DE69415516T2 - Thermischer steuerapparat - Google Patents

Thermischer steuerapparat

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft die Wärmesteuerung von Prozessen und insbesondere bei hoher Temperatur arbeitende elektrochemische Wandler und zugeordnete Wärmetauschereinheiten.
  • Das "traditionelle" Verfahren zur Brennstoffzellen- Wärmesteuerung besteht darin, ein Kühlmedium, entweder einen flüssigen oder einen gasförmigen Kühlmittelstrom, durch die Brennstoffzellenanordnung zu drängen. Kühlwasser wird häufig für bei Umgebungstemperatur arbeitende Vorrichtungen verwendet, und Luft kann für bei höheren Temperaturen arbeitende Brennstoffzellen verwendet werden. In manchen Fällen wird dieselbe Luft, die als Oxidationsmittel der Brennstoffzelle dient, auch als Kühlmedium verwendet. Das Kühlmittel tritt typischerweise bei einer Temperatur, die bei oder in der Nähe der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle liegt, in die Brennstoffzellenanordnung ein. Das Kühlmedium durchläuft die Brennstoffzelle und führt die Wärmeenergie durch ihre wirksame Wärmekapazität ab. Der für dieses Verfahren erforderliche Volumenstrom des Kühlmittels steht in umgekehrtem Verhältnis zum vorgesehenen Temperaturanstieg des Kühlmediums, der entweder durch den begrenzten Bereich des elektrochemischen Betriebs des Elektrolyten oder bei Brennstoffzellen mit keramischen Bauteilen durch mit thermischen Spannungen verbundene Beschränkungen festgelegt ist.
  • Die vorhergehend erwähnten Einschränkungen bezüglich des Temperaturanstiegs des Kühlmediums führen zu Kühlmittel- Strömungsraten, die erheblich höher sind als diejenigen, die für die elektrochemische Reaktion allein erforderlich sind. Da diese großen Strömungsmengen vorgewärmt und umgewälzt werden müssen, ist ein eigens vorgesehenes Wärmesteuer- Untersystem für die Reaktionspartner erforderlich. Diese Wärmesteuer-Untersysteme beinhalten normalerweise Einrichtungen zum regenerativen Erwärmen, Pumpen und Verarbeiten der zusätzlichen Kühlmittelströmung. Durch diese zusätzlichen Bauteile werden die Gesamtkosten des Systems erheblich erhöht.
  • Zu Darstellungszwecken sei ein regenerativer Wärmetauscher eines zum Vorwärmen der Brennstoffzellen-Reaktionspartner geeigneten und bei einer Temperaturdifferenz von 100ºC und einer typischen Wärmeübertragungsrate von 0,13 W/cm² (500 Btu/Stunde · ft²) arbeitenden Typs betrachtet. Bei weiterer Annahme eines Zellenwirkungsgrads von 50% ohne eine zusätzliche Kühlmittelströmung und eines Betriebs bei Umgebungsdruck wäre die Wärmeverarbeitungs- oder Wärmeübertragungs-Oberfläche des Abhitzeverwerters von der gleichen Größenordnung wie die Oberfläche des Brennstoffzellenelektrolyten. Bei Annahme einer erforderlichen zusätzlichen Kühlmittelströmung, deren Niveau 10mal so hoch ist wie dasjenige der erforderlichen Strömung der Brennstoffzellen-Reaktionspartner, wobei dies ein repräsentativer Wert für herkömmliche Verfahren ist, wäre die Oberfläche des Wärmetauschers 10mal größer als die Oberfläche der aktiven Brennstoffzelle. Durch die hohe Größe dieses Wärmetauschers ist die Integration von diesem mit elektrochemischen Wandlern zur Bildung eines kompakten und wirksamen Wärmesteuersystems schwierig.
  • Es besteht demnach ein Bedarf an besseren Wärmesteuerverfahren insbesondere zur Verwendung bei elektrochemischen Energiesystemen. Insbesondere würde ein verbessertes Wärmetauschersystem mit der Fähigkeit, die Betriebstemperatur eines elektrochemischen Energiesystems besser zu regeln und aufrechtzuerhalten, in der Industrie eine erhebliche Verbesserung darstellen.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung sieht Wärmesteuersysteme und Vorrichtungen zum Austauschen von Wärme zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke vor. Es werden Wärmetauschstrukturen offenbart, die eine isotherme Oberflächentemperatur aufweisen. Allgemein gesagt werden bei der Erfindung Gasdiffusionsstrukturen zum Verteilen eines Arbeitsfluids verwendet.
  • Bei einer Ausführungsform beinhalten die Wärmesteuersysteme gemäß der vorliegenden Erfindung eine gasdurchlässige Struktur oder ein gasdurchlässiges Medium zum Austauschen von Wärme zwischen einer Wärmequelle und einer Wärmesenke. Die Struktur kann wenigstens ein Wandelement mit einer äußeren Fläche, die einer äußeren Umgebung ausgesetzt ist, und eine innere Fläche, die einer inneren Umgebung ausgesetzt ist, aufweisen, so daß Wärme zwischen ihnen ausgetauscht werden kann.
  • Die Erfindung kann beispielsweise mit einer Röhrenstruktur verwirklicht werden, die einen oder mehrere konzentrische Zylinder aufweist, die sich entlang einer Längsachse erstrecken. Der Zylinder weist vorzugsweise mehrere sich dadurch erstreckende Durchgänge auf. Statt dessen kann der Zylinder auch eine poröse Struktur mit einer Vielzahl von Poren sein, die das Arbeitsfluid gleichmäßig verteilen.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann die Struktur als eine Mehrplattenstruktur mit mehreren zwischen den Platten angeordneten Durchgängen oder Zwischenräumen ausgebildet sein. Das Arbeitsfluid wird über die Durchgänge zwischen den Platten übertragen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Doppelhohlraum-Struktur offenbart, die eine durchlässige Innenrohrstruktur mit einer Vielzahl dadurch verlaufend ausgebildeter Poren aufweist, die ein Arbeitsfluid gleichmäßig zu einem äußeren Hohlraum hin verteilt, wo zwischen dem Arbeitsfluid und der äußeren Umgebung Wärme ausgetauscht werden kann.
  • Die isotherme Vorrichtung kann entweder als Wärmequelle oder Wärmesenke arbeiten. Wenn sie als Wärmequelle arbeitet, liegt das Arbeitsfluid bei einer Temperatur, die höher ist als diejenige der äußeren Umgebung. Wenn das Arbeitsfluid umgekehrt kühler ist als die äußere Umgebung, wirkt die Vorrichtung als Wärmesenke.
  • Die Erfindung wird als nächstes in Zusammenhang mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Es sei jedoch klargemacht, daß von Fachleuten verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken oder vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
  • Beispielsweise können verschiedene Konfigurationen der oben beschriebenen Struktur zum Erzielen einer isothermen Wärmeaustausch-Oberfläche verwendet werden. Wenngleich die Struktur weiterhin als eine zylindrische Röhrenstruktur dargestellt ist, kann die Struktur auch eine quadratische, rechteckige oder andere geometrische Form aufweisen. (Die hier verwendeten Begriffe "Rohr" und "röhrenförmig" sind dafür vorgesehen, verschiedene geometrische Strukturen länglicher Form mit einer Längsachse und wenigstens einem inneren Hohlraum, der als Kanal für ein Arbeitsmedium dient, zu beschreiben.) Verschiedene Austauschungen von Konstruktionselementen insbesondere bei der Konstruktion von Wärmetauschern und Brennstoffzellen werden für Fachleute offensichtlich sein (beispielsweise Anordnungen von Elektroden und Elektrolyten, Verteileranordnungen für Gase, Skalierungen von Elementen und Auswahl von Materialien), und es sei bemerkt, daß sie zu den hier beschriebenen äquivalent sind.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Wärmesteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 ist eine seitliche Schnittansicht einer Vorrichtung zur Temperatursteuerung, bei der eine poröse Struktur verwendet wird;
  • Fig. 3 ist eine seitliche Schnittansicht einer weiteren Vorrichtung zur Temperatursteuerung, bei der mehrere Platten verwendet werden;
  • Fig. 4 ist eine seitliche Schnittansicht einer Brennstoffzelle mit einer isothermen Reaktionspartnerverteilung gemäß der Erfindung;
  • Fig. 5 ist eine Querschnitts-Stirnansicht einer weiteren Vorrichtung gemäß der Erfindung;
  • Fig. 5A ist eine seitliche Schnittansicht der Vorrichtung aus Fig. 5;
  • Fig. 6 ist eine vereinfachte isometrische Ansicht eines Wärmesteuersystems, bei dem ein sondenartiger isothermer Wärmetauscher und mehrere Brennstoffzellenanordnungen verwendet werden; und
  • Fig. 7 ist eine weitere isometrische Ansicht eines Wärmesteuersystems, bei dem ein ringförmiger isothermer Wärmetauscher und eine Brennstoffzellenanordnung verwendet werden.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Wärmesteuersystems 10 mit einer Wärmequelle (Brennstoffzellenanordnung) 12, die Luft- und Brennstoff-Reaktionspartnereingänge aufweist, sowie mit einer Wärmesenke (Wärmetauscher) 20, für die ein Arbeitsfluid verwendet wird. Die Brennstoffzellenanordnung 12 strahlt Wärme zum Wärmetauscher 20 ab (durch geschlängelte Pfeile dargestellt).
  • Die Brennstoffzellenanordnung 12 kann einen Stapel von elektrochemischen Zelleneinheiten aufweisen, wie beispielsweise im am 16. Dezember 1986 Hsu erteilten US- Patent 4 629 537 beschrieben ist, auf das hiermit verwiesen sei. Die Zelleneinheit im Stapel elektrochemischer Zellen kann eine Elektrolyt-Elektroden-Schichtanordnung und eine Verbinderplatte aufweisen. Die Verbinderplatte dient als elektrische Verbindung zwischen angrenzenden Elektrolytplatten und als Trenner zwischen Gasen des Brennstoffs 16 und des Oxidationsmittels 14, und sie bildet einen Wärmeleitungsweg entlang der Elektrodenflächen und zu den Außenrändern der Platten. Für einen optimalen Betrieb sollte die Brennstoffzellenanordnung auch für einen isothermen Betrieb ausgelegt sein, um mit der isothermen Natur des Wärmetauschers übereinzustimmen. Der Begriff "elektrochemische Zelleneinheit" soll einen elektrochemischen Wandler einschließen, der in einem Elektrolysezellenmodus (das heißt als eine Wärmesenke), einem Brennstoffzellenmodus (das heißt als eine Wärmequelle) und als ein Verbrenner arbeiten kann.
  • Der Wärmetauscher 20 dient dazu, das Abführen von Wärmeenergie von der Brennstoffzellenanordnung 12 oder das Zuführen von Wärmeenergie zu dieser zu erleichtern. Die Wärmeübertragung zwischen dem Wärmetauscher 20 und der Brennstoffzelle 12 beruht auf Wärmestrahlung. Durch die Strahlungs- Wärmekopplung kann ein hoher Wärmefluß erzielt werden. Dadurch kann eine mechanische Entkopplung erzielt werden und es können demgemäß die Anforderungen an die Konstruktion und die Materialauswahl der Elemente des Wärmetauschers verringert werden. Fachleute werden auch verstehen, daß der Wärmetauscher in Kontakt mit der Brennstoffzelle angeordnet oder physikalisch mit dieser integriert werden kann, wodurch ermöglicht wird, daß die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung statt durch Wärmestrahlung stattfindet.
  • Der Wärmetauscher 20 und die Brennstoffzelle 12 können auf viele Weisen angeordnet werden. Beispielsweise kann der Wärmetauscher 20 mit der Brennstoffzellenanordnung 12 parallel geschaltet werden, wie im am 1. August 1989 Hsu erteilten US-Patent 4 853 100 dargestellt und beschrieben ist. Der Wärmetauscher kann in einem geschlossenen Kreislauf mit einem umlaufenden (oder wiedergewonnenen) Arbeitsfluid arbeiten, oder er kann in einer Betriebsart mit einer offenen Ansaugluftkammer arbeiten, wobei die verbrauchten Reaktionspartner der Brennstoffzelle als Fluid für den Wärmetauscher dienen.
  • In Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer isotherme Struktur (eines Wärmetauschers) gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Wärmetauscher 27 hat eine poröse Struktur 28, die abgestrahlte Wärme aus ihrer Umgebung (beispielsweise aus einer nahegelegenen Brennstoffzelle) aufnimmt. Das Arbeitsfluid 26 strömt aus dem inneren Durch gang oder Behälter 34 und dringt radial nach außen vor, bis es die Außenfläche 28B des Mediums erreicht. Es kann eine äußere Leitung vorgesehen sein, um das erwärmte Arbeitsfluid 26 zu sammeln und es zu anderen Teilen des Energiesystems zu befördern. Um die axiale und die azimutale Gleichmäßigkeit der Strömungsrate des Arbeitsfluids 26 zu gewährleisten, wird der radiale Druckabfall, der auftritt, wenn das Arbeitsfluid die Struktur 28 durchdringt, erheblich höher gehalten als der Druck des Arbeitsfluids 26, wenn es durch den Behälter 34 strömt. Es kann ein inneres Strömungsverteilungsrohr hinzugefügt werden, um die Strömungsgleichmäßigkeit zu verbessern.
  • Eine Wärmetauschervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch mehrere Platten verwenden, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Der Wärmetauscher 29 beinhaltet eine Reihe von Platten 42, die, wie dargestellt, übereinander gestapelt sind. Ein zentraler Fluiddurchgang oder ein Behälter 34 verbindet die Platten 42, während zwischen den Platten Zwischenräume gelassen sind, um das Hindurchströmen eines Arbeitsfluids 26 durch sie zu ermöglichen. Das Arbeitsfluid 26 strömt durch den die Wärmetauscherplatten 42 verbindenden Behälter 34. Die Platten 42 können wie dargestellt eine im wesentlichen zylindrische Anordnung haben, oder sie können eine andere geometrische Röhrenform annehmen.
  • Die Ausführungsform aus Fig. 3 ist beim Aufbau von isothermen Brennstoffzellen besonders nützlich. Beispielsweise kann durch Verwendung von Stapel-Abstandselementen zwischen Zelleneinheiten eine gleichmäßige Strömung von Reaktionspartnern erreicht werden.
  • In Fig. 4 ist dargestellt, wie eine isotherme Wärmequelle gemäß der Erfindung gebildet werden kann. Wie dargestellt wird eine Brennstoffzelle 70 aus einer Reihe übereinandergestapelter Einheiten gebildet, von denen jede Verbinderplatten 72 und Elektrolyt-Elektroden- Schichtanordnungen 74 aufweist. Die Schichtanordnung beinhaltet eine erste Elektrode 76, einen gasdurchlässigen Elektrolyten 78 und eine zweite Elektrode 80. Zwischen jeder Einheit befindet sich ein Durchgang 82A, 82B für Gase. Dichtungen 83 gewährleisten, daß die Brennstoff- und Oxidationsmittel-Gasströme zu entgegengesetzten Seiten der Schichtstrukturen 74 gerichtet sind. (Wegen der ringförmigen Natur der Stapelelemente zirkulieren Gase in Umfangsrichtung, wodurch der ganze Hohlraum ausgefüllt wird.) Bei einer alternativen Ausführungsform kann Brennstoff über einen inneren Kanal übertragen werden, und Luft oder ein anderes Oxidationsmittel kann von der äußeren Umgebung übertragen werden. Der Vorsprung 84 an den Enden der Verbinderplatten kann zum Entnehmen von Wärme dienen und dadurch die Wärmesteuerung unterstützen. Wenngleich das System in einer Betriebsart dargestellt ist, bei der Gase radial nach außen gerichtet verteilt werden, sollte es klar sein, daß das System ebenso in der entgegengesetzten (also radial nach innen gerichteten) Art betrieben werden kann.
  • Fig. 5 ist eine Querschnitts-Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform des Wärmetauschers 20 zur Verwendung bei einem in Fig. 1 dargestellten System. Der Wärmetauscher 20 beinhaltet drei konzentrische Röhrenstrukturen, die vorzugsweise, wie dargestellt, axial in einem Abstand angeordnet sind. Der innere Hohlraum 30 weist mehrere Durchgänge 36 auf, die sich zwischen einer Innenfläche 30A und einer Außenfläche 30B erstrecken. Eine Mantelstruktur 28 umgibt das Innenrohr 30 und weist eine Innenfläche 28A und eine Außenfläche 28B auf. Die Innenfläche 28A des Mantels 28 befindet sich in eng zugewandtem Kontakt mit der Außenfläche des Innenrohrs 30, so daß die Querdurchgänge 36 in Fluidverbindung mit dem porösen Mantel 28 stehen. Die Querdurchgänge 36 sind in gleichmäßigem Abstand angeordnet.
  • Ein Außenrohr 32 oder ein Wandelement ist um den Mantel 28 und das Innenrohr 30 herum angeordnet, wodurch eine im wesentlichen koaxiale Geometrie gebildet ist. Das Außenrohr 32 weist eine Innenfläche 32A und eine Außenfläche 32B auf. Der innere Hohlraum des Innenrohrs 30 bildet einen länglichen zentralen Durchgang 34, der als Behälter für das Arbeitsfluid 26 dient, wie in Fig. 5A dargestellt ist. Der Innenraum zwischen der Innenfläche des Außenrohrs 32A und der Außenfläche 28B des Mantels bildet einen länglichen zweiten Durchgang 38, der im wesentlichen parallel zum zentralen Durchgang 34 verläuft.
  • Das Innenrohr 30 und das Außenrohr 32 bestehen vorzugsweise aus dem gleichen Material, wie Metall oder Keramik. Die poröse Mantelstruktur 28 kann aus Keramik bestehen. Der Mantel 28 dient dazu, die Strömung des Arbeitsfluids vom inneren Hohlraum zum äußeren Hohlraum hin zu verteilen.
  • Wie in Fig. 5A dargestellt ist, strömt das Arbeitsfluid 26 durch den länglichen zentralen Durchgang 34, der als ein Behälter dient und der sich entlang einer Längsachse 40 erstreckt. Wenn das Arbeitsfluid 26 durch den Behälter 34 strömt, wird es durch die Querdurchgänge 36 gedrängt. Der Mantel 28 liegt über den Querdurchgängen 36, so daß er den Teil des Arbeitsfluids 26 empfängt, der durch die Durchgänge 36 strömt. Das Arbeitsfluid 26 durchdringt den porösen Mantel 28 radial nach außen in den Hohlraum 38 hinein, wo es durch eine äußere Wärmequelle, beispielsweise eine Brennstoffzellenanordnung oder ein anderes System, für das eine Kühlung erforderlich ist, erwärmt wird. Das im äußeren Hohlraum 38 enthaltene Arbeitsfluid 26 strömt entlang der inneren Fläche des Außenrohrs 32 und absorbiert durch Wärmeleitung von der äußeren Fläche 32B auf es übertragene Wärme. Die äußere Fläche 32B des Außenrohrs kann erwärmt werden, indem sie in direkten Kontakt mit der Brennstoffzellenanordnung 12 gebracht wird oder indem sie über Strahlung mit der Brennstoffzelle 12 gekoppelt wird. Durch die Verteilung des Arbeitsfluids 26 entlang der Innenfläche 32A des Außenrohrs 32 wird zwischen dem Arbeitsfluid 26 und der äußerem Umgebung eine wirksame Wärmeübertragung erzielt. Durch selektives in einem Abstand erfolgendes Anordnen der Querdurchgänge 36 entlang des Innenrohrs 30 behält das im zweiten Durchgang 38 gesammelte Arbeitsfluid 26 eine konstante Temperatur. Durch die gleichmäßige Verteilung des isothermen Arbeitsfluids 26 entlang der Innenfläche 32A wird entlang der äußeren Fläche des Außenrohrs 32B ein isothermer Zustand erzeugt. Die Größe und der Abstand des Durchgangs hängen vom Durchmesser des Außenrohrs 32 und des Innenrohrs 30 ab.
  • In der vorhergehenden Beschreibung ist der Wärmetauscher 25 als wie eine Wärmesenke arbeitend beschrieben. Durchschnittsfachleute werden erkennen, daß der Wärmetauscher 25 auch als eine Wärmequelle arbeiten kann. Beispielsweise kann das Arbeitsfluid 26 statt eines Kühlmittels ein erwärmtes Fluid beinhalten. Wenn das erwärmte Fluid durch den Behälter 34 strömt, wird Wärme von der äußeren Fläche des Außenrohrs 32B in die äußere Umgebung übertragen.
  • Es sei auch bemerkt, daß die Grundlagen der vorliegenden Erfindung auch verwendet werden können, um isotherme Brennstoffzellen (und andere elektrochemische Wandler) aufzubauen, wobei ähnliche Strukturen verwendet werden, durch die die Reaktionspartner entlang eines Brennstoffzellenstapels gleichmäßig verteilt werden. Die Temperatur der Stapel insgesamt kann geregelt werden und, wenn gewünscht, isotherm gemacht werden.
  • In Fig. 6 ist ein Wärmesteuerungssystem 50 dargestellt, bei dem mehrere Brennstoffzellenstapel 12 als eine isotherme Wärmequelle und ein säulenförmiger Wärmetauscher 52 als eine isotherme Wärmesenke verwendet werden. Der säulenförmige Wärmetauscher 52 beinhaltet ein äußeres Gehäuse 54, eine Mantelstruktur 28 und mehrere Gegenströmungsdurchgänge 34, 56. Die Kombination aus dem Wärmetauscher 52 und den Brennstoffzellenstapeln 12 stellt eine parallelgeschaltete regelmäßige Anordnung dar, die der zuvor erwähnten und im US- Patent 4 853 100 beschriebenen ähnelt. Das wärmeleitfähige Medium 28 weist einen im wesentlichen dadurch verlaufenden zentralen Durchgang 34 auf. Um den Außenrand des Mediums 28 herum befinden sich mehrere längliche Gegenströmungsdurchgänge 56, die im wesentlichen parallel zum Behälter 34 verlaufen. Das Arbeitsfluid 26 strömt in der durch die schwarzen Pfeile dargestellten Richtung durch den Behälter 34. Das Arbeitsfluid dringt im wesentlichen radial nach außen vor, wenn es durch die von den Brennstoffzellenstapeln 12 erzeugte Wärmeenergie erwärmt wird. Das Arbeitsfluid 26 sammelt sich durch die auf die Außenhülle 54 auf das Arbeitsfluid 26 angewendete Zwangskraft in den Gegenströmungsdurchgängen 56. Das erwärmte Arbeitsfluid 26 wird um den Rand des Mediums 28 herum gleichmäßig verteilt, wodurch an der äußeren Hülle 54 eine im wesentlichen gleichmäßige isotherme Oberfläche gebildet wird.
  • In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform des Wärmesteuersystems 60 unter Verwendung eines isothermen Wärmetauschers 62 dargestellt. Der Wärmetauscher 62 weist eine im wesentlichen ringförmige Konfiguration auf und umgibt wie dargestellt einen Brennstoffzellenstapel 12. Der Wärmetauscher 62 weist eine äußere Hülle 68 und ein inneres wärmeleitfähiges Medium 28 auf. Das Medium 28 weist mehrere an die Innen- und die Außenwand des Wärmetauschers 62 angrenzende Durchgänge 64, 66 auf. Ein Arbeitsfluid 26 strömt durch die Einlaßdurchgänge 64 und sammelt sich in den Auslaßdurchgängen 66.
  • Die Innenfläche 62A des Wärmetauschers wird entweder durch vom Brennstoffzellenstapel 12 abgestrahlte Wärme, die durch geschlängelte Linien dargestellt ist, oder durch direkten Kontakt mit dem benachbarten Brennstoffzellenstapel 12 oder einer anderen Wärmequelle erwärmt. Folglich wird das Medium 28 erwärmt, das wiederum dem Arbeitsfluid 26 Wärme liefert.
  • Das Arbeitsfluid 26 tritt von einem Ende oder von beiden Enden der Durchgänge 64 her, die den Außenrand des Wärmetauschers 62 umgeben, ein. Das Medium 26 sammelt sich in den Gegenströmungsdurchgängen 66, da die durch die Brennstoffzelle 12 erzeugte Wärme bewirkt, daß das Arbeitsfluid 26 radial nach innen vordringt. Demgemäß kann das Kühlfluid aus dem Wärmetauscher 62 herausgeleitet werden, um in Systemen mit Kraft-Wärme-Kopplung oder bei anderen verschiedenartigen Anwendungen verwendet zu werden.

Claims (35)

1. Wärmesteuersystem, aufweisend:
eine Wärmesteuervorrichtung mit isothermer Oberflächentemperatur, die umfaßt:
ein gasdurchlässiges, wärmeleitfähiges Medium,
eine Einrichtung zur Festlegung eines Wärmegradienten in dem Medium, der im wesentlichen senkrecht zu einer bei einer Oberfläche des Mediums festgelegten isothermen Grenze ist, und
eine Einrichtung zur Erzeugung einer Strömung eines Arbeitsfluids durch das Medium, die im wesentlichen entlang der Richtung des Wärmegradienten verläuft, um die isotherme Oberfläche zu bilden.
2. System nach Anspruch 1 mit einem elektrochemischen Wandler, der der Wärmesteuervorrichtung thermisch zugeordnet ist, die als Wärmequelle arbeiten kann.
3. System nach Anspruch 1 oder 2 mit einer zugeordneten Wärmesenke, einem Wärmetauscher und/oder einer Wärmetauscherfläche, wobei von dem leitfähigen Medium Wärmeenergie durch Strahlung oder durch Kontakt mit der Wärmesenke abgegeben wird.
4. System nach Anspruch 1 oder 2 mit einer begrenzten Leitung zur Entgegennahme des Arbeitsfluids nach dem Durchgang durch das Medium.
5. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Fluid von dem leitfähigen Medium in einen offenen Raum strömt.
6. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das durchlässige, wärmeleitfähige Medium mehrere flache, gerillte, gewellte, geriffelte und/oder gewundene Platten beinhaltet, zwischen denen Durchlaßwege ausgebildet sind, um das Fluid hindurchströmen zu lassen.
7. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die isotherme Grenze eine zylindrische und/oder ringförmige Fläche konstanten oder veränderlichen Querschnitts darstellt.
8. System nach Anspruch 2, wobei das Arbeitsfluid getrennt verzweigte Brennstoff- und Oxidationsmittel-Strömungen beinhaltet.
9. System nach Anspruch 2, wobei der elektrochemische Wandler als Verbrenner arbeitet, das Fluid ein Brennstoffgas beinhaltet und beim Austritt des Fluids aus dem Medium eine Verbrennung auftritt.
10. System nach Anspruch 2, wobei der elektrochemische Wandler eine Festelektrolyt-Brennstoffzelle, eine Carbonatschmelze-Brennstoffzelle, eine Phosphorsäure-Brennstoffzelle, eine Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle und/oder seine alkalische Brennstoffzelle beinhaltet.
11. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fluidströmung mittels einer Hilfs-Ring-Strömungsverteilungsröhre gleichmäßig axial und azimuthal verteilt wird, wobei die Röhre vorzugsweise einen elektrischen Isolator darstellt und einen radialen Druckabfall innerhalb des leitfähigen Mediums bewirkt, der wesentlich größer als ein axialer Druckabfall aufgrund des Eintritts des Fluids in die Vorrichtung und/oder des Austritts des Fluids aus der Vorrichtung ist.
12. System nach Anspruch 1 mit einem elektrochemischen Wandler, der der Wärmesteuervorrichtung thermisch zugeordnet ist, die entweder als Wärmequelle oder als Wärmesenke arbeiten kann.
13. System nach Anspruch 1 oder 12, mit einer zugeordneten Wärmequelle, einem Wärmetauscher und/oder einer Wärmetauscherfläche, von wo das leitfähige Medium durch Strahlung oder Kontakt Wärmeenergie empfängt.
14. System nach Anspruch 1 oder 12, mit einer begrenzten Leitung zur Aufnahme des Arbeitsfluids nach dem Durchgang durch das leitfähige Medium.
15. System nach Anspruch 1 oder 12, wobei die Fluidströmung das leitfähige Medium in einen offenen Raum hinein verläßt.
16. System nach Anspruch 1 oder 12, wobei die isotherme Grenze eine zylindrische und/oder ringförmige Fläche konstanten oder veränderlichen Querschnitts darstellt.
17. System nach Anspruch 1 oder 12, wobei die isotherme Fläche eine gerillte, gewellte, geriffelte und/oder gewundene Fläche darstellt, die in Kontakt mit einer begrenzenden Strömungsleitung oder einer Wärmetauscherfläche angeordnet ist.
18. System nach Anspruch 1 oder 12, wobei das Fluid mindestens teilweise radial durch das Medium und zwischen zwei koaxialen Flächen, die das wärmeleitfähige, durchlässige Medium begrenzen, strömt.
19. System nach Anspruch 1 oder 12, wobei die Fluidströmung mittels einer Hilfs-Ring-Strömungsverteilungsröhre gleichmäßig axial und azimuthal verteilt wird, die einen radialen Druckabfall über dem Medium bewirkt, der größer als alle axialen Druckabfälle beim Eintritt des Fluids in die Vorrichtung und/oder beim Austritt des Fluids aus der Vorrichtung ist.
20. System nach Anspruch 1 oder 12, wobei das Fluid aus dem durchlässigen, leitfähigen Medium radial nach außen strömt.
21. System nach Anspruch 1 oder 12 mit einer das System umschließenden, wärmeleitfähigen, zylindrischen Hülle, die koaxial zur Vorrichtung angeordnet ist.
22. System nach Anspruch 1 oder 12, wobei das System in der Nachbarschaft einer Wärmestrahlungsquelle angeordnet ist, um Wärmeenergie von der Quelle abzuführen.
23. System nach Anspruch 1 oder 12, wobei das Fluid relativ zum leitfähigen Medium radial nach innen strömt.
24. System nach Anspruch 1 oder 12, wobei das System von einer ringförmigen, zylindrischen Hülle mit einer wärmeleitfähigen Innenfläche eingeschlossen ist.
25. System nach Anspruch 1 oder 12, wobei das System eine Wärmequelle umgibt, um aus ihr Wärmeenergie abzuziehen.
26. System nach Anspruch 1 oder 12, wobei das durchlässige, wärmeleitfähige Medium aus mehreren flachen, gerillten, gewellten, geriffelten und/oder gewundenen Platten aufgebaut ist, zwischen denen Durchgänge gebildet sind, durch die das Fluid hindurchströmen kann.
27. System nach Anspruch 12, wobei Platten des leitfähigen Mediums Verlängerungen der Verbinderplatten des elektrochemischen Wandlers sind.
28. System nach Anspruch 12, wobei die Vorrichtung der Vorwärmung eines in den elektrochemischen Wandler eintretenden Oxidationsmittels oder Brennstoffs dient.
29. System nach Anspruch 26, wobei die Platten des leitfähigen Mediums mit einem brennstoffreformierenden Katalysator beschichtet sind.
30. System nach Anspruch 27, wobei die Platten des leitfähigen Mediums Verlängerungen des Äußeren der Verbinderplatten des elektrochemischen Wandlers darstellen.
31. System nach Anspruch 1 mit einem elektrochemischen Wandler, der mit der Wärmesteuervorrichtung thermisch integriert ist, die unter Aufnahme von Wärmeenergie von einem Wärmetauscher, einer Wärmetauscherfläche und/oder einer anderen Wärmequelle als Wärmequelle arbeiten kann.
32. System nach Anspruch 31, wobei die Wärmeenergie von einer Anzahl wärmeproduzierender Prozesse zur Verfügung gestellt wird, zu denen eine Verbrennung, eine Solarenergiekonzentration, eine Kernspaltung und/oder eine Verschmelzung gehören.
33. System nach Anspruch 1, 2, 11 oder 31 mit einer Röhrenstruktur, die um das leitfähige Medium herum in eng zugewandtem Kontakt mit ihm angeordnet ist und das durch das leitfähige Medium hindurchtretende Arbeitsfluid vor dem Austritt aus der Röhrenstruktur sammeln kann.
34. System nach Anspruch 1, 2, 11 oder 31 mit einer Röhrenstruktur, die um das leitfähige Medium herum in eng zugewandtem Kontakt mit ihm angeordnet ist und einen Zustrom des Arbeitsfluids durch das leitfähige Medium verteilen kann.
35. System nach Anspruch 1, 2, 11 oder 31 mit einer ringförmigen Röhrenstruktur, die um das leitfähige Medium herum in eng zugewandtem Kontakt mit ihm angeordnet ist und das Arbeitsmedium beim Eintritt in die wärmeleitfähige Steuervorrichtung und/oder beim Austritt aus der leitfähigen Steuervorrichtung verteilen kann.
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Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5693201A (en) * 1994-08-08 1997-12-02 Ztek Corporation Ultra-high efficiency turbine and fuel cell combination
US5501781A (en) * 1994-08-08 1996-03-26 Ztek Corporation Electrochemical converter having internal thermal integration
US6083636A (en) * 1994-08-08 2000-07-04 Ztek Corporation Fuel cell stacks for ultra-high efficiency power systems
US5948221A (en) * 1994-08-08 1999-09-07 Ztek Corporation Pressurized, integrated electrochemical converter energy system
DE19505274C2 (de) * 1995-02-16 1997-02-13 Siemens Ag Verfahren zum Betrieb eines Festelektrolyt-Hochtemperatur-Brennstoffzellenmoduls und dazu geeignetes Festelektrolyt-Hochtemperatur-Brennstoffzellenmodul
US5952116A (en) * 1995-02-16 1999-09-14 Siemens Aktiengesellschaft Solid electrolyte high temperature fuel cell module and method for its operation
US5750278A (en) * 1995-08-10 1998-05-12 Westinghouse Electric Corporation Self-cooling mono-container fuel cell generators and power plants using an array of such generators
US5858314A (en) * 1996-04-12 1999-01-12 Ztek Corporation Thermally enhanced compact reformer
KR100462352B1 (ko) * 1996-04-12 2005-02-28 지텍 코포레이션 열강화된소형개질기
US6054229A (en) * 1996-07-19 2000-04-25 Ztek Corporation System for electric generation, heating, cooling, and ventilation
US5851689A (en) 1997-01-23 1998-12-22 Bechtel Corporation Method for operating a fuel cell assembly
US6030718A (en) 1997-11-20 2000-02-29 Avista Corporation Proton exchange membrane fuel cell power system
US6096449A (en) 1997-11-20 2000-08-01 Avista Labs Fuel cell and method for controlling same
US6387556B1 (en) 1997-11-20 2002-05-14 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power systems and methods of controlling a fuel cell power system
DE19935719C2 (de) * 1999-07-29 2003-01-30 Forschungszentrum Juelich Gmbh Kühlsystem für Brennstoffzellen
US6440596B1 (en) 1999-10-20 2002-08-27 Technology Management, Inc. Solid-oxide fuel cell hot assembly
US6489050B1 (en) 1999-11-01 2002-12-03 Technology Management, Inc. Apparatus and method for cooling high-temperature fuel cell stacks
US6428918B1 (en) 2000-04-07 2002-08-06 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power systems, direct current voltage converters, fuel cell power generation methods, power conditioning methods and direct current power conditioning methods
US6468682B1 (en) 2000-05-17 2002-10-22 Avista Laboratories, Inc. Ion exchange membrane fuel cell
US6551734B1 (en) * 2000-10-27 2003-04-22 Delphi Technologies, Inc. Solid oxide fuel cell having a monolithic heat exchanger and method for managing thermal energy flow of the fuel cell
WO2002059987A2 (en) * 2000-10-30 2002-08-01 Ztek Corporation Multi-function energy system operable as a fuel cell, reformer, or thermal plant
KR100676894B1 (ko) * 2000-12-30 2007-01-31 한라공조주식회사 연료전지용 전기발생장치의 폐열을 이용한 냉동시스템
JP4361229B2 (ja) * 2001-07-04 2009-11-11 日産自動車株式会社 電池システム
US6756144B2 (en) * 2002-01-03 2004-06-29 Hybrid Power Generation Systems, Llc Integrated recuperation loop in fuel cell stack
KR20030076259A (ko) * 2002-03-19 2003-09-26 술저 헥시스 악티엔게젤샤프트 열교환기 일체형 연료 전지 배터리
US7008711B2 (en) * 2003-01-27 2006-03-07 Gas Technology Institute Thermally integrated fuel cell power system
US7192460B2 (en) * 2003-02-28 2007-03-20 Modine Manufacturing Company Reformate cooling system and method for use in a fuel processing subsystem
US20050112425A1 (en) * 2003-10-07 2005-05-26 Ztek Corporation Fuel cell for hydrogen production, electricity generation and co-production
US7410714B1 (en) 2004-07-15 2008-08-12 The United States Of America As Represented By The Administration Of Nasa Unitized regenerative fuel cell system
JP2007134178A (ja) * 2005-11-10 2007-05-31 Toyota Motor Corp チューブ型燃料電池モジュール
US7910156B2 (en) * 2007-03-30 2011-03-22 Endicott Interconnect Technologies, Inc. Method of making circuitized substrate with selected conductors having solder thereon
US8026020B2 (en) 2007-05-08 2011-09-27 Relion, Inc. Proton exchange membrane fuel cell stack and fuel cell stack module
US9293778B2 (en) 2007-06-11 2016-03-22 Emergent Power Inc. Proton exchange membrane fuel cell
US8003274B2 (en) 2007-10-25 2011-08-23 Relion, Inc. Direct liquid fuel cell
JP5502440B2 (ja) * 2009-04-22 2014-05-28 株式会社東芝 燃料電池スタック及びそれを備えた燃料電池システム
GB201503750D0 (en) 2012-08-14 2015-04-22 Powerdisc Dev Corp Ltd Fuel cells components, stacks and modular fuel cell systems
CN107591549B (zh) 2012-08-14 2020-12-01 环能源公司 燃料电池流动沟道和流场
US9644277B2 (en) 2012-08-14 2017-05-09 Loop Energy Inc. Reactant flow channels for electrolyzer applications
CN103699778B (zh) * 2013-11-29 2017-01-11 华侨大学 一种考虑流体负载效应的平板结构优化设计方法
US20150303536A1 (en) * 2014-04-22 2015-10-22 Ford Global Technologies, Llc Battery thermal management system
CN109075358B (zh) 2016-03-22 2021-10-19 环能源公司 用于热管理的燃料电池流场设计
CN108172932B (zh) * 2017-12-26 2019-09-20 浙江零跑科技有限公司 电池包双向冷却装置
WO2020178745A1 (en) * 2019-03-05 2020-09-10 Christopher Francis Bathurst Heat transfer system

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1367534A (fr) * 1963-05-17 1964-07-24 Comp Generale Electricite Pile électrique à combustibles
SE306107B (de) * 1965-03-03 1968-11-18 Asea Ab
GB1130080A (en) * 1965-12-10 1968-10-09 Comp Generale Electricite Composite hollow electrode for fuel cells, and cells produced by assembling such electrodes
CH446456A (de) * 1966-09-20 1967-11-15 Bbc Brown Boveri & Cie Hochtemperatur-Brennstoffzellenbatterie
US3523830A (en) * 1966-09-26 1970-08-11 Inst Gas Technology Fuel cell and method of controlling the temperature of said cell
DE1671705A1 (de) * 1967-03-18 1971-09-23 Bbc Brown Boveri & Cie Batterie aus elektrisch in Reihe geschalteten Brennstoffzellen mit Festelektrolyt
US3460991A (en) * 1967-08-16 1969-08-12 Gen Electric Fuel cell with tubular electrodes and solid electrolyte
US3498844A (en) * 1967-08-21 1970-03-03 United Aircraft Corp Fuel cell waste heat and water removal system
US3526549A (en) * 1968-04-09 1970-09-01 Us Interior Solid electrolyte stacked disc fuel cells
US3616334A (en) * 1968-07-05 1971-10-26 Gen Electric Electrically and chemically coupled power generator and hydrogen generator
US3607427A (en) * 1969-02-06 1971-09-21 Gen Electric Electrically coupled fuel cell and hydrogen generator
US3761316A (en) * 1971-03-29 1973-09-25 United Aircraft Corp Fuel cell with evaporative cooling
US3880670A (en) * 1973-07-02 1975-04-29 United Aircraft Corp Electrochemical cell separator plate means
US4042483A (en) * 1973-07-20 1977-08-16 Rhone-Progil Electrolysis cell electrode and method of preparation
US3964930A (en) * 1975-07-21 1976-06-22 United Technologies Corporation Fuel cell cooling system
US4056452A (en) * 1976-02-26 1977-11-01 Billings Energy Research Corporation Electrolysis apparatus
CA1059943A (en) * 1976-07-20 1979-08-07 Pierre L. Claessens Electrolytically forming peroxosulfuric acid to oxidize organic material in sulfuric acid
US4087976A (en) * 1976-08-13 1978-05-09 Massachusetts Institute Of Technology Electric power plant using electrolytic cell-fuel cell combination
DE2735934C3 (de) * 1977-08-10 1980-07-31 Dornier System Gmbh, 7990 Friedrichshafen Verbindungsmaterial zur elektrischen Serienschaltung von elektrochemischen ZeUen
US4210512A (en) * 1979-01-08 1980-07-01 General Electric Company Electrolysis cell with controlled anolyte flow distribution
US4310605A (en) * 1980-09-22 1982-01-12 Engelhard Minerals & Chemicals Corp. Fuel cell system
US4490444A (en) * 1980-12-22 1984-12-25 Westinghouse Electric Corp. High temperature solid electrolyte fuel cell configurations and interconnections
US4478918A (en) * 1981-12-25 1984-10-23 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Fuel cell stack
US4490445A (en) * 1982-05-24 1984-12-25 Massachusetts Institute Of Technology Solid oxide electrochemical energy converter
US4583583A (en) * 1983-06-02 1986-04-22 Engelhard Corporation Fuel cell crimp-resistant cooling device with internal coil
US4945010A (en) * 1983-06-02 1990-07-31 Engelhard Corporation Cooling assembly for fuel cells
US4482440A (en) * 1983-10-06 1984-11-13 Olin Corporation Electrochemical cell and process for manufacturing temperature sensitive solutions
US4574112A (en) * 1983-12-23 1986-03-04 United Technologies Corporation Cooling system for electrochemical fuel cell
JPH077674B2 (ja) * 1983-12-27 1995-01-30 株式会社東芝 燃料電池
JPS6130968U (ja) * 1984-07-28 1986-02-25 株式会社 富士電機総合研究所 燃料電池セルスタツク
US5041344A (en) * 1984-12-14 1991-08-20 Fuji Electric Corporate Research And Development Ltd. Fuel cell cooling device
US4629537A (en) * 1985-05-17 1986-12-16 Hsu Michael S Compact, light-weight, solid-oxide electrochemical converter
US5082753A (en) * 1989-07-19 1992-01-21 Fuji Electric Co., Ltd. Cooling device for fuel cell
US4983471A (en) * 1989-12-28 1991-01-08 Westinghouse Electric Corp. Electrochemical cell apparatus having axially distributed entry of a fuel-spent fuel mixture transverse to the cell lengths
EP0450336B1 (de) * 1990-03-13 1994-08-17 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Energiegewinnungssystem mit flachen Brennstoffzellen aus festen Elektrolyten
EP0473540B1 (de) * 1990-08-27 1996-10-16 Sulzer Innotec Ag Wärmehaushalt bei Feststoffelektrolyt-Brennstoffzellen
EP0580918B1 (de) * 1992-07-27 1995-12-13 Sulzer Innotec Ag Vorrichtung mit Hochtemperatur-Brennstoffzellen

Also Published As

Publication number Publication date
CN1091955C (zh) 2002-10-02
US5338622A (en) 1994-08-16
CN1127570A (zh) 1996-07-24
AU6497494A (en) 1994-11-08
ATE175055T1 (de) 1999-01-15
JPH08510352A (ja) 1996-10-29
WO1994024716A1 (en) 1994-10-27
NO954048D0 (no) 1995-10-11
KR960702191A (ko) 1996-03-28
CA2160358C (en) 2002-06-11
CA2160358A1 (en) 1994-10-27
EP0694216A1 (de) 1996-01-31
NO314159B1 (no) 2003-02-03
NO954048L (no) 1995-12-11
DK0694216T3 (da) 1999-08-23
EP0694216B1 (de) 1998-12-23
DE69415516D1 (de) 1999-02-04
ES2126751T3 (es) 1999-04-01
AU689471B2 (en) 1998-04-02
KR100326497B1 (ko) 2002-09-27

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