[发明专利]机动车中的燃料电池堆的排风引导装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池堆的排风引导装置，该排风引导装置尤其是设置在机动车中，该排风引导装置包括冷却装置，该冷却装置属于燃料电池堆的功能环境并且形式为由环境空气穿流的冷却器结构。

背景技术

现有技术例如参见DE102008029529A1。

燃料电池、至少是PEM类型的燃料电池必须在运行期间进行冷却，因此需要为所谓的由多个单个燃料电池的堆叠构成的燃料电池堆设置适合的冷却装置。这种冷却装置大多包括载热介质回路和换热器，在换热器中，在燃料电池堆中吸收热量的循环的载热介质将所吸收的热量传递给被引导穿过在当前概括地称为冷却器结构的换热器的环境空气流。但也已知空气冷却的燃料电池堆，其本身构成或者说具有适合的冷却器结构，用于冷却的环境空气流在该冷却器结构旁流过或者穿流该冷却器结构，为此例如见未在先公开的申请号为10201220645.1的德国专利申请。在大多数情况下，在此为了将环境空气流输送穿过冷却器结构，无论它是独立的换热器还是集成在燃料电池堆中的冷却器结构，均需要独立的输送装置(风机、风扇等)，有些输送装置的能量需求相对高。

发明内容

有鉴于此，本发明的任务在于，提出一种改进方案。

该任务的解决方案在于一种燃料电池堆的排风引导装置，该排风引导装置尤其是设置在机动车中，该排风引导装置包括冷却装置，该冷却装置属于燃料电池堆的功能环境并且形式为由环境空气穿流的冷却器结构，其中，燃料电池堆的排风被引导到所述冷却器结构前面，使得排风沿穿流方向流过冷却器结构并且同时根据喷射泵原理夹带环境空气。

根据本发明，燃料电池堆的排风——在PEM燃料电池中涉及阴极排风流——至少部分地被引导经过冷却器结构，在此排风流的压力或者说过压用于输送作为冷却空气的环境空气。根据本发明，为此排风流或者说至少一部分排风流被引导到冷却器结构，使得排风流在进入冷却器结构并且随后穿流冷却器结构时携带或者说夹带另外的环境空气进入冷却器结构。就这点而言，本发明利用原则上已知的喷射泵原理，这尤其是通过由适合的管组合构成的抽吸喷射泵已知。优选地，燃料电池堆的排风在被引导到冷却器结构之前被冷却。在此应明确指出，在冷却器结构上绝不需要将燃料电池排风以及环境空气在管组合中被引导到冷却器结构前面或里面，而只需将燃料电池堆的排风以适合的方式引导到冷却器结构前面，例如在多个至少近似平行于冷却器结构的流入面定向的管内，排风经由所述管的管壁中的出口从这些管流出，所述出口与穿过冷却器结构的所希望的冷却空气流的穿流方向形成适合的角度。以建议的方式始终可将燃料电池堆排风流中存在的压力势能用于输送环境空气和因此冷却空气穿过冷却器结构。

在燃料电池排风和所述排风流方面，其压力势能或者说过压源于之前环境空气作为反应空气向燃料电池堆中的输送，环境空气在那里在电极之一上——在PEM燃料电池的情况下在阴极上——与被引导向阴极电解质阳极单元的另一侧上的燃料流(尤其是以氢的形式)以已知方式反应，以便随后作为排风流被导出燃料电池堆。通常，燃料电池堆排风的温度以及尤其是水分含量相对于最初作为反应空气被供应给燃料电池的环境空气提高。因此，按照本发明一种有利的扩展方案的意义，燃料电池堆的排风在根据本发明被引导到冷却器结构之前可在适合的换热器中(优选再次在环境空气的辅助下)被冷却，在此有利的是水分发生冷凝，由此不因燃料电池堆的排风产生否则在大多数情况下可见的烟雾形成。

按照本发明的一种有利的扩展方案的意义，可有针对性地改变燃料电池排风相对于冷却器结构的流入方向和/或流入速度并且因此例如排风从所述管和一般性而言从任一系统——经由该系统燃料电池排风以根据本发明的方式被引导到冷却器结构前面——中的流出方向和/或流出速度。为此例如可借助滑动件或类似物改变所述管的管壁内的出口。借助滑动件例如可改变所述出口的横截面，由此燃料电池排风流形成不同的流出速度。但也可通过滑动件或类似物改变流入角，燃料电池排风流以该流入角遇到冷却器结构。然而，在举例提到的管的情况下——通过所述管燃料电池排风被引导到冷却器结构前面，这些管也可围绕其纵轴线转动并且由此改变排风流相对于冷却器结构的流入方向。当设置多个管时——通过所述管燃料电池排风被引导到冷却器结构前面，这些管中的一些管也可根据各种边界条件基本静止，也就是说不被加载燃料电池排风，由此整个排风流被分配到较少数量的管中并且因此排风流的流动速度在这些较少的管中增大。在此应指出，燃料电池排风并非必须如选择性建议的那样通过多个在管壁内设有出口的管被引导到冷却器结构的空气流入侧；为此也可使用其它空气引导系统。