用于燃料电池的冷却系统和燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于燃料电池车辆的燃料电池(12)的冷却系统(100)，其带有冷却循环(10)，该冷却循环包括燃料电池(12)、输送冷却剂的冷却剂泵(16)、冷却器(18)、运送冷却剂的冷却剂管路(30)和用于加热冷却剂的电气加热设备(24)，以及涉及一种带有这样的冷却系统的燃料电池系统。设置成，加热设备(24)构造为加热管路(25)，其沿着冷却剂管路(30)的至少一部分延伸。

Cooling system and fuel cell system for fuel cell

The invention relates to a cooling system (100) for a fuel cell vehicle (12), with a cooling cycle (10), a cooling cycle including a fuel cell (12), a coolant pump (16), a cooler (18), a cooling agent line (30) for transporting coolants, and an electrical heating equipment (24) for heating the coolant. And a fuel cell system with such a cooling system. The heating device (24) is configured to be a heating pipeline (25), which extends along at least part of the coolant line (30).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于燃料电池的冷却系统和燃料电池系统
本专利技术涉及一种用于燃料电池车辆的燃料电池的冷却系统，其带有冷却循环，该冷却循环包括燃料电池、输送冷却剂的冷却剂泵、冷却器、运送冷却剂的冷却剂管路和用于加热冷却剂的电气加热设备，以及涉及一种带有这样的冷却系统的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池利用从氢气和氧气至水的化学转化以产生电能。为此，燃料电池作为核心部件包含所谓的薄膜-电极单元(MEA代表membraneelectrodeassembly)，其是由导引质子的薄膜和相应布置在薄膜两侧的电极构成的复合结构(Verbund)。电极具有催化层，其施加在透气的基质上或者直接在薄膜上。在燃料电池的运行中，氢气H2或含氢气的气体混合物被供应给阳极，在那里在发出电子的情况下发生氢气至H+的电化学氧化。经由薄膜(其将反应空间彼此气密地分开且电绝缘)，实现了质子H+在扩散的路径中从阳极腔到阴极腔中的(结合水的或无水的)运送。在阳极处提供的电子经由电导线被导引给阴极。此外将氧气或含有氧气的气体混合物供应给阴极，从而在吸收电子的情况下发生氧气到O2-的还原。同时在阴极腔中这些氧负离子在产生水的情况下与质子反应。通常，燃料电池包括大量成堆叠的薄膜-电极单元，其中，通常在电极处在外部分别布置有多孔的气体扩散层用于将反应气体均匀地供应至电极。通过化学能到电能的直接转化，燃料电池相对于热力机器由于避开卡诺因素而获得改善的效率。当前最广泛发展的燃料电池技术基于聚合物-电解质-薄膜(PEM)，在其中薄膜本身由聚合电解质(Polyelektrolyt)构成。最流行的PEM是由硫化的聚四氟乙烯(商品名称：Nafion®)构成的薄膜。电解的传导在此经由水合的质子实现。通常在燃料电池中在运行期间进行的反应产生足够热，以将系统带到相应的温度。恰恰在机动车的牵引系统中使用燃料电池的情况下尤其在较低的外部温度下然而该自加热过程会持续一定时间，这导致在起动阶段中受限的运行。在运用燃料电池用于机动车驱动的情况下，在理想地直至-40°的周围环境温度下期望快速达到运行温度。为了在冰冻-或者说冷起动时达到运行温度，由文件DE102007054299A1已知加热器的应用。加热器被冷却剂流过。加热器具有加热元件，经由其将冷却剂在流过加热器时加热。加热器是单独的结构元件，其在燃料电池系统中具有不可忽略的空间需求。因为冷却剂尤其应在燃料电池上游被加入，用于布置加热器的可能的位置的数量受限并且负面地影响结构空间情况。此外，冷却剂在流过加热器时经历压力损失，其负面地影响燃料电池系统的效率。
技术实现思路
本专利技术现在目的在于提供一种用于燃料电池系统的冷却系统，其解决了现有技术的问题并且尤其需要更少的结构空间。该目的通过带有独立权利要求的特征的用于燃料电池的冷却系统来实现。由此，本专利技术的第一方面涉及一种带有冷却循环的用于燃料电池车辆的燃料电池的冷却系统。冷却循环包括燃料电池、输送冷却剂的冷却剂泵、冷却器、运送冷却剂的冷却剂管路和用于加热冷却剂的电气加热设备。根据本专利技术，加热设备构造为加热管路，其沿着冷却剂管路的至少一部分延伸。根据本专利技术的冷却系统的优点尤其在于，在燃料电池系统中可放弃需要空间的加热器。这导致燃料电池系统的优化的包装。此外避免了在通过加热器时将产生的压力损失。由此通过根据本专利技术的冷却系统提高了燃料电池系统的效率。不同于具有加热器的冷却系统，根据本专利技术的冷却系统的冷却剂管路仅在出于效率方面是有意义的区域中被加热，而不是在空间对于在燃料电池系统内布置加热器可用的区域中。这特别导致系统的效率提高，因为仅在合适的位置处将对热的必要的需求引入冷却剂中。根据本专利技术将加热管路布置在冷却剂管路的一个或多个区段中。由此来构造可电气加热的冷却剂管路。冷却剂管路可以是刚性的管路和/或柔性的软管。在本专利技术的优选的设计方案中，加热管路集成到冷却剂管路的至少一部分中。这导致优化的空间利用。当前，当加热管路导热地与冷却剂管路相连接时，加热管路集成到冷却剂管路中。对此，加热管路可布置在冷却剂管路的内部中、在冷却剂管路的壁部的内部中而或在冷却剂管路外部在冷却剂管路处。在特别优选的设计方案中，加热管路布置在冷却剂管路内。在该设计方案中优化了加热管路的效率，如果冷却剂与加热管路相接触，那么尤其如此。由此减少经由冷却剂管路的热损失。冷却剂管路间接地经由冷却剂被加热，而非冷却剂经由冷却剂管路被加热。此外，该设计方案导致减少的加热阶段，因为冷却剂直接地经由加热管路而非间接地经由冷却剂管路被加热。对于该设计形式尤其优选两个实施方案，一种是布置在冷却剂管路的内部中、即在由管路形成的空腔中的加热导体，其仅逐点地与冷却剂管路相接触并且尽可能被冷却剂绕流。加热管路在该设计方案中例如实施为电线或为沿着延伸的螺旋。备选于此，冷却剂管路加衬有加热管路。对此，加热管路具有例如螺旋、网或管的形状，其具有相应于冷却剂管路的内径的外径。在本专利技术的另外的设计方案中优选的是，加热管路被引入冷却剂管路的壁部中。该设计方案具有该优点，即避免了在冷却剂与加热管路之间的直接接触。由此防止加热管路被冷却剂侵蚀。在侵蚀方面对加热管路的要求降低并且可仅针对加热效果来设计。在该设计方案中，冷却剂间接通过冷却剂管路被加热。加热管路在该设计方案中例如与冷却剂管路尤其冷却剂管路的壁部浇注。优选地，已在制造冷却剂管路时将加热管路引入其中。有利地，加热管路布置在冷却剂管路的壁部的外侧处。在此，冷却剂同样经由冷却剂管路被加热。优点在于，该设计方案比备选方案更少需要维修。如果发生维修情况或加热管路故障，优选地仅将加热管路与冷却剂管路分开并且更换，而不必卸载或打开冷却系统的冷却剂管路。在优选的设计方案中，加热管路在此逐段地包围冷却剂管路，尤其在冷却剂管路的壁部的整个周缘上。也就是说，加热管路例如实施为围绕冷却剂管路的轴圈(Manschette)。该设计方案具有特别高的效率，因为整个冷却剂管路的均匀加热和因此均匀高的热输入是可能的。被加热的壁部的区段越大，该系统就越不迟钝并且就越有效且越快地将热传递到冷却剂上。在本专利技术的优选的设计方案中，加热管路是可控制和/或可调节的，从而实现与需求协调的热输入。此外优选的是，加热管路布置在燃料电池上游。由此，可将冷却剂直接在需求地点(即在其被引入燃料电池中之前)加热。这特别有利地影响燃料电池系统的效率。本专利技术的另一方面涉及一种燃料电池系统，其包括根据本专利技术的冷却系统。本专利技术的另外优选的设计方案由其余的在从属权利要求中所提及的特征得出。本专利技术的在本申请中所提及的不同的实施形式(如果未个别另外实施)有利地可相互组合。附图说明接下来在实施例中根据附图来阐述本专利技术。其中：图1示出了根据现有技术的燃料电池冷却系统，图2示出了根据本专利技术的优选设计方案的燃料电池冷却系统，以及图3示出了在优选设计方案中的可电气加热的冷却剂管路的横截面的示意图。具体实施方式图1以示意图示出了根据现有技术的整体以100'标记的冷却系统，其具有根据现有技术的由管路系统构建的冷却循环10'，在其中集成有燃料电池12。冷却循环10包括主循环14，在其中冷却剂借助于优选地电气运行的冷却剂泵16来输送。同样集成在主循环14中的冷却器18用于冷却由运行的燃料电池12加热的冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池车辆的燃料电池(12)的冷却系统(100)，其带有冷却循环(10)，所述冷却循环包括燃料电池(12)、输送冷却剂的冷却剂泵(16)、冷却器(18)、运送所述冷却剂的冷却剂管路(30)和用于加热所述冷却剂的电气加热设备(24)，其特征在于，所述加热设备(24)构造为加热管路(25)，其沿着所述冷却剂管路(30)的至少一部分延伸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.28 DE 102015216513.21.一种用于燃料电池车辆的燃料电池(12)的冷却系统(100)，其带有冷却循环(10)，所述冷却循环包括燃料电池(12)、输送冷却剂的冷却剂泵(16)、冷却器(18)、运送所述冷却剂的冷却剂管路(30)和用于加热所述冷却剂的电气加热设备(24)，其特征在于，所述加热设备(24)构造为加热管路(25)，其沿着所述冷却剂管路(30)的至少一部分延伸。2.根据权利要求1所述的冷却系统(100)，其特征在于，所述加热管路(24)集成到所述冷却剂管路(30)的至少一部分中。3.根据上述权利要求中任一项所述的冷却系统(100)，其特征在于，所述加热管路(24)布置在所述冷却剂管路(30)的内部中。4.根据上述权利要求中任一项所述的冷却系统(100)，其特征在于，所述加热管路(24)与所述冷却剂管路(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：J德内克，N林克，
申请(专利权)人：大众汽车有限公司，奥迪股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE