsmodul weist somit ein innenliegendes Volumen ohne darin angeordnete Wärmeübertrager- oder Befeuchterelemente zum Verteilen des Betriebsmediums über die gesamte Höhe eines, insbesondere zylinderförmigen, Konditionierungsmoduls auf. Besonders bevorzugt ist der Gasverteiler als ein innenliegendes Zylindervolumen ausgebildet, das durch eine Mantelfläche vom stromabwärts angeordneten ersten Volumen getrennt ist, wobei die Mantelfläche eine Vielzahl von Öffnungen und bevorzugt eine zu der ersten und zweiten Querschnittfläche konzentrische Querschnittfläche aufweist. Bevorzugt vergrößern sich die Öffnungen in Strömungsrichtung des Betriebsmediums, um einen Druckabfall auszugleichen. Furthermore, the conditioning module preferably has a third volume, which is designed as a gas distributor and is arranged upstream of the first volume. In a cross-section of the conditioning module, a third cross-sectional area of the third volume is disposed within the first cross-sectional area and within the second cross-sectional area. The conditioning module thus has an internal volume without heat exchanger or humidifier elements arranged therein for distributing the operating medium over the entire height of a, in particular cylindrical, conditioning module. Particularly preferably, the gas distributor is formed as an internal cylinder volume which is separated by a lateral surface from the first volume arranged downstream, the lateral surface having a multiplicity of openings and preferably a cross-sectional area concentric with the first and second cross-sectional areas. Preferably, the openings in the flow direction of the operating medium increase in order to compensate for a pressure drop.
Alternativ bevorzugt ist das dritte Volumen als Gassammler ausgebildet, stromabwärts des zweiten Volumens angeordnet und zum Sammeln des aus dem zweiten Volumen austretenden konditionierten Betriebsmediums und für dessen Weiterleitung zu dem Gasauslass ausgebildet. Bevorzugt ist der Gaseinlass des Konditionierungsmoduls in dem Bereich des Gasverteilers oder der Gasauslass des Konditionierungsmoduls im Bereich des Gassammlers angeordnet. Alternatively preferably, the third volume is designed as a gas collector, arranged downstream of the second volume and designed to collect the conditioned operating medium exiting from the second volume and to forward it to the gas outlet. Preferably, the gas inlet of the conditioning module is in the range the gas distributor or the gas outlet of the conditioning module arranged in the region of the gas collector.
Das erfindungsgemäße Konditionierungsmodul weist ebenfalls bevorzugt eine Vielzahl von auf einer Oberfläche des Konditionierungsmoduls angeordneten Gaseinlässen oder Gasauslässen auf. Auch hiermit kann die Regelmäßigkeit von Abkühlung und Befeuchtung des Betriebsmediums sowie dessen Durchsatz durch das Konditionierungsmodul erhöht werden. Insbesondere in Kombination mit einem korrespondierenden, an oder nahe eines Mittelpunkts der konzentrischen ersten und zweiten Querschnittsfläche angeordneten Gaseinlass oder Gasauslass kann eine allseitig gleichmäßige Strömung des Betriebsmediums eingestellt werden. The conditioning module according to the invention also preferably has a plurality of gas inlets or gas outlets arranged on a surface of the conditioning module. Again, the regularity of cooling and humidifying the operating medium and its throughput can be increased by the conditioning module. In particular, in combination with a corresponding, arranged at or near a center of the concentric first and second cross-sectional area gas inlet or gas outlet can be adjusted on all sides uniform flow of the operating medium.
Besonders bevorzugt sind das erste Volumen und das zweite Volumen des erfindungsgemäßen Konditionierungsmoduls durch zueinander konzentrische Kreiszylinder gebildet. In dieser Ausführungsform als tubulares Konditionierungsmodul wird ein optimales Verhältnis von Oberfläche und Volumen des Moduls und somit ein besonders geringer Bauraumbedarf erzielt. Ein Gaseinlass oder Gasauslass ist in dieser Ausführungsform nahe oder am Mittelpunkt einer Stirn- oder Grundfläche der konzentrischen Zylinder angeordnet. Der korrespondierende Gasauslass oder Gaseinlass ist auf der Mantelfläche des bevorzugt ebenfalls kreiszylinderförmigen Konditionierungsmoduls angeordnet, die identisch oder konzentrisch zur Mantelfläche des außenliegenden Volumens ist. Bevorzugt weist das Konditionierungsmodul in dieser Ausführungsform ein drittes Volumen auf, das durch einen zu dem ersten und zweiten Volumen konzentrischen Kreiszylinder gebildet ist. Beispielsweise kann durch die Kombination eines als Gasverteiler ausgebildeten dritten Volumens, wie obenstehend beschrieben, und einer Vielzahl auf der Mantelfläche des außenliegenden Volumens angeordneten Gasauslässen eine besonders gleichmäßige in alle radialen Richtungen erfolgende Durchströmung des Konditionierungsmoduls erzielt werden. Die kreisförmige erste und zweite Querschnittfläche des tubularen Konditionierungsmoduls erlauben zudem eine ganzflächig gleichmäßige und somit optimale Packungsdichte von kreiszylinderförmigen Hohlfasern beziehungsweise rohrförmigen Wärmeübertragerelementen. Das Volumen des Konditionierungsmoduls ist so optimal genutzt. Particularly preferably, the first volume and the second volume of the conditioning module according to the invention are formed by concentric circular cylinders. In this embodiment, as a tubular conditioning module, an optimum ratio of surface area and volume of the module and thus a particularly small space requirement is achieved. A gas inlet or outlet is located in this embodiment near or at the midpoint of a face or face of the concentric cylinders. The corresponding gas outlet or gas inlet is arranged on the lateral surface of the preferably also circular-cylindrical conditioning module, which is identical or concentric to the lateral surface of the outer volume. Preferably, in this embodiment, the conditioning module has a third volume formed by a circular cylinder concentric with the first and second volumes. For example, by the combination of a third volume designed as a gas distributor, as described above, and a plurality of gas outlets arranged on the outer surface of the outer volume, a particularly uniform flow in all the radial directions of the conditioning module can be achieved. The circular first and second cross-sectional area of the tubular conditioning module also allow an entire area uniform and thus optimal packing density of circular cylindrical hollow fibers or tubular heat exchanger elements. The volume of the conditioning module is used optimally.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellenstapel, aufweisend eine Anodenversorgung mit einem Anodenversorgungspfad und einem Anodenabgaspfad und eine Kathodenversorgung mit einem Kathodenversorgungspfad und einem Kathodenabgaspfad und zumindest ein in der Anodenversorgung beziehungsweise der Kathodenversorgung angeordnetes Konditionierungsmodul, wie vorstehend beschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist das Konditionierungsmodul in der Kathodenversorgung angeordnet und weist einen Gaseinlass für ein Kathodenbetriebsmedium und einen Gasauslass für das konditionierte Kathodenbetriebsmedium auf. The invention likewise provides a fuel cell system with a fuel cell stack, comprising an anode supply with an anode supply path and an anode exhaust gas path and a cathode supply with a cathode supply path and a cathode exhaust gas path and at least one conditioning module arranged in the anode supply or the cathode supply, as described above. In a preferred embodiment of the fuel cell system according to the invention, the conditioning module is arranged in the cathode supply and has a gas inlet for a cathode operating medium and a gas outlet for the conditioned cathode operating medium.
In einer ferner bevorzugten Ausführungsform des Brennstoffzellensystems weist das Konditionierungsmodul in dem ersten Volumen angeordnete Wärmeübertragerelemente auf, die mit einem Kühlmitteleinlass für ein Kathodenabgas fluidführend verbunden sind. Mit anderen Worten ist der Kühlmitteleinlass mit der Kathodenabgasleitung des Brennstoffzellensystems verbunden, sodass die Wärmeübertragerelemente von dem Kathodenabgas als Kühlmittel durchströmt werden. Bei den Wärmeübertragerelementen handelt es sich bevorzugt um Wärmeübertragerplatten oder Wärmeübertragerrohre. Ebenfalls bevorzugt weist das Konditionierungsmodul in dem zweiten Volumen angeordnete Befeuchterelemente auf, die mit einem Fluideinlass für das Kathodenabgas fluidführend verbunden sind. Mit anderen Worten werden die Befeuchterelemente von dem Kathodenabgas als wasser- oder wasserdampfbeladenes Fluid und Feuchtigkeitslieferant durchströmt. Bei den Befeuchterelementen handelt es sich bevorzugt um Hohlfasermembranen eines Hohlfaserbefeuchters. In dieser Ausführungsform ist das Konditionierungsmodul besonders einfach in bestehende Brennstoffzellensysteme integrierbar, wobei das Kathodenabgas des Brennstoffzellenstapels vorteilhaft in räumlich voneinander getrennten Bereichen zunächst zum Kühlen und anschließend zum Befeuchten des Betriebsmediums genutzt wird. In a further preferred embodiment of the fuel cell system, the conditioning module has heat transfer elements arranged in the first volume, which are connected fluid-carryingly with a coolant inlet for a cathode exhaust gas. In other words, the coolant inlet is connected to the cathode exhaust gas line of the fuel cell system, so that the heat transferring elements are flowed through by the cathode exhaust gas as coolant. The heat exchanger elements are preferably heat exchanger plates or heat exchanger tubes. Also preferably, the conditioning module comprises in the second volume arranged humidifier elements, which are fluidly connected to a fluid inlet for the cathode exhaust gas. In other words, the humidifier elements are flowed through by the cathode exhaust gas as a water or water vapor laden fluid and moisture supplier. The humidifier elements are preferably hollow-fiber membranes of a hollow-fiber humidifier. In this embodiment, the conditioning module is particularly easy to integrate into existing fuel cell systems, the cathode exhaust gas of the fuel cell stack is advantageously used in spatially separate areas, first for cooling and then for humidifying the operating medium.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Konditionierungsmodul, wie vorstehend beschrieben, beziehungsweise mit einem Brennstoffzellensystem, wie vorstehend beschrieben. Likewise provided by the invention is a vehicle having a conditioning module as described above or with a fuel cell system as described above.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the remaining, mentioned in the dependent claims characteristics.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar. The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen: The invention will be explained below in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
Das Brennstoffzellensystem
Die Anoden- und Kathodenelektrode weisen ein katalytisches Material auf, beispielsweise Platin, das auf einem elektrisch leitfähigen Trägermaterial großer spezifischer Oberfläche, beispielsweise einem kohlenstoffbasierten Material, geträgert vorliegt. Zwischen einer Bipolarplatte
Um den Brennstoffzellenstapel
Die Anodenversorgung
Der Anodenbetriebsdruck auf den Anodenseiten
In der Anodenabgasleitung
Die Kathodenversorgung
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Verdichter
Das in
Die Kathodenversorgung
Sämtliche Stellmittel
Ein Betriebsmedium eines Brennstoffzellenstapels, gemäß dem in
Das erste Volumen
Das über den Gasverteiler
Das zweite Volumen
Das über die Mantelfläche des ersten Volumens
Das in dem ersten Volumen
Im Gegensatz zu der in
Das in dem ersten Volumen
Im Gegensatz zu dem in
Stattdessen weist das Konditionierungsmodul
Das zugeführte Betriebsmedium strömt von dem Gaseinlass
Auch gemäß dieser Ausführungsform weist das erste Volumen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100 100
- Brennstoffzellensystem The fuel cell system
- 10 10
- Brennstoffzellenstapel fuel cell stack
- 11 11
- Einzelzelle single cell
- 12 12
- Anodenraum anode chamber
- 13 13
- Kathodenraum cathode space
- 14 14
- Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) Membrane electrode assembly (MEA)
- 15 15
- Bipolarplatte (Separatorplatte, Flussfeldplatte) Bipolar plate (separator plate, flow field plate)
- 20 20
- Anodenversorgung anode supply
- 21 21
- Anodenversorgungsleitung Anode supply line
- 22 22
- Anodenabgasleitung Anode exhaust gas line
- 23 23
- Brennstofftank fuel tank
- 24 24
- Erstes Stellmittel First actuating means
- 25 25
- Rezirkulationsleitung recirculation
- 26 26
- Zweites Stellmittel Second actuating means
- 27 27
- Rezirkulationsfördereinrichtung recirculation conveyor
- 28 28
- Wasserabscheider water
- 30 30
- Kathodenversorgung cathode supply
- 31 31
- Kathodenversorgungsleitung Cathode supply line
- 32 32
- Kathodenabgasleitung Cathode exhaust gas line
- 33 33
- Verdichter compressor
- 34 34
- Elektromotor electric motor
- 35 35
- Leistungselektronik power electronics
- 36 36
- Expansionsvorrichtung/Turbine/Regelklappe Expander / turbine / control flap
- 37 37
- Bypassleitung bypass line
- 38 38
- Bypassventil bypass valve
- 40 40
- Konditionierungsmodul conditioning module
- 41 41
- Gaseinlass gas inlet
- 42 42
- erstes Volumen first volume
- 43 43
- zweites Volumen second volume
- 44 44
- Gasauslass gas outlet
- 45 45
- erste Querschnittfläche first cross-sectional area
- 46 46
- zweite Querschnittfläche second cross-sectional area
- 47 47
- Wärmeübertragerelemente heat-transfer elements
- 48 48
- Befeuchterelemente moistener
- 49 49
- drittes Volumen third volume
- 50 50
- dritte Querschnittfläche third cross-sectional area
- 51 51
- Oberfläche des Konditionierungsmoduls Surface of the conditioning module
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 7624971 B2 [0018] US 7624971 B2 [0018]
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020030346A1 (en) | 2018-08-07 | 2020-02-13 | Audi Ag | Humidifier, fuel cell device having a humidifier, and motor vehicle |
DE102019200449A1 (en) | 2019-01-16 | 2020-07-16 | Audi Ag | Humidifier with coolant tubes and fuel cell device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10102358A1 (en) * | 2000-01-19 | 2001-08-23 | Honda Motor Co Ltd | Humidifier |
JP2008084646A (en) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fuel cell system |
US7624971B2 (en) | 2005-08-05 | 2009-12-01 | Nissan Motor Co., Ltd. | Humidifying system |
DE102013221881A1 (en) * | 2013-10-28 | 2015-04-30 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | The fuel cell system |
-
2016
- 2016-07-26 DE DE102016113740.5A patent/DE102016113740A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10102358A1 (en) * | 2000-01-19 | 2001-08-23 | Honda Motor Co Ltd | Humidifier |
US7624971B2 (en) | 2005-08-05 | 2009-12-01 | Nissan Motor Co., Ltd. | Humidifying system |
JP2008084646A (en) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Fuel cell system |
DE102013221881A1 (en) * | 2013-10-28 | 2015-04-30 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | The fuel cell system |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020030346A1 (en) | 2018-08-07 | 2020-02-13 | Audi Ag | Humidifier, fuel cell device having a humidifier, and motor vehicle |
US11757112B2 (en) | 2018-08-07 | 2023-09-12 | Volkswagen Ag | Humidifier, fuel cell device having a humidifier, and motor vehicle |
DE102019200449A1 (en) | 2019-01-16 | 2020-07-16 | Audi Ag | Humidifier with coolant tubes and fuel cell device |
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