WO2017186376A1 - Cooling device for a fuel cell and fuel cell system comprising the cooling device - Google Patents

Cooling device for a fuel cell and fuel cell system comprising the cooling device Download PDF

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WO2017186376A1
WO2017186376A1 PCT/EP2017/054202 EP2017054202W WO2017186376A1 WO 2017186376 A1 WO2017186376 A1 WO 2017186376A1 EP 2017054202 W EP2017054202 W EP 2017054202W WO 2017186376 A1 WO2017186376 A1 WO 2017186376A1
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cooling device
coolant
cooling
fuel cell
line
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PCT/EP2017/054202
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Inventor
Helerson Kemmer
Arpad Imre
Christian Mielke
Johannes Schild
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Robert Bosch Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04104Regulation of differential pressures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029Heat exchange using liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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    • H01M8/04044Purification of heat exchange media
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • Cooling device for a fuel cell and fuel cell system with the
  • the present invention relates to a cooling device, in particular for a fuel cell, comprising a coolant line for conducting coolant through a cooling unit of the cooling device and a resource line for conducting a resource through an operating unit of the cooling device, wherein the cooling unit is configured for cooling the operating unit.
  • the present invention further relates to a fuel cell system with the
  • Accumulator technology is its long range and fast fueling in just minutes.
  • FCCUs Fluel Cell Control Units
  • An FCCU controls that Fuel cell system with integrated hydrogen, air and fuel
  • a fuel cell system with the FCCU has a
  • Cooling device by which a fuel cell stack can be cooled by a coolant. More specifically, in such a cooling device, the cathode of the fuel cell stack may be cooled by a cooling unit through which coolant is passed.
  • Relief opening against the gravitational direction or a mechanical ventilation can be realized.
  • the relief opening causes as a side effect that the coolant is in front of a coolant pump to ambient pressure level.
  • Coolant may only have a certain maximum deviation to the pressure level of the hydrogen and to the pressure level of the air, for example a maximum of ⁇ 1 bar.
  • the deviation is dictated by the design used inter alia by the seals used and ensures the tightness in areas at the anode, the cathode and a cooling device in the fuel cell stack.
  • Cooling device As a result, an improved cooling device and a fuel cell system with the cooling device are provided by means of which a fuel cell can be cooled at low cost. In addition, a method is provided by which a fuel cell with low
  • Cooling device in particular a cooling device for cooling a
  • the cooling device has a coolant line for conducting coolant through a cooling unit of the cooling device.
  • the cooling device has a first operating line for conducting a first operating means through a first operating unit of the cooling device.
  • the cooling unit is designed here for cooling the first operating unit.
  • the coolant line is downstream of the cooling unit in fluid communication with the first resource line. That is, a refrigerant degassing port of the refrigerant piping is not led directly to the environment, but into the pressurized first service piping.
  • Fluid connection with the first resource line is, the level of the refrigerant pressure at least in sections, in particular downstream of a coolant pump of the cooling device, always equal to a pressure in the first Resource line, ie, the first resource pressure.
  • Cooling device thus without use of a throttle or the like to a desired value, for example, 1.5 bar, are held. Moreover, in the present cooling device, the use of a large coolant pump or a plurality of coolant pumps can be dispensed with. As a result, both costs for the pump (s) and costs for the energy consumption of a large coolant pump or more
  • the present cooling device is in particular for the cooling of a
  • the present invention is not limited thereto.
  • the cooling device can also be designed for cooling of other applications with coolant-based cooling.
  • the coolant line is correspondingly preferred for conducting the coolant as a hose or pipe or hose or piping system
  • the coolant line is preferably part of a closed coolant circuit of the cooling device.
  • the cooling unit can also be called
  • Section of the coolant line to be configured which is preferably arranged in the vicinity or at the first operating unit.
  • the first operating unit is preferably designed as an operating unit for the operation of the fuel cell.
  • the first operating unit is designed, for example, as a cathode or has a cathode.
  • the first operating means is to be understood in particular as an operating fluid, which is preferably air or at least has.
  • the fluid connection between the coolant line downstream of the cooling unit and the first resource line is for example by a hose or Pipe made. That is, a hose or pipe section of the
  • Coolant line downstream of the cooling unit is connected directly to a hose or pipe section of the first service line.
  • the first operating unit has a cathode and the operating medium line is designed as a cathode gas line.
  • the cathode here is in particular a cathode of a fuel cell, wherein the
  • Fuel cell further comprises an anode, which may be referred to as a second operating unit.
  • anode In the cathode gas line usually ambient air is sucked in, which in the context of the present invention, this oxygen-containing gas mixture or the ambient air can be referred to as cathode gas.
  • cathode gas In known cooling devices for fuel cells, it is possible that hydrogen from the fuel cell in the cooling unit or the coolant line penetrates.
  • the coolant line it is possible for the coolant line to be located downstream of the cooling unit in FIG.
  • Fluid communication with the first resource line upstream of the first operating unit is. This makes it possible that particles of the coolant can be filtered by the operating unit.
  • a cooling device which is used for cooling a fuel cell, thereby hydrogen must not be conducted into the environment, but can be performed in the designed as a first operating unit cathode and passed through this in the environment. At the cathode, the hydrogen can be harmlessly oxidized or oxidized.
  • a membrane of the cooling device is arranged, which is, for example, hydrogen and air permeable, but impermeable for larger molecules such as glycol or molecules of a liquid.
  • the coolant line is located downstream of the cooling unit in FIG Fluid communication with the first resource line downstream of the first operating unit is. This can be reliably prevented
  • Coolant in the first operating unit or when cooling a fuel cell, penetrates into this. This could lead to damage of the fuel cell due to the possibly contained in the coolant moisture or chemical components of the coolant such as glycol. In this case, further, the cost of a membrane as described above could be saved. Moreover, it is possible according to the present invention, that in a
  • Cooling device a coolant expansion tank is connected to the coolant line and the coolant expansion tank spatially in
  • Gravity direction is lower than a junction of the fluid connection between the coolant line and the first resource line downstream of the first operating unit is arranged. Since, in the case of a cooling device, which is in use for cooling a fuel, the cathode gas is usually discharged counter to the direction of gravity upwards, this is structurally simple and inexpensive to implement. In such a
  • a coolant expansion tank is connected to the coolant line and the coolant expansion tank spatially in
  • Gravity direction is higher than the first operating unit is arranged.
  • a cooling device which is used for cooling a fuel cell
  • an overflow of hydrogen into the first operating unit or a cathode can be ensured.
  • a cooling device which is used for cooling a fuel cell
  • the coolant expansion tank is arranged spatially higher in the direction of gravity than the cooling unit. As a result, devices or mechanisms can be avoided, which would prevent leakage of the coolant expansion tank.
  • a sensor located in or on the first operating line to detect a substance that differs from the operating medium.
  • the sensor is preferred as
  • Hydrogen sensor designed. This makes it possible to identify hydrogen, which may not be filtered by the first operating unit, and to initiate necessary countermeasures.
  • the sensor is preferably positioned downstream of the first operating unit.
  • Cooling device the cooling unit to the first operating unit, in particular directly to the first operating unit, is arranged. This allows the
  • the cooling device can thereby also be arranged particularly space-saving in a fuel cell system.
  • the cooling unit in the sense of the present invention can also be designed as a section of the coolant line which, in particular, rests directly against the first operating unit or
  • Fuel cell system provided with a cooling device as explained above, wherein the first operating unit is an operating unit of the
  • Fuel cell system is. More specifically, in this case, the first operating unit is a cathode, which in turn is a cathode of a fuel cell of the fuel cell system. This brings the invention
  • the method according to the invention also brings about the same advantages as have been described in detail with reference to the cooling device according to the invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system with a
  • Fig. 2 is a block diagram of a fuel cell system with a
  • Cooling device according to a first embodiment of the present invention
  • Fig. 3 is a further block diagram of a fuel cell system with the
  • Cooling device according to the first embodiment of the present invention
  • Fig. 4 is a block diagram of a fuel cell system with a
  • Cooling device according to a second embodiment of the present invention
  • Fig. 5 is a further block diagram of a fuel cell system with the
  • Cooling device according to the second embodiment of the present invention, and Fig. 6 is a functional diagram of an inventive
  • the cooling circuit also has a coolant pump 120 and a radiator 140.
  • FIG. 2 shows a fuel cell system 100a with a cooling device 1a according to a first embodiment.
  • the illustrated cooling device 1 a is designed for cooling a fuel cell 110.
  • the cooling device 1a has a coolant line 10 for conducting coolant through a cooling unit 40 of the cooling device 1a.
  • cooling device la to a designed as a cathode gas line first resource line 20 to
  • the cooling unit 40 is designed here for cooling the first operating unit 50 and thereby for cooling the fuel cell 110.
  • the coolant line 10 is downstream of the cooling unit 40 with the first
  • the fuel cell system 100a shown in FIG. 2 also has a second operating line 30 designed as an anode gas line for conducting a second operating means (anode gas) through a second operating unit 60 designed as an anode.
  • Operating unit 60 form according to the illustrated embodiment, the essential components of a fuel cell 110.
  • a level of the refrigerant pressure before a Coolant pump 120 substantially automatically always equal to a cathode pressure and this in a defined ratio to a
  • the senor 70 is configured as a hydrogen sensor for detecting hydrogen.
  • the sensor 70 is disposed downstream of the first operating unit 50 in both FIGS. 2 and 3, the sensor 70 may be disposed upstream of the first operating unit 50.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a fuel cell system 1 a with a cooling device 1 a as shown in FIG. 2 from a different perspective.
  • the cooling device 1a shown in FIG. 3 has a coolant compensation tank 90. From the illustration of Fig. 3 it can be seen that the coolant expansion tank 90 is connected to the coolant line 10 and the
  • Cooling device la spatially higher in the direction of gravity than the first
  • Operating unit 50 is arranged.
  • FIG. 4 shows a fuel cell system 100b with a cooling device 1b according to a second embodiment.
  • the cooling device 1b according to the second embodiment differs in particular from the
  • Coolant line 10 downstream of the cooling unit 40 in fluid communication with the first resource line 20 downstream of the first operating unit 50 is.
  • FIG. 5 shows a block diagram of a fuel cell system 1b with a cooling device 1b as shown in FIG. 4 from a different perspective.
  • Fig. 5 illustrated coolant expansion tank 90 is connected to the coolant line 10.
  • the coolant surge tank 90 is spatially disposed in the gravity direction lower than a joint 80 of the fluid communication.
  • the coolant expansion tank 90 is in this case between the coolant line 10 and the first resource line 20, downstream of the first
  • Operating unit 50 extends, arranged.
  • the coolant expansion tank 90 is spatially higher in the direction of gravity than the first operating unit 50 and the cooling unit 40 is arranged.
  • a method for cooling a fuel cell 110 with a cooling device 1 a, 1 b as described above may be further understood, in which the first operating means of the first
  • Operating medium line 20 is guided in the direction of or to the coolant line 10. Since the coolant in a closed or gas-tight
  • Coolant circuit is performed or circulated, thereby the level of the refrigerant pressure can always be kept automatically or at the level of the cathode pressure.
  • a controller can be provided which controls the method and monitors it by means of sensors.
  • FIG. 6 shows a fuel cell system 100a with the cooling device 1a. Further, in Fig. 6, the coolant surge tank 90 is shown integrated in the fuel cell system 100a.
  • the illustrated fuel cell system 100a further includes a fuel cell 110, a coolant pump 120 for pumping the
  • Coolant and a motor 130 for operating the cooling device la on Coolant and a motor 130 for operating the cooling device la on.

Abstract

The invention relates to a cooling device (1a; 1b), in particular for cooling a fuel cell (110), having a cooling medium line (10) for conducting cooling medium through a cooling unit (40) of the cooling device (1a; 1b), and a first operating medium line (20) for conducting a first operating medium through a first operating unit (50) of the cooling device (1a; 1b), wherein the cooling unit (40) is designed to cool the first operating unit (50), wherein the cooling medium line (10) is fluidically connected to the first operating medium line (20) downstream of the cooling unit (40). The invention further relates to a fuel cell system (100a; 100b) comprising a cooling device (1a; 1b) according to the invention, wherein the first operating unit (50) is an operating unit of the fuel cell system (100a; 100b). The invention further relates to a method for cooling a fuel cell (110) by using a cooling device (1a; 1b) according to the invention, wherein a first operating medium is led from the first operating medium line (20) to the cooling medium line (10).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Kühlvorrichtung für eine Brennstoffzelle und Brennstoffzellensystem mit der Cooling device for a fuel cell and fuel cell system with the
Kühlvorrichtung cooler
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, insbesondere für eine Brennstoffzelle, aufweisend eine Kühlmittelleitung zum Leiten von Kühlmittel durch eine Kühleinheit der Kühlvorrichtung und eine Betriebsmittelleitung zum Leiten eines Betriebsmittels durch eine Betriebseinheit der Kühlvorrichtung, wobei die Kühleinheit zum Kühlen der Betriebseinheit ausgestaltet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Brennstoffzellensystem mit der The present invention relates to a cooling device, in particular for a fuel cell, comprising a coolant line for conducting coolant through a cooling unit of the cooling device and a resource line for conducting a resource through an operating unit of the cooling device, wherein the cooling unit is configured for cooling the operating unit. The present invention further relates to a fuel cell system with the
Kühlvorrichtung. Cooler.
Stand der Technik State of the art
Von emissionsfreier Mobilität durch Brennstoffzellensysteme profitieren mittlerweile nicht nur Kraftfahrzeuge wie PKWs und LKWs, sondern auch sogenannte OFF-Highway-Fahrzeuge wie beispielsweise Baumaschinen, Kommunal- und Flughafenfahrzeuge. Zur Reduzierung von Emissionen und Lärm setzen beispielsweise Flughafenbetreiber zunehmend auf alternativeNot only motor vehicles such as cars and trucks benefit from emission-free mobility through fuel cell systems, but so-called off-highway vehicles such as construction machinery, municipal and airport vehicles. For example, airport operators are increasingly turning to alternative solutions to reduce emissions and noise
Antriebe und künftig mit Brennstoffzellensystemen auf eine neue Drives and in the future with fuel cell systems to a new
umweltfreundliche Zukunftstechnologie für mobilen Arbeitsmaschinen, Environmentally friendly future technology for mobile machines,
Fahrzeuge auf dem Vorfeld und Fuhrparks. Die Vorteile von Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb gegenüber beispielsweise der klassischen Vehicles on the apron and fleets. The advantages of vehicles with fuel cell drive over, for example, the classic
Akkumulatortechnologie sind ihre große Reichweite und ihre schnelle Betankung innerhalb von nur wenigen Minuten. Accumulator technology is its long range and fast fueling in just minutes.
Für eine sichere Funktion von Brennstoffzellensystemen sind FCCUs (Fuel Cell Control Units) bekannt, die alle Komponenten eines Brennstoffzellensystems für ein effizientes Zusammenspiel steuern. Eine FCCU steuert das Brennstoffzellensystem mit einer integrierten Wasserstoff-, Luft- und For safe operation of fuel cell systems, FCCUs (Fuel Cell Control Units) are known, which control all components of a fuel cell system for efficient interaction. An FCCU controls that Fuel cell system with integrated hydrogen, air and fuel
Kühlmittelregelung. Ein Brennstoffzellensystem mit der FCCU weist eine Coolant regulation. A fuel cell system with the FCCU has a
Kühlvorrichtung auf, durch welche ein Brennstoffzellenstapel durch ein Kühlmittel gekühlt werden kann. Genauer gesagt kann bei einer solchen Kühlvorrichtung die Kathode des Brennstoffzellenstapels durch eine Kühleinheit, durch welche Kühlmittel geleitet wird, gekühlt werden. Cooling device, by which a fuel cell stack can be cooled by a coolant. More specifically, in such a cooling device, the cathode of the fuel cell stack may be cooled by a cooling unit through which coolant is passed.
Da Wasserstoff aus dem Brennstoffzellenstapel in das Kühlmittel diffundieren kann, muss die Kühlmittelleitung zur Umgebung offen sein. Dies wird Since hydrogen from the fuel cell stack may diffuse into the coolant, the coolant line must be open to the environment. this will
beispielsweise durch eine Entlastungsöffnung in einem Kühlmittel- Ausgleichsbehälter erreicht. Der Raum, in den das Kühlsystem entgast, muss vor einer Wasserstoffansammlung geschützt sein. Dies kann durch eine achieved for example by a discharge opening in a coolant reservoir. The space in which the cooling system is degassed must be protected from hydrogen accumulation. This can be done by a
Entlastungsöffnung entgegen der Gravitationsrichtung oder eine mechanische Belüftung realisiert werden. Die Entlastungsöffnung bewirkt als Nebeneffekt, dass das Kühlmittel vor einer Kühlmittelpumpe auf Umgebungs-Druckniveau ist. Relief opening against the gravitational direction or a mechanical ventilation can be realized. The relief opening causes as a side effect that the coolant is in front of a coolant pump to ambient pressure level.
Während der Betriebsführung eines Brennstoffzellenstapels werden gezielt bestimmte Gasdruckniveaus in der Anode (Wasserstoff) und der Kathode (Luft) eingestellt. Der Druck des den Brennstoffzellenstapel durchströmenden During the operation of a fuel cell stack, certain gas pressure levels in the anode (hydrogen) and the cathode (air) are specifically set. The pressure of the fuel cell stack flowing through
Kühlmittels darf zum Druckniveau des Wasserstoffs und zum Druckniveau der Luft nur eine gewisse maximale Abweichung haben, beispielsweise maximal ±1 bar. Die Abweichung ist konstruktionsbedingt unter anderem durch die verwendeten Dichtungen vorgegeben und stellt die Dichtheit in Bereichen an der Anode, der Kathode und einer Kühlvorrichtung im Brennstoffzellenstapel sicher. Coolant may only have a certain maximum deviation to the pressure level of the hydrogen and to the pressure level of the air, for example a maximum of ± 1 bar. The deviation is dictated by the design used inter alia by the seals used and ensures the tightness in areas at the anode, the cathode and a cooling device in the fuel cell stack.
Um das gewünschte Druckniveau zu erreichen, obwohl im Ausgleichsbehälter Umgebungsdruck herrscht, müssen eine ausreichend groß dimensionierte Kühlmittelpumpe, oder mehrere Kühlmittelpumpen, sowie eine Drossel stromabwärts des Brennstoffzellenstapels, die das Druckniveau am In order to achieve the desired pressure level, although ambient pressure prevails in the expansion tank, a sufficiently large-sized coolant pump, or a plurality of coolant pumps, as well as a throttle downstream of the fuel cell stack, the pressure level on
Brennstoffzellenstapelausgang über dem des Ausgleichsbehälters Fuel cell stack outlet above that of the surge tank
(Umgebungsdruck) hält, eingesetzt werden. Die Kühlmittelpumpe ist hierbei auf Ausfall oder zu geringe Leistung zu überwachen, um eine übermäßige (Ambient pressure) stops to be used. The coolant pump should be monitored for failure or insufficient power to prevent excessive flow
Druckabweichung zur Anode rechtzeitig zu erkennen und dieser entsprechend entgegen wirken zu können. Offenbarung der Erfindung Pressure deviation to the anode to recognize timely and counteract this accordingly. Disclosure of the invention
Vorliegend werden eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines In the present case, a cooling device for cooling a
Brennstoffzellensystems sowie ein Brennstoffzellensystem mit dieser Fuel cell system and a fuel cell system with this
Kühlvorrichtung gemäß den Patentansprüchen zur Verfügung gestellt. Hierdurch werden eine verbesserte Kühlvorrichtung sowie ein Brennstoffzellensystem mit der Kühlvorrichtung bereitgestellt, mittels welcher eine Brennstoffzelle mit geringem Kostenaufwand gekühlt werden kann. Außerdem wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, durch welches eine Brennstoffzelle mit geringem Cooling device according to the claims provided. As a result, an improved cooling device and a fuel cell system with the cooling device are provided by means of which a fuel cell can be cooled at low cost. In addition, a method is provided by which a fuel cell with low
Energieaufwand gekühlt werden kann. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Kühlvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird, bzw. werden kann. Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Energy consumption can be cooled. In this case, features and details that are described in connection with the cooling device, of course, also in connection with the fuel cell system according to the invention and in each case vice versa, so with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention always reciprocal reference is or may be. According to a first aspect of the present invention, a
Kühlvorrichtung, insbesondere eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer  Cooling device, in particular a cooling device for cooling a
Brennstoffzelle, bereitgestellt. Die Kühlvorrichtung weist eine Kühlmittelleitung zum Leiten von Kühlmittel durch eine Kühleinheit der Kühlvorrichtung auf. Fuel cell, provided. The cooling device has a coolant line for conducting coolant through a cooling unit of the cooling device.
Außerdem weist die Kühlvorrichtung eine erste Betriebsmittelleitung zum Leiten eines ersten Betriebsmittels durch eine erste Betriebseinheit der Kühlvorrichtung auf. Die Kühleinheit ist hierbei zum Kühlen der ersten Betriebseinheit ausgestaltet. Die Kühlmittelleitung steht dabei stromabwärts der Kühleinheit in Fluidverbindung mit der ersten Betriebsmittelleitung. D.h., eine Kühlmittel- Entgasungsöffnung der Kühlmittelleitung wird nicht direkt in die Umgebung geführt, sondern in die unter Druck stehende erste Betriebsmittelleitung. In addition, the cooling device has a first operating line for conducting a first operating means through a first operating unit of the cooling device. The cooling unit is designed here for cooling the first operating unit. The coolant line is downstream of the cooling unit in fluid communication with the first resource line. That is, a refrigerant degassing port of the refrigerant piping is not led directly to the environment, but into the pressurized first service piping.
Dadurch, dass die Kühlmittelleitung stromabwärts der Kühleinheit in Characterized in that the coolant line downstream of the cooling unit in
Fluidverbindung mit der ersten Betriebsmittelleitung steht, ist das Niveau des Kühlmitteldrucks zumindest abschnittsweise, insbesondere stromabwärts einer Kühlmittelpumpe der Kühlvorrichtung, stets gleich zu einem Druck in der ersten Betriebsmittelleitung, d.h., zum ersten Betriebsmitteldruck. Der Kühlmitteldruck stromabwärts der Kühleinheit, insbesondere an einem Ausgang der Fluid connection with the first resource line is, the level of the refrigerant pressure at least in sections, in particular downstream of a coolant pump of the cooling device, always equal to a pressure in the first Resource line, ie, the first resource pressure. The coolant pressure downstream of the cooling unit, in particular at an output of the
Kühlvorrichtung, kann somit ohne Verwendung einer Drossel oder dergleichen auf einem gewünschten Wert, beispielsweise 1,5 bar, gehalten werden. Darüber hinaus kann bei der vorliegenden Kühlvorrichtung auf die Verwendung einer großen Kühlmittelpumpe oder mehrerer Kühlmittelpumpen verzichtet werden. Dadurch können sowohl Kosten für die Pumpe(n) als auch Kosten für den Energieverbrauch einer großen Kühlmittelpumpe oder mehrerer Cooling device, thus without use of a throttle or the like to a desired value, for example, 1.5 bar, are held. Moreover, in the present cooling device, the use of a large coolant pump or a plurality of coolant pumps can be dispensed with. As a result, both costs for the pump (s) and costs for the energy consumption of a large coolant pump or more
Kühlmittelpumpen eingespart werden. Saved coolant pumps.
Die vorliegende Kühlvorrichtung ist insbesondere für die Kühlung eines The present cooling device is in particular for the cooling of a
Brennstoffzellenstapels bzw. einer Brennstoffzelle eines Brennstoffzellensystems ausgestaltet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. So kann die Kühlvorrichtung auch zur Kühlung von anderen Anwendungen mit kühlmittelbasierter Kühlung ausgestaltet sein. Fuel cell stack or a fuel cell of a fuel cell system designed. However, the present invention is not limited thereto. Thus, the cooling device can also be designed for cooling of other applications with coolant-based cooling.
Unter dem Kühlmittel ist insbesondere ein Kühlmittelfluid zu verstehen. Die Kühlmittelleitung ist zum Leiten des Kühlmittels entsprechend bevorzugt als Schlauch- oder Rohrleitung bzw. Schlauch- oder Rohrleitungssystem Under the coolant is to be understood in particular a coolant fluid. The coolant line is correspondingly preferred for conducting the coolant as a hose or pipe or hose or piping system
ausgestaltet. Die Kühlmittelleitung ist bevorzugt Bestandteil eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufes der Kühlvorrichtung. Die Kühleinheit kann auch als designed. The coolant line is preferably part of a closed coolant circuit of the cooling device. The cooling unit can also be called
Abschnitt der Kühlmittelleitung ausgestaltet sein, der bevorzugt in der Nähe oder an der ersten Betriebseinheit angeordnet ist. Die erste Betriebseinheit ist bevorzugt als Betriebseinheit für den Betrieb der Brennstoffzelle ausgestaltet. Die erste Betriebseinheit ist beispielsweise als Kathode ausgestaltet oder weist eine Kathode auf. Section of the coolant line to be configured, which is preferably arranged in the vicinity or at the first operating unit. The first operating unit is preferably designed as an operating unit for the operation of the fuel cell. The first operating unit is designed, for example, as a cathode or has a cathode.
Unter dem ersten Betriebsmittel ist insbesondere ein Betriebsmittelfluid zu verstehen, das bevorzugt Luft ist oder zumindest aufweist. Die erste The first operating means is to be understood in particular as an operating fluid, which is preferably air or at least has. The first
Betriebsmittelleitung ist zum Leiten des ersten Betriebsmittels entsprechend vorzugsweise als Schlauch- oder Rohrleitung bzw. Schlauch- oder Betriebsmittelleitung is to conduct the first resource according preferably as a hose or pipe or hose or
Rohrleitungssystem ausgestaltet. Piping system designed.
Die Fluidverbindung zwischen der Kühlmittelleitung stromabwärts der Kühleinheit und der ersten Betriebsmittelleitung ist beispielsweise durch eine Schlauch- oder Rohrleitung hergestellt. D.h., ein Schlauch- oder Rohrabschnitt der The fluid connection between the coolant line downstream of the cooling unit and the first resource line is for example by a hose or Pipe made. That is, a hose or pipe section of the
Kühlmittelleitung stromabwärts der Kühleinheit ist direkt mit einem Schlauchoder Rohrabschnitt der ersten Betriebsmittelleitung verbunden. Coolant line downstream of the cooling unit is connected directly to a hose or pipe section of the first service line.
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einer Kühlvorrichtung die erste Betriebseinheit eine Kathode aufweist und die Betriebsmittelleitung als Kathodengasleitung ausgestaltet ist. Die Kathode ist hierbei insbesondere eine Kathode einer Brennstoffzelle, wobei die According to one embodiment of the present invention, it is possible that in a cooling device, the first operating unit has a cathode and the operating medium line is designed as a cathode gas line. The cathode here is in particular a cathode of a fuel cell, wherein the
Brennstoffzelle ferner eine Anode aufweist, die als zweite Betriebseinheit bezeichnet werden kann. In der Kathodengasleitung wird meist Umgebungsluft eingesaugt, wobei im Sinne der vorliegenden Erfindung dieses Sauerstoff enthaltene Gasgemisch bzw. die Umgebungsluft als Kathodengas bezeichnet werden kann. Bei bekannten Kühlvorrichtungen für Brennstoffzellen ist es möglich, dass Wasserstoff aus der Brennstoffzelle in die Kühleinheit bzw. die Kühlmittelleitung eindringt. Fuel cell further comprises an anode, which may be referred to as a second operating unit. In the cathode gas line usually ambient air is sucked in, which in the context of the present invention, this oxygen-containing gas mixture or the ambient air can be referred to as cathode gas. In known cooling devices for fuel cells, it is possible that hydrogen from the fuel cell in the cooling unit or the coolant line penetrates.
So ist es gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung beispielsweise möglich, dass die Kühlmittelleitung stromabwärts der Kühleinheit in For example, according to a development of the present invention, it is possible for the coolant line to be located downstream of the cooling unit in FIG
Fluidverbindung mit der ersten Betriebsmittelleitung stromaufwärts der ersten Betriebseinheit steht. Dadurch ist es möglich, dass durch die Betriebseinheit Partikel des Kühlmittels gefiltert werden können. Im konkreten Fall einer Kühlvorrichtung, die zum Kühlen einer Brennstoffzelle verwendet wird, muss hierdurch Wasserstoff nicht in die Umgebung geleitet werden, sondern kann in die als erste Betriebseinheit ausgestaltete Kathode geführt und über diese in die Umgebung geleitet werden. An der Kathode kann der Wasserstoff unschädlich oxidieren bzw. oxidiert werden. Um zu vermeiden, dass Kühlmittel in die erste Betriebseinheit bzw. eine Brennstoffzelle eindringt, kann stromabwärts der Kühleinheit zwischen dieser und der ersten Betriebseinheit, beispielsweise in einer entsprechenden Verbindungsleitung, eine Membran der Kühlvorrichtung angeordnet sein, die beispielsweise Wasserstoff- und Luftdurchlässig ist, jedoch undurchlässig für größere Moleküle wie beispielsweise Glykol oder Moleküle einer Flüssigkeit. Fluid communication with the first resource line upstream of the first operating unit is. This makes it possible that particles of the coolant can be filtered by the operating unit. In the specific case of a cooling device, which is used for cooling a fuel cell, thereby hydrogen must not be conducted into the environment, but can be performed in the designed as a first operating unit cathode and passed through this in the environment. At the cathode, the hydrogen can be harmlessly oxidized or oxidized. In order to avoid that coolant enters the first operating unit or a fuel cell, downstream of the cooling unit between the latter and the first operating unit, for example in a corresponding connecting line, a membrane of the cooling device is arranged, which is, for example, hydrogen and air permeable, but impermeable for larger molecules such as glycol or molecules of a liquid.
Von weiterem Vorteil kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung sein, wenn bei einer Kühlvorrichtung die Kühlmittelleitung stromabwärts der Kühleinheit in Fluidverbindung mit der ersten Betriebsmittelleitung stromabwärts der ersten Betriebseinheit steht. Dadurch kann zuverlässig verhindert werden, dass In the context of the present invention, it may be of further advantage if, in the case of a cooling device, the coolant line is located downstream of the cooling unit in FIG Fluid communication with the first resource line downstream of the first operating unit is. This can be reliably prevented
Kühlmittel in die erste Betriebseinheit, oder bei der Kühlung einer Brennstoffzelle, in diese eindringt. Dies könnte aufgrund der im Kühlmittel möglicherweise enthaltenden Feuchtigkeit oder durch chemische Bestandteile des Kühlmittels wie beispielsweise Glykol, zu einer Beschädigung der Brennstoffzelle führen. In diesem Fall könnten ferner die Kosten für eine wie vorstehend beschriebene Membran eingespart werden. Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass bei einerCoolant in the first operating unit, or when cooling a fuel cell, penetrates into this. This could lead to damage of the fuel cell due to the possibly contained in the coolant moisture or chemical components of the coolant such as glycol. In this case, further, the cost of a membrane as described above could be saved. Moreover, it is possible according to the present invention, that in a
Kühlvorrichtung ein Kühlmittel-Ausgleichsbehälter mit der Kühlmittelleitung verbunden ist und der Kühlmittel-Ausgleichsbehälter räumlich in Cooling device, a coolant expansion tank is connected to the coolant line and the coolant expansion tank spatially in
Gravitationsrichtung niedriger als eine Verbindungsstelle der Fluidverbindung zwischen der Kühlmittelleitung und der ersten Betriebsmittelleitung stromabwärts der ersten Betriebseinheit angeordnet ist. Da im Falle einer Kühlvorrichtung, die zum Kühlen einer Brennstoff eile in Verwendung ist, das Kathodengas für gewöhnlich entgegen der Gravitationsrichtung nach oben abgeführt wird, ist dies konstruktiv einfach und kostengünstig realisierbar. Bei einer derartigen Gravity direction is lower than a junction of the fluid connection between the coolant line and the first resource line downstream of the first operating unit is arranged. Since, in the case of a cooling device, which is in use for cooling a fuel, the cathode gas is usually discharged counter to the direction of gravity upwards, this is structurally simple and inexpensive to implement. In such a
Ausgestaltung der Kühlvorrichtung ist es ferner möglich, dass Wasserstoff durch die erste Betriebsmittelleitung bzw. eine Kathodengasleitung zuverlässig an dieConfiguration of the cooling device, it is also possible that hydrogen through the first resource line and a cathode gas line reliably to the
Umgebung abgegeben werden kann. Environment can be delivered.
Von weiterem Vorteil kann es gemäß der vorliegenden Erfindung sein, wenn bei einer Kühlvorrichtung ein Kühlmittel-Ausgleichsbehälter mit der Kühlmittelleitung verbunden ist und der Kühlmittel-Ausgleichsbehälter räumlich in It may be further advantage according to the present invention, when in a cooling device, a coolant expansion tank is connected to the coolant line and the coolant expansion tank spatially in
Gravitationsrichtung höher als die erste Betriebseinheit angeordnet ist. Im Falle einer Kühlvorrichtung, die zum Kühlen einer Brennstoffzelle in Verwendung ist, kann hierdurch ein Überströmen von Wasserstoff in die erste Betriebseinheit bzw. eine Kathode sichergestellt werden. Genauer gesagt kann bei jedem fallenden Druckwechsel, beispielsweise beim Abschalten der Kathode, von beispielsweise 1,5 bar auf 1 bar, im Zuge eines Druckausgleichs zum Beispiel ein Drittel eines Luftraums im Kühlmittel-Ausgleichsbehälter, insbesondere das oberste Drittel, in welchem sich der Wasserstoff ansammelt, zurück in die Kathode gesaugt werden. Bei einem steigenden Druckwechsel kann  Gravity direction is higher than the first operating unit is arranged. In the case of a cooling device, which is used for cooling a fuel cell, thereby an overflow of hydrogen into the first operating unit or a cathode can be ensured. More specifically, for each falling pressure change, for example, when switching off the cathode, for example, 1.5 bar to 1 bar, in the course of pressure equalization, for example, one third of an air space in the coolant expansion tank, in particular the top third, in which the hydrogen accumulates to be sucked back into the cathode. With a rising pressure change can
anschließend wieder Frischluft in den Kühlmittel-Ausgleichsbehälter gedrückt werden. Von weiterem Vorteil ist es, wenn der Kühlmittel-Ausgleichsbehälter räumlich in Gravitationsrichtung auch höher als die Kühleinheit angeordnet ist. Dadurch können Vorrichtungen oder Mechanismen vermieden werden, die ein Auslaufen des Kühlmittel-Ausgleichsbehälters verhindern müssten. then fresh air is again pressed into the coolant expansion tank become. It is a further advantage if the coolant expansion tank is arranged spatially higher in the direction of gravity than the cooling unit. As a result, devices or mechanisms can be avoided, which would prevent leakage of the coolant expansion tank.
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß möglich, dass in oder an der ersten Betriebsmittelleitung ein Sensor zum Erkennen eines sich von dem Betriebsmittel unterscheidenden Stoffes positioniert ist. Der Sensor ist bevorzugt als Moreover, it is possible according to the invention for a sensor to be located in or on the first operating line to detect a substance that differs from the operating medium. The sensor is preferred as
Wasserstoffsensor ausgestaltet. Dadurch ist es möglich, Wasserstoff, der ggf. nicht durch die erste Betriebseinheit gefiltert werden kann, zu identifizieren und erforderliche Gegenmaßnahmen einzuleiten. Der Sensor ist bevorzugt stromabwärts der ersten Betriebseinheit positioniert. Hydrogen sensor designed. This makes it possible to identify hydrogen, which may not be filtered by the first operating unit, and to initiate necessary countermeasures. The sensor is preferably positioned downstream of the first operating unit.
Von weiterem Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen It may be of further advantage, if in an inventive
Kühlvorrichtung die Kühleinheit an der ersten Betriebseinheit, insbesondere direkt an der ersten Betriebseinheit, angeordnet ist. Dadurch kann die Cooling device, the cooling unit to the first operating unit, in particular directly to the first operating unit, is arranged. This allows the
Betriebseinheit besonders effizient gekühlt werden. Die Kühlvorrichtung kann dadurch außerdem besonders platzsparend in einem Brennstoffzellensystem angeordnet sein. Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die Kühleinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als Abschnitt der Kühlmittelleitung ausgestaltet sein, der an, insbesondere direkt an der ersten Betriebseinheit anliegt bzw. Operating unit to be cooled particularly efficiently. The cooling device can thereby also be arranged particularly space-saving in a fuel cell system. As already mentioned above, the cooling unit in the sense of the present invention can also be designed as a section of the coolant line which, in particular, rests directly against the first operating unit or
angeordnet ist. is arranged.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein According to another aspect of the present invention is a
Brennstoffzellensystem mit einer wie vorstehend erläuterten Kühlvorrichtung bereitgestellt, wobei die erste Betriebseinheit eine Betriebseinheit des Fuel cell system provided with a cooling device as explained above, wherein the first operating unit is an operating unit of the
Brennstoffzellensystems ist. Genauer gesagt ist die erste Betriebseinheit in diesem Fall eine Kathode, die wiederum eine Kathode einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems ist. Damit bringt das erfindungsgemäße Fuel cell system is. More specifically, in this case, the first operating unit is a cathode, which in turn is a cathode of a fuel cell of the fuel cell system. This brings the invention
Brennstoffzellensystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mitFuel cell system has the same advantages as detailed with
Bezug auf die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung beschrieben worden sind. With reference to the cooling device according to the invention have been described.
Gemäß eines noch weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein According to yet another aspect of the present invention is a
Verfahren zum Kühlen einer Brennstoffzelle mit einer wie vorstehend A method of cooling a fuel cell with one as above
beschriebenen Kühlvorrichtung zur Verfügung gestellt. Gemäß dieses Verfahrens wird ein erstes Betriebsmittel der ersten Betriebsmittelleitung zu der described cooling device provided. According to this method is a first resource of the first resource line to the
Kühlmittelleitung geführt bzw. geleitet. Damit bringt auch das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung beschrieben worden sind. Coolant line led or passed. Thus, the method according to the invention also brings about the same advantages as have been described in detail with reference to the cooling device according to the invention.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Further, measures improving the invention will become apparent from the following description of some embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All from the
Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Claims, the description or the drawing resulting features and / or advantages, including constructive details and spatial arrangements, both for themselves and in the various
Kombinationen erfindungswesentlich sein. Combinations essential to the invention.
Es zeigen jeweils schematisch: Each show schematically:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems mit einer 1 is a block diagram of a fuel cell system with a
Kühlvorrichtung gemäß des Standes der Technik,  Cooling device according to the prior art,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems mit einer Fig. 2 is a block diagram of a fuel cell system with a
Kühlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,  Cooling device according to a first embodiment of the present invention,
Fig. 3 ein weiteres Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems mit derFig. 3 is a further block diagram of a fuel cell system with the
Kühlvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Cooling device according to the first embodiment of the present invention,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems mit einer Fig. 4 is a block diagram of a fuel cell system with a
Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,  Cooling device according to a second embodiment of the present invention,
Fig. 5 ein weiteres Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems mit derFig. 5 is a further block diagram of a fuel cell system with the
Kühlvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 6 ein Funktionsschaltbild eines erfindungsgemäßen Cooling device according to the second embodiment of the present invention, and Fig. 6 is a functional diagram of an inventive
Brennstoffzellensystems.  Fuel cell system.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 6 jeweils mit demselben Bezugszeichen versehen. Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference numerals in FIGS.
Zur kurzen Erläuterung des Standes der Technik ist in Fig. 1 ein For a brief explanation of the prior art is in Fig. 1 a
Brennstoffzellensystem 100 mit einer Kühlvorrichtung 1 dargestellt, bei welcher eine Kühlmittelleitung 10 als Bestandteil eines Kühlkreislaufes ausgestaltet ist. Der Kühlkreislauf weist ferner eine Kühlmittelpumpe 120 sowie einen Kühler 140 auf. Fuel cell system 100 shown with a cooling device 1, in which a coolant line 10 is designed as part of a cooling circuit. The cooling circuit also has a coolant pump 120 and a radiator 140.
In Fig. 2 ist ein Brennstoffzellensystem 100a mit einer Kühlvorrichtung la gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Wie anhand von Fig. 2 zu erkennen, ist die dargestellte Kühlvorrichtung la zum Kühlen einer Brennstoffzelle 110 ausgestaltet. Die Kühlvorrichtung la weist eine Kühlmittelleitung 10 zum Leiten von Kühlmittel durch eine Kühleinheit 40 der Kühlvorrichtung la auf. Das FIG. 2 shows a fuel cell system 100a with a cooling device 1a according to a first embodiment. As can be seen from FIG. 2, the illustrated cooling device 1 a is designed for cooling a fuel cell 110. The cooling device 1a has a coolant line 10 for conducting coolant through a cooling unit 40 of the cooling device 1a. The
Kühlmittel wird gemäß der dargestellten Ausführungsform in einem Coolant is according to the illustrated embodiment in a
geschlossenen Kühlmittelkreislauf zirkuliert. Außerdem weist die Kühlvorrichtung la eine als Kathodengasleitung ausgestaltete erste Betriebsmittelleitung 20 zumclosed coolant circuit circulates. In addition, the cooling device la to a designed as a cathode gas line first resource line 20 to
Leiten eines ersten Betriebsmittels (Kathodengas) durch eine als Kathode ausgestaltete erste Betriebseinheit 50 der Kühlvorrichtung la auf. Die Kühleinheit 40 ist hierbei zum Kühlen der ersten Betriebseinheit 50 und hierdurch zum Kühlen der Brennstoffzelle 110 ausgestaltet. Wie ferner aus Fig. 2 hervorgeht, steht die Kühlmittelleitung 10 stromabwärts der Kühleinheit 40 mit der erstenPassing a first operating means (cathode gas) through a designed as a cathode first operating unit 50 of the cooling device la. The cooling unit 40 is designed here for cooling the first operating unit 50 and thereby for cooling the fuel cell 110. As further shown in Fig. 2, the coolant line 10 is downstream of the cooling unit 40 with the first
Betriebsmittelleitung 20 stromaufwärts der ersten Betriebseinheit 50 in Resource line 20 upstream of the first operating unit 50 in FIG
Fluidverbindung. Fluid communication.
Das in Fig. 2 dargestellte Brennstoffzellensystem 100a weist außerdem eine als Anodengasleitung ausgestaltete zweite Betriebsmittelleitung 30 zum Leiten eines zweiten Betriebsmittels (Anodengas) durch eine als Anode ausgestaltete zweite Betriebseinheit 60 auf. Die erste Betriebseinheit 50 und die zweite The fuel cell system 100a shown in FIG. 2 also has a second operating line 30 designed as an anode gas line for conducting a second operating means (anode gas) through a second operating unit 60 designed as an anode. The first operating unit 50 and the second
Betriebseinheit 60 bilden gemäß der dargestellten Ausführungsform die wesentlichen Bestandteile einer Brennstoffzelle 110. Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Kühlvorrichtung la kann ein Niveau des Kühlmitteldrucks vor einer Kühlmittelpumpe 120 im Wesentlichen automatisch immer gleich zu einem Kathodendruck und hierbei in einem definierten Verhältnis zu einem Operating unit 60 form according to the illustrated embodiment, the essential components of a fuel cell 110. According to the cooling device la shown in Fig. 2, a level of the refrigerant pressure before a Coolant pump 120 substantially automatically always equal to a cathode pressure and this in a defined ratio to a
Anodendruck gehalten werden. Darüber hinaus ist in der Kühlvorrichtung la gemäß Fig. 2 in der ersten Anodendruck be kept. In addition, in the cooling device la according to FIG. 2 in the first
Betriebsmittelleitung 20 ein Sensor 70 zum Erkennen eines sich von dem  Power line 20, a sensor 70 for detecting a different from the
Betriebsmittel unterscheidenden Stoffes positioniert. Genauer gesagt ist der Sensor 70 als Wasserstoffsensor zum Erkennen von Wasserstoff ausgestaltet. Obwohl der Sensor 70 sowohl in Fig. 2 als auch in Fig. 3 stromabwärts der ersten Betriebseinheit 50 angeordnet ist, kann der Sensor 70 auch stromaufwärts der ersten Betriebseinheit 50 angeordnet sein. Equipment of differing substance positioned. More specifically, the sensor 70 is configured as a hydrogen sensor for detecting hydrogen. Although the sensor 70 is disposed downstream of the first operating unit 50 in both FIGS. 2 and 3, the sensor 70 may be disposed upstream of the first operating unit 50.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems la mit einer wie in Fig. 2 dargestellten Kühlvorrichtung la aus einer anderen Perspektive. Die in Fig. 3 dargestellte Kühlvorrichtung la weist einen Kühlmittel-Ausgleichsbehälter 90 auf. Anhand der Darstellung von Fig. 3 ist zu erkennen, dass der Kühlmittel- Ausgleichsbehälter 90 mit der Kühlmittelleitung 10 verbunden ist und der FIG. 3 shows a block diagram of a fuel cell system 1 a with a cooling device 1 a as shown in FIG. 2 from a different perspective. The cooling device 1a shown in FIG. 3 has a coolant compensation tank 90. From the illustration of Fig. 3 it can be seen that the coolant expansion tank 90 is connected to the coolant line 10 and the
Kühlmittel-Ausgleichsbehälter 90 in einem verbauten Zustand der Coolant expansion tank 90 in a installed state of
Kühlvorrichtung la räumlich in Gravitationsrichtung höher als die erste Cooling device la spatially higher in the direction of gravity than the first
Betriebseinheit 50 angeordnet ist. Operating unit 50 is arranged.
Fig. 4 zeigt ein Brennstoffzellensystem 100b mit einer Kühlvorrichtung lb gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Kühlvorrichtung lb gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der 4 shows a fuel cell system 100b with a cooling device 1b according to a second embodiment. The cooling device 1b according to the second embodiment differs in particular from the
Kühlvorrichtung la gemäß der ersten Ausführungsform, dass die Cooling device la according to the first embodiment that the
Kühlmittelleitung 10 stromabwärts der Kühleinheit 40 in Fluidverbindung mit der ersten Betriebsmittelleitung 20 stromabwärts der ersten Betriebseinheit 50 steht.  Coolant line 10 downstream of the cooling unit 40 in fluid communication with the first resource line 20 downstream of the first operating unit 50 is.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Brennstoffzellensystems lb mit einer wie in Fig. 4 dargestellten Kühlvorrichtung lb aus einer anderen Perspektive. Der in5 shows a block diagram of a fuel cell system 1b with a cooling device 1b as shown in FIG. 4 from a different perspective. The in
Fig. 5 dargestellte Kühlmittel-Ausgleichsbehälter 90 ist mit der Kühlmittelleitung 10 verbunden. Außerdem ist der Kühlmittel-Ausgleichsbehälter 90 in einem verbauten Zustand der Kühlvorrichtung lb räumlich in Gravitationsrichtung niedriger als eine Verbindungsstelle 80 der Fluidverbindung angeordnet. Der Kühlmittel-Ausgleichsbehälter 90 ist hierbei zwischen der Kühlmittelleitung 10 und der ersten Betriebsmittelleitung 20, die stromabwärts der ersten Fig. 5 illustrated coolant expansion tank 90 is connected to the coolant line 10. In addition, in a built-in state of the cooling device 1b, the coolant surge tank 90 is spatially disposed in the gravity direction lower than a joint 80 of the fluid communication. The coolant expansion tank 90 is in this case between the coolant line 10 and the first resource line 20, downstream of the first
Betriebseinheit 50 verläuft, angeordnet. Außerdem ist der Kühlmittel- Ausgleichsbehälter 90 räumlich in Gravitationsrichtung höher als die erste Betriebseinheit 50 sowie die Kühleinheit 40 angeordnet. Operating unit 50 extends, arranged. In addition, the coolant expansion tank 90 is spatially higher in the direction of gravity than the first operating unit 50 and the cooling unit 40 is arranged.
Anhand der Figuren 1 bis 5 kann ferner ein Verfahren zum Kühlen einer Brennstoffzelle 110 mit einer wie vorstehend beschriebenen Kühlvorrichtung la, lb verstanden werden, bei welchem das erste Betriebsmittel der ersten With reference to FIGS. 1 to 5, a method for cooling a fuel cell 110 with a cooling device 1 a, 1 b as described above may be further understood, in which the first operating means of the first
Betriebsmittelleitung 20 in Richtung der bzw. zu der Kühlmittelleitung 10 geführt wird. Da das Kühlmittel in einem geschlossenen bzw. gasdichten Operating medium line 20 is guided in the direction of or to the coolant line 10. Since the coolant in a closed or gas-tight
Kühlmittelkreislauf geführt bzw. zirkuliert wird, kann dadurch das Niveau des Kühlmitteldrucks stets bzw. automatisch auf dem Niveau des Kathoden drucks gehalten werden. Hierfür kann ein Controller bereitgestellt werden, der das Verfahren steuert und anhand von Sensoren überwacht. Coolant circuit is performed or circulated, thereby the level of the refrigerant pressure can always be kept automatically or at the level of the cathode pressure. For this purpose, a controller can be provided which controls the method and monitors it by means of sensors.
Fig. 6 zeigt ein Brennstoffzellensystem 100a mit der Kühlvorrichtung la. Ferner ist in Fig. 6 der Kühlmittel-Ausgleichsbehälter 90 im Brennstoffzellensystem 100a integriert dargestellt. Das dargestellte Brennstoffzellensystem 100a weist ferner eine Brennstoffzelle 110, eine Kühlmittelpumpe 120 zum Pumpen des 6 shows a fuel cell system 100a with the cooling device 1a. Further, in Fig. 6, the coolant surge tank 90 is shown integrated in the fuel cell system 100a. The illustrated fuel cell system 100a further includes a fuel cell 110, a coolant pump 120 for pumping the
Kühlmittels sowie einen Motor 130 zum Betreiben der Kühlvorrichtung la auf. Coolant and a motor 130 for operating the cooling device la on.

Claims

Ansprüche claims
1. Kühlvorrichtung (la; lb), insbesondere zum Kühlen einer Brennstoffzelle (110), aufweisend eine Kühlmittelleitung (10) zum Leiten von Kühlmittel durch eine Kühleinheit (40) der Kühlvorrichtung (la; lb) und eine erste Betriebsmittelleitung (20) zum Leiten eines ersten Betriebsmittels durch eine erste Betriebseinheit (50) der Kühlvorrichtung (la; lb), wobei die Kühleinheit (40) zum Kühlen der ersten Betriebseinheit (50) ausgestaltet ist, A cooling device (1a, 1b), in particular for cooling a fuel cell (110), comprising a coolant line (10) for conducting coolant through a cooling unit (40) of the cooling device (1a, 1b) and a first operating line (20) for conducting a first operating means by a first operating unit (50) of the cooling device (1a; 1b), the cooling unit (40) being designed to cool the first operating unit (50),
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Kühlmittelleitung (10) stromabwärts der Kühleinheit (40) in Fluidverbindung mit der ersten Betriebsmittelleitung (20) steht.  in that the coolant line (10) is in fluid communication with the first operating line (20) downstream of the cooling unit (40).
2. Kühlvorrichtung (la; lb) nach Anspruch 1, 2. Cooling device (1a, 1b) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die erste Betriebseinheit (50) eine Kathode aufweist und die  the first operating unit (50) has a cathode and the
Betriebsmittelleitung (20) als Kathodengasleitung ausgestaltet ist.  Operating medium line (20) is designed as a cathode gas line.
3. Kühlvorrichtung (la) nach Anspruch 1 oder 2, 3. Cooling device (la) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Kühlmittelleitung (10) stromabwärts der Kühleinheit (40) in Fluidverbindung mit der ersten Betriebsmittelleitung (20) stromaufwärts der ersten Betriebseinheit (50) steht.  in that the coolant line (10) downstream of the cooling unit (40) is in fluid communication with the first operating line (20) upstream of the first operating unit (50).
4. Kühlvorrichtung (lb) nach Anspruch 1 oder 2, 4. Cooling device (lb) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Kühlmittelleitung (10) stromabwärts der Kühleinheit (40) in Fluidverbindung mit der ersten Betriebsmittelleitung (20) stromabwärts der ersten Betriebseinheit (50) steht. Kühlvorrichtung (lb) nach Anspruch 4, in that the coolant line (10) downstream of the cooling unit (40) is in fluid communication with the first operating line (20) downstream of the first operating unit (50). Cooling device (1b) according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass ein Kühlmittel-Ausgleichsbehälter (90) mit der Kühlmittelleitung (10) verbunden ist und der Kühlmittel-Ausgleichsbehälter (90) räumlich in Gravitationsrichtung niedriger als eine Verbindungsstelle (81) der a coolant surge tank (90) is connected to the coolant line (10) and the coolant surge tank (90) is spatially lower in the direction of gravity than a joint (81) of the
Fluidverbindung zwischen der Kühlmittelleitung (10) und der ersten Betriebsmittelleitung (20) stromabwärts der ersten Betriebseinheit (50) angeordnet ist. Fluid communication between the coolant line (10) and the first resource line (20) downstream of the first operating unit (50) is arranged.
Kühlvorrichtung (la; lb) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, Cooling device (1a; 1b) according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass ein Kühlmittel-Ausgleichsbehälter (90) mit der Kühlmittelleitung (10) verbunden ist und der Kühlmittel-Ausgleichsbehälter (90) räumlich in Gravitationsrichtung höher als die erste Betriebseinheit (50) angeordnet ist. in that a coolant compensation tank (90) is connected to the coolant line (10) and the coolant compensation tank (90) is arranged spatially higher in the direction of gravity than the first operating unit (50).
Kühlvorrichtung (la; lb) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, Cooling device (1a, 1b) according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass in oder an der ersten Betriebsmittelleitung (20) ein Sensor (70) zum Erkennen eines sich von dem Betriebsmittel unterscheidenden Stoffes positioniert ist. in that a sensor (70) is positioned in or on the first operating line (20) for the purpose of detecting a substance which differs from the operating medium.
Kühlvorrichtung (la; lb) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, Cooling device (1a; 1b) according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Kühleinheit (40) an der ersten Betriebseinheit (50) angeordnet ist. in that the cooling unit (40) is arranged on the first operating unit (50).
Brennstoffzellensystem (100a; 100b) mit einer Kühlvorrichtung (la; lb) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Betriebseinheit (50) eine Betriebseinheit des Brennstoffzellensystems (100a; 100b) ist. A fuel cell system (100a, 100b) having a cooling device (1a, 1b) according to any one of claims 1 to 8, wherein the first operation unit (50) is an operation unit of the fuel cell system (100a, 100b).
Verfahren zum Kühlen einer Brennstoffzelle (110) mit einer Kühlvorrichtung (la; lb) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein erstes Betriebsmittel der ersten Betriebsmittelleitung zu der Kühlmittelleitung (10) geführt wird. A method of cooling a fuel cell (110) with a cooling device (1a; 1b) according to any one of claims 1 to 8, wherein a first resource of the first resource line is led to the coolant line (10).
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