DE102017213783B4 - Fuel cell system - Google Patents

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DE102017213783B4 DE102017213783.5A DE102017213783A DE102017213783B4 DE 102017213783 B4 DE102017213783 B4 DE 102017213783B4 DE 102017213783 A DE102017213783 A DE 102017213783A DE 102017213783 B4 DE102017213783 B4 DE 102017213783B4
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Abstract

Brennstoffzellensystem (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühlmittelkreislauf (16, 17), welcher einen durch mindestens eine Brennstoffzelle (11) geführten Hauptstrang (16) und einen an der mindestens einen Brennstoffzelle (11) vorbei geführten Nebenstrang (17), in dem ein Partikelfilter (13) angeordnet ist, aufweist, wobei an dem Verzweigungspunkt von Hauptstrang (16) und Nebenstrang (17) ein Partikelseparator (14) angeordnet ist, der dafür eingerichtet ist, im Kühlmittel enthaltene Partikel in den Nebenstrang (17) zu leiten, indem er einen Kühlmittelstrom in zwei Teilströme aufteilt, von denen der eine an Partikeln angereichert ist und in den Nebenstrang (17) geleitet wird und der andere an Partikeln abgereichert ist und in den Hauptstrang (16) geleitet wird.Fuel cell system (10), in particular for a motor vehicle, with a coolant circuit (16, 17), which has a main line (16) led through at least one fuel cell (11) and a secondary line (17) led past the at least one fuel cell (11), in which a particle filter (13) is arranged, a particle separator (14) being arranged at the branch point of the main line (16) and secondary line (17), which is set up to feed particles contained in the coolant into the secondary line (17) guide by dividing a coolant flow into two partial flows, one of which is enriched in particles and is directed into the secondary line (17) and the other is depleted in particles and is directed into the main line (16).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem und ein Verfahren zur Entfernung von Partikeln aus dem Kühlkreislauf eines Brennstoffzellensystems.The present invention relates to a fuel cell system and a method for removing particles from the cooling circuit of a fuel cell system.

Brennstoffzellen werden aufgrund ihrer Wärmeproduktion flüssiggekühlt. Da die Kühlkanäle, in welchen das Kühlmittel durch die Brennstoffzelle geführt wird, im Vergleich zu den Querschnitten in konventionellen Aggregaten einen sehr geringen Querschnitt besitzen, werden erhöhte Anforderungen an die Partikelreinheit des Kühlmittels gestellt. Im Kühlmittel mitgeführte Partikel könnten sich ansonsten in den Kühlkanälen ansammeln und diese verblocken. Die Folge sind lokale Hot Spots und Bauteilversagen.Fuel cells are liquid-cooled due to their heat production. Since the cooling channels, in which the coolant is guided through the fuel cell, have a very small cross-section compared to the cross-sections in conventional units, increased demands are placed on the particle purity of the coolant. Particles entrained in the coolant could otherwise collect in the cooling channels and block them. The consequences are local hot spots and component failure.

Daher werden in Brennstoffzellen Partikelfilter eingesetzt. Man kann den Partikelfilter in den vollen Strom, z.B. direkt vor dem Brennstoffzelleneintritt, platzieren. Ein im vollen Strom angeordneter Partikelfilter kann mit hoher Sicherheit alle Partikel aus dem Kühlmittel filtern; allerdings resultieren hohe Druckverluste durch die Filtration hoher Volumenströme. Die Folge ist ein erhöhter Energieverbrauch der Kühlmittelpumpe. Bei einem Brennstoffzellensystem in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug resultiert daraus ein Reichweitenverlust.Particle filters are therefore used in fuel cells. You can put the particle filter in full flow, e.g. directly in front of the fuel cell inlet. A particle filter arranged in the full flow can filter all particles from the coolant with a high degree of reliability; however, high pressure losses result from the filtration of high volume flows. The result is increased energy consumption by the coolant pump. In the case of a fuel cell system in an electrically driven motor vehicle, this results in a loss of range.

Es wurde bereits eine Platzierung eines Ionenfilters in einem Nebenstrang vorgeschlagen, um filterbedingte Druckverluste in einem Brennstoffzellensystem zu verringern.It has already been proposed to place an ion filter in a secondary line in order to reduce filter-related pressure losses in a fuel cell system.

Die DE 10 2014 217 745 A1 offenbart ein Brennstoffzellensystem, dessen Kühlkreislauf einen Nebenzweig aufweist, in welchem ein Ionenfilter angeordnet ist.The DE 10 2014 217 745 A1 discloses a fuel cell system whose cooling circuit has a secondary branch in which an ion filter is arranged.

Aus der DE10 2014 213 105 A1 geht ein Brennstoffzellenaggregat mit wechselbarer Entionisierungseinrichtung hervor, dessen Kühlkreis einen Ionenfilter umfasst, der Kühlwasser aus einem Hauptkreislauf abzweigt und filtert.From the DE10 2014 213 105 A1 a fuel cell unit with exchangeable deionization device emerges, the cooling circuit of which comprises an ion filter which branches off and filters cooling water from a main circuit.

Aus der DE10 2010 063 690 A1 ist ein Partikelfilter mit interner Nebenstromfiltration bekannt, der in einem Brennstoffzellenkühlsystem eingesetzt wird.From the DE10 2010 063 690 A1 a particle filter with internal bypass flow filtration is known which is used in a fuel cell cooling system.

Die DE 103 59 952 A1 betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einem Brennstoffzellensatz; einer Vorrichtung zur Versorgung des Brennstoffzellensatzes mit Brennstoffgas; einer Vorrichtung zur Versorgung des Brennstoffzellensatzes mit Oxidationsgas; einer Kühlvorrichtung für die Brennstoffzelle zur Zirkulation von Kühlmittel durch den Brennstoffzellensatz zur Kühlung des Brennstoffzellensatzes; einem Befeuchter für Brennstoffgas zum Befeuchten von dem Brennstoffzellensatz durch die Vorrichtung zur Versorgung mit Brennstoffgas zugeführten Brennstoffgas, indem vom Brennstoffzellensatz abgegebenes restliches Brennstoffgas verwendet wird; einem Befeuchter für Oxidationsgas zum Befeuchten von dem Brennstoffzellensatz durch die Vorrichtung zur Versorgung mit Oxidationsgas zugeführten Oxidationsgas, indem vom Brennstoffzellensatz abgegebenes restliches Oxidationsgas verwendet wird; und einer Steuereinrichtung zum Steuern der Vorrichtung zur Versorgung mit Brennstoffgas, der Vorrichtung zur Versorgung mit Oxidationsgas und der Kühlvorrichtung für die Brennstoffzelle. Der Befeuchter für Brennstoffgas enthält ein Paar von Trennplatten, welche so angeordnet sind, dass sie sich gegenüberstehen, so dass das von dem Brennstoffzellensatz abgegebene Kühlmittel zwischen diesen hindurch fließt; und eine Befeuchtermembran, welche auf einer Seite der Trennplatten angeordnet ist, so dass restliches von dem Brennstoffzellensatz abgegebenes Brennstoffgas an einer Seite der Befeuchtermembran strömt, und von der Vorrichtung zur Versorgung mit Brennstoffgas an den Brennstoffzellensatz zugeführtes Brennstoffgas an der anderen Seite der Befeuchtermembran strömt, und wobei in dem zwischen dem Paar Trennplatten hindurch fließenden Kühlmittel enthaltene Wärme und in dem restlichen Brennstoffgas enthaltene Wärme auf das dem Brennstoffzellensatz zugeführte Brennstoffgas übertragen und in dem restlichen Brennstoffgas enthaltenes Wasser dem dem Brennstoffzellensatz zugeführten Brennstoffgas durch die Befeuchtungsmembran zugeführt wird.The DE 103 59 952 A1 relates to a fuel cell system with a fuel cell set; a device for supplying the fuel cell set with fuel gas; a device for supplying the fuel cell set with oxidizing gas; a cooling device for the fuel cell for circulating coolant through the fuel cell set to cool the fuel cell set; a fuel gas humidifier for humidifying fuel gas supplied to the fuel cell set by the fuel gas supply device by using residual fuel gas discharged from the fuel cell set; an oxidizing gas humidifier for humidifying the fuel cell set by oxidizing gas supplied to the oxidizing gas supply device by using residual oxidizing gas discharged from the fuel cell set; and a control device for controlling the device for supplying fuel gas, the device for supplying oxidizing gas and the cooling device for the fuel cell. The humidifier for fuel gas includes a pair of partition plates which are arranged to face each other so that the coolant discharged from the fuel cell set flows therebetween; and a humidifier diaphragm disposed on one side of the partition plates so that residual fuel gas discharged from the fuel cell set flows on one side of the humidifier membrane and fuel gas supplied from the fuel gas supply device to the fuel cell set flows on the other side of the humidifier membrane, and wherein heat contained in the coolant flowing between the pair of partition plates and heat contained in the remaining fuel gas are transferred to the fuel gas supplied to the fuel cell set, and water contained in the remaining fuel gas is supplied to the fuel gas supplied to the fuel cell set through the humidifying membrane.

Die DE 100 31 241 A1 offenbart ein Zirkulationssystem zur Trennung von freigesetztem und /oder mittransportiertem Kohlendioxid von einem Kühlmittel / Kraftstoff-Volumenstrom in einem Anodenkreislauf. Das Zirkulationssystem umfasst mindestens eine Anodenkammer der Brennstoffzellenanlage und mindestens eine Pumpe. Der Anodenkreis kann eine Entgasungsvorrichtung aufweisen, die sich zwischen der Anodenkammer und der Pumpe in Strömungsrichtung des Volumenstroms vor der Pumpe befindet und mindestens eine Eintrittsöffnung aufweist und eine Austrittsöffnung. Die Entgasungsvorrichtung weist eine Zerstäubungsvorrichtung und einen Bereich mit einer Querschnittsausdehnung in Strömungsrichtung des Volumenstroms nach der Eintrittsöffnung auf.The DE 100 31 241 A1 discloses a circulation system for the separation of released and / or entrained carbon dioxide from a coolant / fuel volume flow in an anode circuit. The circulation system comprises at least one anode chamber of the fuel cell system and at least one pump. The anode circuit can have a degassing device which is located between the anode chamber and the pump upstream of the pump in the direction of flow of the volume flow and has at least one inlet opening and one outlet opening. The degassing device has an atomizing device and an area with a cross-sectional extent in the direction of flow of the volume flow after the inlet opening.

Aus der DE 10 2015 004 092 A1 ist eine Ionentauschereinheit bekannt, die eine lonentauscherpackung und ein Gehäuse umfasst. Die lonentauscherpackung umfasst einen Ionentauscher zum Filtern eines Kühlmittels. Das Gehäuse umfasst einen ersten Abschnitt, der die lonentauscherpackung aufnimmt, und einen zweiten Abschnitt für die Entgasung des Kühlmittels. Der erste Abschnitt steht in Fluidverbindung mit dem zweiten Abschnitt.From the DE 10 2015 004 092 A1 an ion exchange unit is known which comprises an ion exchange pack and a housing. The ion exchanger pack comprises an ion exchanger for filtering a coolant. The housing comprises a first section, which receives the ion exchange packing, and a second section for degassing the coolant. The first section is in fluid communication with the second section.

Die DE 10 2013 001 640 A1 offenbart eine lonenaustauschfilteranordnung mit einem Gehäuse, das zum Aufnehmen eines Kühlmittels geeignet ist, einem lonenaustauschfilter-Einschlussbereich, der in dem Gehäuse definiert ist, und angepasst ist, um ein Ionenaustauschfilter aufzunehmen, und einem Kühlmittel-Bypass-Durchgang, der in dem Gehäuse definiert ist. Der lonenaustauschfilter-Einschlussbereich kann einen ersten Kühlmittelströmungsweg innerhalb des Gehäuses bilden, und der Kühlmittelbypasskanal kann einen zweiten Kühlmittelströmungsweg in einer parallelen Strömungsanordnung zum ersten Kühlmittelströmungsweg bilden.The DE 10 2013 001 640 A1 discloses an ion exchange filter assembly having a housing adapted to contain coolant, an ion exchange filter containment area defined in the housing and adapted to receive an ion exchange filter, and a coolant bypass passage defined in the housing . The ion exchange filter containment region can define a first coolant flow path within the housing, and the coolant bypass channel can define a second coolant flow path in a parallel flow arrangement with the first coolant flow path.

Durch einen in einem Nebenstrang angeordneten Partikelfilter wird nur ein Teilstrom gefiltert, wodurch der Druckverlust über den Partikelfilter in vertretbarem Rahmen bleibt. Jedoch kann nicht sichergestellt werden, dass keine Partikel in die Brennstoffzelle eintreten und sie schädigen.Only a partial flow is filtered by a particle filter arranged in a secondary line, so that the pressure loss across the particle filter remains within an acceptable range. However, it cannot be ensured that particles will not enter the fuel cell and damage it.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um Partikel sicher aus dem Kühlmittel eines Brennstoffzellensystems abzutrennen und die dadurch auftretenden Druckverluste zu minimieren.Against this background, the invention has the object of providing a device and a method to safely separate particles from the coolant of a fuel cell system and to minimize the pressure losses that occur as a result.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung eines zusätzlichen Bauteils, eines Partikelseparators, am Kreuzungspunkt zwischen dem Hauptstrang, welcher das Kühlmittel zur Brennstoffzelle führt, und dem parallel geführten Nebenstrang, in welchem ein Partikelfilter sitzt. Dadurch wird eine Reinhaltung der Hauptströmung gewährleistet und die Partikelkonzentration im Nebenstrang erhöht. Dies bietet den Vorteil niedriger Druckverluste und damit eines geringen Energieverbrauchs bei gleichzeitiger Gewährleistung des Schutzes der Bauteile der Brennstoffzelle gegen Partikelverunreinigung. The object is achieved through the use of an additional component, a particle separator, at the intersection between the main line, which leads the coolant to the fuel cell, and the parallel side line, in which a particle filter is located. This ensures that the main flow is kept clean and increases the particle concentration in the secondary line. This offers the advantage of low pressure losses and thus low energy consumption while at the same time ensuring that the components of the fuel cell are protected against particle contamination.

Gegenstand der Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühlmittelkreislauf, welcher einen durch mindestens eine Brennstoffzelle geführten Hauptstrang und einen an der mindestens einen Brennstoffzelle vorbei geführten Nebenstrang, in dem ein Partikelfilter angeordnet ist, aufweist, wobei am Verzweigungspunkt von Hauptstrom und Nebenstrom ein Partikelseparator angeordnet ist, der dafür eingerichtet ist, im Kühlmittel enthaltene Partikel in den Nebenstrang zu leiten, indem er einen Kühlmittelstrom in zwei Teilströme aufteilt, von denen der eine an Partikeln angereichert ist und in den Nebenstrang geleitet wird und der andere an Partikeln abgereichert ist und in den Hauptstrang geleitet wird..The invention relates to a fuel cell system, in particular for a motor vehicle, with a coolant circuit, which has a main line passed through at least one fuel cell and a secondary line passed past the at least one fuel cell and in which a particle filter is arranged, with the main flow and A particle separator is arranged in the secondary flow, which is set up to guide particles contained in the coolant into the secondary line by dividing a coolant flow into two partial flows, one of which is enriched in particles and is conducted into the secondary line and the other is depleted in particles and is routed to the main line.

Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem weist mindestens eine Brennstoffzelle auf. In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem eine Vielzahl von Brennstoffzellen auf, die zu einem oder mehreren Stapeln, auch „Stacks“ genannt, zusammengefasst sind. In der vorliegenden Anmeldung wird der Begriff „Brennstoffzelle“ sowohl für eine einzelne Brennstoffzelle als auch für einen Brennstoffzellenstapel gebraucht.The fuel cell system according to the invention has at least one fuel cell. In one embodiment, the fuel cell system according to the invention has a multiplicity of fuel cells which are combined to form one or more stacks, also called “stacks”. In the present application, the term “fuel cell” is used both for an individual fuel cell and for a fuel cell stack.

Der Kühlmittelkreislauf des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems weist einen Hauptstrang auf, in dem ein Hauptstrom des Kühlmittels durch die Brennstoffzelle geführt wird, sowie einen stromaufwärts der Brennstoffzelle abzweigenden Nebenstrang, der parallel zur Brennstoffzelle verläuft. In einer Ausführungsform mündet der Nebenstrang stromabwärts der Brennstoffzelle wieder in den Hauptstrang. In dem Nebenstrang wird ein Nebenstrom des Kühlmittels an der Brennstoffzelle vorbei geführt.The coolant circuit of the fuel cell system according to the invention has a main line in which a main flow of the coolant is guided through the fuel cell, as well as a secondary line branching off upstream of the fuel cell and running parallel to the fuel cell. In one embodiment, the secondary line flows back into the main line downstream of the fuel cell. In the secondary line, a secondary flow of the coolant is guided past the fuel cell.

In einer Ausführungsform sind im Hauptstrang auch eine Kühlmittelpumpe und ein Kühler angeordnet. Die Kühlmittelpumpe pumpt einen Kühlmittelstrom durch den Kühlmittelkreislauf. Der Kühler regelt die Temperatur des Kühlmittelstroms auf einen gewünschten Wert.In one embodiment, a coolant pump and a cooler are also arranged in the main line. The coolant pump pumps a flow of coolant through the coolant circuit. The cooler regulates the temperature of the coolant flow to a desired value.

In dem Nebenstrang ist ein Partikelfilter angeordnet, der dafür eingerichtet ist, im Kühlmittel enthaltene Partikel zurückzuhalten und dadurch aus dem Kühlmittel zu entfernen. Geeignete Partikelfilter sind dem Fachmann im Prinzip bekannt. In einer Ausführungsform handelt es sich dabei um einen Partikelfilter, welcher nach dem Siebprinzip die Partikel aufhält und im Filter ansammelt.A particle filter, which is set up to hold back particles contained in the coolant and thereby remove them from the coolant, is arranged in the secondary line. Suitable particle filters are known in principle to the person skilled in the art. In one embodiment, this is a particle filter which, according to the sieve principle, holds the particles and collects them in the filter.

Erfindungsgemäß ist am Verzweigungspunkt von Hauptstrom und Nebenstrom des Kühlmittelkreislaufs ein Partikelseparator angeordnet, der dafür eingerichtet ist, im Kühlmittel enthaltene Partikel in den Nebenstrom zu leiten. Der Partikelseparator ist dafür eingerichtet, einen Kühlmittelstrom in zwei Teilströme aufzuteilen, von denen der eine an Partikeln angereichert und der andere an Partikeln abgereichert ist. In einer Ausführungsform wird im Partikelseparator ein dynamisches Filterungsprinzip angewandt, wodurch ein mit Partikeln angereicherter Teilstrom und ein partikelfreier bzw. partikelarmer Hauptstrom entstehen. In einer Ausführungsform umfasst der Partikelseparator einen Fliehkraftabscheider, auch Zyklon genannt. Als Trennmechanismus werden Zentrifugalkräfte verwendet, die durch Erzeugung einer Wirbelströmung entstehen. Aufgrund der typischerweise unterschiedlichen Dichten des Kühlmittels und der mitgeführten Partikeln ist eine Separierung der Partikel, bzw. deren Umleitung in den Nebenstrom möglich.According to the invention, a particle separator is arranged at the branching point of the main flow and the bypass flow of the coolant circuit, which is set up to guide particles contained in the coolant into the bypass flow. The particle separator is set up to divide a coolant flow into two partial flows, one of which is enriched in particles and the other is depleted in particles. In one embodiment, a dynamic filtering principle is used in the particle separator, which results in a partial flow enriched with particles and a particle-free or low-particle main flow. In one embodiment, the particle separator comprises a centrifugal separator, also called a cyclone. Centrifugal forces are used as the separation mechanism, which are created by creating a vortex flow. Due to the typically different densities of the coolant and the entrained particles, it is possible to separate the particles or divert them into the secondary flow.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Entfernung von Partikeln aus dem Kühlkreislauf eines Brennstoffzellensystems, insbesondere eines Brennstoffzellensystems, welches elektrische Energie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug erzeugt.The invention also relates to a method for removing particles from the cooling circuit of a fuel cell system, in particular a fuel cell system, which generates electrical energy for an electrically driven motor vehicle.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Kühlmittelstrom eines Brennstoffzellensystems stromaufwärts mindestens einer Brennstoffzelle in einen Hauptstrom und einen Nebenstrom aufgeteilt, wobei bei der Aufteilung im Kühlmittelstrom enthaltene Partikel im Nebenstrom angereichert und im Hauptstrom abgereichert werden. Der Hauptstrom wird durch die Brennstoffzelle geleitet, der Nebenstrom durch einen Partikelfilter, welcher im Nebenstrom enthaltene Partikel zurückhält und dadurch aus dem Nebenstrom entfernt. In einer Ausführungsform des Verfahrens werden Hauptstrom und Nebenstrom stromabwärts der Brennstoffzelle wieder vereinigt.In the method according to the invention, a coolant stream of a fuel cell system is divided upstream of at least one fuel cell into a main stream and a secondary stream, with particles contained in the coolant stream being enriched in the secondary stream and depleted in the main stream during the division. The main flow is passed through the fuel cell, the secondary flow through a particle filter, which holds back particles contained in the secondary flow and thereby removes them from the secondary flow. In one embodiment of the method, the main flow and the secondary flow are combined again downstream of the fuel cell.

In einer Ausführungsform erfolgt die Aufteilung des Kühlmittelstroms in einem Partikelseparator, welcher aus einem Kühlmittelstrom einen an Partikeln angereicherten Teilstrom und einen an Partikeln abgereicherten Teilstrom erzeugt. In einer Ausführungsform ist der Partikelseparator ein Zyklon.In one embodiment, the coolant flow is split up in a particle separator which generates a partial flow enriched in particles and a partial flow depleted in particles from a coolant flow. In one embodiment the particle separator is a cyclone.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in der beigefügten Zeichnung illustriert und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter beschrieben. Es zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems.
The invention is illustrated by means of an embodiment in the accompanying drawing and is described further with reference to the drawing. It shows:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of the fuel cell system according to the invention.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 10. Das System umfasst eine Brennstoffzelle 11, die auch einen oder mehrere Brennstoffzellenstapel umfassen kann. Die Brennstoffzelle 11 ist an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen, der einen Hauptstrang 16 und einen Nebenstrang 17 (in der Zeichnung gestrichelt dargestellt) aufweist. Im Hauptstrang 16 befinden sich ein Kühler 12 zur Einstellung der Temperatur des Kühlmittelstroms und eine Pumpe 15, die das Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf pumpt. An der Verzweigung von Hauptstrang 16 und Nebenstrang 17 ist ein Partikelseparator 14 angeordnet, der im Kühlmittelstrom enthaltene Partikel in den Nebenstrang 17 leitet. Im Nebenstrang 17 ist ein Partikelfilter 13 vorhanden, der Partikel aus dem Nebenstrom entfernt. Hauptstrang 16 und Nebenstrang 17 vereinigen sich stromabwärts der Brennstoffzelle 11 wieder. 1 shows in a schematic representation an embodiment of the fuel cell system according to the invention 10 . The system includes a fuel cell 11 which can also include one or more fuel cell stacks. The fuel cell 11 is connected to a coolant circuit, which has a main line 16 and a branch 17th (shown in dashed lines in the drawing). In the main strand 16 there is a cooler 12th for setting the temperature of the coolant flow and a pump 15th that pumps the coolant through the coolant circuit. At the branch of the main strand 16 and secondary line 17th is a particle separator 14th arranged, the particles contained in the coolant flow in the secondary line 17th directs. In the secondary line 17th is a particle filter 13 present, which removes particles from the bypass flow. Main strand 16 and secondary line 17th unite downstream of the fuel cell 11 again.

Der Kühlmittelstrom wird von der Pumpe 15 in Richtung der Brennstoffzelle 11 gepumpt. Im Partikelseparator 14 wird der Kühlmittelstrom in zwei Teilströme aufgespalten, von denen der eine an Partikeln angereichert und der andere an Partikeln abgereichert ist. Der an Partikeln abgereicherte Teilstrom wird im Hauptstrang 16 durch die Brennstoffzelle 11 geleitet und führt Wärme aus der Brennstoffzelle 11 ab, der an Partikeln angereicherte Teilstrom wird im Nebenstrang 17 an der Brennstoffzelle 11 vorbeigeleitet und passiert den Partikelfilter 13, in dem im Kühlmittel enthaltene Partikel zurückgehalten und aus dem Teilstrom entfernt werden. Stromabwärts der Brennstoffzelle 11 werden die beiden Teilströme wieder vereinigt und zum Kühler 12 geleitet, der die Temperatur des Kühlmittelstroms auf einen gewünschten Wert einstellt.The coolant flow is from the pump 15th towards the fuel cell 11 pumped. In the particle separator 14th the coolant flow is split into two partial flows, one of which is enriched in particles and the other is depleted in particles. The partial flow depleted in particles is in the main strand 16 through the fuel cell 11 conducts and removes heat from the fuel cell 11 from, the partial flow enriched in particles is in the secondary line 17th on the fuel cell 11 bypassed and passed the particle filter 13 , in which particles contained in the coolant are retained and removed from the partial flow. Downstream of the fuel cell 11 the two partial flows are combined again and sent to the cooler 12th passed, which adjusts the temperature of the coolant flow to a desired value.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
BrennstoffzellensystemFuel cell system
1111
BrennstoffzelleFuel cell
1212
Kühlercooler
1313
PartikelfilterParticle filter
1414th
PartikelseparatorParticle separator
1515th
Pumpepump
1616
HauptstrangMain strand
1717th
NebenstrangSecondary line

Claims (9)

Brennstoffzellensystem (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kühlmittelkreislauf (16, 17), welcher einen durch mindestens eine Brennstoffzelle (11) geführten Hauptstrang (16) und einen an der mindestens einen Brennstoffzelle (11) vorbei geführten Nebenstrang (17), in dem ein Partikelfilter (13) angeordnet ist, aufweist, wobei an dem Verzweigungspunkt von Hauptstrang (16) und Nebenstrang (17) ein Partikelseparator (14) angeordnet ist, der dafür eingerichtet ist, im Kühlmittel enthaltene Partikel in den Nebenstrang (17) zu leiten, indem er einen Kühlmittelstrom in zwei Teilströme aufteilt, von denen der eine an Partikeln angereichert ist und in den Nebenstrang (17) geleitet wird und der andere an Partikeln abgereichert ist und in den Hauptstrang (16) geleitet wird.Fuel cell system (10), in particular for a motor vehicle, with a coolant circuit (16, 17) which has a main line (16) led through at least one fuel cell (11) and a secondary line (17) led past the at least one fuel cell (11), in which a particle filter (13) is arranged, with a particle separator (14) being arranged at the branching point of the main line (16) and secondary line (17), which is set up to feed particles contained in the coolant into the secondary line (17) guide by dividing a coolant flow into two partial flows, one of which is enriched in particles and is directed into the secondary line (17) and the other is depleted in particles and is directed into the main line (16). Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1, bei dem der Partikelseparator (14) einen Zyklon umfasst.Fuel cell system (10) according to Claim 1 wherein the particle separator (14) comprises a cyclone. Brennstoffzellensystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Nebenstrang (17) stromabwärts der Brennstoffzelle (11) wieder in den Hauptstrang (16) mündet.Fuel cell system (10) according to Claim 1 or 2 , in which the secondary line (17) opens back into the main line (16) downstream of the fuel cell (11). Brennstoffzellensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem im Hauptstrang (16) eine Kühlmittelpumpe (15) und ein Kühler (12) angeordnet sind.Fuel cell system (10) according to one of the Claims 1 to 3 , in which a coolant pump (15) and a cooler (12) are arranged in the main line (16). Brennstoffzellensystem (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Partikelfilter (13) nach dem Siebprinzip Partikel aufhält und im Partikelfilter (13) ansammelt.Fuel cell system (10) according to one of the preceding claims, in which the particle filter (13) stops particles according to the sieve principle and collects them in the particle filter (13). Verfahren zur Entfernung von Partikeln aus dem Kühlkreislauf (16, 17) eines Brennstoffzellensystems (10), worin ein Kühlmittelstrom des Brennstoffzellensystems (10) stromaufwärts mindestens einer Brennstoffzelle (11) in einen Hauptstrom und einen Nebenstrom aufgeteilt wird, wobei bei der Aufteilung im Kühlmittelstrom enthaltene Partikel im Nebenstrom angereichert und im Hauptstrom abgereichert werden; und der Hauptstrom durch die Brennstoffzelle (11) geleitet wird, und der Nebenstrom durch einen Partikelfilter (13) geleitet wird, welcher im Nebenstrom enthaltene Partikel zurückhält und dadurch aus dem Nebenstrom entfernt.A method for removing particles from the cooling circuit (16, 17) of a fuel cell system (10), wherein a coolant flow of the fuel cell system (10) is divided upstream of at least one fuel cell (11) into a main flow and a secondary flow, with the flow of coolant contained in the division Particles are enriched in the secondary flow and depleted in the main flow; and the main flow is passed through the fuel cell (11), and the secondary flow is passed through a particle filter (13) which retains particles contained in the secondary flow and thereby removes them from the secondary flow. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem Hauptstrom und Nebenstrom stromabwärts der Brennstoffzelle (11) wieder vereinigt werden.Procedure according to Claim 6 , in which the main flow and secondary flow are combined again downstream of the fuel cell (11). Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Aufteilung des Kühlmittelstroms in einem Partikelseparator (14) erfolgt, welcher aus einem Kühlmittelstrom einen an Partikeln angereicherten Teilstrom und einen an Partikeln abgereicherten Teilstrom erzeugt.Procedure according to Claim 6 or 7th , in which the coolant flow is split up in a particle separator (14) which generates a partial flow enriched in particles and a partial flow depleted in particles from a coolant flow. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Aufteilung des Kühlmittelstroms in einem Zyklon erfolgt.Method according to one of the Claims 6 to 8th , in which the coolant flow is split up in a cyclone.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10031241A1 (en) * 2000-06-27 2002-01-24 Daimler Chrysler Ag Circulation system for separation of released and/or co-transported carbon dioxide in direct methanol fuel cell plant, has anode circuit with degassing device between anode chamber and pump
DE10359952A1 (en) * 2003-07-11 2005-02-03 Hyundai Motor Company Fuel cell system for converting chemical energy of fuel to electrical energy, comprises fuel gas humidifier for humidifying fuel gas using remaining fuel gas exhausted from fuel cell stack, and oxidation gas humidifier
DE102013001640A1 (en) * 2012-02-03 2013-08-22 Mann + Hummel Gmbh ion exchange exoskeleton and filter arrangement
DE102015004092A1 (en) * 2014-04-10 2015-10-15 Mann + Hummel Gmbh Ion exchange unit with integrated degassing function

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010063690A1 (en) 2010-12-21 2012-06-21 Mahle International Gmbh filter element
KR101592652B1 (en) 2013-12-30 2016-02-12 현대자동차주식회사 Temperature management system of fuel cell vehicle and method thereof
DE102014213105A1 (en) 2014-07-07 2016-01-07 Volkswagen Ag Fuel cell unit with exchangeable Entionisierungseinrichtung and vehicle with such

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10031241A1 (en) * 2000-06-27 2002-01-24 Daimler Chrysler Ag Circulation system for separation of released and/or co-transported carbon dioxide in direct methanol fuel cell plant, has anode circuit with degassing device between anode chamber and pump
DE10359952A1 (en) * 2003-07-11 2005-02-03 Hyundai Motor Company Fuel cell system for converting chemical energy of fuel to electrical energy, comprises fuel gas humidifier for humidifying fuel gas using remaining fuel gas exhausted from fuel cell stack, and oxidation gas humidifier
DE102013001640A1 (en) * 2012-02-03 2013-08-22 Mann + Hummel Gmbh ion exchange exoskeleton and filter arrangement
DE102015004092A1 (en) * 2014-04-10 2015-10-15 Mann + Hummel Gmbh Ion exchange unit with integrated degassing function

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