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Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem mit einer Luftfördereinrichtung zum Verdichten von Zuluft für eine Brennstoffzelle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Brennstoffzellensysteme sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Sie umfassen typischerweise eine Brennstoffzelle, welche als Stapel von Einzelzellen, als sogenannter Brennstoffzellenstapel bzw. Brennstoffzellenstack, ausgebildet ist. Dieser Brennstoffzelle wird üblicherweise Wasserstoff oder ein wasserstoffhaltiges Gas auf der Anodenseite als Brennstoff und Luft als Sauerstofflieferant auf der Kathodenseite zugeführt. Nun ist es so, dass die der Brennstoffzelle zugeführte Luft typischerweise verdichtet wird, beispielsweise über einen Strömungsverdichter, einen Kolbenkompressor, ein Rootsgebläse oder dergleichen. Die verdichtete Zuluft ist nach dem Verdichter in den meisten Betriebssituationen dann durch die Verdichtung aufgeheizt und weist eine vergleichsweise hohe Temperatur auf. Zumindest beim Einsatz von PEM-Brennstoffzellen stellt dies einen gravierenden Nachteil dar, da die in der Brennstoffzelle vorhandenen Membranen durch die heiße Zuluft ausgetrocknet und geschädigt werden. Ähnlich nachteilig wirkt sich die vergleichsweise hohe Temperatur der verdichteten Luft auf weitere Komponenten des Brennstoffzellensystems aus, welche in der luftführenden Leitung zwischen Verdichteraustritt und Stackeintritt angeordnet sind, wie z. B. Befeuchter, Ventile oder Klappen. Hier bestehen die möglichen Nachteile vor allem in Form von kosteninstensiven Aufwänden in Konstruktion und Werkstoffen zur Beherrschung der vergleichsweise hohen Temperaturen.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es daher bekannt, einen Ladeluftkühler vorzusehen, um die Zuluft zu der Brennstoffzelle entsprechend abzukühlen. Nun ist es so, dass ein Ladeluftkühler, wie er beispielsweise aus der
DE 10 2009 014 743 A1 bekannt ist, zur Abkühlung der Zuluft das Kühlmedium eines Kühlkreislaufs nutzt, insbesondere des Kühlkreislaufs, in dem auch die Brennstoffzelle zur Abfuhr von Abwärme angeordnet ist. Die Problematik bei dem dort beschriebenen Aufbau ist nun die, dass das Kühlsystem entsprechend belastet wird und insbesondere bei Anwendung in einem Fahrzeug entsprechend große Flächen von Kühlwärmetauschern zur Abfuhr der Wärme aus dem Kühlsystem an die Umgebung notwendig sind.
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Um dieser Problematik entgegenzuwirken sind aus dem Stand der Technik außerdem Gas/Gas-Wärmetauscher anstelle des Gas/Flüssigkeits-Wärmetauschers, wie er oben als Ladeluftkühler eingesetzt worden ist, bekannt. Ein solcher Gas/Gas-Wärmetauscher als Ladeluftkühler ist beispielsweise in der
DE 10 2009 043 569 A1 beschrieben. Der dort gezeigte Aufbau entlastet das Kühlsystem des Brennstoffzellensystems und damit eines eventuellen mit dem Brennstoffzellensystem ausgestatteten Fahrzeugs erheblich. Außerdem ermöglicht er bei Verwendung einer Turbine in Strömungsrichtung der Abluft nach dem Ladeluftkühler das Zurückgewinnen eines Teils der Wärme durch die Turbine in Form von mechanischer Energie.
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In der Praxis zeigen sich jedoch beim Einsatz eines Gas/Gas-Wärmetauschers als Ladeluftkühler in einigen Betriebszuständen gravierende Probleme, da es zu unerwünschten Kondensationseffekten und damit gegebenenfalls einem Einfrieren bei einem Start bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts kommen kann. Bei sehr kalter Zuluft kann es außerdem zu einer unerwünschten und sehr ungünstigen Wirkrichtungsumkehr in dem Gas/Gas-Wärmetauscher kommen. In diesem Fall entsteht ein Wärmefluss von der warmen Abluft in die in dieser Betriebsituation kältere Zuluft. Hierdurch werden die Membranen der Brennstoffzelle unnötig erwärmt und hierdurch belastet.
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Eine weitere Problematik bei dem Gas/Gas-Wärmetauscher als Ladeluftkühler besteht darin, dass dieser vergleichsweise groß aufgebaut werden muss, um die erforderliche Kühlleistung für die verdichtete Zuluft in allen Betriebssituationen, insbesondere also auch unter Volllastbetrieb, zu gewährleisten. Der Aufbau benötigt hierdurch sehr viel Bauraum.
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Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welches diesen Problemen entgegenwirkt und einen einfachen, sicheren und zuverlässigen Aufbau gewährleistet, welcher das Kühlsystem entlastet und außerdem kritische und nachteilige Betriebssituationen verhindert. Der Aufbau soll darüber hinaus einfach und kompakt realisierbar sein.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Brennstoffzellensystem mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen. Eine besonders bevorzugte Verwendung eines derartigen Brennstoffzellensystems ist in Anspruch 10 angegeben.
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Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem nutzt vergleichbar zu dem eingangs genannten Stand der Technik einen Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher als Ladeluftkühler, welcher von der verdichteten Zuluft und von einem flüssigen Kühlmedium eines Kühlkreislaufs durchströmt ist. Außerdem nutzt das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem einen Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher im Bereich der Abluft aus der Brennstoffzelle, welcher von der Abluft und von dem Kühlmedium durchströmt ist. Hierdurch wird eine einfache und kompakte Realisierung des eigentlichen Ladeluftkühlers als Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher ermöglicht. Der Aufbau kann so sehr kompakt ausgeführt werden und garantiert eine effiziente, sichere und zuverlässige Kühlung der verdichteten Zuluft nach der Luftfördereinrichtung. Zusätzlich strömt das Kühlmedium dann durch einen Wärmetauscher, welcher von dem Kühlmedium einerseits und von der Abluft andererseits durchströmt wird. Die Abluft kann so Wärme aus dem Kühlmedium aufnehmen und beispielsweise mit der Abluft direkt an die Umgebung abgeben, wodurch das Kühlmedium wieder abgekühlt wird. Auch dieser Aufbau lässt sich entsprechend einfach und kompakt realisieren.
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In einer bevorzugten Ausbildungsform können zur weiteren Kostenreduzierung zumindestens weitgehend baugleiche Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher auf der Zuluftseite und der Abluftseite zum Einsatz kommen.
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In einer sehr günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ist es dabei vorgesehen, dass eine Turbine in Strömungsrichtung der Abluft nach dem Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher angeordnet ist. Über eine solche Turbine, welche insbesondere Teil eines elektrischen Turboladers sein kann, um so die an der Turbine anfallende Leistung unmittelbar der Luftfördereinrichtung zur Verfügung zu stellen, ermöglicht eine Rückgewinnung von Druck- und Wärmeenergie aus der Abluft der Brennstoffzelle. Wird in Strömungsrichtung der Abluft vor der Turbine über das Kühlmedium und den Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher des erfindungsgemäßen Aufbaus zusätzliche Wärme in die Abluft eingetragen, so kann die Ausbeute an mechanischer Leistung entsprechend gesteigert werden, wodurch sich eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads des Brennstoffzellensystems durch eine erhöhte Energierückgewinnung ergibt. Weiterhin verringert sich durch die erfindungsgemäße Erhöhung der Ablufttemperatur der aus dem Brennstoffzellensystem ausgetragene Flüssigwasseranteil.
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Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass der Kühlkreislauf als eigenständiger Kühlkreislauf zwischen dem Ladeluftkühler und dem Wärmetauscher ausgebildet ist, welcher eine Kühlmittelfördereinrichtung aufweist. Ein solcher Aufbau nutzt einen eigenen Kühlkreislauf, welcher lediglich zwischen den beiden genannten Wärmetauschern, also dem Ladeluftkühler und dem Wärmetauscher, welcher die aufgenommene Wärme in die Abluft des Brennstoffzellensystems abgibt, ausgebildet ist. Eine Belastung des Kühlsystems zur Kühlung der Brennstoffzelle wird dadurch gänzlich vermieden und das Brennstoffzellensystem in dieser Ausgestaltung lässt sich weiterhin sehr kompakt aufbauen. Über eine Kühlmittelfördereinrichtung wird das Kühlmedium in dem Kühlkreislauf zwischen dem Ladeluftkühler und dem Wärmetauscher entsprechend umgewälzt, wobei durch den beispielsweise über eine Drehzahl der Kühlmittelfördereinrichtung einstellbaren Volumenstrom des Kühlmediums die Abkühlung gezielt gesteuert werden kann. Somit ist es auch möglich in den Betriebssituationen, in denen kein Wärmetransfer gewünscht ist, diesen durch ein Abstellen der Kühlmittelfördereinrichtung entsprechend zu unterbinden, wodurch ein sehr sicherer und zuverlässiger Betrieb gewährleistet ist, welcher eine gute Funktionalität des Brennstoffzellensystems in allen Betriebssituationen gewährleistet.
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In einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems kann es dagegen vorgesehen sein, dass der Kühlkreislauf Teil eines Kühlsystems ist, dessen Kühlmedium neben dem Ladeluftkühler auch die Brennstoffzelle durchströmt, und welches eine Kühlmittelfördereinrichtung und einen Kühlwärmetauscher zur Abkühlung des Kühlmediums aufweist. Ein solcher Aufbau, bei dem sowohl der Ladeluftkühler als auch der Wärmetauscher zwischen dem Kühlmedium und der Abluft in den eigentlichen Kühlkreislauf eingebunden sind, ermöglicht nach wie vor eine Entlastung des Kühlkreislaufs durch einen Wärmeübertrag auf die Abluft und gewährleistet dennoch einen einfachen und effizienten Aufbau, da eine einzige Kühlmittelfördereinrichtung in diesem Fall ausreicht.
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Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung kann es dabei vorgesehen sein, dass die Durchströmung des Ladeluftkühlers und des Wärmetauschers durch eine Ventileinrichtung steuerbar ist. Hierdurch wird weiterhin sichergestellt, dass in den Betriebssituationen, in denen eine Abkühlung nicht erwünscht ist oder die Gefahr einer Umkehr der Wirkrichtung besteht, auf eine Durchströmung der entsprechenden Wärmetauscher verzichtet wird. In einer besonders günstigen Weiterbildung kann die Ventileinrichtung dabei als Thermostatventil ausgebildet sein, sodass selbsttätig in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmediums eine Durchströmung des Ladeluftkühlers und des Kühlwärmetauschers stattfindet oder nicht.
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Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem kann entsprechend kompakt aufgebaut werden und ermöglicht einen sicheren und zuverlässigen Betrieb in allen Betriebssituationen, insbesondere auch beim Start des Brennstoffzellensystems bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts. Zusammen mit der Tatsache, dass das Kühlsystem selbst in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem durch den Aufbau von der über den Ladeluftkühler eingetragenen Wärme weitgehend entlastet wird, ergibt sich hierdurch die besondere Eignung für die Anwendung in einem Brennstoffzellensystem in einem Fahrzeug. Hier sind einerseits schwierige Betriebsbedingungen, wie beispielsweise ein Start unter schwierigen Umgebungsbedingungen – z. B. Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts – häufig anzutreffen, sodass eine Anpassung des Brennstoffzellensystems auf derartige schwierige Betriebsbedingungen von entscheidender Bedeutung ist. Ferner muss der Aufbau entsprechend kompakt realisiert werden, da in einem Fahrzeug typischerweise nur sehr wenig Bauraum zur Verfügung steht. Letztlich ist es vor allem bei Fahrzeugsystemen auch entscheidend, dass das Kühlsystem des Fahrzeugs entsprechend entlastet wird, da die zur Verfügung stehende Kühlerfläche bei Fahrzeuganwendungen von Brennstoffzellensystemen im Allgemeinen ohnehin schon ein kritischer Punkt bei der Auslegung des Brennstoffzellensystems ist, da die Temperaturdifferenz zwischen der Brennstoffzelle und der Umgebung typischerweise sehr viel niedriger ist als zwischen einem Verbrennungsmotor und der Umgebung und die zur Verfügung stehende Fläche des Kühlwärmetauschers damit einen begrenzenden Einfluss auf die Leistung des Brennstoffzellensystems hat.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystems ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
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Dabei zeigen:
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1 ein Fahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem gemäß der Erfindung;
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2 eine alternative Ausführungsform eines Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung; und
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3 eine weitere alternative Ausführungsform des Brennstoffzellensystems gemäß der Erfindung.
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In der Darstellung der 1 ist ein Brennstoffzellensystem 1 zu erkennen, welches in einem angedeuteten Fahrzeug 2 angeordnet ist, und welches in diesem Fahrzeug 2 zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung dienen soll. Bei dem Fahrzeug 2 kann es sich dabei vorzugsweise um ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein schienengebundenes oder ein schienenloses Landfahrzeug, ein Logistiktransporter, ein Wasserfahrzeug oder dergleichen handeln.
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Kern des Brennstoffzellensystems 1 ist eine Brennstoffzelle 3 bzw. ein Brennstoffzellenstapel 3, welcher als Stapel von Einzelzellen in PEM-Technologie aufgebaut ist. Die Einzelzellen sind dabei in der Darstellung der Figur nicht zu erkennen. Jede der Einzelzellen weist einen Kathodenraum und einen Anodenraum auf, wobei in der Darstellung der 1 symbolisch ein gemeinsamer Anodenraum 4 und ein gemeinsamer Kathodenraum 5 dargestellt sind. Zwischen dem Anodenraum 4 und dem Kathodenraum 5 ist dabei ein Wärmetauscher 6 zur Abfuhr von Abwärme aus der Brennstoffzelle 3 über ein flüssiges Kühlmedium angedeutet. Dieses flüssige Kühlmedium strömt von einer Kühlmittelfördereinrichtung 7 gefördert im Kreislauf zwischen der Brennstoffzelle 3 bzw. dem Wärmetauscher 6 der Brennstoffzelle 3 und einem Kühlwärmetauscher 8 zur Abfuhr der Abwärme an die Umgebung des Fahrzeugs 2. Die Kühlleistung kann beispielsweise durch eine Beeinflussung der Drehzahl der Kühlmittelfördereinrichtung 7 eingestellt werden oder lässt sich über einen hier nicht dargestellten Bypass parallel zum Kühlwärmetauscher 8 mit einem geeigneten Ventil einstellen.
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Dem Anodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 wird Wasserstoff aus einem Druckgasspeicher 9 über ein Druckregel- und Dosierventil 10 zugeführt. Unverbrauchter Wasserstoff gelangt aus der Brennstoffzelle über eine Abgasleitung 11 beispielsweise an die Umgebung oder in den Bereich eines Brenners, in dem der Restwasserstoff nachverbrannt wird. Alternative Aufbauten mit einer Anodenrezirkulation zur Rückführung des unverbrauchten Wasserstoffs oder ähnliches sind hier denkbar und aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Für die Erfindung ist die Anodenseite dabei nicht weiter relevant, sodass auf diesen allgemein bekannten Aufbau hier nicht näher eingegangen wird.
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Dem Kathodenraum 5 der Brennstoffzelle 3 wird Luft über eine Luftfördereinrichtung 12, einen Ladeluftkühler 13 sowie einen Befeuchter 14 zugeführt. Abluft aus dem Kathodenraum 5 gelangt wiederum über den Befeuchter 14 sowie einen Luft/Flüssigkeits-Wärmetauscher 15 und eine Turbine 16 an die Umgebung. Die Turbine 16 dient dabei zur Nutzung von Druckenergie und thermischer Energie in der Abluft und wandelt diese zumindest teilweise in mechanische Energie um. Die Turbine 16 sitzt zusammen mit der Luftfördereinrichtung 12 auf einer gemeinsamen Welle 17, sodass die im Bereich der Turbine 16 zurückgewonnene Energie zum Antrieb der Luftfördereinrichtung 12 unmittelbar genutzt werden kann. Im Normalfall wird die im Bereich der Turbine 16 anfallende Leistung zum Antreiben der Luftfördereinrichtung 12 nicht ausreichen. Deshalb ist eine elektrische Maschine 18 vorgesehen, welche die benötigte Leistungsdifferenz zum Antrieb der Luftfördereinrichtung 12 bereitstellt. Sollte es in einzelnen Betriebssituationen dazu kommen, dass im Bereich der Turbine 16 mehr Leistung anfällt, als von der Luftfördereinrichtung 12 benötigt wird, dann kann der Aufbau auch so genutzt werden, dass die elektrische Maschine 18 generatorisch betrieben wird, um elektrische Energie zurückzugewinnen. Dieser Aufbau aus Luftfördereinrichtung 12, Turbine 16 und elektrischer Maschine 12 wird auch als ETC oder elektrischer Turbolader bezeichnet. Neben der Turbine 16 wäre selbstverständlich auch die Anwendung eines andersartigen Expanders in diesem Aufbau denkbar und möglich.
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Die Zuluft zu der Brennstoffzelle 3 ist nach der Luftfördereinrichtung 12 entsprechend heiß und trocken. Dies ist für die in der Brennstoffzelle 3 angeordneten Protonenaustauschmembranen sehr ungünstig, da diese leicht austrocknen und hierdurch beschädigt werden können. Um der Problematik entgegenzuwirken, durchströmt die durch das Verdichten in der Luftfördereinrichtung 12 aufgeheizte Zuluft daher zuerst den Ladeluftkühler 13, in dessen Bereich die Zuluft abgekühlt wird, wozu in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein flüssiges Kühlmedium dient, welches in einem Kühlkreislauf 19 von einer Kühlmittelfördereinrichtung 20 umgewälzt wird. Die so abgekühlte aber immer noch trockene Zuluft gelangt dann in den Befeuchter 14, welcher insbesondere als Gas/Gas-Befeuchter ausgebildet sein kann. Ein typischer Aufbau wäre es beispielsweise, dass hierin für Wasserdampf durchlässige Membranen angeordnet sind, welche auf der einen Seite von der trockenen Zuluft zu dem Kathodenraum 5 überströmt werden. Auf der anderen Seite werden die Membranen von der mit dem größten Teil des in der Brennstoffzelle 3 entstandenen Produktwassers beladenen Abluft überströmt, sodass Wasserdampf durch die Membranen hindurch aus der feuchten Abluft in die trockene Zuluft gelangt und diese befeuchtet. Die dann vergleichsweise trockene Abluft strömt danach über den Wärmetauscher 15 zu der Turbine 16. Der Wärmetauscher 15 ist nun so ausgebildet, dass er ebenfalls Teil des Kühlkreislaufs 19 ist und damit für eine Erwärmung der Abluft durch das in dem Kühlkreislauf 19 umgewälzte Kühlmedium geeignet ist. Dieses Kühlmedium hat Wärme aus der erwärmten Zuluft im Bereich des Ladeluftkühlers 13 aufgenommen und erwärmt somit nun die Abluft der Brennstoffzelle 3. Durch eine entsprechende Beeinflussung beispielsweise des Volumenstroms der Kühlmittelfördereinrichtung 20 lässt sich der Wärmeübertrag entsprechend einstellen. So kann in bestimmten Betriebssituationen, in denen eine Wärmeübertragung nicht gewünscht ist, der Kühlmittelstrom abgestellt oder entsprechend verringert werden, wodurch eine sehr gute Regelbarkeit und eine sehr gute Anpassbarkeit des Brennstoffzellensystems 1 an verschiedene Betriebssituationen entsteht. Die in die Abluft eingetragene Abwärme kann dann zumindest teilweise in der Turbine 16 in mechanische Leistung umgewandelt und zur Verbesserung des Wirkungsgrads des gesamten Brennstoffzellensystems 1 genutzt werden.
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In der Darstellung der 2 ist ein vergleichbarer Aufbau des Brennstoffzellensystems 1 nochmals ohne das Fahrzeug 2 dargestellt. Auch dieser Aufbau ist insbesondere zur Anwendung in einem Fahrzeug 2 geeignet.
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Anders als bei dem in 1 gezeigten Aufbau ist der Kühlkreislauf 19 hier nicht als eigener Kühlkreislauf mit eigener Kühlmittelfördereinrichtung 20 ausgebildet, sondern der Ladeluftkühler 13 und der Wärmetauscher 15 sind Teil des Kühlsystems des Brennstoffzellensystems 1. Das vom Kühlwärmetauscher 8 kommende Kühlmedium strömt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel durch den Wärmetauscher 6 der Brennstoffzelle 3 einerseits und durch den Ladeluftkühler 13 und anschließend durch den Wärmetauscher 15 anderseits. Zur Beeinflussung der Abkühlung der verdichteten Zuluft ist dabei eine Ventileinrichtung 21 vorgesehen. Über diese Ventileinrichtung 21 kann beispielsweise aktiv in den Betriebssituationen, in denen keine Kühlung der Zuluft erwünscht ist, die Durchströmung dieses Zweigs mit Kühlmedium verhindert werden. Dies sind insbesondere Situationen beim Start des Brennstoffzellensystems 1, vor allem dann, wenn die Umgebungstemperatur sehr niedrig ist und die Zuluft nach der Luftfördereinrichtung damit nur minimal erwärmt ist. Um den Steuerungsaufwand für die Ventileinrichtung 21 weiter zu minimieren kann es ferner vorgesehen sein, dass diese Ventileinrichtung 21 als Thermostatventil ausgebildet ist. Sie öffnet dann selbsttätig ab einer bestimmten voreingestellten Temperatur des Kühlmediums in dem Kühlsystem und ermöglicht so ohne aktive Ansteuerung die beschriebene Funktionalität.
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In der Darstellung der 3 ist eine weitere mögliche Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 1 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform des Brennstoffzellensystems 1 wird auf die Turbine 16 gänzlich verzichtet und es wird in Strömungsrichtung nach dem Wärmtauscher 15 lediglich ein Druckhalteventil 22 angeordnet. Eine Energierückgewinnung über die Turbine lässt sich so zwar nicht erzielen, durch die Abfuhr der Wärme über die Abluft an die Umgebung wird jedoch in jedem Fall eine Entlastung des Kühlsystems insgesamt erreicht. Weiterhin verringert sich durch die erfindungsgemäße Erhöhung der Ablufttemperatur auch in dieser Verschlatungsvariante der aus dem Brennstoffzellensystem ausgetragene Flüssigwasseranteil. Ein weiteres Detail ist in der Ausführungsform der 3 im Bereich des Ladeluftkühlers 13, des Befeuchters 14 und des Wärmetauschers 15 zu erkennen. Diese sind zu einer gemeinsamen Baueinheit integriert ausgebildet. Dies kann von entscheidendem Vorteil sein, da der Gasstrom sowohl für den Ladeluftkühler 13 als auch für den Befeuchter 14 ebenso wie für den Wärmetauscher 15 auf einen entsprechend verteilten Strömungsquerschnitt beispielsweise durch eine Vielzahl von Hohlfasermembranen, Kanälen oder dergleichen aufgeteilt werden muss. Durch die bauliche Integration des Ladeluftkühlers 13 und des Wärmetauschers 15 in den Befeuchter 14 lässt sich somit der Druckverlust für die Zuluft und die Abluft senken und es lässt sich insgesamt ein sehr kompakter Aufbau erzielen, was insbesondere beim Einsatz in dem Fahrzeug 2 von entscheidender Bedeutung ist, da hier typischerweise ohnehin nur wenig Bauraum zur Verfügung steht.
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Die beschriebenen Varianten des Brennstoffzellensystems und ihre Ausgestaltungen lassen sich dabei beliebig untereinander kombinieren. So ist es selbstverständlich möglich, bei einem Aufbau des Brennstoffzellensystems 1 analog dem in 1 beispielsweise auf die Turbine 16 zu verzichten und/oder eine Integration des Ladeluftkühlers 13 und/oder des Wärmetauschers 15 in den Befeuchter 14 vorzunehmen. Vergleichbares gilt auch für eine Kombination der Brennstoffzellensysteme 1 aus den 2 und 3. Zahlreiche Varianten und Aufbauten sind damit im Rahmen der hier vorliegenden Erfindung möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009014743 A1 [0003]
- DE 102009043569 A1 [0004]