DE10392693B4 - Verfahren zur Kühlung einer Brennstoffzelle sowie Brennstoffzelle und Kühlsystem - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels (70) mit Kühlmitteldurchgängen (90) darin, mit den Schritten, dass: ein Kühlmittelfluid durch die Kühlmitteldurchgänge (90) gepumpt wird, wobei das Kühlmittelfluid eine vorbestimmte Siedetemperatur innerhalb eines vorbestimmten Druckbereichs besitzt, ein Druck der Kühlmitteldurchgänge (90) in dem vorbestimmten Druckbereich gehalten wird, um so zu bewirken, dass das Kühlmittelfluid in den Kühlmitteldurchgängen (90) siedet; und das Kühlmittelfluid gekühlt wird; dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlmitteldurchgänge (90) von einem Einlassende (92) zu einem Auslassende (96) zunehmend aufweiten, um Platz für eine Expansion aufgrund eines Phasenwechsels einer Flüssigkeit in einen gasförmigen Zustand zu schaffen.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft allgemein Brennstoffzellen und insbesondere ein Kühlsystem für einen Brennstoffzellenstapel, der ermöglicht, dass ein flüssiges Kühlmittel seine Phase in dem Brennstoffzellenstapel ändern kann, um die Pumpleistung zu verringern, die zum Umwälzen des Kühlmittels erforderlich ist, und um gleichförmigere Temperaturen in jeder Zelle eines Brennstoffzellenstapels vorzusehen.
  • Ein Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein entsprechend ausgebildeter Brennstoffzellenstapel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 ist beispielsweise aus der DE 26 31 132 C2 bekannt.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Brennstoffzellen sind bei vielen Anwendungen als eine Energie- bzw. Antriebsquelle verwendet worden. Beispielsweise sind Brennstoffzellen zur Verwendung in elektrischen Fahrzeugantriebsanlagen als Ersatz für Verbrennungsmotoren vorgeschlagen worden. Bei Brennstoffzellen vom Typ mit Protonenaustauschmembran (PEM) wird Wasserstoff an die Anode der Brennstoffzelle und Sauerstoff als das Oxidationsmittel an die Kathode geliefert. Der Sauerstoff kann entweder in. reiner Form (O2) oder als Luft (eine Mischung aus O2 und N2) vorliegen. PEM-Brennstoffzellen umfassen eine Membranelektrodenanordnung (MEA) mit einer dünnen, für Protonen durchlässigen, nicht elektrisch leitenden, für Gas undurchlässigen Festpolymerelektrolytmembran, die den Anodenkatalysator auf einer Seite und den Kathodenkatalysator auf der gegenüberliegenden Seite aufweist. Die MEA ist schichtartig zwischen einem Paar nicht poröser, elektrisch leitender Elemente oder Platten angeordnet, die (1) als Stromkollektoren für die Anode und Kathode dienen und (2) geeignete Kanäle und/oder Öffnungen enthalten, die darin ausgebildet sind, um die gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle über die Oberflächen der jeweiligen Anoden- und Kathodenkatalysatoren zu verteilen.
  • Der Begriff ”Brennstoffzelle” wird typischerweise dazu verwendet, abhängig vom Kontext entweder eine einzelne Zelle oder eine Vielzahl von Zellen (Stapel bzw. Stack) zu bezeichnen. Zur Bildung eines Brennstoffzellenstapels wird typischerweise eine Vielzahl einzelner Zellen miteinander gebündelt, die üblicherweise in elektrischer Reihe angeordnet sind. Jede Zelle in dem Stapel umfasst die Membranelektrodenanordnung (MEA), die vorher beschrieben wurde, und jede derartige MEA liefert ihren Spannungszuwachs. Beispielsweise sind einige typische Anordnungen für Mehrfachzellen in einem Stapel in dem U.S.-Patent Nr. US 5 663 113 A gezeigt und beschrieben.
  • Die elektrisch leitenden Platten, die die MEAs schichtartig anordnen, können eine Gruppierung von Nuten in ihren Seiten aufweisen, die ein Reaktandenströmungsfeld bzw. Reaktandengasverteilerfeld zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle (d. h. Wasserstoff und Sauerstoff in der Form von Luft) über die Oberflächen der jeweiligen Kathode und Anode definieren. Diese Reaktandenströmungsfelder umfassen allgemein eine Vielzahl von Stegen, die eine Vielzahl von Strömungskanälen dazwischen definieren, durch die die gasförmigen Reaktanden von einer Versorgungssammelleitung an einem Ende der Strömungskanäle zu einer Austragssammelleitung an dem entgegengesetzten Ende der Strömungskanäle strömen.
  • In einem Brennstoffzellenstapel ist eine Vielzahl von Zellen miteinander in elektrischer Reihe gestapelt, während sie durch eine für Gas undurchlässige, elektrisch leitende bipolare Platte bzw. Bipolplatte getrennt sind. In einigen Fällen ist die bipolare Platte ein Zusammenbau, der dadurch gebildet wird, dass ein Paar dünner Metalltafeln zusammengesetzt wird, in deren außenseitigen Flächen Reaktandenströmungsfelder ausgebildet sind. Typischerweise ist zwischen den Metallplatten des Bipolplattenzusammenbaus ein inneres Kühlmittelströmungsfeld vorgesehen. Verschiedene Beispiele eines Bipolplattenzusammenbaus des in PEM-Brennstoffzellen verwendeten Typs sind in dem U.S.-Patent Nr. US 5 766 624 A des vorliegenden Anmelders gezeigt und beschrieben.
  • Brennstoffzellenstapel erzeugen elektrische Energie effizient und zuverlässig. Bei der Erzeugung elektrischer Energie produzieren jedoch Verluste in den elektrochemischen Reaktionen wie auch ein elektrischer Widerstand in den Komponenten, die den Stapel bilden, Abwärmeenergie (Hitze), die von dem Stapel entfernt werden muss, um eine konstante optimale Temperatur aufrechtzuerhalten. Typischerweise umfasst das Kühlsystem, das einem Brennstoffzellenstapel zugeordnet ist, eine Umwälzpumpe zum Umwälzen eines einphasigen flüssigen Kühlmittels durch den Brennstoffzellenstapel an einen Wärmetauscher, an dem die Abwärmeenergie (d. h. Hitze) an die Umgebung übertragen wird. Die beiden üblichsten Kühlmittel, die verwendet werden, sind deionisiertes Wasser und eine Mischung aus Ethylenglykol und deionisiertem Wasser. Die thermischen Eigenschaften dieser typischen flüssigen Kühlmittel erfordern, dass ein relativ großes Volumen durch das System umgewälzt werden muss, um ausreichend Abwärme abgeben zu können, damit eine konstante Stapelbetriebstemperatur insbesondere unter Maximalleistungsbedingungen aufrechterhalten werden kann. Es sind große Mengen an elektrischer Energie erforderlich, um das Kühlmittel umzuwälzen, was den Gesamtwirkungsgrad des Brennstoffzellenantriebssystems verringert.
  • Daher besteht ein Bedarf, die Menge an Kühlmittel, die erforderlich ist, um einen Brennstoffzellenstapel zu kühlen, zu verringern und dadurch die Größe der erforderlichen Pumpleistung zu verringern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Dieser Bedarf wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einer Brennstoffzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 5 sowie mit einem Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 befriedigt.
  • Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung ein Kühlsystem vor, um ein Kühlmittel durch eine Brennstoffzelle zu leiten. Das Kühlsystem umfasst eine Platte mit einer ersten Seite, die ein Reaktandenströmungsfeld definiert, und einer zweiten Seite, die ein Kühlmittelströmungsfeld definiert. Das Kühlmittelströmungsfeld besitzt Einlass- und Auslassdurchgänge, wobei eine Quelle für flüssiges Kühlmittel mit dem Einlassdurchgang verbunden ist. Ein Drucksteuermechanismus ist vorgesehen, um einen Druck an dem Auslassdurchgang des Kühlmittelströmungsfeldes auf einem Druck beizubehalten, der zur Folge hat, dass das flüssige Kühlmittel in dem Kühlmittelströmungsfeld siedet. Dadurch, dass das Kühlmittel in dem Stapel seine Phase in ein Gas ändern kann, wird die Menge an Kühlmittel verringert, die erforderlich ist, um den Brennstoffzellenstapel zu kühlen. Die Energie, die erforderlich ist, damit ein Phasenwechsel von einem flüssigen Zustand in einen gasförmigen Zustand stattfindet, ist erheblich größer als die Wärmetransportkapazität (engl. ”heat carrying capacity”) der Flüssigkeit. Aufgrund dessen ist die Menge an Kühlmittel, die zum Kühlen eines Stapels erforderlich ist, und dadurch die Menge an Kühlmittel, die durch das System gepumpt werden muss, wie auch die parasitäre Last an dem System verringert.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine verbesserte Gleichförmigkeit der Temperatur wie auch einen erhöhten Kühler/Kondensatorwirkungsgrad.
  • Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend detaillierter beschrieben.
  • ZEICHNUNGSKURZBESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
  • 1 eine isometrische Explosionsansicht eines PEM-Brennstoffzellenstapels ist;
  • 2 eine schematische Darstellung des Kühlsystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung zur Verwendung mit dem in 1 gezeigten PEM-Brennstoffzellenstapel ist;
  • 3 die Siedekurvenbeziehung zwischen der Temperatur und dem Druck für eine Kühlmittelmischung aus Wasser und Methanol zeigt; und
  • 4 eine perspektivische Ansicht der Kühlmittelkanäle in dem Stapel ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Vor der weiteren Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird zunächst ein beispielhaftes Brennstoffzellensystem, mit dem die vorliegende Erfindung arbeitet, beschrieben. Genauer zeigt 1 schematisch einen PEM-Brennstoffzellenstapel mit einem Paar von Membranelektrodenanordnungen (MEAs) 4 und 6, die voneinander durch einen nicht porösen, elektrisch leitenden, flüssigkeitsgekühlten Bipolplattenzusammenbau 8 getrennt sind. Jede MEA 4 und 6 besitzt eine entsprechende Kathodenseite 4a, 6a und eine Anodenseite 4b und 6b. Die MEAs 4 und 6 wie auch der Bipolplattenzusammenbau 8 sind zwischen einem nicht porösen, elektrisch leitenden, flüssigkeitsgekühlten monopolaren Endplattenzusammenbau 14 und 16 stapelartig angeordnet. Es sind Stahlklemmplatten 10 und 12 vorgesehen, die den beispielhaften Brennstoffzellenstapel umgeben. Verbinder (nicht gezeigt) sind an den Klemmplatten 10 und 12 angebracht, um positive und negative Anschlüsse für den Brennstoffzellenstapel vorzusehen. Der Bipolplattenzusammenbau 8 wie auch die Endplattenzusammenbauten 14 und 16 umfassen entsprechende Strömungsfelder 20, 22, 18 und 24, von denen jedes eine Vielzahl von Strömungskanälen besitzt, die in deren Seiten ausgebildet sind, um Brennstoff- und Oxidationsmittelgase (d. h. H2 und O2) an die reaktiven Seiten der MEAs 4 und 6 zu verteilen. Nicht leitende Dichtungen oder Versiegelungen 26, 28, 30 und 32 sehen eine Abdichtung wie auch eine elektrische Isolierung zwischen den verschiedenen Platten des Brennstoffzellenstapels vor.
  • Ferner sind in 1 poröse, für Gas durchlässige, elektrisch leitende Lagen 34, 36, 38 und 40 gezeigt, die an die Elektrodenseiten der MEAs 4 und 6 gepresst werden und als Primärstromkollektoren für die Elektroden dienen. Die Primärstromkollektoren 34, 36, 38 und 40 sehen auch mechanische Abstützungen für die MEAs 4 und 6 insbesondere an Orten vor, an denen die MEAs ansonsten in den Strömungsfeldern ungestützt sind.
  • Die Endplatten 14 und 16 werden an den Primärstromkollektor 34 an der Kathodenseite 4a der MEA 4 und den Primärstromkollektor 40 an der Anodenseite 6b der MEA 6 gepresst, während der Bipolplattenzusammenbau 8 an den Primärstromkollektor 36 auf der Anodenseite 4b der MEA 4 und an den Primärstromkollektor 38 an der Kathodenseite 6a der MEA 6 gepresst wird. Ein Oxidationsmittelgas, wie beispielsweise Sauerstoff oder Luft, wird an die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels von einem Speichertank 46 über geeignete Versorgungsrohre 42 geliefert. Ähnlicherweise wird ein Brennstoff, wie beispielsweise Wasserstoff, an die Anodenseite der Brennstoffzelle von einem Speichertank 48 über geeignete Versorgungsrohre 44 geliefert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Sauerstofftank 46 weggelassen werden, so dass Umgebungsluft an die Kathodenseite aus der Umgebung geliefert wird. Ähnlicherweise kann der Wasserstofftank 48 weggelassen werden und Wasserstoff an die Anodenseite von einem Reformer geliefert werden, der Wasserstoff katalytisch aus Methanol oder einem flüssigen Kohlenwasserstoff (beispielsweise Benzin) erzeugt. Nicht gezeigt sind Austragsrohre für sowohl die H2- als auch O2/Luft-Seiten der MEAs 4 und 6, die ebenfalls vorgesehen sind, um H2-abgereichertes Anodengas von dem Anodenreaktandenströmungsfeld und O2-abgereichertes Kathodengas von dem Kathodenreaktandenströmungsfeld zu entfernen.
  • Kühlmittelversorgungsrohre 50, 52 und 54 sind vorgesehen, um ein flüssiges Kühlmittel von einer Einlasssammelleitung (nicht gezeigt) des Brennstoffzellenstapels an die Kühlmittelströmungsfelder des Bipolplattenzusammenbaus 8 und der Endplatten 14 und 16 zu liefern. Die Kühlmittelströmungsfelder des Bipolplattenzusammenbaus 8 und der Endplatten 14 und 16 umfassen lange schmale Kanäle 56, die Kühlmitteldurchgänge in den Platten 8, 14 und 16 definieren. Wie in 1 gezeigt ist, sind Kühlmittelaustragsrohre 58, 60 und 62 vorgesehen, um das erhitzte Kühlmittel, das von dem Bipolplattenzusammenbau 8 und den Endplatten 14 und 16 des Brennstoffzellenstapels abgegeben wird, auszutragen.
  • 2 zeigt ein schematisches Schaubild eines Phasenänderungskühlsystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 zu sehen ist, ist ein Brennstoffzellenstapel 70 vorgesehen, wie beispielsweise einer, der in 1 gezeigt ist. Ein Kühlsystem 72 umfasst eine Pumpe 74, die flüssiges Kühlmittel an den Brennstoffzellenstapel 70 durch einen Kühlmitteldurchgang 76 liefert. An dem Austragsende des Brennstoffzellenstapels 70 ist ein Drucksteuerventil 78 vorgesehen, und ein Kühler bzw. Kondensator 80 ist unterstromig des Drucksteuerventils 78 vorgesehen, um das Kühlmittel (in gemischter flüssiger und dampfförmiger Form) zu kühlen und es zurück in eine flüssige Form zur Rückführung an die Pumpe 74 zu kondensieren. Eine Sammeleinrichtung 86 ist oberstromig der Pumpe 74 vorgesehen, um Blasen von dem Kühlmittelfluid vor der Pumpe 74 zu entfernen. Die Sammeleinheit 86 kann optional mit einer Dehydrierfunktion versehen sein, mit der Wasser entfernt werden kann, wenn das gewählte Fluid ungünstig mit dem Wasser reagiert (d. h. sich die benötigten Eigenschaften bei Mischung mit Wasser ändern). Eine Steuereinheit 82 ist vorgesehen, um das Drucksteuerventil 78 in Ansprechen auf eine Temperatur des Stapels 70, die durch einen Temperatursensor 84 bestimmt wird, zu steuern. Der Druck wird so gesteuert, dass für das gemessene Temperaturniveau ein Druck beibehalten wird, der zur Folge hat, dass das Kühlmittel in dem Stapel siedet. Die Steuerung 82 kann einen Prozessor (CPU) oder eine zweckgebundene Schaltung zur Ausführung dieser Funktion umfassen.
  • Das flüssige Kühlmittel verlässt die Kühlmittelpumpe 74 mit einem erhöhten Druck und tritt in den Brennstoffzellenstapel 70 ein. In dem Stapel siedet ein Anteil des Kühlmittels bei einer Temperatur, die durch den Druck des Kühlmittels bestimmt wird. Wie in 4 am besten zu sehen ist, sind die Kühlmittelkanäle 90 in dem Stapel so ausgebildet, dass sie die Expansion bzw. Volumenzunahme beim Phasenwechsel eines Anteils der Flüssigkeit in einen gasförmigen Zustand aufnehmen können, wodurch der erhöhte Druckabfall minimiert wird, der durch die Zunahme des Volumenstroms eines Zweiphasenfluides verursacht wird. Die Kühlmittelkanäle 90 umfassen einen schmalen Flüssigkeitseinlass 92 und eine Serie von in abwechselnden Richtungen serpentinenartig angeordneten Kanalsegmenten 94a–e, die sich von dem Einlass 92 zu dem Auslass 96 zunehmend aufweiten. Die aufgeweitete Kanalgestaltung stellt eine ungefähr gleichförmige Kühlmittelverteilung sicher, die ihrerseits Bereiche vermeidet, in denen das Kühlmittel aufgrund heißer Punkte vollständig weg siedet. Das Kühlmittel tritt von dem Stapel als eine Zweiphasenmischung aus flüssigem und dampfförmigem Kühlmittel aus. Die Mischung tritt in das Drucksteuerventil 78 ein, das dazu verwendet wird, den Systemdruck zu steuern. Anschließend tritt das Kühlmittel in den Kühler bzw. Kondensator 80 ein, in dem das Kühlmittel zurück in eine Flüssigkeit wechselt. Nach dem Verlassen des Kühlers bzw. Kondensators kehrt das Kühlmittel zu der Kühlmittelpumpe 74 zurück.
  • Die vorliegende Erfindung verringert die Menge an Kühlmittel, die erforderlich ist, um einen Brennstoffzellenstapel zu kühlen, indem ein flüssiges Kühlmittel seine Phase innerhalb des Stapels in einen gasförmigen Zustand wechseln kann. Die zum Wechsel einer Flüssigkeit in ein Gas erforderliche Energie ist erheblich größer als die Wärmetransportkapazität der Flüssigkeit. Aufgrund dessen ist die Menge an Kühlmittel, die erforderlich ist, um einen Stapel zu kühlen, und dadurch die Menge an Kühlmittel, die durch das System hindurchgepumpt werden muss, verringert. Somit ist auch die parasitäre Last auf das System, die typischerweise erforderlich ist, um die großen Mengen an Kühlmittel zu pumpen, verringert. Testergebnisse haben gezeigt, dass eine Mischung aus 40% Methanol in Wasser, die ihre Phase in einem Brennstoffzellenstapel wechseln konnte, in einer Pumpleistungsverringerung von 1000 W auf 200 W in einem Brennstoffzellenantriebssystem mit 85 kW resultiert. Mit anderen Worten war ein Fünftel der Pumpleistung erforderlich, wenn der Druck des Kühlmittels so geregelt wurde, dass ein gewisser Anteil des Kühlmittels seine Phase in dem Brennstoffzellenstapel gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung ändern konnte.
  • Die Verwendung eines Kühlsystems, bei dem das Kühlmittel siedet, hat zusätzlich zu der Verringerung der parasitären Systemverluste einige Vorteile zur Folge. Diese Vorteile umfassen eine verbesserte Temperatursteuerung, eine verbesserte Temperaturgleichförmigkeit, wie auch einen verbesserten Kühler/Kondensatorwirkungsgrad. Wenn ein Phasenwechsel einer Flüssigkeit in einen gasförmigen Zustand stattfindet, d. h. diese siedet, macht sie dies bei einer einzelnen Temperatur. Der lokale Druck der Flüssigkeit bestimmt die Temperatur, bei der die Flüssigkeit siedet. Daher legt das Steuern des Drucksteuerventils, um einen vorbestimmten Druckabfall in einem Stapel beizubehalten, den Temperaturgradienten fest, und eine Änderung des Druckes des Kühlmittelkreislaufs ändert die Stapeltemperatur. Eine Erhöhung des Drucks erhöht die Stapeltemperatur und eine Absenkung des Drucks verringert die Stapeltemperatur, während der Temperaturgradient über den Stapel hinweg ständig gleich bleibt. Die Beziehung zwischen Druck und Siedetemperatur für eine Wasser-Methanol-Mischung ist in 3 gezeigt. Es sei zu verstehen, dass auch andere Flüssigkeiten mit ähnlichen Siedeeigenschaften verwendet werden können.
  • Die Verwendung eines Kühlmittels, das seine Phase wechselt, hat den zusätzlichen Vorteil, dass es den Wirkungsgrad des Kühlers/Kondensators erhöht, der dazu verwendet wird, die Abwärmeenergie an die Umgebung abzugeben. Die Erhöhung des Wirkungsgrades ist auf die konstante Temperaturbeziehung der kondensierenden Fluide zurückzuführen. Die konstante Temperatur in dem Kühler bzw. Kondensator bedeutet, dass die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel und der Luft, die dazu verwendet wird, die Wärme zu entfernen, beibehalten wird anstatt verringert zu werden, wie es bei einer einphasigen Wärmeübertragung der Fall wäre. Die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel und der Luft stellt einen der Hauptfaktoren dar, die den Kühler/Kondensatorwirkungsgrad bestimmen.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Kühlen eines Brennstoffzellenstapels (70) mit Kühlmitteldurchgängen (90) darin, mit den Schritten, dass: ein Kühlmittelfluid durch die Kühlmitteldurchgänge (90) gepumpt wird, wobei das Kühlmittelfluid eine vorbestimmte Siedetemperatur innerhalb eines vorbestimmten Druckbereichs besitzt, ein Druck der Kühlmitteldurchgänge (90) in dem vorbestimmten Druckbereich gehalten wird, um so zu bewirken, dass das Kühlmittelfluid in den Kühlmitteldurchgängen (90) siedet; und das Kühlmittelfluid gekühlt wird; dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlmitteldurchgänge (90) von einem Einlassende (92) zu einem Auslassende (96) zunehmend aufweiten, um Platz für eine Expansion aufgrund eines Phasenwechsels einer Flüssigkeit in einen gasförmigen Zustand zu schaffen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittelfluid Wasser umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittelfluid Methanol umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittelfluid eine Methanol-Wasser-Mischung umfasst.
  5. PEM-Brennstoffzelle (70) mit: einem Bipolplattenzusammenbau (8) mit einem internen Kühlmittelströmungsfeld, das eine Vielzahl von Kühlmitteldurchgängen (90) umfasst; einer Quelle (74) für flüssiges Kühlmittel, das an das interne Kühlmittelströmungsfeld geliefert wird; und einem Drucksteuermechanismus (78) zum Steuern eines Drucks des Kühlmittelströmungsfeldes auf ein vorbestimmtes Druckniveau, um zu bewirken, dass ein Kühlmittel in dem internen Kühlmittelströmungsfeld bei einer Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (70) siedet; dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kühlmitteldurchgänge (90) von einem Einlassende (92) zu einem Auslassende (96) zunehmend aufweiten, um Platz für eine Expansion aufgrund eines Phasenwechsels einer Flüssigkeit in einen gasförmigen Zustand zu schaffen.
  6. PEM-Brennstoffzelle nach Anspruch 5, wobei das interne Kühlmittelströmungsfeld eine Vielzahl von länglichen Kühlmitteldurchgängen (90) umfasst.
  7. PEM-Brennstoffzelle nach Anspruch 5, ferner mit einem Kondensator (80) zum Kühlen von Kühlmittel, das von dem Drucksteuermechanismus (78) aufgenommen wird.
  8. PEM-Brennstoffzelle nach Anspruch 5, wobei die Quelle (74) für flüssiges Kühlmittel eine Pumpe (74) umfasst.
  9. Kühlsystem (72) mit: einem Wärmetauscherelement (100), das einen Kühlmitteldurchgang (90) darin definiert, wobei der Kühlmitteldurchgang (90) ein Einlassende (92) und ein Auslassende (96) aufweist; einer Quelle (74) für flüssiges Kühlmittel, das an das Einlassende (92) des Kühlmitteldurchgangs (90) geliefert wird; und einem Drucksteuermechanismus (78) zur Steuerung eines Drucks des Auslassendes (96) des Kühlmitteldurchgangs (90) auf ein vorbestimmtes Druckniveau, um zu bewirken, dass ein Kühlmittel in dem Kühlmitteldurchgang (90) bei einer Betriebstemperatur des Kühlsystems siedet; dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kühlmitteldurchgang (90) von einem Einlassende (92) zu einem Auslassende (96) zunehmend aufweitet, um Platz für eine Expansion aufgrund eines Phasenwechsels einer Flüssigkeit in einen gasförmigen Zustand zu schaffen.
  10. Kühlsystem nach Anspruch 9, wobei der Kühlmitteldurchgang (90) eine Vielzahl länglicher Durchgänge (90) umfasst.
  11. Kühlsystem nach Anspruch 9, ferner mit einem Wärmetauscher (80) zum Kühlen von Kühlmittel, das von dem Drucksteuermechanismus (78) aufgenommen wird.
  12. Kühlsystem nach Anspruch 9, wobei der Drucksteuermechanismus (78) ein Drucksteuerventil umfasst.
  13. Kühlsystem nach Anspruch 9, wobei die Quelle (74) für flüssiges Kühlmittel eine Pumpe (74) umfasst.
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