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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für einen Brennstoffzellen-Stack mit einem Wasser-Abscheider, einem Verdunstungskühler und einer fluiddurchlässigen Verbindungsleitung.
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Stand der Technik
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Wasserstoffbasierte Brennstoffzellen gelten als Basis für ein Mobilitätskonzept der Zukunft, da sie nur gasförmiges Wasser emittieren und schnelle Betankungszeiten ermöglichen. Beispielsweise PEM-Brennstoffzellen (PEM engl.:„proton-exchange-membran“; Protonen-Austausch-Membran) können mit einer Kathode der Brennstoffzelle zugeführter Luft als Oxidationsmittel und einer Anode der Brennstoffzelle zugeführtem Wasserstoff als Brennstoff, in einem elektrokatalytischen Elektrodenprozess betrieben werden, um elektrische Energie mit einem hohen Wirkungsgrad bereitzustellen.
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Dabei wird die Abwärme der elektrokatalytischen Reaktion eines aus Brennstoffzellen zusammengesetzten Brennstoffzellen-Stacks mittels eines Kühlkreislaufs abgeführt und beispielsweise an einem Hauptfahrzeugkühler an die Umgebung abgegeben.
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Bei dem elektrokatalytischen Prozess produzieren Brennstoffzellen im Überschuss deionisiertes Wasser als Beiprodukt. Beispielhaft produziert ein Brennstoffzellen-System, welches bei einer konstanten Leistung von 150 kW betrieben wird, pro Stunde 100 Liter Wasser. Dieses Wasser wird nur in manchen Brennstoffzellen-Systemen benutzt, um die zugeführte Luft für den Brennstoffzellen-Stack mittels eines Befeuchters zu befeuchten. Weitere Verwendungen sind im Stand der Technik nicht vorgesehen, so dass dort dieses Wasser an die Umgebung abgegeben wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Kühlung des Brennstoffzellen-Stacks, der bei dem elektrokatalytischen Prozess warm wird, ist aufgrund der kompakten Abmessungen des Brennstoffzellen-Stacks ein wesentlicher Aspekt bei der Auslegung eines Brennstoffzellen-Systems. Da sich die Betriebstemperatur des PEM-Brennstoffzellen-Stacks typisch zwischen 60 und 90 Grad Celsius befindet, ist der Temperaturgradient zur Außenwelt sehr klein und es müssen dementsprechend große Kühlflächen für den Brennstoffzellen-Stack vorgesehen werden, was bei der kompakter Auslegung eines Brennstoffzellen-Systems für beispielsweise mobile Anwendungen mit Schwierigkeiten verbunden ist.
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Entsprechend einem Aspekt wird ein Kühlsystem für einen Brennstoffzellen-Stack, ein Verfahren und ein Fahrzeug entsprechend den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen, die zumindest zum Teil die beschriebenen Aufgaben lösen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mittels einer Verdunstung von Produktwasser, das aus einem ausströmenden Gasstrom eines Elektrodenraums eines Brennstoffzellen-Stacks abgeschieden werden kann, Wärme mittels eines Verdunstungskühlers, der thermisch mit dem Brennstoffzellen-Stack gekoppelt ist, vom Brennstoffzellen-Stack abgeführt werden kann.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Kühlsystem für einen Brennstoffzellen-Stack vorgeschlagen, der einen Wasser-Abscheider, einen Verdunstungskühler mit einer Kühl-Fläche und eine fluiddurchlässige Verbindungsleitung aufweist.
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Der Wasser-Abscheider ist eingerichtet einen Gasstrom von einem Elektrodenraum des Brennstoffzellen-Stacks aufzunehmen und Wasser beim Durchleiten des Gasstroms durch den Wasser-Abscheider aus dem Gasstrom abzuscheiden, wobei der Gasstrom Produktwasser aus einem Elektrodenraum des Brennstoffzellen-Stack mitführt.
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Der Verdunstungskühler mit der Kühl-Fläche ist eingerichtet die Kühl-Fläche mit flüssigem Kühl-Wasser zu beaufschlagen, um die Kühl-Fläche zu kühlen.
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Die fluiddurchlässige Verbindungsleitung zwischen dem Wasser-Abscheider und dem Verdunstungskühler ist eingerichtet das abgeschiedene Wasser des Wasser-Abscheiders dem Verdunstungskühler als Kühl-Wasser zuzuführen.
Somit kann das Produktwasser, das wie beschrieben in großen Maßen beim Betrieb des Brennstoffzellen-Stacks anfällt, verwendet werden, um eine beliebige Kühl-Fläche sowohl durch das Beaufschlagen der Kühl-Fläche mit dem Wasser zu kühlen als auch darüber hinaus über eine Verdunstung des Wassers die Kühl-Fläche sehr effektiv zu kühlen. Wie weiter unten noch ausgeführt wird, kann durch eine thermische Entkopplung, beispielsweise durch räumliche Separierung der Kühl-Fläche und des Wasser-Abscheiders, die beim Abscheiden des Wassers auftretende Kondensationswärme räumlich an einer anderen Stelle auftreten, so dass die Kühl-Fläche, die beispielsweise thermisch mit einem Brennstoffzellen-Stack gekoppelt ist, effektiv gekühlt werden kann, ohne an dem Einbauort des Brennstoffzellen-Stacks großvolumige Kühleinrichtungen vorsehen zu müssen. Denn das kondensierte Kühl-Wasser kann leicht zu einer Kühl-Fläche transportiert werden.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Verdunstungskühler eine Luftführungsvorrichtung aufweist und die Luftführungsvorrichtung eingerichtet ist, einen Luftstrom entlang der Kühl-Fläche zu leiten, um eine Verdunstung des beaufschlagten Kühl-Wassers zu fördern.
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Mit dem Leiten eines Luftstroms entlang der Kühl-Fläche, kann der Kühleffekt, der durch die Verdunstung bewirkt wird, noch weiter gesteigert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Luftführungsvorrichtung eingerichtet ist, den Luftstrom entlang von zumindest einem Teil der Oberfläche des Brennstoffzellen-Stacks zu leiten.
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Dabei kann die Oberfläche des Brennstoffzellen-Stacks selbst als die Kühl-Fläche angesehen werden, wodurch mittels des Luftstroms eine größere Menge von Wasser von dieser Oberfläche verdunsten kann und somit eine größere Wärmemenge abführen kann, und damit die Kühlung verbessert.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Luftführungsvorrichtung des Verdunstungskühlers eingerichtet ist, den Luftstrom sowohl entlang der Kühl-Fläche als auch um den Brennstoffzellen-Stack zu leiten.
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Somit können sowohl eine separate Kühl-Fläche als auch die Oberfläche des Brennstoffzellen-Stack als Kühl-Fläche dienen und die Kühlwirkung weiter verbessern.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass das Kühlsystem eingerichtet ist, den im Verdunstungskühler entlang der Kühl-Fläche geleiteten Luftstrom durch den Wasser-Abscheider zu leiten, um im Verdunstungskühler aufgenommenes Wasser abzuscheiden.
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Damit wird erreicht, dass das von der Kühl-Fläche verdunstete Wasser nicht gleich in die Umgebung abgegeben wird, sondern gegebenenfalls ein weiteres Mal für einen Wärmetransport verwendet werden kann
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Verdunstungskühler eingerichtet ist mittels eines Gebläses des Kühlsystems, den Luftstrom im Verdunstungskühler zu leiten.
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Der oben beschriebene Luftstrom kann beispielsweise durch einen Fahrtwind eines Fahrzeuges, das mit dem Brennstoffzellen-Stack und dem hier beschriebenen Kühlsystem ausgestattet ist, generiert und dem Verdunstungskühler zugeführt werden. Wenn aber wie hier vorgeschlagen der Luftstrom mittels eines Gebläses generiert wird, lässt sich die hierdurch bedingte Kühlwirkung auch im Stillstand eines solchen Fahrzeuges erzielen. Außerdem ist der Kühleffekt ist durch eine Regelung der Stärke des Gebläses leichter regelbar.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Verdunstungskühler eine Sammeleinrichtung für Kühl-Wasser aufweist. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Tanksystem handeln, das auf der Kühl-Fläche nicht verdunstetes Wasser sammelt, um es gegebenenfalls erneut dem Verdunstungskühler bereitzustellen.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Verdunstungskühler eine Wasser-Sprüheinrichtung aufweist, die eingerichtet ist das Kühl-Wasser auf die Kühl-Fläche aufzubringen.
Damit kann erreicht werden, dass beispielsweise mit einer Steuer- oder einer Regelungseinrichtung nur so viel Wasser auf der Kühl-Fläche aufgebracht wird, wie auch von der Kühl-Fläche verdunsten kann. Mit anderen Worten kann dadurch erreicht werden, dass das verfügbare Kühl-Wasser sparsam bzw. effektiv eingesetzt wird.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass die Kühl-Fläche in thermischem Kontakt mit dem Brennstoffzellen-Stack steht um den Brennstoffzellen-Stack zu kühlen.
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Dabei kann die Kühl-Fläche so eingerichtet werden, dass die Kühlwirkung mittels der Verdunstungskühlung besonders effektiv ist und beispielsweise durch Kühlrippen die Oberfläche für eine Verdunstungskühlung gegenüber der Oberfläche eines Brennstoffzellen-Stack deutlich vergrößert wird. Eine solche thermische Kopplung kann beispielsweise auch dadurch erfolgen, dass diese oberflächenvergrößernde Kühl-Fläche, wie beispielsweise Kühlrippen, integraler Bestandteil des Brennstoffzellen-Stacks ist.
Es wird also der Kühleffekt der Verdunstung des kondensierten Produktwasser an der Kühl-Fläche des Brennstoffzellen-Stacks verwendet, um die Abwärme des Brennstoffzellen-Stacks abzuführen. Dabei kann das Kühlsystem ausgelegt sein im Hochlast- oder auch Normalbetrieb eingesetzt zu werden.
Hierdurch kann die notwendige Kühlfläche für das Brennstoffzellensystem insgesamt reduziert oder räumlich verteilt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Wasserabscheider einen Zyklon-Abscheider aufweist und der Zyklon-Abscheider Kühlrippen aufweist, um aufgenommene Wärme aus dem abgeschiedenen Wasser an die Kühlrippen umgebende Luft zu übertragen.
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Ein Wasserabscheider kann aus z.B. einem metallischen Gitter bestehen, an dem aufgrund seiner Wärmeleitfähigkeit das im Wasserdampf enthaltene Wasser kondensiert. Allgemein ist ein Wasserabscheider eine Anordnung zur Kondensation von dampfförmigem Wasser. Eine Bauform einer solchen Anordnung ist z.B. ein Zyklon. Unter einem Zyklon bzw. Zyklonabscheider wird hier somit ein Wasserabscheider verstanden, der im Wesentlichen aus einem Behälter besteht, der so geformt ist, dass ein seitlich einströmendes Gas entlang der Außenwand spiralförmig z.B. nach unten rotiert und dann innerhalb der Spirale nach oben abgeleitet wird. Typische Beispiele für den Behälter wären beispielsweise trichterförmige, kegelförmige oder zylindrische Formen. Wird die Außenwand des Behälters gekühlt, kann das gasförmige oder gegebenenfalls tröpfchenförmige Wasser eines Gasstroms an der Oberfläche des Behälters kondensieren und unten aufgefangen bzw. abgeleitet werden. An der Innenwand des Zyklons kann ferner zusätzlich ein Gitter zur Tröpfchenbildung und Kondensation von Wasserdampf angebracht sein. Eine Kühlung der Außenwand des Zyklons kann beispielsweise durch die umgebende Luft und mit der Außenwand des Zyklons thermisch gekoppelten Kühlrippen erfolgen. Die umgebene Luft kann auch aus dem Luftstrom des Fahrtwindes stammen. Damit wird nicht nur die statische Umgebungsluft, sondern auch die dynamische Luft vom Fahrtwind zur Kühlung genutzt werden.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Wasserabscheider einen Kondenser zur Abscheidung und/oder Kondensation von Wasser aufweist, und der Kondenser Kühlrippen aufweist, um aufgenommene Wärme aus dem abgeschiedenen und/oder kondensierten Wasser an eine die Kühlrippen umgebende Luft zu übertragen. Die Kühlrippen dienen der Vergrößerung der Konvektionsoberfläche zur Beschleunigung des Wärmeabtrags.
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Ein Wasser-Abscheider mit einem Kondensor kann die gleiche Funktion übernehmen wie ein Wasser-Abscheider mit einem Zyklon. Wenn der Kondensor eingerichtet wird mit dem Zyklon funktional zusammenzuwirken, kann der Kondensor den vom Zyklon austretenden restlichen Gasstrom aufnehmen und das darin enthaltene Wasser kondensieren. Dadurch wird erreicht, dass aus dem Gasstrom ein größerer Anteil von Wasser abgeschieden werden kann. Der Kondenser kann mittels der Kühlrippen mit der die Kühlrippen umgebenden Luft Wärme austauschen und somit die Effektivität des Kondensers verbessern.
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Gemäß einem Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Wasserabscheider eine Sammelvorrichtung für abgeschiedenes Wasser aufweist.
Mit dieser Sammelvorrichtung, die beispielsweise ein Tanksystem sein kann, wird gewährleistet, dass eine ausreichende Menge an kondensiertem Wasser zur Verfügung steht, die dem Verdunstungkühler mittels der fluiddurchlässigen Verbindungsleitung zugeführt werden kann. Somit wird das in dem Gasstrom enthaltene Wasser nicht direkt in die Umwelt abgegeben, sondern wird zunächst beispielsweise in einem Wassertank gesammelt, und steht damit zur Nutzung für verschiedene Anwendungen zur Verfügung. Außerdem wird dadurch erreicht, dass die Produktwasserabgabe an die Umwelt reduziert wird. Beispielsweise können dadurch im Winter gefrierende Pfützen an roten Ampeln vermieden werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird vorgeschlagen, dass der Wasserabscheider und der Verdunstungskühler zur Verbesserung der Kühlwirkung des Kühlsystems für den Brennstoffzellen-Stack zur thermischen Entkopplung räumlich separiert sind.
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Damit wird erreicht, dass die bei der Kondensation des Wassers anfallende Wärme an einer anderen räumlichen Stelle anfällt, als die Stelle an der die Wärme auftritt und mittels des Verdunstungskühlers abtransportiert werden soll. Damit lässt sich eine kompakte Kühllösung für eine Kühl-Fläche, mit der beispielsweise einen Brennstoffzellen-Stack gekühlt wird, realisieren.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, das einen Brennstoffzellen-Stack und ein Kühlsystem, wie sie oben beschrieben sind, aufweist, um einen Brennstoffzellen-Stack zu kühlen.
Wie oben beschrieben kann dadurch der Brennstoffzellen-Stack mit einem kompakt gestalteten Kühlsystem gekühlt werden, bei dem Kühlkörper zur Abgabe von Wärme an umgebende Luft räumlich flexibel gestaltet werden können.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Kühlung eines Brennstoffzellen-Stacks vorgeschlagen, der die folgenden Schritte aufweist.
In einem Schritt wird Wasser aus einem Gasstrom mittels eines Wasser-Abscheiders abgeschieden, wobei der Gasstrom durch einen Elektrodenraum des Brennstoffzellen-Stacks geleitet und im Elektrodenraum mit Produktwasser angereichert wurde. In einem weiteren Schritt wird das abgeschiedene Wasser einem Verdunstungskühler zugeführt.
Eine Kühl-Fläche des Verdunstungskühlers wird in einem weiteren Schritt mit dem abgeschiedenen Wasser beaufschlagt, um den Brennstoffzellen-Stack, durch zumindest partielle Verdunstung des Kühlwassers zu kühlen.
Wie oben beschrieben kann damit eine kompakte und effektive Kühlung des Brennstoffzellen-Stacks erreicht werden.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen die:
- 1 ein Kühlsystem für einen Brennstoffzellen-Stack; und die
- 2 ein Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellen-Stacks.
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Die 1 zeigt ein Kühlsystem 100 für einen Brennstoffzellen-Stack 122, wobei neben dem Kühlsystem 100 auch Teile eines Systems zum Betreiben eines Brennstoffzellen-Stacks 122 gezeigt sind. Für die Versorgung der Kathodenseite des Brennstoffzellen-Stacks 122 wird Luft aus der Umgebung über den Anschluss 142 entnommen und mittels eines Kompressors 144 einem Befeuchter 146 zugeführt. In dem Befeuchter 146 wird die komprimierte Luft mit Wasser angereichert, damit die Membran der Brennstoffzellen des Brennstoffzellen-Stacks 122 durch die zugeführte komprimierte Luft nicht austrocknet. Während des Betriebs des Brennstoffzellen-Stacks 122 wird die Luft, die durch einen Elektroden-Raum der Kathodenseite des Brennstoffzellen-Stacks 122 geführt wird, durch die elektrokatalytische Reaktion von Wasserstoff mit Luft, mit Produkt-Wasser angereichert. Ein Teil dieses Produkt-Wassers, des aus dem Elektrodenraum der Kathodenseite des Brennstoffzellen-Stacks 122 austretenden Gasstroms 118, kann dem Befeuchter 146 zugeführt werden. Der Großteil des Produkt-Wassers verbleibt aber in diesem Gasstrom 118.
Dieser Gasstrom 118 wird durch einen Wasserabscheider 110 des Kühlsystems 100 geleitet um das Produkt-Wasser, das der Laststrom mitführt, aus dem Gasstrom 118 abzuscheiden.
Dieses abgeschiedene Wasser wird über eine fluiddurchlässige Verbindungsleitung 130 geführt, die zwischen dem Wasser-Abscheider 110 und einem Verdunstungskühler 120 angeordnet ist, um das abgeschiedene Wasser des Wasser-Abscheiders 110 dem Verdunstungskühler 120 als Kühl-Wasser zuzuführen.
Dabei ist der Verdunstungskühler 120 mit einer Kühl-Fläche 122, 123 versehen und eingerichtet die Kühl-Fläche 122, 123 mit dem flüssigen Kühl-Wasser zu beaufschlagen, um die Kühl-Fläche 122, 123 zu kühlen.
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Der Verdunstungskühler 120 weist eine Luftführungsvorrichtung 121 auf, die eingerichtet ist einen Luftstrom 128, der der Luftführungsvorrichtung 121 über einen Anschluss 126 zugeführt werden kann, entlang der Kühl-Flächen 122, 123 zu leiten, um eine Verdunstung des beaufschlagten Kühl-Wassers zu fördern.
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Das Kühlsystem kann eingerichtet sein, den im Verdunstungskühler 120 entlang der Kühl-Fläche 122, 123 geleiteten Luftstrom 128 über einen Ausgangsanschluss 127 der Luftführungsvorrichtung 121 des Verdunstungskühlers 120 durch den Wasser-Abscheider 110 zu leiten, um im Verdunstungskühler 120 aufgenommenes Wasser abzuscheiden. Dadurch kann das Kühl-Wasser erneut für das Kühlsystem 100 bereitgestellt werden.
Der Verdunstungskühler 120 kann eingerichtet sein mittels eines Gebläses des Kühlsystems, das in der 1 nicht gezeigt ist, den Luftstrom 128 im Verdunstungskühler 120 beispielsweise über die Kühl-Fläche 122, 123 zu leiten.
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Der Verdunstungskühler 120 kann eine Sammeleinrichtung für Kühl-Wasser aufweisen, die beispielsweise über den Anschluss 125 der Luftführungsvorrichtung 121 angeschlossen werden kann. Eine solche Sammeleinrichtung für das Kühl-Wasser kann beispielsweise ein in der 1 nicht gezeigtes Tanksystem sein. Dabei kann ein Überlauf, der in der 1 nicht gezeigt ist, vorgesehen werden, um ein Überlaufen des Tanksystems zu verhindern. An einem solchen Tanksystem kann beispielsweise auch ein weiterer Anschluss vorgesehen sein an dem das kondensierte Wasser für andere Zwecke wie beispielsweise als Nutzwasser, für die Befeuchtung des Gasstroms oder für die Scheibenwaschanlage entnommen werden kann.
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Für die Beaufschlagung der Kühl-Fläche 122, 123 mit Kühl-Wasser kann der Verdunstungskühler 120 eine Wasser-Sprüheinrichtung 124 aufweisen, die eingerichtet ist das Kühl-Wasser auf die Kühl-Fläche 122, 123 aufzubringen. Für eine effektive Beaufschlagung der Kühl-Fläche 122, 123 mit dem Kühl-Wasser ist es wichtig eine gerade der verdunstenden Wassermenge entsprechende Menge Kühl-Wasser in einem kleinen Flüssigkeitsfilm zuzuführen, sodass auch andere Systeme als eine Wasser-Sprüheinrichtung 124, die eine gut dosierbare Menge Wasser gleichmäßig auf die Kühl-Fläche auftragen können, vorgesehen sein kann.
Die Kühl-Fläche 122, 123 kann in thermischem Kontakt mit dem Brennstoffzellen-Stack 122 stehen, um den Brennstoffzellen-Stack 122 zu kühlen. Dazu kann der Brennstoffzellen-Stack 122 die Kühl-Fläche 122, 123 als integralen Bestandteil aufweisen. Die Oberfläche des Brennstoffzellen-Stacks 122 kann dabei selbst als eine Kühl-Fläche 122, 123 dienen oder beispielsweise wie in der 1 angedeutet ist, kann die Kühl-Fläche 122, 123 mittels Kühlrippen 123 vergrößert werden.
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Der Wasserabscheider 110 kann einen Zyklon-Abscheider 112 aufweisen, der zur Verbesserung der Wärmeableitung Kühlrippen 113 aufweist, die die Wärme der vom Zyklon-Abscheider 112 aus dem abgeschiedenen Wasser aufgenommenen Wärme an eine die Kühlrippen umgebende Luft übertragen. Der Zyklon 112 ist eingerichtet den Gasstrom in dem Zyklon 112 spiralförmig an Innenwänden des Zyklon 112 rotieren zu lassen. Die Innenwand des Zyklon 112 wird durch die den Zyklon 112 umgebende Luft gekühlt, so dass das im Gasstrom 118 enthaltene Wasser kondensierten kann und in einer Sammelvorrichtung 116 wie beispielsweise einem Tanksystem 116 aufgefangen werden, um es über die mit dem Tanksystem 116 verbundene fluiddurchlässige Verbindungsleitung 130 dem Verdunstungskühler 120 zuführen zu können. Diese Zuführung kann beispielsweise durch eine in der 1 nicht gezeigte Pumpe unterstützt werden. Zur Förderung der Kühlung kann der Zyklon Fahrtwind eines Fahrzeuges ausgesetzt werden, um die Kühlung zu verbessern. Darüber hinaus kann der Wärmeaustausch des Zyklons bzw. der Kühlrippen des Zyklons mit der Umgebung durch ein Gebläse, das den Luftaustausch mit der Umgebung fördert, verbessert werden. Durch das Tanksystem 116 ergibt sich der Vorteil, dass das Wasser auch zu einem anderen Zeitpunkt abgeschieden werden kann, als es in Form des Kühl-Wassers für den Verdunstungskühler 120 benötigt wird.
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Darüber hinaus kann der Wasserabscheider 110 des Kühlsystems 100 einen Kondenser 114 zur Abscheidung und/oder Kondensation von Wasser aufweisen, wobei der Kondenser 114 wiederum Kühlrippen 113 aufweisen kann, um aufgenommene Wärme aus dem abgeschiedenen und/oder kondensierten Wasser an eine die Kühlrippen 113 umgebende Luft zu übertragen.
Der Kondenser 114 kann ein in der 1 nicht gezeigtes Kühlgitter enthalten, an dem das Wasser des nach der Durchströmung des Zyklons 112 verbleibenden dampfartige Wasser des Gasstroms 118 kondensiert. Dieses kondensierte Wasser kann dann auch in die Sammelvorrichtung 116 für das kondensierte Wasser geleitet werden. Dabei kann das an dem Kondenser 114 kondensierten Wasser auch direkt dem Verdunstungskühler 120 zugeführt werden, was in der 1 nicht gezeigt ist. Ob ein solcher Kondenser 114 in dem Kühlsystem 100 vorgesehen wird, muss durch die Systemauslegung entschieden werden, da ein ausreichend gekühlte Zyklon 112 eine große Menge des in dem Gasstrom 118 enthaltenen Wassers, kondensierten kann. Der Gasstrom 118, der durch den Kondenser 114 geleitet wird, wird schließlich an die Umwelt als Abluft abgegeben.
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Wie aus der 1 entnommen werden kann, kann über eine beliebige Wahl einer Länge der Verbindungsleitungen 130, 148 der Wasserabscheider 110 und der Verdunstungskühler 120 zur Verbesserung der Kühlwirkung des Kühlsystems 100 für den Brennstoffzellen-Stack 122 zur thermischen Entkopplung räumlich separiert werden.
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Die 2 zeigt die Schritte des Verfahrens 200 zur Kühlung eines Brennstoffzellen-Stacks 122, wobei in einem ersten Schritt S1 Wasser aus einem Gasstrom 118 mittels eines Wasser-Abscheiders 110 abgeschieden wird, wobei der Gasstrom 118 durch einen Elektrodenraum des Brennstoffzellen-Stack 122 geleitet und im Elektrodenraum mit Produktwasser angereichert wurde. In einem weiteren Schritt S2 wird das abgeschiedene Wasser einem Verdunstungskühler 120 zugeführt. Eine Kühl-Fläche 122, 123 des Verdunstungskühlers 120 wird in einem weiteren Schritt S3 mit dem abgeschiedenen Wasser beaufschlagt, um den Brennstoffzellen-Stack 122, durch zumindest partielle Verdunstung des Kühlwassers zu kühlen.
