WO2016005174A1 - Brennstoffzellenaggregat mit wechselbarer entionisierungseinrichtung sowie fahrzeug mit einem solchen - Google Patents

Brennstoffzellenaggregat mit wechselbarer entionisierungseinrichtung sowie fahrzeug mit einem solchen Download PDF

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WO2016005174A1
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deionization
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cooling circuit
coolant
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Peter Weissgerber
Oliver Berger
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Volkswagen Ag
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a fuel cell assembly having at least one fuel cell, a cooling circuit and a deionization device which is connected to the cooling circuit, and a vehicle having such a fuel cell assembly.
  • Fuel cells are devices in which a fuel, such as methanol, ethanol, hydrogen, or mixtures thereof, can be burned under controlled conditions with an oxidant, such as pure oxygen, air, chlorine, or bromine gas, thereby converting the reaction energy released into electrical energy becomes.
  • a fuel such as methanol, ethanol, hydrogen, or mixtures thereof
  • an oxidant such as pure oxygen, air, chlorine, or bromine gas
  • Fuel cells are typically classified according to the type of electrolyte separating the anode and cathode compartments. A particularly interesting
  • Fuel cell type which is particularly suitable for use in smaller power plants and for mobile use (for example, as an energy source for the electromotive vehicle drive) is the polymer electrolyte fuel cell.
  • an ion-conductive membrane is used as the electrolyte.
  • a single solid polymer fuel cell generally comprises a so-called membrane electrode assembly (MEA), in which an ion-conductive membrane is disposed between a cathode and an anode. The ion-conductive membrane serves at the same time as a partition and as an electrolyte. At the interface between the electrodes and the membrane are
  • MEA membrane electrode assembly
  • Electrodes are typically in contact with porous current collectors, which also stabilize the electrode structure and supply fuel and
  • the fuel cell Since the electrochemical reaction between the fuel and the combustion means is exothermic, the fuel cell usually has to be cooled to maintain the desired operating temperature and avoid damaging the membrane. Since a relatively large amount of heat has to be dissipated with only a slight temperature difference from the ambient temperature, typically liquid refrigerants are used which have a sufficiently high heat capacity. Therefore, are watery
  • Coolant particularly well suited.
  • Ethylene glycol used as antifreeze as they are known for cooling internal combustion engines. To corrosion of metallic components of the cooling circuit and the
  • the coolant usually also contain non-ionic corrosion inhibitors.
  • a significant feature of the fuel cell cooling is the requirement of a very low electrical conductivity of the coolant in order to counteract the risk of electrical short circuits between the individual cells of the fuel cell stack.
  • a coolant of deionized water, glycol and non-ionic corrosion inhibitors and other additives is used.
  • Humidification of the flowing into the fuel cell reactants are used to ensure adequate hydration of the polymer membrane.
  • a forest protection agent such as ethylene glycol, or other additives
  • ions are introduced into the coolant, which increase its electrical conductivity.
  • Deionmaschines wornen with ion exchange resins are used, which are flowed around by the coolant.
  • the ion exchange resins absorb the ions (cations and anions) dissolved in the coolant and release H + and OH " ions, which again combine to form H 2 O.
  • the capacity of the ion exchange resins is limited so that they are available in regular intervals
  • the ion exchange resin requires due to its irritating properties and the
  • the invention is based on the object, a fuel cell unit with a
  • the invention thus relates to a fuel cell assembly having at least one fuel cell, a cooling circuit and a deionization device, which comprises a housing and a deionization agent located therein.
  • the deionization device is connected to the cooling circuit by means of a single connection unit in a fluid-conducting manner via a flow inlet and a flow outlet or can be connected to it.
  • the deionization device is accordingly not arranged directly in the cooling circuit, but rather is connected to it via the connection unit.
  • the connection unit according to the invention is schematically comparable with a T-connector, wherein the connection unit upstream and downstream respectively connected to the cooling circuit fluid leading and at a third output has a fluid-conducting connection to the deionization, wherein the third output of the tee the flow inlet and Exit to the deionization hosted. kick
  • connection unit so the coolant is fed into the deionization.
  • the coolant is deionized and reversed in its flow direction to be returned to the connection unit and finally out of the connection unit via the flow exit, upstream
  • Connection unit is guided in the cooling circuit.
  • Main flow passage of the cooling circuit of the fuel cell are arranged, which is
  • a flange connected within the connection unit with the cooling circuit. If the deionizer is used for the purpose of maintenance, cleaning,
  • Deionization be replaced with a deionization, which is compatible with the corresponding flange on the connection unit.
  • connection of the deionization to the cooling circuit by means of a single connection unit can be particularly easily realized by a
  • Flow inlet and a flow outlet for a coolant on the same side of the housing of the deionization are arranged.
  • the housing of the deionization device is preferably designed as a vessel open on one side and can be connected or connected to the connection unit via the open side.
  • the housing requires a single connection area, which cooperates with the connection unit to produce a tight and fluid-conducting connection.
  • the housing may, for example in the form of a hollow cylinder open on one side with a round, oval or rectangular cross-sectional area, preferably round
  • Cross-sectional area be configured.
  • the open end face with a connection piece (for example, a flange), which establishes the connection to the connection unit equipped.
  • the length and the diameter of the cross section of the housing are variable can be designed and decisively determine the absorption capacity of the deionizing agent.
  • the housing is made in particular of metal or plastic, preferably of a metal.
  • the deionization apparatus is removed and replaced with a fresh deionization apparatus which is in shape, length and / or
  • Diameter of the housing may differ from the ionizing device to be replaced. This is made possible by the fact that the arrangement of deionization in the
  • Cooling circuit is determined primarily by the connection between Deionmaschineseignchtung and connection unit.
  • the variation in the size and size of the deionization means enables scalability of the deionization process, in particular the ion load of the coolant, which depends, for example, on the system control.
  • connection unit and the Entionmaschineseinnchtung in particular their housing, designed as a plug and / or rotary connection.
  • Such connections offer the advantage that a fluid-conducting and outwardly sealed connection between the connection unit and the deionization device is formed, which can be loosened and re-closed simply, in particular without the addition of special tools.
  • Deionization means a screw, bayonet or latching connection.
  • Vehicle construction can be used.
  • the compound of the invention a
  • Entiontechnischseinnchtung is executable as a replaceable filter.
  • this results in a so-called equal parts effect to known exchange filters, in particular oil filters for internal combustion engines, that is already available components (such as housing or connecting elements) can be used for different purposes.
  • connection unit has an active or passive
  • Closure mechanism for closing and opening the flow inlet and outlet of the deionization apparatus. This allows a removal of the
  • the closure mechanism is designed such that the coolant in the
  • Cooling circuit can continue to flow.
  • the closure mechanism is advantageously designed as a check (passive) or controllable valve (active).
  • the housing is further adapted to receive a deionizing agent.
  • the deionization agent is arranged as a bed in such a manner within the deionization device that it is flowed around by the coolant flowing through. This has the advantage that the largest possible surface of the
  • Deionizing agent comes into contact with the incoming coolant. During contact, the refrigerant is deionized by a chemical reaction with the deionizing agent and returned to the refrigeration cycle as a deionized refrigerant.
  • the deionization agent is in the solid state, in particular as ion exchange resin.
  • Solid deionizing agents have the advantage that they are easily replaceable and do not mix with the coolant.
  • Deionization further comprises a filter element which can be flowed through which is arranged within the housing and separates the deionization agent from the flow outlet of the deionization device.
  • a filter element arranged in this way offers the advantage of ensuring that no deionizing agent enters the cooling circuit and, moreover, that solid constituents, such as, for example, corrosion particles, insoluble salts or algae, are retained by the coolant.
  • the filter element is preferably formed as a coaxially arranged in the hollow cylinder tube member having a perforation or is formed from a network.
  • the coolant comprises water, an antifreeze and at least one corrosion inhibitor.
  • the coolant comprises water, an antifreeze and at least one corrosion inhibitor.
  • Aqueous coolants are therefore particularly well suited.
  • the addition of the particular non-ionic acts is therefore particularly well suited.
  • Corrosion inhibitor As antifreeze, for example, ethylene glycol can be used. Furthermore, the coolant may contain other additives. Another aspect of the invention is a method of waiting for a
  • a fuel cell assembly which comprises a cooling circuit and a fuel cell.
  • the deionization device is separated from the connection unit and thus from the cooling circuit and replaced by a further deionization device, which is connected to the cooling circuit via the same connection unit.
  • Another aspect of the invention relates to a vehicle comprising a fuel cell assembly in any of the described embodiments.
  • FIG. 1A shows a schematic illustration of a fuel cell assembly according to the prior art
  • Figure 1 B is a schematic sectional view of a deionization according to
  • Figure 2A is a schematic representation of an inventive
  • Fuel cell aggregate and Figure 2B is a schematic sectional view of an inventive
  • FIG. 1A shows a schematic representation of a fuel assembly V according to the prior art.
  • the fuel cell assembly V comprises a fuel cell 2, which is, for example, the energy source for an electric motor vehicle indicated by 3.
  • the fuel cell 2 is cooled by a cooling circuit 5 '.
  • the cooling circuit 5 ' has a Deiontechnischseinnchtung 10', the upstream and downstream by means of a respective connecting unit 15a ', 15b' to the cooling circuit 5 'is fluidly connected.
  • Connection units 15a 'and 15b' each represent a detachable and fluid-carrying connection between the deionization device 10 'and the cooling circuit 5'
  • Deionization device 10 serves to deionize the coolant and is shown in detail in FIG. 1B.
  • FIG. 1B shows a deionization device 10 'according to the prior art, as used in a conventional fuel cell assembly 1' of FIG. 1A.
  • Deionization device 10 ' has, for example, a tubular housing 16' which extends along the flow direction.
  • the tubular housing 16' which extends along the flow direction.
  • Deionization device 10 ' is in each case a connection unit 15a', 15b 'arranged.
  • the housing 16 ' is arranged in the cooling circuit 5' such that a first connection unit 15a 'is connected upstream to the cooling circuit 5' and thus forms the flow inlet 13 ', while the second, opposite connection unit 15b' is connected downstream to the cooling circuit 5 ' is and thus forms the flow outlet 14 '.
  • Connection units 15a ', 15b' are designed approximately as hose connections in order to connect the housing 16 'to a line of the cooling circuit 15'.
  • the housing 16 'of the deionization device 10' receives a deionization agent 11 '.
  • Deionization 1 1 ' is, for example, as a bed in solid form, in particular as granules before.
  • a filter element 12 ' is arranged in the interior of the housing 16', which has a retaining function. The filter element 12 'limits the space of the deionization 1 1' so that only one side of the filter element 12 'with the
  • Deionization 1 1 ' is in contact.
  • the filter element 12 ' is present in the present
  • Embodiment designed as a sieve which has a shape corresponding to the cross section of the housing 16 'of the Deionmaschineseinnchtung 10'.
  • the illustrated in Figure 1 B Entiontechnischseinnchtung 10 'according to the prior art shows in the illustrated embodiment in operation the function that at the flow inlet 13' liquid coolant through the connection unit 15a 'from the cooling circuit 5' in the
  • Deionization 10 ' is initiated.
  • the introduced coolant flows around the deionization means 1 1' arranged there.
  • the deionization means 1 1' dissolved in the coolant ions by chemical exchange reactions of
  • Deionizing 1 1 was added, wherein the deionizing 1 1, in turn, in an equivalent amount of hydrogen ions H + and "emits hydroxide ions OH to the coolant. Hydrogen ions and hydroxide ions combine in function of the pH value of the
  • Coolant back to water Before the coolant exits the deionization means 10 'on the opposite side of the housing, it passes the filter element 12'.
  • the filter unit 12 ' has the function of retaining deionizing agents and solid constituents in the coolant and thus preventing solid constituents from entering the cooling circuit 5'.
  • the coolant is conducted via the connection unit 15b 'from the deionization device 10' back into the cooling circuit 5 '.
  • the coolant circulating in the cooling circuit 5' is deionized, that is, the coolant has a lower conductance downstream of the deionization means 10 'than upstream of the deionization means 10'.
  • connection units 15a 'and 15b' of the conventional deionization device 10 ' are located on different, in particular opposite sides of the housing 16'.
  • the deionization means 10' are removed from the cooling circuit 5 'by releasing the connections with the two connection units 15' Previously, the coolant is discharged from the cooling circuit 5 'or shut off upstream and downstream of the deionization means 10' removing the
  • Deionization tanning 10 ' is opened and the spent deionizing agent 1 1' replaced with fresh one. It should be noted that the deionizing 1 1 'is classified as irritant to health. Subsequently, the newly filled
  • FIG. 2A shows the schematic representation of an inventive
  • Fuel cell assembly 1 Here are functionally matching components with the same reference numerals as in Figures 1A and B, omitting the apostrophe "" denoted.
  • the fuel cell assembly 1 comprises a cooling circuit 5, which is designed to cool a fuel cell 2, for example of an electric vehicle 3.
  • a fluid, in particular liquid coolant for cooling of fuel is circulated.
  • aqueous coolants which contain additives of an antifreeze, for example glycol, and a non-ionic corrosion inhibitor.
  • the cooling circuit 5 has a connection unit 15 according to the invention.
  • Connecting unit 15 is connected at two points with the cooling circuit 5 and connected at a further position with a deionization device 10 according to the invention.
  • the Entionmaschines shark 10 is connected by means of only a single connection unit 15 with a piping system of the cooling circuit 5.
  • the compounds are fluid
  • connection unit 15 is a branch of the coolant from the cooling circuit 5 in the deionization unit 10 and from the deionization unit 10 in the cooling circuit 5.
  • Connection unit 15 is a detachable connection. This is in particular designed as a flange or thread. Flanges which have a plug-in, latching or bayonet connection are particularly suitable.
  • the deionization device 10 is shown in detail in FIG. 2B.
  • FIG. 2B shows the deionization device 10 according to the invention, which is suitable for installation in a fuel cell assembly 1 according to FIG. 2A.
  • Embodiment of a deionization device 10 according to the invention shows a
  • Deionization 10 which is analogous to an oil filter. It comprises a filter cup 16, which forms the housing of the deionization device 10.
  • the filter cup 16 is formed as a one-sided open vessel. It comprises a jacket wall and at least one end wall (in Figure 2 B below), wherein in the illustrated embodiment, the end wall has a circular shape, that is, the filter cup has substantially the shape of a hollow cylinder open on one side.
  • the filter cup 16 is longitudinally extending, so that the
  • Diameter of the end wall is smaller than the height of the shell wall. It is understood, however, that other embodiments are possible. At the opposite of the front wall
  • connection piece 17 corresponds to a connection end 18 of the connection unit 15.
  • Connection unit 15 form a flange 19, which forms a coolant-carrying, outwardly sealing connection for coolant.
  • the fluid-carrying flange 19 has both a flow inlet 13 and one decoupled from it
  • Flow outlet 14 on.
  • the flow inlet 13 as well as the flow outlet 14 are integrated in the connection piece 17 of the deionization device 10.
  • Flow inlet 13 and outlet 14 are thus arranged on the same side of the housing (filter cup 16) of the deionization means 10.
  • the filter cup 16 is filled with a deionization 1 1.
  • the deionization 1 1 is shown in the embodiment shown as a bed of ion exchange resin granules before.
  • the individual granules of the granules preferably have a diameter of less than one millimeter.
  • located inside the filter cup 16 a located inside the filter cup 16 a
  • the filter element 12 may be designed as a sieve whose mesh size falls below the grain diameter of the deionization 1 1.
  • the filter element 12 is formed in the illustrated embodiment as an elongated and perforated blind tube and disposed coaxially within the filter cup 16 and with the
  • Deionization 10 led.
  • the coolant flows around the deionization agent 1 1.
  • the coolant which is continuously pressed into the interior of the filter cup 16 via the flow inlet 13, experiences a flow reversal in the interior of the deionization apparatus 10 and is guided through the filter element 12 in the direction of the flow outlet 14. From there it passes via the connection unit 15 downstream of the same again in the cooling circuit. 5
  • Deionization 1 1 shows a saturation of ions to be exchanged after a certain period of operation. As a result, they must be changed and, if necessary, regenerated.
  • the replacement or replacement of the deionization agent 11 takes place in the deionization apparatus 10 according to the invention by exchanging the entire deionization means 10.
  • the coolant flow is interrupted at least in the region of the connection unit 15. This can be done for example by a closure mechanism within the connection unit 15. Subsequently, the sealing connection between connection piece 17 and connection end 18 is released and the unit of filter cup 16, deionization agent 1 1,
  • a fresh deionization device 10 which has at least one compatible connection piece 17, like the previously removed deionization device 10, is sealingly connected to the connection end 18 of the connection unit 15.
  • the dimensions of the filter cup 16 and thus the amount of deionizing 1 1 1 can be varied during replacement.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenaggregat mit wenigstens einer Brennstoffzelle, einem Kühlkreislauf und einer Entionisierungseinrichtung (10), die ein Gehäuse (16) und ein darin befindliches Entionisierungsmittel (11) umfasst, sowie ein Fahrzeug (3) mit einem solchen Brennstoffzellenaggregat. Es ist vorgesehen, dass die Entionisierungseinrichtung (10) mittels einer einzigen Verbindungseinheit (15) fluidführend über einen Strömungseingang (13) und einen Strömungsausgang (14) mit dem Kühlkreislauf (5) verbindbar oder verbunden ist

Description

Beschreibung
Brennstoffzellenaggregat mit wechselbarer Entionisierungseinhchtung sowie Fahrzeug mit einem solchen
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenaggregat mit wenigstens einer Brennstoffzelle, einem Kühlkreislauf und einer Entionisierungseinrichtung welche mit dem Kühlkreislauf verbunden ist, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Brennstoffzellenaggregat.
Brennstoffzellen sind Vorrichtungen, in denen ein Brennstoff, wie beispielsweise Methanol, Ethanol, Wasserstoff oder entsprechende Gemische, mit einem Oxidationsmittel, wie etwa reinem Sauerstoff, Luft, Chlor- oder Bromgas, kontrolliert verbrannt werden kann, wobei die dabei freigesetzte Reaktionsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Derartige Brennstoffzellen werden seit mehreren Jahrzehnten zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads, ihrer geringen oder völlig fehlenden
Schadstoffemission und ihrer geringen Geräuschentwicklung im Betrieb, ist das Interesse am Einsatz von Brennstoffzellen in vielen Bereichen in den letzten Jahren stark gestiegen. Hier sind insbesondere der Fahrzeug- und der Kraftwerksbereich zu nennen.
Brennstoffzellen werden typischerweise nach der Art des Elektrolyten, der die Anoden- und die Kathodenkammer voneinander trennt, klassifiziert. Ein besonders interessanter
Brennstoffzellentyp, der sich insbesondere für den Einsatz in kleineren Kraftwerken und für den mobilen Einsatz (beispielsweise als Energiequelle für den elektromotorischen Fahrzeugantrieb) eignet, ist die Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle. Bei dieser Art von Brennstoffzellen wird eine ionenleitfähige Membran als Elektrolyt verwendet. Eine einzelne Festpolymer-Brennstoffzelle umfasst im Allgemeinen eine sogenannte Membran-Elektroden-Einheit (membrane electrode assembly, MEA), bei der eine ionenleitfähige Membran zwischen einer Kathode und einer Anode angeordnet ist. Die ionenleitfähige Membran dient dabei gleichzeitig als Trennwand und als Elektrolyt. An der Grenzfläche zwischen den Elektroden und der Membran sind
Katalysatorpartikel angeordnet, welche die Umsetzungsreaktionen in der Brennstoffzelle fördern. Die Elektroden stehen typischerweise mit porösen Stromsammlern in Kontakt, welche außerdem die Elektrodenstruktur stabilisieren und eine Zufuhr von Brennstoff und
Verbrennungsmittel erlauben. Da die Betriebsspannung einer Einzelzelle normalerweise weniger als 1 Volt beträgt, bestehen die meisten Brennstoffzellen aus einem Zellstapel, bei dem zur Erzeugung einer höheren Spannung zahlreiche aufeinandergestapelte Einzelzellen in Serie geschaltet sind.
Da die elektrochemische Reaktion zwischen dem Brennstoff und den Verbrennungsmitteln exotherm verläuft, muss die Brennstoffzelle üblicherweise gekühlt werden, damit die gewünschte Betriebstemperatur eingehalten und eine Beschädigung der Membran vermieden werden kann. Da eine relativ große Wärmemenge bei nur geringer Temperaturdifferenz zur Umgebungstemperatur abgeführt werden muss, werden typischerweise flüssige Kühlmittel eingesetzt, die eine ausreichend hohe Wärmekapazität besitzen. Daher sind wässrige
Kühlmittel besonders gut geeignet. In der Regel werden Mischungen von Wasser und
Ethylenglykol als Frostschutzmittel eingesetzt, wie sie zur Kühlung von Verbrennungsmotoren bekannt sind. Um Korrosion metallischer Bestandteile des Kühlkreislaufs und der
Brennstoffzelle zu vermeiden, enthalten die Kühlmittel in der Regel zudem nicht-ionische Korrosionsinhibitoren.
Eine wesentliche Besonderheit der Brennstoffzellenkühlung liegt in dem Erfordernis einer sehr geringen elektrischen Leitfähigkeit des Kühlmittels, um der Gefahr elektrischer Kurzschlüsse zwischen den Einzelzellen des Brennstoffzellenstapels zu begegnen. Zu diesem Zweck wird ein Kühlmittel aus deionisiertem Wasser, Glykol und nicht-ionischer Korrosionsinhibitoren und anderen Additiven eingesetzt.
Wird entionisiertes Wasser als Kühlmittel verwendet, so kann dieses gleichzeitig zur
Befeuchtung der in die Brennstoffzelle strömenden Reaktionsteilnehmer verwendet werden, um eine ausreichende Hydratisierung der Polymermembran zu gewährleisten. Je nach
Betriebsbedingungen kann es erforderlich sein, dem Kühlwasser ein Forstschutzmittel, wie beispielsweise Ethylenglykol, oder andere Additive zuzugeben. Durch die im Kühlsystem und in der Brennstoffzelle verbauten Materialien werden jedoch Ionen in das Kühlmittel eingetragen, welche dessen elektrische Leitfähigkeit steigern. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, kommen Entionisierungseinrichtungen mit lonenaustauscherharzen zum Einsatz, die vom Kühlmittel umströmt werden. Die lonenaustauscherharze nehmen die im Kühlmittel gelösten Ionen (Kationen und Anionen) auf und geben H+- und OH"-lonen ab, welche sich wieder zu H20 verbinden.
Beispielsweise ist aus US 5,200,278 oder WO 00/17951 A1 bekannt, Filter mit festen lonentauscherharzen im Kühlkreislauf anzuordnen, sodass das wässrige Kühlmittel weitgehend entionisiert in den Brennstoffzellenstapel zurückgeleitet wird. Derartige Entionisierungseinrichtungen sind im Durchfluss des Kühlkreislaufes angeordnet, so dass das Kühlmittel an einer ersten Verbindungseinheit, in die Entionisierungseinrichtung einströmt, das lonentauscherharz passiert und an einer zweiten Verbindungseinheit Wieder aus der Entionisierungseinrichtung herausströmt.
Die Kapazität der lonentauscherharze ist begrenzt, sodass sie in regelmäßigen
Wechselintervallen getauscht werden müssen. Dies ist bislang mit einem hohen Wartungs- und Kostenaufwand verbunden, da die gesamte Entionisierungseinrichtung an beiden
Verbindungseinheiten vom Kühlkreislauf getrennt werden muss. Anschließend wird die
Entionisierungseinrichtung geleert und neu befüllt.
Das lonentauscherharz erfordert aufgrund seiner reizenden Eigenschaften und der
Klassifizierung als Gefahrenstoff besondere Vorkehrungen. Bei den bislang bekannten
Lösungen ist ein Kontakt des Anwenders mit dem Harz nicht ausgeschlossen, was eine entsprechende Sicherheitsausrüstung und Entsorgung erforderlich macht.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Brennstoffzellenaggregat mit einer
Entionisierungseinrichtung für Kühlmittel bereitzustellen, das durch deutliche vereinfachte und verkürzte Arbeitsschritte gewartet werden kann.
Die Erfindung betrifft somit ein Brennstoffzellenaggregat mit wenigstens einer Brennstoffzelle, einem Kühlkreislauf und einer Entionisierungseinrichtung, die ein Gehäuse und ein darin befindliches Entionisierungsmittel umfasst. Erfindungsgemäß ist die Entionisierungseinrichtung mittels einer einzigen Verbindungseinheit fluidführend über einen Strömungseingang und einen Strömungsausgang mit dem Kühlkreislauf verbunden oder mit diesem verbindbar.
Erfindungsgemäß ist die Entionisierungseinrichtung demnach nicht unmittelbar im Kühlkreislauf angeordnet, sondern vielmehr über die Verbindungseinheit mit diesem verbunden. Die erfindungsgemäße Verbindungseinheit ist schematisch mit einem T-Verbindungsstück vergleichbar, wobei die Verbindungseinheit stromauf- und stromabwärts jeweils mit dem Kühlkreislauf fluidführend verbunden ist und an einem dritten Ausgang eine fluidführende Verbindung zu der Entionisierungseinrichtung aufweist, wobei der dritte Ausgang des T-Stücks den Strömungseingang und -ausgang zur Entionisierungseinrichtung beherbergt. Tritt
Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf stromaufwärts über einen Strömungseingang in die
Verbindungseinheit ein, so wird das Kühlmittel in die Entionisierungseinrichtung geführt. Innerhalb der Entionisierungseinrichtung wird das Kühlmittel entionisiert und erfährt eine Umkehr seiner Strömungsrichtung, sodass es wieder in die Verbindungseinheit geführt wird und schließlich aus der Verbindungseinheit über den Strömungsausgang, stromauf der
Verbindungseinheit in den Kühlkreislauf geführt wird.
Im Unterschied zur herkömmlichen Entionisierungseinheiten, welche unmittelbar im
Hauptströmungsgang des Kühlkreislaufs der Brennstoffzelle angeordnet sind, ist die
erfindungsgemäße Entionisierungseinheit über lediglich eine einzige Verbindung,
beispielsweise einen Flansch, innerhalb der Verbindungseinheit mit dem Kühlkreislauf verbunden. Wird die Entionisierungseinrichtung zum Zwecke der Wartung, Reinigung,
Austausch oder Regeneration vom Kühlkreislauf getrennt, so erfolgt dies am Flansch der Verbindungseinheit, ohne dass der Kühlkreislauf selbst demontiert oder unterbrochen werden muss. Es ist somit nicht mehr erforderlich, das Entionisierungsmittel aus der
Entionisierungseinrichtung zu entnehmen, auszutauschen und anschließend dieselbe
Entionisierungseinrichtung wieder in den Kühlkreislauf einzubringen. Vielmehr kann die
Entionisierungseinrichtung gegen eine Entionisierungseinrichtung ausgetauscht werden, welche mit dem korrespondierenden Flanschteil an der Verbindungseinheit kompatibel ist.
Somit wird mit Vorteil das Gefahrenpotential reduziert, welches in einem Inkontaktkommen des Benutzers mit Entionisierungsmittel besteht. Zudem ist die resultierende Bauweise mit nur einer Verbindungseinheit kompakter und erfordert einen geringeren Verschlauchungsaufwand.
Die erfindungsgemäße Anbindung der Entionisierungseinrichtung an den Kühlkreislauf mittels einer einzigen Verbindungseinheit kann besonders einfach realisiert werden, indem ein
Strömungseingang und ein Strömungsausgang für ein Kühlmittel auf derselben Seite des Gehäuses der Entionisierungseinrichtung angeordnet sind.
Zu diesem Zweck ist das Gehäuse der Entionisierungseinrichtung vorzugsweise als einseitig offenes Gefäß ausgebildet und über die offene Seite mit der Verbindungseinheit verbindbar oder verbunden. Auf diese Weise benötigt das Gehäuse einen einzigen Anschlussbereich, der mit der Verbindungseinheit zusammenwirkt, um eine dichte und fluidführende Verbindung herzustellen. Das Gehäuse kann beispielsweise in Form eines einseitig offenen Hohlzylinders mit runder, ovaler oder rechteckiger Querschnittsfläche, vorzugsweise runder
Querschnittsfläche, ausgestaltet sein. Dabei ist die offene Stirnfläche mit einem Anschlussstück (zum Beispiel einem Flansch), welches die Verbindung zur Verbindungseinheit herstellt, ausgestattet. Die Länge sowie der Durchmesser des Querschnitts des Gehäuses sind variabel ausgestaltbar und bestimmen maßgeblich die Aufnahmekapazität an Entionisierungsmittel. Das Gehäuse ist insbesondere aus Metall oder Kunststoff gefertigt, vorzugsweise aus einem Metall.
Bei der Wartung des Brennstoffzellenaggregats wird die Entionisierungseinnchtung entfernt und durch eine frische Entionisierungseinnchtung ersetzt, welche in Form, Länge und/oder
Durchmesser des Gehäuses von der zu ersetzenden lonisierungseinrichtung abweichen kann. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Anordnung der Entionisierungseinnchtung im
Kühlkreislauf in erster Linie durch die Verbindung zwischen Entionisierungseinnchtung und Verbindungseinheit bestimmt wird. Die Variation der Entionisierungseinnchtung in Form und Größe ermöglicht eine Skalierbarkeit der Entionisierungseinnchtung, insbesondere an die lonenbelastung des Kühlmittels, welche beispielsweise von der Systemsteuerung abhängt.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindung zwischen der
Verbindungseinheit und der Entionisierungseinnchtung, insbesondere ihrem Gehäuse, als Steck- und/oder Drehverbindung ausgebildet. Derartige Verbindungen bieten den Vorteil, dass eine fluidführende und nach außen dichte Verbindung zwischen Verbindungseinheit und Entionisierungseinnchtung ausgebildet wird, welche einfach, insbesondere ohne Hinzunahme besonderer Werkzeuge gelöst und wieder verschlossen werden kann.
Besonders bevorzugt ist die Verbindung zwischen Verbindungseinheit und
Entionisierungseinnchtung eine Schraub-, Bajonett- oder Rastverbindung. Derartige
Verbindungen sind unter anderem von Ölfiltern bekannt, welche als Wechselfilter im
Fahrzeugbau eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Verbindung einer
Entionisierungseinnchtung mit dem Kühlkreislauf eines Brennstoffzellenaggregats über nur eine Verbindungseinheit und insbesondere die Verwendung von Flanschen, welche als Schraub-, Bajonett- oder Rastverbindung ausgebildet sind, bringen den Vorteil, dass eine
Entionisierungseinnchtung als Wechselfilter ausführbar ist. Bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Entionisierungseinnchtung ergibt sich dadurch ein sogenannter Gleichteile- Effekt zu bekannten Wechselfiltern, insbesondere Ölfiltern für Verbrennungsmotoren, das heißt bereits verfügbare Komponenten (etwa Gehäuse oder Verbindungselemente) können für verschiedene Zwecke eingesetzt werden.
Weiterhin bevorzugt weist die Verbindungseinheit einen aktiven oder passiven
Verschlussmechanismus zum Schließen und Öffnen des Strömungseingangs und -ausgangs der Entionisierungseinnchtung auf. Dieser ermöglicht ein Entnehmen der
Entionisierungseinnchtung, ohne zuvor das Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf zu entfernen. Insbesondere ist der Verschlussmechanismus derart ausgeführt, dass das Kühlmittel im
Kühlkreislauf weiterfließen kann. Der Verschlussmechanismus ist mit Vorteil als Rückschlag (passiv) oder regelbares Ventil (aktiv) ausgebildet.
Das Gehäuse ist ferner derart ausgebildet, dass es ein Entionisierungsmittel aufzunehmen vermag. In bevorzugter Ausgestaltung ist das Entionisierungsmittel als Schüttung derart innerhalb der Entionisierungseinrichtung angeordnet, dass es vom durchströmenden Kühlmittel umströmt wird. Dies hat den Vorteil, dass eine möglichst große Oberfläche des
Entionisierungsmittels mit dem einströmenden Kühlmittel in Kontakt kommt. Während des Kontaktes wird das Kühlmittel durch eine chemische Reaktion mit dem Entionisierungsmittel entionisiert und gelangt als deionisiertes Kühlmittel wieder in den Kühlkreislauf.
Ferner ist bevorzugt, dass das Entionisierungsmittel in festem Zustand, insbesondere als lonentauscherharz, vorliegt. Feste Entionisierungsmittel bieten den Vorteil, dass sie leicht austauschbar sind und sich nicht mit dem Kühlmittel vermischen.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Entionisierungseinrichtung ferner ein durchströmbares Filterelement umfasst, welches innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und das Entionisierungsmittel von dem Strömungsausgang der Entionisierungseinrichtung trennt. Ein derartig angeordnetes Filterelement bietet den Vorteil, sicherzustellen, dass kein Entionisierungsmittel in den Kühlkreislauf gelangt und zudem feste Bestandteile, wie beispielsweise Korrosionspartikel, unlösliche Salze oder Algen aus dem Kühlmittel zurückgehalten werden. Insbesondere im Fall eines hohlzylinderförmigen Gehäuses ist das Filterelement bevorzugt als ein koaxial in dem Hohlzylinder angeordnetes Rohrelement ausgebildet, welches eine Perforierung aufweist oder aus einem Netz gebildet ist.
Mit besonderem Vorteil umfasst das Kühlmittel Wasser, ein Frostschutzmittel und zumindest einen Korrosionsinhibitor. Im Betrieb von Brennstoffzellen wird eine relativ große Wärmemenge bei nur geringer Temperaturdifferenz zur Umgebungstemperatur abgeführt, daher werden flüssige Kühlmittel eingesetzt, welche eine ausreichend hohe Wärmekapazität besitzen.
Wässrige Kühlmittel sind daher besonders gut geeignet. Zum Schutz des Kühlkreislaufs und der Brennstoffzelle vor Korrosion wirkt der Zusatz des insbesondere nicht-ionischen
Korrosionsinhibitors. Als Frostschutzmittel kann beispielsweise Ethylenglykol verwendet werden. Ferner kann das Kühlmittel andere Additive enthalten. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Warten einer
Entionisierungseinrichtung in einem Brennstoffzellenaggregat gemäß vorliegender Erfindung, welches einen Kühlkreislauf und eine Brennstoffzelle umfasst. Erfindungsgemäß wird die Entionisierungseinrichtung von der Verbindungseinheit und damit von dem Kühlkreislauf getrennt und durch eine weitere Entionisierungseinrichtung ersetzt, welche über dieselbe Verbindungseinheit mit dem Kühlkreislauf verbunden wird. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass zum einen der Wechsel von innerhalb der Entionisierungseinrichtung befindlichem Entionisierungsmittel deutlich vereinfacht wird, da die gesamte Entionisierungseinrichtung entfernt und durch eine frische Entionisierungseinrichtung ersetzt wird, welche ebenfalls frisches, also aktives Entionisierungsmittel enthält. Somit kommt der Benutzer nicht direkt mit dem Entionisierungsmittel in Kontakt, sodass eine aufwendige Handhabung sowie die entsprechende Sicherheitsausrüstung zur Vermeidung von Gefahren entfallen. Gleiches gilt für die Entsorgung, da die Entionisierungseinrichtung vollständig entsorgt werden kann und somit das Entionisierungsmittel auch bei der Lagerung im Abfallbehälter nicht mit der Umgebung in Kontakt tritt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug, welches ein Brennstoffzellenaggregat in einer der beschriebenen Ausgestaltungen umfasst.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen
Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1A eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellenaggregats nach Stand der Technik,
Figur 1 B eine schematische Schnittdarstellung einer Entionisierungseinrichtung nach
Stand der Technik,
Figur 2A ein schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Brennstoffzellenaggregats und Figur 2B eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Entionisierungseinnchtung.
Figur 1A zeigt eine schematische Darstellung eines Brennstoffaggregats V nach dem Stand der Technik. Das Brennstoffzellenaggregat V umfasst eine Brennstoffzelle 2, die beispielsweise die Energiequelle für ein mit 3 angedeutetes Elektrokraftfahrzeug ist.
Die Brennstoffzelle 2 wird von einem Kühlkreislauf 5' gekühlt. Der Kühlkreislauf 5' weist eine Entionisierungseinnchtung 10' auf, die stromauf- und stromabwärts mittels jeweils einer Verbindungseinheit 15a', 15b' mit dem Kühlkreislauf 5' fluidführend verbunden ist. Die
Verbindungseinheiten 15a' und 15b' stellen jeweils eine lösbare und fluidführende Verbindung zwischen der Entionisierungseinnchtung 10' und dem Kühlkreislauf 5' dar. Die
Entionisierungseinnchtung 10' dient zum Entionisieren des Kühlmittels und ist im Detail in Figur 1 B dargestellt.
Figur 1 B zeigt eine Entionisierungseinnchtung 10' nach dem Stand der Technik, wie sie in einem herkömmlichen Brennstoffzellenaggregat 1 ' der Figur 1A Verwendung findet. Die
Entionisierungseinnchtung 10' weist ein beispielsweise rohrförmiges Gehäuse 16' auf, welches sich längs der Strömungsrichtung erstreckt. In dargestellter Ausführungsform weist das
Gehäuse einen runden Querschnitt auf. An beiden sich ergebenden Stirnseiten der
Entionisierungseinnchtung 10' ist jeweils eine Verbindungseinheit 15a', 15b' angeordnet. Das Gehäuse 16' ist derart in dem Kühlkreislauf 5' angeordnet, dass eine erste Verbindungseinheit 15a' stromauf mit dem Kühlkreislauf 5' verbunden ist und somit den Strömungseingang 13' bildet, während die zweite, gegenüberliegende Verbindungseinheit 15b' stromab mit dem Kühlkreislauf 5' verbunden ist und somit den Strömungsausgang 14' ausbildet. Die
Verbindungseinheiten 15a', 15b' sind etwa als Schlauchanschlüsse ausgebildet, um das Gehäuse 16' mit einer Leitung des Kühlkreislaus 15' zu verbinden. Das Gehäuse 16' der Entionisierungseinnchtung 10' nimmt ein Entionisierungsmittel 1 1 ' auf. Das
Entionisierungsmittel 1 1 ' liegt dabei beispielsweise als Schüttung in fester Form, insbesondere als Granulat, vor. Darüber hinaus ist im Innern des Gehäuses 16' ein Filterelement 12' angeordnet, dem eine Rückhaltefunktion zukommt. Das Filterelement 12' begrenzt den Raum des Entionisierungsmittels 1 1 ' so, dass nur eine Seite des Filterelements 12' mit dem
Entionisierungsmittel 1 1 ' in Kontakt steht. Das Filterelement 12' ist in vorliegender
Ausgestaltung als Sieb ausgeführt, welches eine Form aufweist, die dem Querschnitt des Gehäuses 16' der Entionisierungseinnchtung 10' entspricht. Die in Figur 1 B dargestellte Entionisierungseinnchtung 10' nach dem Stand der Technik zeigt in dargestellter Ausführung im Betrieb die Funktion, dass am Strömungseingang 13' flüssiges Kühlmittel über die Verbindungseinheit 15a' aus dem Kühlkreislauf 5' in die
Entionisierungseinnchtung 10' eingeleitet wird. Im Innern der Entionisierungseinnchtung 10' umströmt das eingeleitete Kühlmittel das dort angeordnete Entionisierungsmittel 1 1 '. Dabei werden im Kühlmittel gelöste Ionen durch chemische Austauschreaktionen vom
Entionisierungsmittel 1 1 aufgenommen, wobei das Entionisierungsmittel 1 1 wiederum in äquivalenter Menge Wasserstoffionen H+ und Hydroxidionen OH" an das Kühlmittel abgibt. Wasserstoffionen und Hydroxidionen verbinden sich in Abhängigkeit vom pH-Wert des
Kühlmittels wieder zu Wasser. Bevor das Kühlmittel auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses aus der Entionisierungseinnchtung 10' heraustritt, passiert es das Filterelement 12'. Die Filereinheit 12' hat die Funktion, Entionisierungsmittel sowie feste Bestandteile im Kühlmittel zurückzuhalten und somit zu verhindern, dass feste Bestandteile in den Kühlkreislauf 5' gelangen. Am Strömungsausgang 14 wird das Kühlmittel über die Verbindungseinheit 15b' aus der Entionisierungseinnchtung 10' wieder in den Kühlkreislauf 5' geleitet. Infolge des
Durchfließens der Entionisierungseinnchtung 10' wird das im Kühlkreislauf 5' zirkulierende Kühlmittel entionisiert, das heißt, das Kühlmittel weist stromab der Entionisierungseinnchtung 10' einen niedrigeren Leitwert auf als stromauf der Entionisierungseinnchtung 10'.
Wie in den Figur 1 A und B zu sehen ist, befinden sich die Verbindungseinheiten 15a' und 15b' der herkömmlichen Entionisierungseinnchtung 10' auf unterschiedlichen, insbesondere einander gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 16'.
Zum Regenerieren des Entionisierungsmittels 1 1 " wird die Entionisierungseinnchtung 10' durch Lösen der Verbindungen mit den beiden Verbindungseinheiten 15' aus dem Kühlkreislauf 5' entfernt. Zuvor wird das Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf 5' abgelassen oder stromauf und stromab der Entionisierungseinnchtung 10' abgesperrt. Nach dem Entfernen der
Entionisierungseinnchtung 10' wird diese geöffnet und das verbrauchte Entionisierungsmittel 1 1 ' gegen frisches ausgetauscht. Dabei ist zu beachten, dass das Entionisierungsmittel 1 1 ' gesundheitlich als reizend eingestuft ist. Anschließend wird die neu befüllte
Entionisierungseinnchtung 10' wieder in den Kühlkreislauf eingebaut und der Fluidanschluss mit dem Kühlmittel wiederhergestellt. Figur 2A zeigt die schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Brennstoffzellenaggregats 1. Dabei sind funktional übereinstimmende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1A und B unter Weglassen des Apostrophs„' " bezeichnet.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellenaggregat 1 umfasst einen Kühlreislauf 5, welcher ausgebildet ist, eine Brennstoffzelle 2 beispielsweise eines Elektrofahrzeugs 3 zu kühlen.
Innerhalb des Kühlkreislaufs 5 ist ein fluides, insbesondere flüssiges Kühlmittel zur Kühlung von Brennstoff zirkulierbar. Zur Kühlung der Brennstoffzelle 2 werden insbesondere wässrige Kühlmittel verwendet, die Zusätze eines Frostschutzmittels, beispielsweise Glykol, und eines nicht-ionischen Korrosionsinhibitors enthalten.
Der Kühlkreislauf 5 weist eine erfindungsgemäße Verbindungseinheit 15 auf. Die
Verbindungseinheit 15 ist an zwei Stellen mit dem Kühlkreislauf 5 verbunden und an einer weiteren Position mit einer erfindungsgemäßen Entionisierungseinrichtung 10 verbunden. Somit ist die Entionisierungseinrichtung 10 mittels nur einer einzigen Verbindungseinheit 15 mit einem Leitungssystem des Kühlkreislaufs 5 verbunden. Die Verbindungen sind fluidführend
ausgebildet, sodass die Verbindungseinheit 15 eine Abzweigung des Kühlmittels aus dem Kühlkreislauf 5 in die Entionisierungseinheit 10 und aus der Entionisierungseinheit 10 in den Kühlkreislauf 5 darstellt. Zwischen der Entionisierungseinrichtung 10 und der
Verbindungseinheit 15 besteht eine lösbare Verbindung. Diese ist insbesondere als Flansch oder Gewinde ausgebildet. Besonders geeignet sind dabei Flansche, welche eine Steck-, Rastoder Bajonettverbindung aufweisen. Die Entionisierungseinrichtung 10 ist in Figur 2B im Detail dargestellt.
Figur 2B zeigt die erfindungsgemäße Entionisierungseinrichtung 10, welche zum Einbau in ein Brennstoffzellenaggregat 1 nach Figur 2A geeignet ist. Die in Figur 2B gezeigte
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Entionisierungseinrichtung 10 zeigt eine
Entionisierungseinrichtung 10, welche analog einem Ölwechselfilter ausgebildet ist. Sie umfasst einen Filtertopf 16, welcher das Gehäuse der Entionisierungseinrichtung 10 bildet. Der Filtertopf 16 ist als einseitig offenes Gefäß ausgebildet. Er umfasst eine Mantelwand und zumindest eine Stirnwand (in Figur 2 B unten), wobei in der gezeigten Ausführungsform die Stirnwand eine kreisrunde Gestalt aufweist, das heißt der Filtertopf hat im Wesentlichen die Gestalt eines einseitig offenen Hohlzylinders. Der Filtertopf 16 ist dabei längs erstreckt, sodass der
Durchmesser der Stirnwand kleiner ist als die Höhe der Mantelwand. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Ausgestaltungen möglich sind. An der gegenüber der Stirnwand
angeordneten offenen Stirnseite des Filtertopfs 16 ist ein Anschlussstück 17 angeordnet. Dieses Anschlussstück 17 korrespondiert mit einem Anschlussende 18 der Verbindungseinheit 15. Das Anschlussstück 17 des Filtertopfs 16 und das Anschlussende 18 der
Verbindungseinheit 15 bilden eine Flanschverbindung 19 aus, welche eine für Kühlmittel fluidführende, nach außen dichtende Verbindung bildet. Die fluidführende Flanschverbindung 19 weist dabei sowohl einen Strömungseingang 13 als auch einen davon entkoppelten
Strömungsausgang 14 auf. Mit anderen Worten sind der Strömungseingang 13 sowie auch der Strömungsausgang 14 in dem Anschlussstück 17 der Entionisierungseinnchtung 10 integriert. Strömungseingang 13 und -ausgang 14 sind somit auf derselben Seite des Gehäuses (Filtertopf 16) der Entionisierungseinnchtung 10 angeordnet.
Der Filtertopf 16 ist mit einem Entionisierungsmittel 1 1 gefüllt. Das Entionisierungsmittel 1 1 liegt in gezeigter Ausführungsform als Schüttung eines lonentauscherharz-Granulats vor. Die einzelnen Granalien des Granulates weisen vorzugsweise einen Durchmesser von weniger als einem Millimeter auf. Darüber hinaus befindet sich im Inneren des Filtertopfs 16 ein
Filterelement 12. Das Filterelement 12 kann als Sieb ausgeführt sein, dessen Maschengröße den Körnungsdurchmesser des Entionisierungsmittels 1 1 unterschreitet. Das Filterelement 12 ist in der dargestellten Ausführungsform als ein längs erstrecktes und perforiertes Sackrohr ausgebildet und koaxial innerhalb des Filtertopfs 16 angeordnet und mit dem
Strömungsausgang 14 verbunden.
Ist die in Figur 2B gezeigte Entionisierungseinnchtung 10 in dem Kühlkreislauf 5 eines
Brennstoffzellenaggregats 1 eingebaut, so wird Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf 5 im Bereich der Verbindungseinheit 15 über den Strömungseingang 13 in das Innere der
Entionisierungseinnchtung 10 geführt. Hier umspült das Kühlmittel das Entionisierungsmittel 1 1. Das kontinuierlich über den Strömungseingang 13 in das Innere des Filtertopfs 16 gedrückte Kühlmittel erfährt im Inneren der Entionisierungseinnchtung 10 eine Strömungsumkehr und wird durch das Filterelement 12 in Richtung des Strömungsausgangs 14 geführt. Von dort aus gelangt es über die Verbindungseinheit 15 stromab derselben wieder in den Kühlkreislauf 5.
Umspült das Kühlmittel das Entionisierungsmittel 1 1 , erfolgt ein lonentausch, das heißt, Ionen, welche die Leitfähigkeit des Kühlmittels erhöhen, werden auf chemischem Wege durch das Material des Entionisierungsmittels 1 1 gegen Protonen (im Falle von Kationen) oder
Hydroxidionen (im Falle von Anionen) ausgetauscht. Entionisierungsmittel 1 1 zeigen nach einer gewissen Betriebsdauer eine Sättigung an auszutauschenden Ionen. Sie müssen infolgedessen gewechselt und gegebenenfalls regeneriert werden. Der Wechsel beziehungsweise Austausch des Entionisierungsmittels 1 1 erfolgt bei der erfindungsgemäßen Entionisierungseinnchtung 10 durch den Austausch der gesamten Entionisierungseinnchtung 10. Dazu wird zunächst der Kühlmittelstrom zumindest im Bereich der Verbindungseinheit 15 unterbrochen. Dies kann beispielsweise durch einen Verschlussmechanismus innerhalb der Verbindungseinheit 15 geschehen. Anschließend wird die dichtende Verbindung zwischen Anschlussstück 17 und Anschlussende 18 gelöst und die Einheit aus Filtertopf 16, Entionisierungsmittel 1 1 ,
Filterelement 12 und Anschlussstück 17 aus dem Brennstoffzellenaggregat 1 entfernt.
Nachfolgend wird eine frische Entionisierungseinnchtung 10, welche zumindest über ein kompatibles Anschlussstück 17 verfügt, wie die zuvor entfernte Entionisierungseinnchtung 10 dichtend mit dem Anschlussende 18 der Verbindungseinheit 15 verbunden. Die Dimensionen des Filtertopfs 16 und damit die Menge an Entionisierungsmittel 1 1 können beim Austausch variiert werden.
Bezugszeichenliste Brennstoffzellenaggregat
' Brennstoffzellenaggregat nach Stand der Technik
Brennstoffzelle
Elektrofahrzeug
' Elektrofahrzeug nach Stand der Technik
Kühlkreislauf
' Kühlkreislauf nach Stand der Technik 0 Entionisierungseinrichtung
0' Entionisierungseinrichtung nach Stand der Technik1 Entionisierungsmittel
1 ' Entionisierungsmittel
2 Filterelement
2' Filterelement nach Stand der Technik
3 Strömungseingang
3' Strömungseingang nach Stand der Technik4 Strömungsausgang
4' Strömungsausgang nach Stand der Technik5 Verbindungseinheit
5' Verbindungseinheit nach Stand der Technik6 Gehäuse / Filtertopf
6' Gehäuse nach Stand der Technik
7 Anschlussstück
8 Anschlussende
9 Verbindung/ Flansch

Claims

Patentansprüche
1 . Brennstoffzellenaggregat (1 ) mit wenigstens einer Brennstoffzelle (2), einem Kühlkreislauf (5) und einer Entionisierungseinnchtung (10), die ein Gehäuse (16) und ein darin befindliches Entionisierungsmittel (1 1 ) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Entionisierungseinnchtung (10) mittels einer einzigen Verbindungseinheit (15) fluidführend über einen Strömungseingang (13) und einen Strömungsausgang (14) mit dem
Kühlkreislauf (5) verbindbar oder verbunden ist.
2. Brennstoffzellenaggregat (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein
Strömungseingang (13) und ein Strömungsausgang (14) für ein Kühlmittel auf derselben Seite des Gehäuses (16) der Entionisierungseinnchtung (10) angeordnet sind.
3. Brennstoffzellenaggregat (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) der Entionisierungseinnchtung (10) als einseitig offenes Gefäß ausgebildet ist und über die offene Seite mit der Verbindungseinheit (15) verbindbar oder verbunden ist.
4. Brennstoffzellenaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Verbindungseinheit (15) und der Entionisierungseinnchtung (10) als Steck- und/oder Drehverbindung ausgebildet ist.
5. Brennstoffzellenaggregat (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verbindung zwischen der Verbindungseinheit (15) und der Entionisierungseinnchtung (10) als Schraub-, Bajonett- oder Rastverbindung ausgebildet ist.
6. Brennstoffzellenaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (15) einen aktiven oder passiven
Verschlussmechanismus zum Schließen und Öffnen eines Strömungseingangs (13) und Strömungsausgangs (14) der Entionisierungseinnchtung (10) aufweist.
7. Brennstoffzellenaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Entionisierungsmittel (1 1 ) eine vom Kühlmittel umströmbare Schüttung eines lonentauscherharzes ist.
8. Brennstoffzellenaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Entionisierungseinnchtung (1 ) ferner ein durchströmbares Filterelement (12) umfasst, welches innerhalb des Gehäuses (16) angeordnet ist und das Entionisierungsmittel (1 1 ) von dem Strömungsausgang (14) trennt.
9. Brennstoffzellenaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Kühlmittel Wasser, ein Frostschutzmittel und zumindest einen Korrosionsinhibitor umfasst.
10. Fahrzeug (3) umfassend ein Brennstoffzellenaggregat (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
PCT/EP2015/063966 2014-07-07 2015-06-22 Brennstoffzellenaggregat mit wechselbarer entionisierungseinrichtung sowie fahrzeug mit einem solchen WO2016005174A1 (de)

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