WO2014131550A1 - Fuel cell system for a motor vehicle, and motor vehicle - Google Patents

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WO2014131550A1
WO2014131550A1 PCT/EP2014/050929 EP2014050929W WO2014131550A1 WO 2014131550 A1 WO2014131550 A1 WO 2014131550A1 EP 2014050929 W EP2014050929 W EP 2014050929W WO 2014131550 A1 WO2014131550 A1 WO 2014131550A1
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condenser
fuel cell
cell system
motor vehicle
air
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PCT/EP2014/050929
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Stefan Haase
Johannes Schmid
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system for a motor vehicle, comprising a cathode and an anode, wherein the anode is connected to a hydrogen supply and the cathode is connected to an air supply and to a cooling circuit in which a condenser is arranged.
  • the present invention further relates to a motor vehicle comprising such a fuel cell system.
  • High-capacity fuel cell systems require external humidifiers to ensure humidification of the membrane.
  • a direct spraying with water in the air supply line of the cathode or directly in the bipolar plate stack can be done to moisten the membrane and to cool the bipolar plate stack.
  • the cooling of the bipolar plate stack is realized by a cooling circuit between the radiator of a motor vehicle and the bipolar plate stack. With the cooling, which uses the latent heat transfer of the water from the liquid to the gas phase, a cooling circuit between a condenser and the radiator of the motor vehicle is realized. The condenser cools the cathode air to at least one temperature at which the exhaust air releases at least the stored water which it has absorbed during the injection. This is mandatory as there is no additional water voir must be carried in the vehicle, possibly a small buffer reservoir.
  • the humidifier / dehumidifier unit creates a pressure loss before the bipolar plate stack, which reduces its performance. Because at the exit, d. H. on the opposite side of the humidifier, also a dehumidifying unit is needed, the pressure loss increases further.
  • the direct water injection brings about the simpler design, which is due to elimination of the external humidifier and the elimination of the cooling plates in the bipolar plate stack, although benefits, but has disadvantages in terms of cooling disadvantages.
  • the exhaust air For the condensation of the water, the exhaust air must be cooled to condense the water. For this purpose, lower temperatures are necessary in relation to the direct-cooled system.
  • Cooling is a challenge for large fuel cell systems, which is a disadvantage of this technology compared to the direct-cooled systems.
  • this system offers advantages in terms of pressure loss and installation space since the humidification unit can be eliminated.
  • a fuel cell system for a motor vehicle having a cathode and an anode, wherein the anode is connected to a hydrogen supply and the cathode is connected to an air supply and to a cooling circuit in which a condenser is arranged the condenser is designed as an air / air heat exchanger.
  • Incoming fresh air in particular wind
  • the condenser supplied exhaust air.
  • the condenser is formed by the radiator of the motor vehicle, on the one hand fresh air, and in particular wind, and on the other hand, the exhaust air of the cathode is supplied.
  • This allows a very efficient cooling of the cathode exhaust air and thus condensation of the water contained in the cathode exhaust air, since fresh air from the airstream is at any time sufficiently available.
  • the fresh air is circulated permanently around the condenser, with a heat transfer in Kondenser maximum and the condensation capacity or cooling capacity of the condenser is increased by the continuous flow of fresh air from the wind to the condenser.
  • an air conveying device is connected to the condenser.
  • the air conveying device is set up to bring about additional cooling of the fuel cell system or also in the stationary state of the fuel cell system, when the fresh air supply, in particular from the airstream, is very low or absent, supplying fresh air to the condenser and sufficient condensation of water in the condenser to promote from the cathode exhaust air.
  • the cathode is connected at its supply air side with a compressor which communicates with an air inlet. This increases the efficiency of the fuel cell system and thus its energy yield.
  • the condenser is connected to an expander which communicates with an exhaust gas outlet.
  • the expander can be arranged before or after the condenser. If the expander is arranged, for example, after the condenser, then the exhaust air is expanded by the inflow of the exhaust air of the condenser into the expander and thereby further cooled. Thus, the temperature of the cathode exhaust air can be lowered to a lower level and a condensation of further water can be promoted. If the expander is arranged in front of the condenser, the cathode exhaust air is first cooled by expansion. The pre-cooled cathode exhaust air is then fed to the condenser where it is further cooled and water is condensed out of it.
  • the fuel cell system comprises a second condenser, wherein an expander is arranged between the condenser and the second condenser. This allows a particularly efficient cooling of the cathode exhaust air done. The cooling takes place in three stages by utilizing the Joule-Thomson effect, whereby the arrangement of two condensers enables a two-time and therefore very efficient separation of water.
  • At least one further component to be cooled is arranged on the condenser.
  • the component directly adjoins a surface of the condenser, so that an efficient heat exchange can take place without additional heat transitions being introduced into the fuel cell system by the provision of further cooling lines, which reduce the cooling capacity of the condenser.
  • the condenser additionally comprises at least one liquid coolant channel. This makes it possible, even to the fuel cell system spaced apart arranged further components to participate in the cooling capacity of the condenser.
  • the condenser comprises at least one air channel, which is connected to a arranged after the compressor portion of the supply air side of the cathode.
  • the present invention also relates to a motor vehicle comprising a fuel cell system as described above.
  • the condenser can be represented as a block-shaped component into which relatively cool fresh air from the motor vehicle environment flows in from a first side. From a second side warm cathode exhaust flows into the condenser. As a result of the formation of corresponding channels in the condenser, the respective air streams do not mix, but exchange heat, so that the relatively warm cathode exhaust air is cooled and water contained in it condenses out and relatively cold fresh air is heated.
  • the condenser is thus designed as an air / air heat exchanger, which causes due to the elimination of heat transitions, a high cooling capacity of the condenser.
  • a water-cooled vehicle radiator as it is conventionally used as a motor vehicle radiator, omitted.
  • the condenser according to the invention is designed as an air / air heat exchanger and thus assumes the function of a water-cooled motor vehicle radiator and a water-cooled cathode exhaust cooler or a water-cooled cathode exhaust condenser.
  • the motor vehicle according to the invention is thus characterized by an optimized, space-saving and yet highly efficient cooling.
  • An advantageous development of the motor vehicle according to the invention provides that the fuel cell system in the front of the vehicle vehicle is arranged.
  • the amount of incoming air through the wind is very high, so that a cooling capacity and condensation capacity is high by the condenser.
  • An arrangement of the fuel cell system in the front of the vehicle also has the advantage that the paths to any other vehicle components to be cooled, such as an air conditioner, a vehicle or powertrain, are very short, which contributes to a high cooling capacity of the motor vehicle, being particularly advantageous to a conventional Motor vehicle radiator can be dispensed with.
  • An arrangement of the fuel cell system in the rear region of the motor vehicle has the advantage that there are very short paths to the exhaust gas outlet of the motor vehicle, into which fuel cell exhaust gases can be well introduced and thereby optimally diluted.
  • additional advantageous Einströmpositionen such as. in front of the wheel arches, given.
  • the heat transfer to the ambient air is facilitated by the higher temperature difference.
  • the additional heat exchanger is eliminated, which costs and weight can be reduced and space can be gained.
  • the condensation temperature can be reduced with the same power, which reduces the pressure in the system. This increases the efficiency of the system and the temperature in the bipolar plate stack and increases the life of the membrane and thereby of the entire system.
  • the motor vehicle is cooled optimally and space-saving and has a high power density.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a fuel cell system according to the invention
  • FIG. 2 shows the temperature profile using the fuel cell system according to the invention
  • FIG. 3 shows an overview of heat transfers of the fuel cell system according to the invention from FIG. 1,
  • Figure 4 is an overview of heat transfer in a system according to the prior art
  • Figure 5 is a schematic condenser according to an advantageous
  • FIG. 1 the fuel cell stack is shown only schematically as anode 2 and cathode 3.
  • the anode 2 is connected to a hydrogen supply 4.
  • the cathode 3 is connected to a cooling circuit 5.
  • a condenser 6 is arranged, which is formed in the present case of the radiator of a motor vehicle.
  • This condenser 6 on the one hand, the exhaust air of the cathode 3 and on the other hand fresh air, so in particular wind, which surrounds the fuel cell system supplied.
  • By cooling the cathode exhaust air through the condenser. 6 is condensed water contained in the exhaust air, which can be used to re-humidify the fuel cell stack.
  • the cathode 3 is connected at its supply air side to a compressor 7, which communicates with an air inlet 8. Furthermore, the condenser 6 is connected to an expander 9, which communicates with an exhaust gas outlet 10.
  • a line 18 is advantageously provided, which is connected to the condenser 6.
  • the condenser 6 now advantageously comprises at least one air channel, which is connected via the line 18 to the arranged after the compressor 7 portion of the supply air side 17 of the cathode 3.
  • the cathode supply air which is heated after passing through the compressor 7, are cooled by the condenser 6.
  • an air conveying device 19 is connected to the condenser 6.
  • Figure 2 shows the temperature profile, which is adjusted using the fuel cell system 1 according to the invention.
  • the horizontal lines indicate the temperature of the condenser, the cooling medium and the environment.
  • FIG. 3 is a schematic overview of heat transfers of the fuel cell system according to the invention from FIG. 1.
  • a region A fresh air, for example from the environment of a force vehicle, streamed.
  • the fresh air impinges on the condenser 6, which has, for example as a wall, a metal layer B.
  • a first heat transfer is present.
  • On another side of the condenser 6 flows relatively warm cathode exhaust air from the region F in the condenser 6 and also applies here to the example formed as a metal layer B wall, which represents a second heat transfer.
  • heat is transferred from the warm cathode exhaust air to the fresh air flowing through the condenser 6.
  • the cathode exhaust air is cooled by the fresh air from the automotive environment and condensed water contained in the cathode exhaust air, which is available for re-humidification of the fuel cell system. There are thus two heat transfer in the fuel cell system according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic overview of heat transfers in a motor vehicle provided with a fuel cell system which, as known in the prior art, has a motor vehicle radiator and a separately arranged fuel cell system cooler or water-cooled fuel cell system condenser.
  • Fresh air flows from a region A again, which is supplied to a motor vehicle radiator.
  • the fresh air meets a trained as a metal layer B wall of the motor vehicle radiator, whereby a first heat transfer is justified.
  • coolant is flown, which is cooled by the fresh air from the area A.
  • the coolant also meets the trained as a metal layer B wall of the motor vehicle radiator, which justifies a second heat transfer.
  • the coolant is, for example via a cooling circuit by a pump P via a coolant area D the fuel cell system fed there and meets a trained as another metal layer E wall of a fuel cell system condenser.
  • a third heat transfer is justified.
  • hot cathode exhaust air is impinged from the region F, which is cooled by the coolant from region D.
  • a heat transfer is established by the flow of the cathode exhaust air from the region F onto the wall formed by way of example as metal layer E.
  • This conventional system thus has four heat transfers.
  • FIGS. 3 and 4 show that the inventive configuration of the fuel cell system effectively saves two heat transfers, thereby maximizing the cooling capacity.
  • FIG. 5 shows a schematic condenser 6 according to an advantageous embodiment of the invention.
  • the condenser 6 is shown in the form of a cuboid component with six surfaces. Of the six surfaces in each case two surfaces belong together in pairs, for reasons of flow, preferably the respective opposite sides of the cuboid.
  • a component 11 to be cooled is arranged.
  • a further surface 12 of the condenser 6 for example, warm cathode exhaust air is flown and passed through the condenser.
  • the condenser 6 By the component to be cooled 1 1 and the condenser 6 connecting surface 16 to be cooled component 1 1 is also cooled by the condenser 6.
  • the cuboidal representation of the condenser 6 is only an exemplary schematic illustration.
  • the condenser 6 can take any form and be structured differently depending on the requirement profile.
  • the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.

Abstract

The present invention relates to a fuel cell system for a motor vehicle, comprising a cathode and an anode, wherein the anode is connected to a hydrogen supply and the cathode is connected to an air supply and a cooling circuit, in which a condenser is arranged. In order to create a fuel cell system of the aforementioned type having a simplified cooling, it is proposed according to the invention that the condenser is designed as an air/air heat exchanger.

Description

Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug  Fuel cell system for a motor vehicle and motor vehicle
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Kathode und einer Anode, wobei die Anode mit einer Wasserstoffversorgung und die Kathode mit einer Luftversorgung und mit einem Kühlkreislauf verbunden ist, in dem ein Kondenser angeordnet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das ein solches Brennstoffzellensystem umfasst. The present invention relates to a fuel cell system for a motor vehicle, comprising a cathode and an anode, wherein the anode is connected to a hydrogen supply and the cathode is connected to an air supply and to a cooling circuit in which a condenser is arranged. The present invention further relates to a motor vehicle comprising such a fuel cell system.
Brennstoffzellensysteme für hohe Leistungen benötigen externe Befeuchter, um eine Befeuchtung der Membran sicherzustellen. Alternativ kann eine direkte Bespritzung mit Wasser in der Luftzuleitung der Kathode oder direkt im Bipolarplatten-Stapel erfolgen, um die Membran zu befeuchten und den Bipolarplatten-Stapel zu kühlen. Im erstgenannten Fall wird die Kühlung des Bipolarplatten-Stapels durch einen Kühl- kreislauf zwischen dem Kühler eines Kraftfahrzeuges und dem Bipolarplatten-Stapel realisiert. Mit der Kühlung, die den latenten Wärmeübergang des Wassers von der Flüssig- zur Gasphase nutzt, ist ein Kühlkreislauf zwischen einem Kondenser und dem Kühler des Kraftfahrzeuges realisiert. Der Kondenser kühlt die Kathodenluft auf mindes- tens eine Temperatur herab, bei der die Abluft mindestens das gespeicherte Wasser abgibt, welches sie bei der Einspritzung aufgenommen hat. Dies ist zwingend erforderlich, da kein zusätzliches Wasserreser- voir im Kraftfahrzeug mitgeführt werden muss, allenfalls ein kleines Pufferreservoir. High-capacity fuel cell systems require external humidifiers to ensure humidification of the membrane. Alternatively, a direct spraying with water in the air supply line of the cathode or directly in the bipolar plate stack can be done to moisten the membrane and to cool the bipolar plate stack. In the former case, the cooling of the bipolar plate stack is realized by a cooling circuit between the radiator of a motor vehicle and the bipolar plate stack. With the cooling, which uses the latent heat transfer of the water from the liquid to the gas phase, a cooling circuit between a condenser and the radiator of the motor vehicle is realized. The condenser cools the cathode air to at least one temperature at which the exhaust air releases at least the stored water which it has absorbed during the injection. This is mandatory as there is no additional water voir must be carried in the vehicle, possibly a small buffer reservoir.
Durch den Einsatz der Be-/Entfeuchtereinheit entsteht vor dem Bipolarplatten-Stapel ein Druckverlust, der dessen Leistung herabsetzt. Da am Ausgang, d. h. auf der dem Befeuchter gegenüberliegenden Seite, ebenfalls eine Entfeuchtereinheit benötigt wird, erhöht sich der Druckverlust weiter. Die direkte Wassereinspritzung bringt durch die einfachere Bauweise, die durch Wegfall des externen Befeuchters und den Wegfall der Kühlplatten im Bipolarplatten-Stapel bedingt ist, zwar Vorteile, hat aber hinsichtlich der Kühlung Nachteile. Für die Auskondensation des Wassers muss die Abluft abgekühlt werden, um das Wasser auszukondensieren. Hierzu sind im Verhältnis zum direktgekühlten System geringere Temperaturen notwendig. By using the humidifier / dehumidifier unit creates a pressure loss before the bipolar plate stack, which reduces its performance. Because at the exit, d. H. on the opposite side of the humidifier, also a dehumidifying unit is needed, the pressure loss increases further. The direct water injection brings about the simpler design, which is due to elimination of the external humidifier and the elimination of the cooling plates in the bipolar plate stack, although benefits, but has disadvantages in terms of cooling disadvantages. For the condensation of the water, the exhaust air must be cooled to condense the water. For this purpose, lower temperatures are necessary in relation to the direct-cooled system.
Durch den zusätzlichen Kühlkreislauf zwischen dem Kondenser und dem Kühler des Kraftfahrzeuges wird hier ein weiterer Wärmeübergang verwendet. Da bei großen Brennstoffzellensystemen gerade die Kühlung eine Herausforderung ist, stellt dies einen Nachteil dieser Technologie im Vergleich zu den direktgekühlten Systemen dar. Hinsichtlich des Druckverlustes und des Bauraums bietet aber dieses System Vorteile, da die Befeuchtereinheit wegfallen kann. Due to the additional cooling circuit between the condenser and the radiator of the motor vehicle, a further heat transfer is used here. Cooling is a challenge for large fuel cell systems, which is a disadvantage of this technology compared to the direct-cooled systems. However, this system offers advantages in terms of pressure loss and installation space since the humidification unit can be eliminated.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brennstoffzellensystem der eingangs genannten Art mit einer vereinfachten Kühlung zu schaffen. Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem mit optimierter, bauraumsparender und dennoch hoch effizienter Kühlung bereitzustellen. Based on this prior art, it is therefore an object of the present invention to provide a fuel cell system of the type mentioned above with a simplified cooling. Furthermore, it is an object of the present invention, a motor vehicle with a To provide fuel cell system with optimized, space-saving and yet highly efficient cooling.
Die Aufgabe wird bei einem Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahr- zeug, mit einer Kathode und einer Anode, wobei die Anode mit einer Wasserstoffversorgung und die Kathode mit einer Luftversorgung und mit einem Kühlkreislauf verbunden ist, in dem ein Kondenser angeordnet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kondenser als Luft/Luft-Wärmetauscher ausgebildet ist. Einströmende Frischluft (ins- besondere Fahrtwind), die dem Kondenser zugeführt wird, wird somit dazu verwandt, die aus der Kathode ausströmende, und dem Kondenser zugeleitete Abluft zu kühlen. Durch das Abkühlen der Kathodenabluft wird in der Abluft enthaltenes Wasser auskondensiert, das zur erneuten Befeuchtung der Brennstoffzelle bzw. der Brennstoffzellen verwendet werden kann. The object is achieved in a fuel cell system for a motor vehicle, having a cathode and an anode, wherein the anode is connected to a hydrogen supply and the cathode is connected to an air supply and to a cooling circuit in which a condenser is arranged the condenser is designed as an air / air heat exchanger. Incoming fresh air (in particular wind), which is supplied to the condenser, is thus used to cool the outgoing from the cathode, and the condenser supplied exhaust air. By cooling the cathode exhaust water contained in the exhaust air is condensed out, which can be used to re-humidify the fuel cell or the fuel cell.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Kondenser von dem Kühler des Kraftfahrzeuges gebildet, dem einerseits Frischluft, und insbesondere Fahrtwind, und andrerseits die Abluft der Kathode zugeführt wird. Dies ermöglicht eine sehr effiziente Kühlung der Kathodenabluft und damit Kondensation des in der Kathodenabluft enthaltenen Was- sers, da Frischluft aus dem Fahrtwind jederzeit ausreichend zur Verfügung steht. Durch die Bewegung des Kraftfahrzeugs wird die Frischluft um den Kondenser permanent neu umgewälzt, wobei durch das kontinuierliche Anströmen der Frischluft aus dem Fahrtwind an den Kondenser eine Wärmeübertragung im Kondenser maximal und die Kondensationsleistung bzw. Kühlleistung des Kondensers gesteigert ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist mit dem Kondenser eine Luftfördervorrichtung verbunden. Die Luftfördervorrichtung ist eingerichtet eine zusätzliche Kühlung des Brennstoffzellensystems herbeizufüh- ren bzw. auch im unbewegten Zustand des Brennstoffzellensystems, wenn die Frischluftzufuhr, insbesondere aus dem Fahrtwind, sehr gering ist oder nicht vorhanden ist, dem Kondenser Frischluft zuzuführen und im Kondenser eine ausreichende Auskondensation von Wasser aus der Kathodenabluft zu fördern. The dependent claims contain advantageous developments and refinements of the invention. According to an advantageous development of the condenser is formed by the radiator of the motor vehicle, on the one hand fresh air, and in particular wind, and on the other hand, the exhaust air of the cathode is supplied. This allows a very efficient cooling of the cathode exhaust air and thus condensation of the water contained in the cathode exhaust air, since fresh air from the airstream is at any time sufficiently available. By the movement of the motor vehicle, the fresh air is circulated permanently around the condenser, with a heat transfer in Kondenser maximum and the condensation capacity or cooling capacity of the condenser is increased by the continuous flow of fresh air from the wind to the condenser. According to an advantageous development, an air conveying device is connected to the condenser. The air conveying device is set up to bring about additional cooling of the fuel cell system or also in the stationary state of the fuel cell system, when the fresh air supply, in particular from the airstream, is very low or absent, supplying fresh air to the condenser and sufficient condensation of water in the condenser to promote from the cathode exhaust air.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung die Kathode an ihrer Zuluftseite mit einem Kompressor verbunden, der mit einem Luft- einlass in Verbindung steht. Dies erhöht die Effizienz des Brennstoffzellensystems und damit dessen Energieausbeute. Furthermore, according to a preferred embodiment, the cathode is connected at its supply air side with a compressor which communicates with an air inlet. This increases the efficiency of the fuel cell system and thus its energy yield.
Bevorzugt ist der Kondenser mit einem Expander verbunden, der mit einem Abgasauslass in Verbindung steht. Der Expander kann dabei vor oder nach dem Kondenser angeordnet sein. Ist der Expander beispielhaft nach dem Kondenser angeordnet, so wird die Abluft durch das Ein- strömen der Abluft des Kondensers in den Expander expandiert und dadurch weiter abgekühlt. Somit kann die Temperatur der Kathodenabluft auf ein niedrigeres Niveau abgesenkt und eine Auskondensation von weiterem Wasser gefördert werden. Ist der Expander vor dem Kondenser angeordnet, so wird die Kathodenabluft zunächst durch Ex- pansion abgekühlt. Die vorgekühlte Kathodenabluft wird sodann dem Kondenser zugeführt, wo sie weiter abgekühlt und Wasser aus ihr auskondensiert wird. Durch das Einströmen von bereits vorgekühlter Ka- thodenabluft in den Kondenser kann ggf. sogar eine höhere Menge an Wasser aus der Kathodenabluft auskondensiert werden. Weiter vorteilhaft ist vorgesehen, dass das Brennstoffzellensystem einen zweiten Kondenser umfasst, wobei zwischen dem Kondenser und dem zweiten Kondenser ein Expander angeordnet ist. Hierdurch kann eine besonders effiziente Abkühlung der Kathodenabluft erfolgen. Das Abkühlen erfolgt in drei Stufen unter Ausnutzung des Joule-Thomson- Effekts, wobei die Anordnung von zwei Kondensern eine zweimalige und damit sehr effiziente Wasserabscheidung ermöglicht. Preferably, the condenser is connected to an expander which communicates with an exhaust gas outlet. The expander can be arranged before or after the condenser. If the expander is arranged, for example, after the condenser, then the exhaust air is expanded by the inflow of the exhaust air of the condenser into the expander and thereby further cooled. Thus, the temperature of the cathode exhaust air can be lowered to a lower level and a condensation of further water can be promoted. If the expander is arranged in front of the condenser, the cathode exhaust air is first cooled by expansion. The pre-cooled cathode exhaust air is then fed to the condenser where it is further cooled and water is condensed out of it. Due to the inflow of already pre-cooled cathode exhaust air into the condenser, it may even be possible to condense out a larger amount of water from the cathode exhaust air. Further advantageously, it is provided that the fuel cell system comprises a second condenser, wherein an expander is arranged between the condenser and the second condenser. This allows a particularly efficient cooling of the cathode exhaust air done. The cooling takes place in three stages by utilizing the Joule-Thomson effect, whereby the arrangement of two condensers enables a two-time and therefore very efficient separation of water.
Um die Kühlleistung des Kondensers maximal auszunutzen ist vorteil- haft vorgesehen, dass an dem Kondenser mindestens ein weiteres zu kühlendes Bauteil angeordnet ist. Das Bauteil grenzt hierzu direkt an eine Fläche des Kondensers an, so dass ein effizienter Wärmeaustausch erfolgen kann, ohne dass durch das Vorsehen von weiteren Kühlleitungen zusätzliche Wärmeübergange in das Brennstoffzellensys- tem eingebracht werden, die die Kühlleistung des Kondensers herabsetzen. In order to make maximum use of the cooling capacity of the condenser, it is advantageously provided that at least one further component to be cooled is arranged on the condenser. For this purpose, the component directly adjoins a surface of the condenser, so that an efficient heat exchange can take place without additional heat transitions being introduced into the fuel cell system by the provision of further cooling lines, which reduce the cooling capacity of the condenser.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems umfasst der Kondenser zusätzlich mindestens einen Flüssigkühlmittelkanal. Hierdurch wird es möglich, auch zu dem Brennstoffzellensystem beabstandet angeordnete weitere Bauteile an der Kühlleistung des Kondensers teilhaben zu lassen. According to an advantageous development of the fuel cell system according to the invention, the condenser additionally comprises at least one liquid coolant channel. This makes it possible, even to the fuel cell system spaced apart arranged further components to participate in the cooling capacity of the condenser.
Weiter vorteilhaft umfasst der Kondenser mindestens einen Luftkanal, der mit einem nach dem Kompressor angeordneten Abschnitt der Zuluftseite der Kathode verbunden ist. Erfindungsgemäß wird damit die Kathodenzuluft, die nach dem Durchlaufen durch den Kompressor erwärmt ist, durch den Kondenser erneut abgekühlt. Durch diese Anordnung kann eine Kühlung der Kathodenzuluft erzielt werden, ohne dass hierfür ein separater Ladeluftkühler vorgesehen werden muss. Dies spart Bauraum und Kosten für das Brennstoffzellensystem. Zudem kann die Leistungsdichte des Brennstoffzellensystems erhöht werden. Further advantageously, the condenser comprises at least one air channel, which is connected to a arranged after the compressor portion of the supply air side of the cathode. Thus, according to the invention, the cathode feed, which has been heated after passing through the compressor, is cooled again by the condenser. By virtue of this arrangement, cooling of the cathode feed air can be achieved without the need for a separate intercooler. This Saves installation space and costs for the fuel cell system. In addition, the power density of the fuel cell system can be increased.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, das ein wie vorstehend beschriebenes Brennstoffzellensystem umfasst. Beispielhaft lässt sich der Kondenser als quaderförmiges Bauteil darstellen, in das von einer ersten Seite relativ kühle Frischluft aus der Kraftfahrzeugumgebung einströmt. Von einer zweiten Seite strömt warme Kathodenabluft in den Kondenser. Durch die Ausbildung von entsprechenden Kanä- len im Kondenser vermischen sich die jeweiligen Luftströme nicht, tauschen aber Wärme aus, so dass die relativ warme Kathodenabluft gekühlt und darin enthaltenes Wasser auskondensiert und relativ kalte Frischluft erwärmt wird. Der Kondenser ist damit als Luft/Luft- Wärmetauscher ausgebildet, was aufgrund des Wegfalls von Wärme- Übergängen eine hohe Kühlleistung des Kondensers bedingt. Zudem kann ein wassergekühlter Fahrzeugkühler, wie er herkömmlich als Kraftfahrzeugkühler verwendet wird, entfallen. Der erfindungsgemäße Kondenser ist als Luft/Luft-Wärmetauscher ausgebildet und übernimmt damit die Funktion eines wassergekühlten Kraftfahrzeugkühlers sowie eines wassergekühlten Kathodenabluftkühlers bzw. eines wassergekühlten Kathodenabluftkondensers. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zeichnet sich damit durch eine optimierte, bauraumsparender und dennoch hoch effizienter Kühlung aus. Die für das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem beschriebenen Vorteile und vorteilhaften Effekte und Weiterbildungen finden auch Anwendung auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. The present invention also relates to a motor vehicle comprising a fuel cell system as described above. By way of example, the condenser can be represented as a block-shaped component into which relatively cool fresh air from the motor vehicle environment flows in from a first side. From a second side warm cathode exhaust flows into the condenser. As a result of the formation of corresponding channels in the condenser, the respective air streams do not mix, but exchange heat, so that the relatively warm cathode exhaust air is cooled and water contained in it condenses out and relatively cold fresh air is heated. The condenser is thus designed as an air / air heat exchanger, which causes due to the elimination of heat transitions, a high cooling capacity of the condenser. In addition, a water-cooled vehicle radiator, as it is conventionally used as a motor vehicle radiator, omitted. The condenser according to the invention is designed as an air / air heat exchanger and thus assumes the function of a water-cooled motor vehicle radiator and a water-cooled cathode exhaust cooler or a water-cooled cathode exhaust condenser. The motor vehicle according to the invention is thus characterized by an optimized, space-saving and yet highly efficient cooling. The advantages and advantageous effects and developments described for the fuel cell system according to the invention are also applicable to the motor vehicle according to the invention.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sieht vor, dass das Brennstoffzellensystem im Vorderwagen des Kraft- fahrzeugs angeordnet ist. Hier ist die Menge an einströmender Luft durch den Fahrtwind sehr hoch, so dass eine Kühlleistung und Kondensationsleistung durch den Kondenser hoch ist. Eine Anordnung des Brennstoffzellensystems im Vorderwagen hat ferner den Vorteil, dass die Wege zu etwaigen weiteren zu kühlenden Fahrzeugkomponenten, wie z.B. eine Klimaanlage, ein Fahrzeugstrang oder Antriebsstrang, sehr kurz sind, was zu einer hohen Kühlleistung des Kraftfahrzeugs beiträgt, wobei besonders vorteilhaft auf einen herkömmlichen Kraftfahrzeugkühler verzichtet werden kann. An advantageous development of the motor vehicle according to the invention provides that the fuel cell system in the front of the vehicle vehicle is arranged. Here, the amount of incoming air through the wind is very high, so that a cooling capacity and condensation capacity is high by the condenser. An arrangement of the fuel cell system in the front of the vehicle also has the advantage that the paths to any other vehicle components to be cooled, such as an air conditioner, a vehicle or powertrain, are very short, which contributes to a high cooling capacity of the motor vehicle, being particularly advantageous to a conventional Motor vehicle radiator can be dispensed with.
Eine Anordnung des Brennstoffzellensystems im Unterflur des Kraftfahrzeugs führt zwar zu weiteren Kühlwegen, insbesondere beim An- schluss weiterer zu kühlender Komponenten an den Kondenser, dies wird jedoch durch die hohe Frischluft-Strömungsgeschwindigkeit und Frischluftverwirbelungen im Unterflurbereich des Kraftfahrzeugs kompensiert. Although an arrangement of the fuel cell system in the underfloor of the motor vehicle leads to further cooling paths, especially when connecting other components to be cooled to the condenser, this is compensated by the high fresh air flow rate and fresh air turbulence in the underfloor area of the motor vehicle.
Eine Anordnung des Brennstoffzellensystems im Heckbereich des Kraftfahrzeugs hat den Vorteil, dass sehr kurze Wege zum Abgasaus- lass des Kraftfahrzeugs vorliegen, in die Brennstoffzellenabgase gut eingeleitet werden können und sich dadurch optimal verdünnen. Zudem ist hier eine Nähe zu zusätzlich vorteilhaften Einströmpositionen, wie z.B. vor den Radkästen, gegeben. An arrangement of the fuel cell system in the rear region of the motor vehicle has the advantage that there are very short paths to the exhaust gas outlet of the motor vehicle, into which fuel cell exhaust gases can be well introduced and thereby optimally diluted. In addition, there is a proximity to additional advantageous Einströmpositionen, such as. in front of the wheel arches, given.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich folgende Vorteile: Der Wärmeübergang von der Abluft zum festen Medium des Wärmetauschers wird durch die erhöhte Temperaturdifferenz verbessert. Due to the solution according to the invention, the following advantages result: The heat transfer from the exhaust air to the solid medium of the heat exchanger is improved by the increased temperature difference.
Der Wärmeübergang auf die Umgebungsluft wird durch die höhere Temperaturdifferenz erleichtert.  The heat transfer to the ambient air is facilitated by the higher temperature difference.
Bei gleichen Temperaturdifferenzen wird mehr Wärme abgeführt. Dadurch ergeben sich höhere Leistungen des Systems.  At the same temperature differences more heat is dissipated. This results in higher system performance.
Der zusätzliche Wärmetauscher entfällt, wodurch Kosten und Gewicht reduziert und Bauraum gewonnen werden kann.  The additional heat exchanger is eliminated, which costs and weight can be reduced and space can be gained.
- Alle Vorteile, die durch die Kühlung mit der Flüssigwassereinspritzung zusammenhängen (z. B. nur eine Bipolarplatte, geringere Bauhöhe ca. 30% Ersparnis, bessere Kaltstartfähigkeit durch geringere thermische Masse). - All the advantages associated with liquid water injection due to cooling (eg only one bipolar plate, lower overall height approx. 30% savings, better cold start capability due to lower thermal mass).
Die Auskondensierungstemperatur kann bei gleicher Leistung redu- ziert werden, wodurch der Druck im System sinkt. Dies steigert den Wirkungsgrad des Systems und die Temperatur im Bipolarplatten- Stapel und erhöht die Lebensdauer der Membran und dadurch des gesamten Systems.  The condensation temperature can be reduced with the same power, which reduces the pressure in the system. This increases the efficiency of the system and the temperature in the bipolar plate stack and increases the life of the membrane and thereby of the entire system.
Weitere zu kühlende Bauteile bzw. Komponenten können direkt an den Kondenser angeschlossen werden und damit ohne separate Kühlvorrichtungen gekühlt werden.  Further components or components to be cooled can be connected directly to the condenser and thus cooled without separate cooling devices.
Durch zusätzliche Expansion der Luftströme kann eine besonders effiziente Luftkühlung und hohe Kondensationsrate von Wasser erzielt werden.  By additional expansion of the air streams, a particularly efficient air cooling and high condensation rate of water can be achieved.
- Das Kraftfahrzeug wird optimal und bauraumsparend gekühlt und verfügt über eine hohe Leistungsdichte. - The motor vehicle is cooled optimally and space-saving and has a high power density.
- Auf zusätzliche Kraftfahrzeugkühler und ggf. auch Ladeluftkühler kann verzichtet werden. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigen: - On additional vehicle radiator and possibly also intercooler can be dispensed with. Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description with reference to the drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems, FIG. 1 shows a schematic view of a fuel cell system according to the invention,
Figur 2 den Temperaturverlauf unter Verwendung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems,  FIG. 2 shows the temperature profile using the fuel cell system according to the invention,
Figur 3 eine Übersicht über Wärmeübergänge des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems aus Figur 1 ,  FIG. 3 shows an overview of heat transfers of the fuel cell system according to the invention from FIG. 1,
Figur 4 eine Übersicht über Wärmeübergänge in einem System gemäß dem Stand der Technik und  Figure 4 is an overview of heat transfer in a system according to the prior art and
Figur 5 einen schematisierten Kondenser gemäß einer vorteilhaften  Figure 5 is a schematic condenser according to an advantageous
Weiterbildung der Erfindung.  Development of the invention.
In den Figuren sind nur die hier interessierenden Teile des Brennstoffzellensystems dargestellt, alle übrigen Elemente sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. In Figur 1 ist der Brennstoffzellenstapel lediglich schematisch als Anode 2 und Kathode 3 dargestellt. In the figures, only the parts of the fuel cell system of interest here are shown, all other elements are omitted for clarity. In FIG. 1, the fuel cell stack is shown only schematically as anode 2 and cathode 3.
Die Anode 2 ist mit einer Wasserstoffversorgung 4 verbunden. Die Kathode 3 ist an einen Kühlkreislauf 5 angeschlossen. In diesem Kühl- kreislauf 5 ist ein Kondenser 6 angeordnet, der im vorliegenden Fall von dem Kühler eines Kraftfahrzeuges gebildet ist. Diesem Kondenser 6 wird einerseits die Abluft der Kathode 3 und andererseits Frischluft, also insbesondere Fahrtwind, der das Brennstoffzellensystem umgibt, zugeführt. Durch das Abkühlen der Kathodenabluft durch den Kondenser 6 wird in der Abluft enthaltenes Wasser auskondensiert, das zur erneuten Befeuchtung des Brennstoffzellenstapels verwendet werden kann. The anode 2 is connected to a hydrogen supply 4. The cathode 3 is connected to a cooling circuit 5. In this cooling circuit 5, a condenser 6 is arranged, which is formed in the present case of the radiator of a motor vehicle. This condenser 6 on the one hand, the exhaust air of the cathode 3 and on the other hand fresh air, so in particular wind, which surrounds the fuel cell system supplied. By cooling the cathode exhaust air through the condenser. 6 is condensed water contained in the exhaust air, which can be used to re-humidify the fuel cell stack.
Die Kathode 3 ist an ihrer Zuluftseite mit einem Kompressor 7 verbun- den, der mit einem Lufteinlass 8 in Verbindung steht. Des Weiteren ist der Kondenser 6 mit einem Expander 9 verbunden, der mit einem Ab- gasauslass 10 in Verbindung steht. The cathode 3 is connected at its supply air side to a compressor 7, which communicates with an air inlet 8. Furthermore, the condenser 6 is connected to an expander 9, which communicates with an exhaust gas outlet 10.
In einem Abschnitt der Zuluftseite 17, der zwischen dem Kathodenein- lass und dem Kompressor 7 angeordnet ist, ist vorteilhaft eine Leitung 18 vorgesehen, die mit dem Kondenser 6 verbunden ist. Der Kondenser 6 umfasst nun vorteilhaft mindestens einen Luftkanal, der über die Leitung 18 mit dem nach dem Kompressor 7 angeordneten Abschnitt der Zuluftseite 17 der Kathode 3 verbunden ist. Damit kann die Kathoden- zuluft, die nach dem Durchlaufen durch den Kompressor 7 erwärmt ist, durch den Kondenser 6 abgekühlt werden. In a section of the supply air side 17, which is arranged between the cathode inlet and the compressor 7, a line 18 is advantageously provided, which is connected to the condenser 6. The condenser 6 now advantageously comprises at least one air channel, which is connected via the line 18 to the arranged after the compressor 7 portion of the supply air side 17 of the cathode 3. Thus, the cathode supply air, which is heated after passing through the compressor 7, are cooled by the condenser 6.
Wie in Figur 1 ferner gezeigt ist, ist mit V dem Kondenser 6 eine Luftfördervorrichtung 19 verbunden. As further shown in FIG. 1, an air conveying device 19 is connected to the condenser 6.
Figur 2 zeigt den Temperaturverlauf, der sich unter Einsatz des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems 1 einstellt. Dabei bezeichnen die horizontalen Linien die Temperatur des Kondensers, des Kühlmedium und der Umgebung. Rechts von der gestrichelten vertikalen Linie ist der Temperaturverlauf gemäß dem Stand der Technik dargestellt, links der sich gemäß der Erfindung einstellende Temperaturverlauf. Figure 2 shows the temperature profile, which is adjusted using the fuel cell system 1 according to the invention. The horizontal lines indicate the temperature of the condenser, the cooling medium and the environment. To the right of the dashed vertical line, the temperature profile according to the prior art is shown, left of the adjusting temperature curve according to the invention.
Figur 3 ist eine schematische Übersicht über Wärmeübergänge des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems aus Figur 1. In einem Be- reich A wird Frischluft, beispielsweise aus der Umgebung eines Kraft- fahrzeugs, angeströmt. Die Frischluft trifft auf den Kondenser 6, der beispielsweise als Wandung eine Metallschicht B aufweist. Zwischen der Frischluft aus dem Bereich A und dem Kondenser 6 ist somit ein erster Wärmeübergang vorhanden. Auf einer weiteren Seite des Kondensers 6 strömt relativ warme Kathodenabluft aus dem Bereich F in den Kondenser 6 ein und trifft auch hier auf die beispielhaft als Metallschicht B ausgebildete Wandung, was einen zweiten Wärmeübergang darstellt. Im Kondenser 6 findet ein Wärmeübertrag von der warmen Kathodenabluft auf die den Kondenser 6 durchströmende Frisch- luft statt. Die Kathodenabluft wird durch die Frischluft aus der Kraftfahrzeugumgebung gekühlt und in der Kathodenabluft enthaltenes Wasser auskondensiert, das zu einer erneuten Befeuchtung des Brennstoffzellensystems zur Verfügung steht. Es sind damit im erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem zwei Wärmeübergänge vorhanden. FIG. 3 is a schematic overview of heat transfers of the fuel cell system according to the invention from FIG. 1. In a region A fresh air, for example from the environment of a force vehicle, streamed. The fresh air impinges on the condenser 6, which has, for example as a wall, a metal layer B. Between the fresh air from the area A and the condenser 6 thus a first heat transfer is present. On another side of the condenser 6 flows relatively warm cathode exhaust air from the region F in the condenser 6 and also applies here to the example formed as a metal layer B wall, which represents a second heat transfer. In the condenser 6, heat is transferred from the warm cathode exhaust air to the fresh air flowing through the condenser 6. The cathode exhaust air is cooled by the fresh air from the automotive environment and condensed water contained in the cathode exhaust air, which is available for re-humidification of the fuel cell system. There are thus two heat transfer in the fuel cell system according to the invention.
Im Vergleich zu Figur 3 gibt Figur 4 eine schematische Übersicht über Wärmeübergänge in einem mit einem Brennstoffzellensystem versehenen Kraftfahrzeug, das, wie im Stand der Technik bekannt, einen Kraftfahrzeugkühler und einen separat angeordneten Brennstoffzellensys- temkühler bzw. wassergekühlten Brennstoffzellensystemkondenser aufweist. Erneut strömt aus einem Bereich A Frischluft an, die einem Kraftfahrzeugkühler zugeleitet wird. Hier trifft die Frischluft auf eine als Metallschicht B ausgebildete Wandung des Kraftfahrzeugkühlers, wodurch ein erster Wärmeübergang begründet wird. Auf einer weiteren Seite des Kraftfahrzeugkühlers C wird Kühlmittel angeströmt, das durch die Frischluft aus dem Bereich A gekühlt wird. Dazu trifft das Kühlmittel ebenfalls auf die als Metallschicht B ausgebildete Wandung des Kraftfahrzeugkühlers, was einen zweiten Wärmeübergang begründet. Das Kühlmittel wird beispielsweise über einen Kühlkreislauf durch eine Pumpe P über einen Kühlmittelbereich D dem Brennstoffzellensystem zugeführt und trifft dort auf eine als weitere Metallschicht E ausgebildete Wandung eines Brennstoffzellensystemkondensers. Hierdurch wird ein dritter Wärmeübergang begründet. Auf einer weiteren Seite der als Metallschicht E ausgebildeten Wandung des wassergekühlten Brennstoffzellensystemkondensers wird aus dem Bereich F warme Ka- thodenabluft angeströmt, die durch das Kühlmittel aus dem Bereich D gekühlt wird. Auch auf dieser Seite des Brennstoffzellensystems wird durch das Anströmen der Kathodenabluft aus dem Bereich F an die beispielhaft als Metallschicht E ausgebildete Wandung ein Wärmeüber- gang begründet. Dieses herkömmliche System weist somit vier Wärmeübergänge auf. Compared to FIG. 3, FIG. 4 shows a schematic overview of heat transfers in a motor vehicle provided with a fuel cell system which, as known in the prior art, has a motor vehicle radiator and a separately arranged fuel cell system cooler or water-cooled fuel cell system condenser. Fresh air flows from a region A again, which is supplied to a motor vehicle radiator. Here the fresh air meets a trained as a metal layer B wall of the motor vehicle radiator, whereby a first heat transfer is justified. On another side of the motor vehicle radiator C coolant is flown, which is cooled by the fresh air from the area A. For this purpose, the coolant also meets the trained as a metal layer B wall of the motor vehicle radiator, which justifies a second heat transfer. The coolant is, for example via a cooling circuit by a pump P via a coolant area D the fuel cell system fed there and meets a trained as another metal layer E wall of a fuel cell system condenser. As a result, a third heat transfer is justified. On another side of the wall of the water-cooled fuel cell system condenser designed as metal layer E, hot cathode exhaust air is impinged from the region F, which is cooled by the coolant from region D. On this side of the fuel cell system, too, a heat transfer is established by the flow of the cathode exhaust air from the region F onto the wall formed by way of example as metal layer E. This conventional system thus has four heat transfers.
Ein Vergleich der Figuren 3 und 4 zeigt, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Brennstoffzellensystems effektiv zwei Wär- meübergänge eingespart werden, wodurch die Kühlleistung maximiert wird. A comparison of FIGS. 3 and 4 shows that the inventive configuration of the fuel cell system effectively saves two heat transfers, thereby maximizing the cooling capacity.
Figur 5 zeigt einen schematisierten Kondenser 6 gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung. Der Kondenser 6 ist in Form eines quaderförmigen Bauteils mit sechs Flächen dargestellt. Von den sechs Flächen gehören jeweils zwei Flächen paarweise zusammen, aus Strömungsgründen vorzugsweise die jeweils gegenüberliegenden Seiten des Quaders. Direkt an einer Fläche des Kondensers 6 ist ein zu kühlendes Bauteil 11 angeordnet. An einer weiteren Fläche 12 des Kondensers 6 wird beispielsweise warme Kathodenabluft angeströmt und durch den Kondenser geleitet. An einer Fläche 14 des Kondensers 6 wird Frischluft in den Kondenser 6 eingeströmt, die zum Kühlen der Kathodenab- luft verwendet wird und an der der Fläche 14 gegenüberliegenden Flä- che 15 wieder aus dem Kondenser 6 ausgeleitet wird. Die gekühlte Kathodenabluft und auch aus der Kathodenabluft auskondensiertes Wasser werden an der der Fläche 12 gegenüberliegenden Fläche 13 aus dem Kondenser 6 ausgeleitet. Figure 5 shows a schematic condenser 6 according to an advantageous embodiment of the invention. The condenser 6 is shown in the form of a cuboid component with six surfaces. Of the six surfaces in each case two surfaces belong together in pairs, for reasons of flow, preferably the respective opposite sides of the cuboid. Directly on a surface of the condenser 6, a component 11 to be cooled is arranged. On a further surface 12 of the condenser 6, for example, warm cathode exhaust air is flown and passed through the condenser. On a surface 14 of the condenser 6 fresh air is flowed into the condenser 6, which is used for cooling the cathode exhaust air and at the surface 14 opposite surface che 15 is discharged from the condenser 6 again. The cooled cathode exhaust air and also water condensed out of the cathode exhaust air are discharged from the condenser 6 on the surface 12 opposite the surface 12.
Durch die das zu kühlende Bauteil 1 1 und den Kondenser 6 verbindende Fläche 16 wird das zu kühlende Bauteil 1 1 ebenfalls durch den Kondenser 6 gekühlt. Die quaderförmige Darstellung des Kondensers 6 ist nur eine beispielhafte schematische Veranschaulichung. Der Kondenser 6 kann beliebige Formen annehmen und unterschiedlich, je nach Anforderungsprofil, strukturiert sein. Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen. By the component to be cooled 1 1 and the condenser 6 connecting surface 16 to be cooled component 1 1 is also cooled by the condenser 6. The cuboidal representation of the condenser 6 is only an exemplary schematic illustration. The condenser 6 can take any form and be structured differently depending on the requirement profile. The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and not for the purpose of limiting the invention. Various changes and modifications are possible within the scope of the invention without departing from the scope of the invention and its equivalents.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Brennstoffzellensystem1 fuel cell system
2 Anode 2 anodes
3 Kathode  3 cathode
4 Wasserstoffversorgung 4 hydrogen supply
5 Kühlkreislauf 5 cooling circuit
6 Kondenser  6 condensers
7 Kompressor  7 compressor
8 Lufteinlass  8 air intake
9 Expander  9 expander
10 Abgasauslass  10 exhaust outlet
1 1 zu kühlendes Bauteil 1 1 component to be cooled
12 Fläche des Kondensers12 area of the condenser
13 Fläche des Kondensers13 area of the condenser
14 Fläche des Kondensers14 area of the condenser
15 Fläche des Kondensers15 area of the condenser
16 verbindende Fläche16 connecting area
17 Abschnitt der Zuluftseite17 section of the supply air side
18 Leitung 18 line
19 Luftfördervorrichtung  19 air conveyor

Claims

Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug, mit einer Kathode und einer Anode, wobei die Anode mit einer Wasserstoffversorgung (4) und die Kathode mit einer Luftversorgung und mit einem Kühlkreislauf verbunden ist, in dem ein Kondenser angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondenser (6) als Luft/Luft- Wärmetauscher ausgebildet ist. Fuel cell system for a motor vehicle, comprising a cathode and an anode, wherein the anode is connected to a hydrogen supply (4) and the cathode is connected to an air supply and to a cooling circuit in which a condenser is arranged, characterized in that the condenser (6) is designed as an air / air heat exchanger.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kondenser (6) von dem Kühler des Kraftfahrzeuges gebildet ist, dem einerseits Frischluft, und insbesondere Fahrtwind, und andererseits die Abluft der Kathode (3) zugeführt wird. Fuel cell system according to claim 1, characterized in that the condenser (6) is formed by the radiator of the motor vehicle, on the one hand fresh air, and in particular wind, and on the other hand, the exhaust air of the cathode (3) is supplied.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Kondenser (6) eine Luftfördervorrichtung (19) verbunden ist. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that with the condenser (6) an air conveying device (19) is connected.
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (3) an ihrer Zuluftseite mit einem Kompressor (7) verbunden ist, der mit einem Lufteinlass (8) in Verbindung steht. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the cathode (3) is connected at its supply air side with a compressor (7) which communicates with an air inlet (8).
Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondenser (6) mit einem Expander (9) verbunden ist, der mit einem Abgasauslass (10) in Verbindung steht. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the condenser (6) is connected to an expander (9) which is in communication with an exhaust gas outlet (10).
6. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen zweiten Kondenser, wobei zwischen dem Kondenser (6) und dem zweiten Kondenser ein Expander (9) angeordnet ist. 6. Fuel cell system according to one of the preceding claims, further comprising a second condenser, wherein between the condenser (6) and the second condenser an expander (9) is arranged.
7. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kondenser (6) mindestens ein weiteres zu kühlendes Bauteil (1 1 ) angeordnet ist. 8. Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondenser (6) zusätzlich mindestens einen Flüssigkühlmittelkanal umfasst. 7. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that on the condenser (6) at least one further component to be cooled (1 1) is arranged. 8. Fuel cell system according to one of the preceding claims, characterized in that the condenser (6) additionally comprises at least one liquid coolant channel.
Brennstoffzellensystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondenser (6) mindestens einen Luftkanal umfasst, der mit einem nach dem Kompressor (7) angeordneten Abschnitt der Zuluftseite (17) der Kathode (3) verbunden ist. 10. Kraftfahrzeug umfassend ein Brennstoffzellensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Fuel cell system according to one of claims 4 to 8, characterized in that the condenser (6) comprises at least one air duct which is connected to a downstream of the compressor (7) portion of the supply air side (17) of the cathode (3). 10. Motor vehicle comprising a fuel cell system according to one of the preceding claims.
1 1. Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem im Vorderwagen des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. 1 1. A motor vehicle according to claim 10, characterized in that the fuel cell system is arranged in the front of the vehicle.
12. Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem im Unterflur des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. 12. Motor vehicle according to claim 10, characterized in that the fuel cell system is arranged in the underfloor of the motor vehicle.
13. Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellensystem im Heckbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. 13. Motor vehicle according to claim 10, characterized in that the fuel cell system is arranged in the rear region of the motor vehicle.
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