WO2023006408A1 - Kühlerpassivierungsverfahren für einen in einem kraftfahrzeug montierten kühlmittelkühler einer kühlervorrichtung, kühlervorrichtung sowie verwendung eines kraftfahrzeugs zur passivierung eines kühlmittelkühlers einer kühlervorrichtung - Google Patents

Kühlerpassivierungsverfahren für einen in einem kraftfahrzeug montierten kühlmittelkühler einer kühlervorrichtung, kühlervorrichtung sowie verwendung eines kraftfahrzeugs zur passivierung eines kühlmittelkühlers einer kühlervorrichtung Download PDF

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cooler
fuel cell
passivation
coolant
waste water
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PCT/EP2022/069461
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Richard BRÜMMER
Peter Englert
Matthias Pfitzer
Thomas Strauss
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Mahle International Gmbh
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a cooler passivation method for a coolant cooler of a cooling device mounted in a motor vehicle.
  • the invention also relates to such a cooler device and the use of a motor vehicle for passivating a coolant cooler of a cooling device.
  • a cooler passivation method for a coolant cooler of a cooler device is described in document DE 102019209249 A1, in which, for passivation of an aluminum surface provided with a flux, a passivation solution is applied to the same so that the passivation solution reacts with the one provided with the flux A passivation layer is produced on the aluminum surface.
  • the disadvantage of this cooler passivation method is that an additional method step for coating always has to be provided as part of the installation of such a coolant cooler or such a cooler device, as a result of which corresponding cooler passivation methods are relatively expensive.
  • the object of the invention is to specify an improved or at least another embodiment for a cooler passivation method.
  • an attempt should be made to save the additional coating process step.
  • the basic idea of the invention is to specify a cooler passivation method for a coolant cooler of a cooler device, which method is carried out when the coolant cooler is already installed in a motor vehicle.
  • the cooler passivation method for a coolant cooler mounted in a motor vehicle of a cooler device provides the following steps for this purpose:
  • radiator device with a coolant radiator, which has at least one aluminum cooling channel with a radiator surface provided with flux;
  • a passivation layer can be formed while the motor vehicle is in operation, ie at least when its cooling device and fuel cell are activated.
  • the passivation layer is “in situ” so to speak educated.
  • an additional coating process step which, as mentioned, usually takes place as part of the production of a corresponding coolant cooler, can be omitted.
  • the stated cooler passivation process is relatively inexpensive.
  • practically no corrosive attack can occur on the cooler surfaces or the aluminum cooling ducts, so that coolant coolers coated according to the proposed cooler passivation method can convince with a relatively long service life.
  • the passivation layer-forming material is provided after step 4) by being stored in an exchangeable solid cartridge.
  • An aqueous passivation solution according to step 4) can be provided by fuel cell waste water flowing through the solid cartridge, with the passivation layer-forming material stored therein continuously, i.e. over a certain specified period of time, dissolving in this fuel cell waste water and being flushed out with it.
  • the passivation layer-forming material can be provided after step 4) by arranging and storing it in a container referred to as a fuel cell waste water storage tank. It is expedient here to provide an aqueous passivation solution after step 4) by storing fuel cell waste water made available by the fuel cell as part of its operation in the fuel cell waste water reservoir, with the passivation layer-forming material arranged and stored in the fuel cell waste water reservoir continuously being present in this fuel cell waste water dissolves and is flushed out with the same. Also this provides a relatively simple possibility of realizing the storage of passivation layer-forming material and the provision of aqueous passivation solution.
  • the application of the passivation solution according to step 5) can expediently be implemented by using a sprinkler system of the cooling device.
  • the passivation solution can be sprayed onto the fluxed cooler surface of at least one aluminum cooling duct by means of the sprinkler system of the cooler device in such a way that the cooler surface is at least partially or completely wetted with passivation solution.
  • Such a sprinkling device can expediently work with water and/or passivation solution at a relatively low pressure, especially an excess pressure of at most 5 bar compared to the standard earth atmosphere or an absolute pressure of at most 5 bar.
  • the sprinkler system sprays water and/or passivation solution onto a cooler surface of the coolant cooler at a relatively low pressure, in particular an excess pressure of no more than 5 bar compared to the standard atmosphere or an absolute pressure of no more than 5 bar, so that the surface is at least large and is suitably fully wetted. Since then, the sprinkler system has been used in fuel cell operation to increase the cooling capacity of the coolant cooler. An increase in cooling capacity is achieved by spraying water onto the coolant cooler and endothermically evaporating it, causing the components of the coolant cooler that are wet with water to cool down.
  • the sprinkler system can fulfill an additional function, which has the advantage that other injectors for introducing the passivation solution can be dispensed with.
  • a corresponding cooler device and/or the cooler passivation method carried out with the same is relatively resource-saving and cost-effective.
  • a mixture of fuel cell waste water and passivation solution and/or passivation layer-forming material can be provided and sprayed onto the fluxed cooler surface of the at least one aluminum cooling channel, said cooler surface preferably being wetted at least in sections or completely.
  • said fuel cell waste water is sprayed by means of the sprinkler system in a spray jet onto the fluxed cooler surface of the at least one aluminum cooling duct, so that the cooler surface is at least partially or completely wetted.
  • an aqueous passivation solution can preferably be provided after step 4), in that passivation layer-forming material is introduced directly into this spray jet of fuel cell waste water.
  • a fogging system can spray water and/or passivation solution onto a cooler surface of the coolant cooler at a relatively low pressure, in particular a maximum overpressure of 5 bar compared to the standard earth atmosphere or a maximum absolute pressure of 5 bar, so that the same can be sprayed at least over a large area and is expediently fully constantly wetted.
  • a sprinkling system and/or a fogging system can expediently nebulize water and/or passivation solution by spraying or rotating.
  • fuel cell waste water and/or passivation solution can be sprayed by means of the sprinkler system with a predetermined or specifiable mass flow or volume flow of fuel cell waste water and/or with a predetermined or specifiable mass flow or volume flow of passivation solution.
  • the fuel cell waste water and/or the passivation solution can also be subjected to a predetermined or predeterminable pressure. On the one hand, this allows the cooling performance of the coolant cooler to be influenced.
  • the order can also of the passivation solution can be influenced, so that, for example, the reaction of the same can be controlled and thus the formation of the passivation layer can be controlled.
  • the application of the passivation solution according to step 5) can also be implemented in that the passivation solution is introduced from cooling air upstream of the coolant cooler into the cooling air flow with respect to a cooling air flow flowing through the coolant cooler, so that the passivation solution with the cooling air flow is applied to the at least one aluminum cooling duct of the Transported coolant cooler and the cooler surface is at least partially or completely wetted with passivation solution.
  • This can, for example, support the spraying effect if the passivation solution is sprayed onto the coolant cooler using a sprinkler system.
  • steps 1) to 5) can be repeated several times or permanently. This provides a stable passivation layer through which practically no corrosive attack can occur on the cooler surfaces or the aluminum cooling ducts.
  • steps 1) to 5) are carried out multiple times or continuously, a series of redissolution and deposition reactions can be brought about which realize continuous homogenization of the passivation layer.
  • the amount or volume of passivation layer-forming material stored is expediently set in such a way that the passivation layer is only completely formed when the passivation layer-forming material stored has been used up. Steps 1) to 5) can be repeated as often be repeated until the stocked passivation layer-forming material has been completely applied. This limits the amount or volume of passivation layer-forming material stored to that required to provide a complete passivation layer, making the cooler device relatively lightweight and/or the cooler passivation process carried out with the same is relatively inexpensive.
  • the invention can include the alternative or additional basic idea of specifying a cooling device for a fuel cell.
  • This can be mounted with such a fuel cell in a motor vehicle and preferably set up to carry out a cooler passivation method according to the preceding description.
  • a corresponding aluminum cooling channel can expediently be made from any aluminum alloy.
  • a coolant fluid path for a cooling fluid flow of coolant leads through the at least one aluminum cooling duct, so that coolant flows or can flow through the at least one aluminum cooling duct, so to speak.
  • the cooler device also has a cooling air fluid path for a cooling air flow of cooling air.
  • the cooling air fluid path or the cooling air flow is routed around the at least one aluminum cooling channel, so that cooling air flows or can flow around it.
  • cooling air and coolant are in thermal contact, so that thermal energy can be exchanged.
  • the coolant expediently forms a heat source and the cooling air forms a heat sink.
  • the cooler device has a container in which a passivation layer-forming material is arranged and stored.
  • the passivation layer-forming material can be introduced or introduced into fuel cell waste water, which is provided as a reaction product during operation of the fuel cell, whereby the passivation layer-forming material is completely dissolved in this fuel cell waste water and an aqueous passivation solution is provided.
  • the cooler device has a spray system arranged upstream of the coolant cooler with respect to the cooling air flow, by means of which during operation of the cooler device fuel cell waste water and/or passivation solution can be or is introduced into the cooling air flow upstream of the coolant cooler, with fuel cell waste water and/or the passivation solution being introduced by means of the cooling air flow transports the at least one aluminum cooling duct and the cooler surface of which is at least partially wetted, preferably between 70% and 95% of the cooler surface, or completely wetted.
  • the passivation solution can react with the cooler surface of the at least one aluminum cooling channel provided with the flux and with thermal energy provided by the coolant on the coolant cooler, forming a passivation layer.
  • a passivation layer can be formed “in situ”, so to speak, during operation of the motor vehicle, ie at least when its cooling device and fuel cell are activated. A separate coating step as part of the manufacture of the is therefore no longer necessary.
  • said passivation layer-forming material is formed from the following complex-forming and layer-forming chemicals or contains these chemicals, with the list below being non-exhaustive:
  • Dicarboxylic acids especially glutaric acid, tartaric acid, fumaric acid, sebacic acid, and/or
  • the borates, chitosans or phosphates in particular can prevent the formation of a silicon-aluminum dipole (corrosion cell) on a cooler surface of at least one aluminum cooling channel.
  • the proposed chemicals are environmentally safe and naturally occurring.
  • the passivation layer formed is insoluble in water and/or that the passivation layer formed is a silicate aluminum oxide hydrate layer.
  • said container of the cooling device prefferably be formed by an exchangeable solids cartridge or a fuel cell waste water storage container.
  • the solid cartridge or fuel cell waste water reservoir can be flowed through or flowed through by fuel cell waste water, with the passivation layer-forming material arranged and stored in the container being formed either by a slowly dissolving solid or by a bulk solid.
  • the invention can include the alternative or additional further basic idea of specifying a use of a motor vehicle for passivating a coolant cooler of a cooling device of the motor vehicle.
  • a corre sponding motor vehicle has at least one fuel cell and one in the Cooling device integrated in a motor vehicle according to the preceding description, with passivation layer-forming material being arranged and stored on the motor vehicle and with the cooling device being set up to carry out the cooler passivation method according to the preceding description, in order to cool the coolant cooler of the cooling device during operation of the fuel cell and the cooling device, i.e in the operation of the motor vehicle to passivate four.
  • the present invention preferably relates to a cooler passivation method for a coolant cooler of a cooler device mounted in a motor vehicle.
  • a cooler device with a coolant cooler is provided, the latter having at least one aluminum cooling duct with a cooler surface provided with flux.
  • the cooler device is provided in a motor vehicle, for example assembled, and then put into operation with at least one fuel cell of the motor vehicle.
  • a previously provided aqueous passivation solution made of passivation layer forming material and fuel cell waste water is applied to the fluxed cooler surface of the at least one aluminum cooling duct, the passivation solution being applied to the fluxed cooler surface of the at least one Aluminum cooling duct reacts with the supply of thermal energy provided by the coolant telkühler to form a passivation layer.
  • FIG. 1 is a highly simplified perspective view of a preferred one
  • Exemplary embodiment of a cooler device according to the invention that is suitable for carrying out the cooler passivation method according to the invention.
  • cooler device 1 shows a preferred exemplary embodiment of a cooler device, designated overall by the reference numeral 1, which primarily serves to cool a coolant for a fuel cell (not illustrated) of a motor vehicle (also not illustrated in FIG. 1).
  • the cooler device 1 according to the invention can be installed in such a motor vehicle and can be used there during operation of the fuel cell and the cooler device 1 or the motor vehicle to passivate a coolant cooler 2 of the cooler device 1 .
  • said coolant cooler 2 of the cooling device 1 is first illus triated, with which, as mentioned, a coolant for the fuel cell, which is not illustrated, can be cooled.
  • the coolant cooler Ier 2 has a coherent radiator network 11 consisting of a plurality of aluminum cooling ducts 3 each forming a radiator surface 4 .
  • a coolant fluid path 12 for a cooling fluid stream 13 of coolant leads through each of these aluminum cooling channels 3.
  • only a single coolant fluid path 12 is indicated in FIG. As a result, coolant flows through each aluminum cooling channel 3 or at least flows through it.
  • the coolant itself flows into the coolant cooler 2 via an inlet 16 and leaves it via an outlet 17; the directions of flow are indicated in FIG. 1 by corresponding arrows.
  • the cooler device 1 has a cooling air fluid path 14 for a cooling air flow 15 made of cooling air, which is guided around the aluminum cooling channels 3 in such a way that cooling air flows around them or at least can flow around them. Flow through the cooling air and coolant are thermally contacted, so that thermal energy can be exchanged between them.
  • the coolant expediently forms a heat source and the cooling air forms a heat sink.
  • the cooler device 1 has a sprinkler system 10 which is arranged on the coolant cooler 2 with respect to the cooling air flow 15 and is indicated in FIG. 1 by a box.
  • the sprinkler system 10 is fed with fuel cell waste water 7 from the fuel cell, which occurs as a reaction product during operation of the fuel cell, and sprays this fuel cell waste water 7 into the cooling air stream 15 .
  • the sprayed fuel cell waste water 7 is then transported downstream with the cooling air flow 15 and hits the coolant cooler 2, where it wets the cooler surfaces 4 of the aluminum cooling channels 3.
  • the fuel cell waste water 7 applied in this way to the coolant cooler 2 evaporates endothermically, whereby the wetted aluminum cooling channels 3 of the coolant cooler 2 cool down and an increase in the cooling capacity occurs.
  • the fuel cell waste water 7 on the cooler surfaces 4 of the aluminum cooling channels 3 lead to corrosion.
  • a passivation layer 8 is formed on the cooler surfaces 4 of the aluminum cooling channels 3 .
  • this is achieved during operation of the fuel cell and the cooling device 1 or during operation of the motor vehicle, for which purpose the cooling device 1 has a container which is indicated here by a small box and is formed by a fuel cell waste water reservoir 9 .
  • a passivation layer-forming material 6 is arranged and stored, which in the present case is represented by a solid bed. Equally, the fuel cell waste water supply tank 9 could be coated with the passivation layer-forming material 6 .
  • the fuel cell waste water reservoir 9 stores fuel cell waste water 7 provided by the fuel cell like a tank, where the passivation layer forming material 6 located therein continuously dissolves in this fuel cell waste water 7, whereby an aqueous passivation solution 5 is provided in the fuel cell waste water reservoir 9.
  • This passivation solution 5 flows out of the fuel cell waste water reservoir 9 or is flushed out of the same and sprayed into the cooling air flow 15 by means of the sprinkler system 10 upstream of the coolant cooler 2 .
  • the passivation solution 5 is transported by the cooling air flow 15 to the aluminum cooling channels 3 and wets its cooler surfaces 4.
  • a chemical reaction can now take place on the aluminum cooling channels 3 wetted in this way, such that the passivating solution 5 comes into contact with the cooler surface 4 of the aluminum cooling channels provided with the flux 3 and react with the coolant on the cooling medium cooler 2 heat energy provided to form the passivation layer 8 .
  • An example is the fuel cell waste water storage
  • the amount of passivation layer-forming material 6 stored in the holder 9 is dimensioned such that the passivation layer 8 can be completely formed, wherein when the stored passivation layer-forming material 6 is used up, only the fuel cell waste water 7 is sprayed onto the coolant cooler 2 by means of the sprinkler system 10, as in conventional cooling devices .

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlerpassivierungsverfahren für einen in einem Kraftfahrzeug montierten Kühlmittelkühler (2) einer Kühlervorrichtung (1). Im Rahmen des Kühlerpassivierungsverfahrens ist vorgesehen, dass eine Kühlervorrichtung (1) mit Kühlmittelkühler (2) bereitgestellt wird, wobei letzterer mindestens einen Aluminiumkühlkanal (3) mit einer mit Flussmittel versehenen Kühleroberfläche (4) aufweist. Die Kühlervorrichtung (1) wird in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt, bspw. montiert, und anschließend mit mindestens einer Brennstoffzelle des Kraftfahrzeugs in Betrieb genommen. Um am Kühlmittelkühler (2) eine Passivierungsschicht (8) auszubilden ist vorgesehen, dass eine zuvor bereitgestellte wässrige Passivierungslösung (5) aus Passivierungsschichtbildnermaterial (6) und Brennstoffzellenabwasser (7) auf die mit dem Flussmittel versehene Kühleroberfläche (4) des mindestens einen Aluminiumkühlkanals (3) aufgebracht wird, wobei die Passivierungslösung (5) mit der mit dem Flussmittel versehenen Kühleroberfläche (4) des mindestens einen Aluminiumkühlkanals (3) unter Zufuhr von durch den Kühlmittelkühler (2) bereitgestellter Wärmeenergie unter Ausbildung einer Passivierungsschicht (8) reagiert.

Description

Kühlerpassivierungsverfahren für einen in einem Kraftfahrzeug montierten Kühl mittelkühler einer Kühlervorrichtung, Kühlervorrichtung sowie Verwendung eines Kraftfahrzeugs zur Passivierung eines Kühlmittelkühlers einer
Kühlervorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Kühlerpassivierungsverfahren für einen in einem Kraft fahrzeug montierten Kühlmittelkühler einer Kühlervorrichtung gemäß dem Gegen stand des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine solche Kühlervorrich tung sowie eine Verwendung eines Kraftfahrzeugs zur Passivierung eines Kühlmit telkühlers einer Kühlervorrichtung.
Ein Kühlerpassivierungsverfahren für einen Kühlmittelkühler einer Kühlervorrich tung ist in dem Dokument DE 102019209249 A1 beschrieben, wobei zur Passi vierung einer mit einem Flussmittel versehenen Aluminiumoberfläche vorgesehen ist, auf dieselbe eine Passivierungslösung aufzubringen, so dass durch eine Re aktion der Passivierungslösung mit der mit dem Flussmittel versehenen Alumini umoberfläche eine Passivierungsschicht erzeugt wird. Nachteilig an diesem Küh lerpassivierungsverfahren ist, dass im Rahmen der Fierstellung eines solchen Kühlmittelkühlers bzw. einer solchen Kühlervorrichtung stets ein zusätzlicher Ver fahrensschritt zur Beschichtung vorzusehen ist, wodurch entsprechende Kühler passivierungsverfahren relativ teuer sind.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein verbessertes oder zumindest eine an dere Ausführungsform für ein Kühlerpassivierungsverfahren anzugeben. Insb. soll der Versuch unternommen werden, den zusätzlichen Beschichtungsverfahrens schritt einzusparen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe insb. durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegen stand der abhängigen Ansprüche und der Beschreibung.
Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, ein Kühlerpassivierungsverfahren für ein Kühlmittelkühler einer Kühlervorrichtung anzugeben, welches Durchgeführt wird, wenn der Kühlmittelkühler bereits in einem Kraftfahrzeug montiert ist.
Das Kühlerpassivierungsverfahren für einen in einem Kraftfahrzeug montierten Kühlmittelkühler einer Kühlervorrichtung gemäß der Erfindung sieht hierzu die nachfolgenden Schritte vor:
1) Bereitstellen einer Kühlervorrichtung mit Kühlmittelkühler, der mindestens einen Aluminiumkühlkanal mit einer mit Flussmittel versehenen Kühleroberfläche auf weist;
2) Bereitstellen der Kühlervorrichtung in einem Kraftfahrzeug;
3) Inbetriebnahme der Kühlervorrichtung und einer Brennstoffzelle des Kraftfahr zeugs;
4) Bereitstellen einer wässrigen Passivierungslösung aus bereitgestelltem Passi vierungsschichtbildnermaterial und Brennstoffzellenabwasser, welches im Rah men des Betriebs der Brennstoffzelle als Reaktionsprodukt derselben bereitge stellt wird,
5) Aufbringen der bereitgestellten Passivierungslösung auf die mit dem Flussmittel versehene Kühleroberfläche des mindestens einen Aluminiumkühlkanals, so dass die Passivierungslösung mit der mit dem Flussmittel versehenen Kühler oberfläche des mindestens einen Aluminiumkühlkanals unter Zufuhr von durch den Kühlmittelkühler bereitgestellter Wärmeenergie unter Ausbildung einer Pas sivierungsschicht reagiert.
Dadurch kann die Ausbildung einer Passivierungsschicht während des Betriebs des Kraftfahrzeugs erfolgen, also zumindest, wenn dessen Kühlervorrichtung und Brennstoffzelle aktiviert sind. Die Passivierungsschicht wird sozusagen „in-situ“ ausgebildet. Dadurch kann ein zusätzlicher Beschichtungsverfahrensschritt, der wie erwähnt üblicherweise im Rahmen der Herstellung eines entsprechenden Kühlmittelkühlers erfolgt, entfallen. Dadurch ist das angegebene Kühlerpassivie rungsverfahren relativ kostengünstig. Ferner kann durch die bereitgestellte Passi vierungsschicht praktisch kein Korrosionsangriff an den Kühleroberflächen bzw. den Aluminiumkühlkanälen erfolgen, so dass gemäß dem vorgeschlagenen Küh lerpassivierungsverfahren beschichtete Kühlmittelkühler mit relativ hohen Lebens dauern überzeugen können.
Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass das Passivierungsschichtbild nermaterial nach Schritt 4) bereitgestellt wird, indem es in einer auswechselbaren Feststoffkartusche bevorratet wird. Eine wässrige Passivierungslösung nach Schritt 4) kann dabei bereitgestellt werden, indem die Feststoffkartusche von Brennstoffzellenabwasser durchströmt wird, wobei sich das darin bevorratete Pas sivierungsschichtbildnermaterial kontinuierlich, d.h. über einen gewissen vorgege benen Zeitraum, in diesem Brennstoffzellenabwasser löst und mit demselben aus geschwemmt wird. Hierdurch ist eine relativ einfache Realisierungsmöglichkeit zur Bevorratung von Passivierungsschichtbildnermaterial sowie zur Bereitstellung von wässriger Passivierungslösung angegeben.
Alternativ kann das Passivierungsschichtbildnermaterial nach Schritt 4) bereitge stellt wird, indem es in einem als Brennstoffzellenabwasservorratsbehälter be- zeichneten Behälter angeordnet und bevorratet wird. Hierbei bietet es sich zweck mäßigerweise an, eine wässrige Passivierungslösung nach Schritt 4) bereitzustel len, indem in dem Brennstoffzellenabwasservorratsbehälter von der Brennstoff zelle im Rahmen ihres Betriebs bereitgestelltes Brennstoffzellenabwasser bevor ratet wird, wobei sich das im Brennstoffzellenabwasservorratsbehälter angeord nete und bevorratete Passivierungsschichtbildnermaterial kontinuierlich in diesem Brennstoffzellenabwasser löst und mit demselben ausgeschwemmt wird. Auch hierdurch ist eine relativ einfache Realisierungsmöglichkeit zur Bevorratung von Passivierungsschichtbildnermaterial sowie zur Bereitstellung von wässriger Passi vierungslösung angegeben.
Zweckmäßigerweise kann das Aufbringen der Passivierungslösung nach Schritt 5) realisiert werden, indem eine Berieselungsanlage der Kühlervorrichtung genutzt wird. Hierbei kann die Passivierungslösung mittels der Berieselungsanlage der Kühlervorrichtung so auf die mit Flussmittel versehene Kühleroberfläche des min destens einen Aluminiumkühlkanals aufgesprüht werden, dass die Kühleroberflä che zumindest abschnittsweise oder vollständig mit Passivierungslösung benetzt wird. Zweckmäßigerweise kann eine solche Berieselungseinrichtung Wasser und/oder Passivierungslösung mit einem relativ geringen Druck, insb. einem Über druck von maximal 5 bar gegenüber der Standerdatmosphäre oder einem Abso lutdruck von maximal 5 bar, arbeiten. D.h. insbesondere, dass die Berieselungs einrichtung Wasser und/oder Passivierungslösung mit einem relativ geringen Druck, insb. einem Überdruck von maximal 5 bar gegenüber der Standerdat mosphäre oder einem Absolutdruck von maximal 5 bar, auf eine Kühleroberfläche des Kühlmittelkühlers sprüht, so dass dieselbe zumindest großflächig und zweck mäßigerweise vollständig benetzt ist. Die Berieselungsanlage wird seither im Be trieb der Brennstoffzelle zur Kühlleistungssteigerung des Kühlmittelkühlers einge setzt, wobei eine Kühlleistungssteigerung erreicht wird, indem Wasser auf den Kühlmittelkühler aufgesprüht wird und dieses endotherm verdunstet, wodurch sich die mit Wasser benetzten Komponenten des Kühlmittelkühler abkühlen. Durch das zusätzliche Versprühen von Passivierungslösung kann die Berieselungsanlage eine Zusatzfunktion erfüllen, was den Vorteil mit sich bringt, dass auf anderweitige Injektoren zum Einbringen der Passivierungslösung verzichtet werden kann. Dadurch ist eine entsprechende Kühlervorrichtung und/oder das mit derselben durchgeführte Kühlerpassivierungsverfahren relativ ressourcenschonend und kos tengünstig. Weiter kann vorgesehen sein, dass mittels der Berieselungsanlage Brennstoffzel lenabwasser, welches im Rahmen des Betriebs der Brennstoffzelle als Reaktions produkt anfällt, versprüht wird. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn dem Brennstoff zellenabwasser ein vorgegebener oder vorgebbarer Massestrom oder Volumen strom von Passivierungslösung oder direkt Passivierungsschichtbildnermaterial beigemengt wird bzw. in dieses eingebracht wird. Dadurch kann sozusagen eine Mischung aus Brennstoffzellenabwasser und Passivierungslösung und/oder Pas sivierungsschichtbildnermaterial bereitgestellt und auf die mit Flussmittel verse hene Kühleroberfläche des mindestens einen Aluminiumkühlkanals aufgesprüht werden, wobei die besagte Kühleroberfläche bevorzugt zumindest abschnittsweise oder vollständig benetzt wird. Durch die Beimengung der Passivierungslösung und/oder des Passivierungsschichtbildnermaterials zum Brennstoffzellenabwasser kann das chemische Potential des Brennstoffzellenabwasser soweit reduziert wer den, dass ein Korrosionsangriff des Kühlmittelkühlers bzw. der Kühleroberfläche des mindestens einen Aluminiumkühlkanals praktisch ausgeschlossen werden kann.
Zweckmäßig ist weiterhin, wenn das besagte Brennstoffzellenabwasser mittels der Berieselungsanlage in einem Sprühstrahl auf die mit Flussmittel versehene Küh leroberfläche des mindestens einen Aluminiumkühlkanals gesprüht wird, so dass die Kühleroberfläche zumindest abschnittsweise oder vollständig benetzt wird. Hierbei kann eine wässrige Passivierungslösung nach Schritt 4) bevorzugt bereit gestellt werden, indem Passivierungsschichtbildnermaterial direkt in diesen Sprüh strahl aus Brennstoffzellenabwasser eingeleitet wird.
Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, dass zum Aufbringen der Passivierungslö sung nach Schritt 5) statt einer Berieselungsanlage zusätzlich oder alternativ eine Benebelungsanlage verwendet wird. Eine solche Benebelungsanlage kann Was ser und/oder Passivierungslösung mit einem relativ geringen Druck, insb. einem Überdruck von maximal 5 bar gegenüber der Standerdatmosphäre oder einem Ab solutdruck von maximal 5 bar, auf eine Kühleroberfläche des Kühlmittelkühlers ver sprühen, so dass dieselbe zumindest großflächig und zweckmäßigerweise voll ständig benetzt ist.
Zweckmäßigerweise kann eine Berieselungsanlage und/oder eine Benebelungs anlage Wasser und/oder Passivierungslösung durch Spritzen oder Rotation verne beln.
'Aufsprühen mittels einer Berieselungsanlage" und "Aufspritzen mittels einer Be rieselungsanlage" ist im Sinne der Erfindung zweckmäßigerweise als eine Auftra gung von Wasser und/oder Passivierungslösung in relativ großen Fluidtropfen zu verstehen. Im Unterschied dazu versteht die Erfindung unter "Aufsprühen mittels einer Benebelungsanlage" und "Aufspritzen mittels einer Benebelungsanlage" zweckmäßigerweise eine Auftragung von Wasser und/oder Passivierungslösung in relativ kleinen Fluidnebeltropfen. Zweckmäßigerweise sind die Fluidtropfen hin sichtlich ihrer Abmessungen und/oder ihres Fluidvolumens größer als die Fluidne beltropfen.
Weiterhin kann das Versprühen von Brennstoffzellenabwasser und/oder von Pas sivierungslösung mittels der Berieselungsanlage mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Massestrom oder Volumenstrom von Brennstoffzellenabwasser und/oder mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Massestrom oder Volumen strom von Passivierungslösung erfolgen. Natürlich kann das Brennstoffzellenab wasser und/oder die Passivierungslösung auch mit einem vorgegebenen oder vor gebbaren Druck beaufschlagt werden. Dadurch lässt sich zum einen die Kühlleis tung des Kühlmittelkühlers beeinflussen. Zum anderen kann aber auch der Auftrag der Passivierungslösung beeinflusst werden, so dass sich bspw. die Reaktion der selben kontrollieren und somit die Ausbildung der Passivierungsschicht steuern lässt.
Zweckmäßigerweise kann das Aufbringen der Passivierungslösung nach Schritt 5) auch dadurch realisiert werden, dass die Passivierungslösung bezüglich eines den Kühlmittelkühler durchströmenden Kühlluftstroms aus Kühlluft stromauf des Kühl mittelkühlers in den Kühlluftstrom eingebracht wird, so dass die Passivierungslö sung mit dem Kühlluftstrom an den mindestens einen Aluminiumkühlkanal des Kühlmittelkühlers transportiert und dessen Kühleroberfläche zumindest abschnitts weise oder vollständig mit Passivierungslösung benetzt wird. Dadurch kann bspw. die Sprühwirkung, falls die Passivierungslösung mit einer Berieselungsanlage auf den Kühlmittelkühler gesprüht wird, unterstützt werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Passivierungsschicht in einem einzigen Verfahrensdurchlauf ausgebildet wird, wozu die Schritte 1) bis 5) lediglich ein ein ziges Mal durchgeführt werden. Alternativ kann man, um eine kontinuierliche Aus bildung einer stabilen Passivierungsschicht zu erreichen, die Schritte 1) bis 5) mehrfach oder dauerhaft wiederholt durchführen. Hierdurch wird eine stabile Pas sivierungsschicht bereitgestellt, durch die hindurch praktisch kein Korrosionsangriff an den Kühleroberflächen bzw. den Aluminiumkühlkanälen erfolgen kann.
Insb. können bei der mehrfachen oder dauerhaften Durchführung der Schritte 1) bis 5) eine Reihe von Rücklösungs- und Abscheidereaktionen bewirkt werden, die eine kontinuierliche Homogenisierung der Passivierungsschicht realisieren.
Zweckmäßigerweise ist die bevorratete Menge bzw. Volumen von Passivierungs schichtbildnermaterial praktischerweise so eingestellt, dass die Passivierungs schicht erst vollständig ausgebildet ist, wenn das bevorratete Passivierungs schichtbildnermaterial aufgebraucht ist. Hierbei können die Schritte 1) bis 5) so oft wiederholt werden, bis das bevorratete Passivierungsschichtbildnermaterial gänz lich aufgebracht ist. Dadurch ist die Menge bzw. das Volumen von bevorratetem Passivierungsschichtbildnermaterial auf das erforderliche Maß zur Bereitstellung einer vollständigen Passivierungsschicht begrenzt, wodurch die Kühlervorrichtung relativ leichtgewichtig und/oder das mit derselben durchgeführte Kühlerpassivie rungsverfahren relativ kostengünstig ist.
Die Erfindung kann den alternativen oder zusätzlichen Grundgedanken umfassen, eine Kühlervorrichtung für eine Brennstoffzelle anzugeben. Diese kann mit einer solchen Brennstoffzelle in einem Kraftfahrzeug montiert und vorzugsweise zur Durchführung eines Kühlerpassivierungsverfahrens gemäß der vorhergehenden Beschreibung eingerichtet sein. Es ist vorgesehen, dass eine entsprechende Küh lervorrichtung zumindest mit einem Kühlmittelkühler zum Kühlen eines Kühlmittels für eine Brennstoffzelle ausgerüstet ist, wobei der Kühlmittelkühler ein zusammen hängendes Kühlernetz aus mindestens einem eine Kühleroberfläche bildenden Aluminiumkühlkanal aufweist. Hierbei kann ein entsprechender Aluminiumkühlka nal zweckmäßigerweise aus jeder beliebigen Aluminiumlegierung hergestellt sein. Durch den mindestens einen Aluminiumkühlkanal führt ein Kühlmittelfluidpfad für einen Kühlfluidstrom aus Kühlmittel, so dass der mindestens eine Aluminiumkühl kanal sozusagen von Kühlmittel durchströmt oder durchströmbar ist. Die Kühler vorrichtung weist weiterhin einen Kühlluftfluidpfad für einen Kühlluftstrom aus Kühl luft auf. Der Kühlluftfluidpfad bzw. der Kühlluftstrom ist um den mindestens einen Aluminiumkühlkanal herumgeführt, so dass dieser von Kühlluft umströmt oder um- strömbar ist. Hierdurch sind Kühlluft und Kühlmittel thermisch kontaktiert, so dass Wärmeenergie getauscht werden kann. Zweckmäßigerweise bildet dabei das Kühlmittel eine Wärmequelle und die Kühlluft eine Wärmesenke. Ferner ist vorge sehen, dass die Kühlervorrichtung einen Behälter aufweist, in dem ein Passivie rungsschichtbildnermaterial angeordnet und bevorratet ist. Mittels des Behälters kann das Passivierungsschichtbildnermaterial in Brennstoffzellenabwasser, wel ches im Rahmen des Betriebs der Brennstoffzelle als Reaktionsprodukt bereitge stellt ist, einbringbar oder eingebracht sein, wodurch das Passivierungsschichtbild nermaterial vollständig in diesem Brennstoffzellenabwasser gelöst und eine wäss rige Passivierungslösung bereitgestellt ist. Weiterhin hat die Kühlervorrichtung eine bezüglich des Kühlluftstroms stromauf des Kühlmittelkühlers angeordnete Berie selungsanlage, mittels der im Betrieb der Kühlervorrichtung Brennstoffzellenab wasser und/oder Passivierungslösung stromauf des Kühlmittelkühlers in den Kühl luftstrom einbringbar oder eingebracht ist, wobei Brennstoffzellenabwasser und/o der Passivierungslösung mittels des Kühlluftstroms an den mindestens einen Alu miniumkühlkanal transportiert und dessen Kühleroberfläche zumindest abschnitts weise, vorzugsweise zwischen 70% bis 95% der Kühleroberfläche, oder vollstän dig benetzt ist. An den Benetzten Stellen kann die Passivierungslösung mit der mit dem Flussmittel versehenen Kühleroberfläche des mindestens einen Aluminium kühlkanals und mit vom Kühlmittel am Kühlmittelkühler bereitgestellter Wärme energie unter Ausbildung einer Passivierungsschicht reagieren. Dadurch kann die Ausbildung einer Passivierungsschicht sozusagen im Betrieb des Kraftfahrzeugs, also zumindest, wenn dessen Kühlervorrichtung und Brennstoffzelle aktiviert sind, als „in-situ“ erfolgen. Ein separater Beschichtungsschritt der im Rahmen der Her stellung der ist daher nicht mehr erforderlich.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn sich das besagte Passivierungsschichtbildner material aus den nachfolgenden komplexbildenden- und schichtbildenden Chemi kalien bildet oder diese Chemikalien aufweist, wobei die nachfolgende Liste nicht abschließend ist:
- Dicarbonsäuren, insb. Glutarsäure, Weinsäure, Fumarsäure, Sebacinsäure, und/oder
- fluoridische Komplexbilder auf Basis von Zirkonaten und Lanthanen, und/oder
- Orthosillikate, Metasillikate, organische Silikate, und/oder - Silane, und/oder
- Siloxane, und/oder
- wässrige Suspensionen von Polyurethanen und/oder Ethanolaminen, und/oder
- Chitosane, und/oder
- Phosphate, und/oder
- Borate als Additive, insb. Inhibitoren.
Hierbei können insb. die Borate, Chitosane oder Phosphate die Bildung eines Sili- zium-Aluminium-Dipols (Korrosionszelle) an einer Kühleroberfläche des mindes tens einen Aluminiumkühlkanals unterbinden. Die vorgeschlagenen Chemikalien sind umweltverträglich und kommen natürlich vor.
Um eine hohe Beständigkeit der Passivierungsschicht zu erreichen, kann zweck mäßigerweise vorgesehen sein, dass die ausgebildete Passivierungsschicht in Wasser unlöslich ist und/oder dass die ausgebildete Passivierungsschicht eine si- likatische Aluminiumoxihydratschicht ist.
Es ist ferner möglich, dass der besagte Behälter der Kühlervorrichtung durch eine auswechselbare Feststoffkartusche oder einen Brennstoffzellenabwasservorrats behälter gebildet ist. Hierbei kann die Feststoffkartusche oder der Brennstoffzel lenabwasservorratsbehälter von Brennstoffzellenabwasser durchström bar oder durchströmt sein, wobei das im Behälter angeordnete und bevorratete Passivie rungsschichtbildnermaterial entweder durch einen sich langsam lösenden Feststoff oder durch eine Feststoffschüttung gebildet ist.
Die Erfindung kann den alternativen oder zusätzlichen weiteren Grundgedanken umfassen, eine Verwendung eines Kraftfahrzeugs zur Passivierung eines Kühlmit telkühlers einer Kühlervorrichtung des Kraftfahrzeugs anzugeben. Ein entspre chendes Kraftfahrzeug weist dabei mindestens eine Brennstoffzelle und eine im Kraftfahrzeug integrierte Kühlervorrichtung nach der vorhergehenden Beschrei bung auf, wobei am Kraftfahrzeug Passivierungsschichtbildnermaterial angeordnet und bevorratet ist und wobei die Kühlervorrichtung zur Durchführung des Kühler passivierungsverfahrens nach der vorhergehenden Beschreibung eingerichtet ist, um den Kühlmittelkühler der Kühlervorrichtung während des Betriebs der Brenn stoffzelle und der Kühlervorrichtung, also im Betrieb des Kraftfahrzeugs, zu passi vieren.
Zusammenfassend bleibt festzuhalten: Die vorliegende Erfindung betrifft vorzugs weise ein Kühlerpassivierungsverfahren für einen in einem Kraftfahrzeug montier ten Kühlmittelkühlereiner Kühlervorrichtung. Im Rahmen des Kühlerpassivierungs verfahrens ist vorgesehen, dass eine Kühlervorrichtung mit Kühlmittelkühler bereit gestellt wird, wobei letzterer mindestens einen Aluminiumkühlkanal mit einer mit Flussmittel versehenen Kühleroberfläche aufweist. Die Kühlervorrichtung wird in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt, bspw. montiert, und anschließend mit mindes tens einer Brennstoffzelle des Kraftfahrzeugs in Betrieb genommen. Um am Kühl mittelkühler eine Passivierungsschicht auszubilden ist vorgesehen, dass eine zu vor bereitgestellte wässrige Passivierungslösung aus Passivierungsschichtbildner material und Brennstoffzellenabwasser auf die mit dem Flussmittel versehene Küh leroberfläche des mindestens einen Aluminiumkühlkanals aufgebracht wird, wobei die Passivierungslösung mit der mit dem Flussmittel versehenen Kühleroberfläche des mindestens einen Aluminiumkühlkanals unter Zufuhr von durch den Kühlmit telkühler bereitgestellter Wärmeenergie unter Ausbildung einer Passivierungs schicht reagiert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Be zugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten be ziehen.
Es zeigt schematisch
Fig. 1 eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels einer zur Durchführung des erfindungsgemä ßen Kühlerpassivierungsverfahrens geeigneten erfindungsgemäßen Kühlervorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer im Gesamten mit der Bezugsziffer 1 bezeichneten Kühlervorrichtung, die in erster Linie zur Kühlung ei nes Kühlmittels für eine nicht illustrierte Brennstoffzelle eines in Fig. 1 ebenfalls nicht illustrierten Kraftfahrzeugs dient. Die erfindungsgemäße Kühlervorrichtung 1 kann in einem solchen Kraftfahrzeug montiert sein und dort im Betrieb der Brenn stoffzelle und der Kühlervorrichtung 1 bzw. des Kraftfahrzeugs zur Passivierung eines Kühlmittelkühlers 2 der Kühlervorrichtung 1 dienen.
In Fig. 1 ist zunächst der besagte Kühlmittelkühler 2 der Kühlervorrichtung 1 illus triert, mit dem wie erwähnt ein Kühlmittel für die nicht illustrierte Brennstoffzelle gekühlt werden kann. Exemplarisch ist hierzu vorgesehen, dass der Kühlmittelküh- Ier 2 ein zusammenhängendes Kühlernetz 11 aus mehreren jeweils eine Kühler oberfläche 4 bildenden Aluminiumkühlkanälen 3 aufweist. Durch jeden dieser Alu miniumkühlkanäle 3 führt ein Kühlmittelfluidpfad 12 für einen Kühlfluidstrom 13 aus Kühlmittel, vorliegend ist in Fig. 1 der Übersichtlichkeit wegen lediglich ein einzel ner Kühlmittelfluidpfad 12 angedeutet. Dadurch ist jeder Aluminiumkühlkanal 3 von Kühlmittel durchströmt oder zumindest durchström bar. Das Kühlmittel selbst wird, von der Brennstoffzelle kommend, über einen Einlass 16 in den Kühlmittelkühler 2 eingeströmt und verlässt diesen über einen Auslass 17, die Strömungsrichtungen sind in Fig. 1 durch entsprechende Pfeile angedeutet. Weiterhin weist die Kühler vorrichtung 1 einen Kühlluftfluidpfad 14 für einen Kühlluftstrom 15 aus Kühlluft auf, der so um die Aluminiumkühlkanäle 3 herumgeführt ist, dass diese sozusagen von Kühlluft umströmt oder zumindest umströmbar sind. Flierdurch sind Kühlluft und Kühlmittel thermisch kontaktiert, so dass Wärmeenergie zwischen denselben aus getauscht werden kann. Zweckmäßigerweise bildet dabei das Kühlmittel eine Wär mequelle und die Kühlluft eine Wärmesenke.
Da die heutigen Brennstoffzellen in der Regel einen relativ hohen Kühlbedarf ha ben, ist es wünschenswert, die Kühlleistung des Kühlmittelkühlers 2 zu steigern. Die Kühlervorrichtung 1 besitzt hierzu eine bezüglich des Kühlluftstroms 15 strom auf des Kühlmittelkühlers 2 angeordnete Berieselungsanlage 10, die in Fig. 1 durch einen Kasten angedeutet ist. Die Berieselungsanlage 10 wird im Betrieb der Brenn stoffzelle mit Brennstoffzellenabwasser 7 der Brennstoffzelle, das im Rahmen des Betriebs der Brennstoffzelle als Reaktionsprodukt anfällt, gespeist und sprüht die ses Brennstoffzellenabwasser 7 in den Kühlluftstrom 15 ein. Das eingesprühte Brennstoffzellenabwasser 7 wird sodann mit dem Kühlluftstrom 15 stromab trans portiert und trifft auf den Kühlmittelkühler 2, wo es die Kühleroberflächen 4 der Aluminiumkühlkanäle 3 benetzt. Das so auf den Kühlmittelkühler 2 aufgebrachte Brennstoffzellenabwasser 7 verdunstet endotherm, wodurch sich die benetzten Aluminiumkühlkanäle 3 des Kühlmittelkühler 2 abkühlen und eine Steigerung der Kühlleistung eintritt. Jedoch kann das Brennstoffzellenabwasser 7 an den Kühler oberflächen 4 der Aluminiumkühlkanäle 3 zu Korrosionserscheinungen führen.
Um diese Korrosionserscheinungen zu verhindern, ist vorgesehen, dass an den Kühleroberflächen 4 der Aluminiumkühlkanäle 3 eine Passivierungsschicht 8 aus gebildet wird. Dies wird vorliegend im Betrieb der Brennstoffzelle und der Kühlvor richtung 1 bzw. im Betrieb des Kraftfahrzeugs erreicht, wozu die Kühlvorrichtung 1 einen Behälter aufweist, der vorliegend durch ein Kästchen angedeutet und durch einen Brennstoffzellenabwasservorratsbehälter 9 gebildet ist. Im Inneren des Brennstoffzellenabwasservorratsbehälters 9 ist ein Passivierungsschichtbildner material 6 angeordnet und bevorratet, welches vorliegend durch eine Feststoff schüttung abgebildet ist. Gleichermaßen könnte der Brennstoffzellenabwasservor ratsbehälter 9 mit dem Passivierungsschichtbildnermaterial 6 beschichtet sein. Wesentlich ist, dass der Brennstoffzellenabwasservorratsbehälter 9 von der Brenn stoffzelle bereitgestelltes Brennstoffzellenabwasser 7 wie ein Tank bevorratet, wo bei sich das darin befindliche Passivierungsschichtbildnermaterial 6 kontinuierlich in diesem Brennstoffzellenabwasser 7 löst, wodurch im Brennstoffzellenabwasser vorratsbehälter 9 eine wässrige Passivierungslösung 5 bereitgestellt ist. Diese Passivierungslösung 5 strömt aus dem Brennstoffzellenabwasservorratsbehälter 9 aus bzw. wird aus demselben ausgeschwemmt und mittels der Berieselungsan lage 10 stromauf des Kühlmittelkühlers 2 in den Kühlluftstrom 15 eingesprüht. Dadurch wird die Passivierungslösung 5 mittels des Kühlluftstroms 15 an die Alu miniumkühlkanäle 3 transportiert und benetzt dessen Kühleroberflächen 4. An den so benetzten Aluminiumkühlkanäle 3 kann nun eine chemische Reaktion erfolgen, derart, dass die Passivierungslösung 5 mit der mit dem Flussmittel versehenen Kühleroberfläche 4 der Aluminiumkühlkanäle 3 und mit vom Kühlmittel am Kühl mittelkühler 2 bereitgestellter Wärmeenergie unter Ausbildung der Passivierungs schicht 8 reagieren. Exemplarisch ist die im Brennstoffzellenabwasservorratsbe- hälter 9 bevorratete Menge von Passivierungsschichtbildnermaterial 6 so bemes sen, dass die Passivierungsschicht 8 vollständig ausgebildet werden kann, wobei, wenn das bevorratete Passivierungsschichtbildnermaterial 6 aufgebraucht ist, mit tels der Berieselungsanlage 10 lediglich Brennstoffzellenabwasser 7 auf den Kühl mittelkühler 2 aufgesprüht wird, wie bei herkömmlichen Kühlvorrichtungen.
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Claims

Ansprüche
1. Kühlerpassivierungsverfahren für einen in einem Kraftfahrzeug montierten
Kühlmittelkühler (2) einer Kühlervorrichtung (1), aufweisend die nachfolgenden Schritte:
1 ) Bereitstellen einer Kühlervorrichtung (1 ) mit Kühlmittelkühler (2), der mindestens einen Aluminiumkühlkanal (3) mit einer mit Flussmittel versehenen Kühlerober fläche (4) aufweist;
2) Bereitstellen der Kühlervorrichtung (1) in einem Kraftfahrzeug;
3) Inbetriebnahme der Kühlervorrichtung (1) und einer Brennstoffzelle des Kraft fahrzeugs, insb. Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs;
4) Bereitstellen einer wässrigen Passivierungslösung (5) aus an der Kühlervorrich tung (1) bereitgestelltem Passivierungsschichtbildnermaterial (6) und Brenn stoffzellenabwasser (7), welches im Rahmen des Betriebs der Brennstoffzelle als Reaktionsprodukt derselben bereitgestellt wird,
5) Aufbringen der bereitgestellten Passivierungslösung (5) auf die mit dem Fluss mittel versehene Kühleroberfläche (4) des mindestens einen Aluminiumkühlka nals (3), so dass die Passivierungslösung (5) mit der mit dem Flussmittel verse henen Kühleroberfläche (4) des mindestens einen Aluminiumkühlkanals (3) un ter Zufuhr von durch den Kühlmittelkühler (2) bereitgestellter Wärmeenergie un ter Ausbildung einer Passivierungsschicht (8) reagiert.
2. Kühlerpassivierungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Passivierungsschichtbildnermaterial (6) nach Schritt 4) an der Kühlervorrich tung (1) bereitgestellt wird, indem es
- in einer auswechselbaren Feststoffkartusche bevorratet wird, oder
- in einem Brennstoffzellenabwasservorratsbehälter (9) bevorratet wird.
3. Kühlerpassivierungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine wässrige Passivierungslösung (5) nach Schritt 4) bereitgestellt wird, indem
- die Feststoffkartusche von Brennstoffzellenabwasser (7) durchströmt wird, wo bei sich das darin bevorratete Passivierungsschichtbildnermaterial (6) kontinu ierlich in diesem Brennstoffzellenabwasser (7) löst und als Passivierungslösung (5) bereitgestellt wird, oder
- der Brennstoffzellenabwasservorratsbehälter (9) von der Brennstoffzelle bereit gestelltes Brennstoffzellenabwasser (7) bevorratet, wobei sich das darin bevor ratete Passivierungsschichtbildnermaterial (6) kontinuierlich in diesem Brenn stoffzellenabwasser (7) löst und als Passivierungslösung (5) bereitgestellt wird.
4. Kühlerpassivierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Passivierungslösung (5) nach Schritt 5) realisiert wird, indem die Passivierungslösung (5) mittels einer Berieselungsanlage (10) der Kühlervor richtung (1) so auf die mit Flussmittel versehene Kühleroberfläche (4) des mindes tens einen Aluminiumkühlkanals (3) aufgesprüht wird, dass die Kühleroberfläche (4) zumindest abschnittsweise oder vollständig benetzt wird.
5. Kühlerpassivierungsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- mittels der Berieselungsanlage (10) Brennstoffzellenabwasser (7) und/oder Passivierungslösung (5) versprüht wird, und/oder
- wobei ein vorgegebener oder vorgebbarer Massenstrom oder Volumenstrom von Passivierungslösung (5) in das Brennstoffzellenabwasser (7) eingebracht und zusammen mit diesem so auf die mit Flussmittel versehene Kühleroberflä che (4) des mindestens einen Aluminiumkühlkanals (3) aufgesprüht wird, dass die Kühleroberfläche (4) zumindest abschnittsweise oder vollständig benetzt wird.
6. Kühlerpassivierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- Brennstoffzellenabwasser (7) mittels einer Berieselungsanlage (10) so auf die mit Flussmittel versehene Kühleroberfläche (4) des mindestens einen Alumini umkühlkanals (3) in einem Sprühstrahl aufgesprüht wird, dass die Kühlerober fläche (4) zumindest abschnittsweise oder vollständig benetzt wird,
- wobei eine wässrige Passivierungslösung (5) nach Schritt 4) bereitgestellt wird, indem Passivierungsschichtbildnermaterial (6) direkt in diesen Sprühstrahl aus Brennstoffzellenabwasser (7) der Berieselungsanlage (10) eingeleitet wird.
7. Kühlerpassivierungsverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Versprühen von Brennstoffzellenabwasser (7) und/oder von Passivierungslö sung (5) mittels der Berieselungsanlage (10) mit einem vorgegebenen oder vor- gebbaren Massestrom oder Volumenstrom von Brennstoffzellenabwasser (7) und/oder von Passivierungslösung (5) oder mit einem vorgegebenen oder vorgeb- baren Druck realisiert wird.
8. Kühlerpassivierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Passivierungslösung (5) nach Schritt 5) realisiert wird, indem die Passivierungslösung (5) bezüglich eines den Kühlmittelkühler (2) durchströ menden Kühlluftstroms (15) aus Kühlluft stromauf des Kühlmittelkühlers (2) in den Kühlluftstrom (15) eingebracht wird, so dass die Passivierungslösung (5) mit dem Kühlluftstrom (15) an den mindestens einen Aluminiumkühlkanal (3) des Kühlmit- telkühlers (2) transportiert und dessen Kühleroberfläche (4) zumindest abschnitts weise oder vollständig mit Passivierungslösung (5) benetzt wird.
9. Kühlerpassivierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Schritte 1) bis 5) lediglich ein einziges Mal durchgeführt werden, um eine Passivierungsschicht (8) auszubilden, oder
- die Schritte 1 ) bis 5) mehrfach oder dauerhaft wiederholt durchgeführt werden, um eine kontinuierliche Ausbildung der Passivierungsschicht (8) zu erreichen.
10. Kühlervorrichtung (1) für eine Brennstoffzelle, insb. für ein eine solche Küh lervorrichtung (1) und eine solche Brennstoffzelle aufweisendes Kraftfahrzeug, weiter insb. geeignet zur Durchführung eines Kühlerpassivierungsverfahrens ge mäß den vorhergehenden Ansprüchen,
- mit einem Kühlmittelkühler (2) zum Kühlen eines Kühlmittels für eine Brenn stoffzelle,
- wobei der Kühlmittelkühler (2) ein Kühlernetz (11 ) aus mindestens einem eine Kühleroberfläche (4) bildenden Aluminiumkühlkanal (3) aufweist,
- wobei durch den mindestens einen Aluminiumkühlkanal (3) ein Kühlmittelflu idpfad (12) für einen Kühlfluidstrom (13) aus Kühlmittel führt, so dass der min destens eine Aluminiumkühlkanal (3) von Kühlmittel durchströmt oder durch- strömbar ist,
- mit einem Kühlluftfluidpfad (14) für einen Kühlluftstrom (15) aus Kühlluft, der um den mindestens einen Aluminiumkühlkanal (3) herumgeführt ist, so dass dieser von Kühlluft umströmt oder umströmbar ist,
- mit einem ein Passivierungsschichtbildnermaterial (6) bevorratenden Behälter, mittels dem das Passivierungsschichtbildnermaterial (6) in Brennstoffzellenab wasser (7), welches im Rahmen des Betriebs der Brennstoffzelle als Reakti onsprodukt bereitgestellt ist, einbringbar oder eingebracht ist, wodurch das Passivierungsschichtbildnermaterial (6) vollständig in diesem Brennstoffzellen abwasser (7) gelöst und eine wässrige Passivierungslösung (5) bereitgestellt ist,
- mit einer bezüglich des Kühlluftstroms (15) stromauf des Kühlmittelkühlers (2) angeordneten Berieselungsanlage (10), mittels der im Betrieb der Kühlervor richtung (1) Brennstoffzellenabwasser (7) und/oder Passivierungslösung (5) stromauf des Kühlmittelkühlers (2) in den Kühlluftstrom (15) einbringbar oder eingebracht ist,
- wobei Brennstoffzellenabwasser (7) und/oder Passivierungslösung (5) mittels des Kühlluftstroms (15) an den mindestens einen Aluminiumkühlkanal (3) transportiert und dessen Kühleroberfläche (4) zumindest abschnittsweise be netzt ist,
- wobei die Passivierungslösung (5) mit der mit dem Flussmittel versehenen Kühleroberfläche (4) des mindestens einen Aluminiumkühlkanals (3) und mit vom Kühlmittel am Kühlmittelkühler (2) bereitgestellter Wärmeenergie unter Ausbildung einer Passivierungsschicht (8) reagiert.
11. Kühlervorrichtung (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Passivierungsschichtbildnermaterial (6) aus den nachfolgenden komplexbil denden- und schichtbildenden Chemikalien gebildet ist:
- Dicarbonsäuren, insb. Glutarsäure, Weinsäure, Fumarsäure, Sebacinsäure, und/oder
- fluoridische Komplexbilder auf Basis von Zirkonaten und Lanthanen, und/oder
- Orthosillikate, Metasillikate, organische Silikate, und/oder
- Silane, und/oder
- Siloxane, und/oder
- wässrige Suspensionen von Polyurethanen und/oder Ethanolaminen, und/oder
- Chitosane, und/oder - Phosphate, und/oder
- Borate.
12. Kühlervorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die ausgebildete Passivierungsschicht (8) in Wasser unlöslich ist.
13. Kühlervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgebildete Passivierungsschicht (8) eine silikatische Aluminiumoxihydrat- schicht ist.
14. Kühlervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Behälter durch eine auswechselbare Feststoffkartusche oder einen Brenn stoffzellenabwasservorratsbehälter (9) gebildet ist, in dem das Passivierungs schichtbildnermaterial (6) angeordnet und bevorratet ist,
- wobei die Feststoffkartusche oder der Brennstoffzellenabwasservorratsbehäl ter (9) von Brennstoffzellenabwasser (7) durchströmbar oder durchströmt ist,
- wobei das Passivierungsschichtbildnermaterial (6) entweder durch einen sich langsam lösenden Feststoff oder durch eine Feststoffschüttung gebildet ist.
15. Verwendung eines Kraftfahrzeugs zur Passivierung eines Kühlmittelküh lers (2) einer Kühlervorrichtung (1) des Kraftfahrzeugs,
- mit einer Brennstoffzelle,
- mit einer im Kraftfahrzeug integrierten Kühlervorrichtung (1) nach den Sachan- sprüchen 10 bis 14,
- mit am Kraftfahrzeug bevorratetem Passivierungsschichtbildnermaterial (6), - wobei die Kühlervorrichtung (1) zur Durchführung des Kühlerpassivierungsver fahrens nach den Verfahrensansprüchen 1 bis 9 eingerichtet ist, um den Kühl mittelkühler (2) der Kühlervorrichtung (1) während des Betriebs der Brennstoff zelle und der Kühlervorrichtung (1) zu passivieren.
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PCT/EP2022/069461 2021-07-29 2022-07-12 Kühlerpassivierungsverfahren für einen in einem kraftfahrzeug montierten kühlmittelkühler einer kühlervorrichtung, kühlervorrichtung sowie verwendung eines kraftfahrzeugs zur passivierung eines kühlmittelkühlers einer kühlervorrichtung WO2023006408A1 (de)

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