[发明专利]热交换器和燃料电池系统

说明书

本发明涉及一种特别是在机动车中用于燃料电池系统的热交换器，其包括：用于至少一种气体的气体区段和用于对所述至少一种气体进行冷却的冷却流体区段；壳体；设置在壳体中的冷却器矩阵，所述冷却流体区段构造在该冷却器矩阵中，其中该冷却器矩阵构成大量空腔，这些空腔形成气体区段；在壳体上至少一个气体入口；在冷却器矩阵中至少一个隔断，其用于将气体区段分成至少两个涌流，使得两个涌流能够通过同一冷却流体区段冷却；在壳体上至少两个气体出口，其中每个涌流通入各自的气体出口。

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池系统的热交换器和一种带有该热交换器的燃料电池系统。所述热交换器和所述燃料电池系统特别是应用在机动车中。

背景技术

用于移动使用场合(如机动车)的燃料电池系统由现有技术已知。燃料电池按其最简单的形式是一种电化学能量转换器，该能量转换器将燃料和氧化剂转化成反应产物并且同时产生电和热量。例如，在这样的燃料电池中将氢用作燃料，并将空气或者氧用作氧化剂。在该燃料电池中反应的反应产物例如是水。在此，气体被馈给到相应的扩散电极中，所述扩散电极通过固态的或者液态的电解质彼此分开。电解质在两个电极之间传递带电荷的离子。

燃料电池包括阳极和阴极，它们通过一个离子选择性的分离器分开。阳极具有通向该阳极的燃料供给系统。优选的燃料是：氢、低分子乙醇、生物燃料、或者液化天然气。阴极具有氧化剂供给系统。优选的氧化剂例如是：空气、氢和过氧化物。所述离子选择性的分离器例如可以构造为质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)。优选采用阳离子选择性的聚合物电解质膜。用于这种膜的材料例如有：和

燃料电池系统包括至少一个燃料电池以及周边的系统组件(也称为BOP-组件)，这些系统组件可以在所述至少一个燃料电池的运行中使用。通常，多个燃料电池合并组成一个燃料电池组或者说电池堆。

发明内容

本发明的目的是，提出一种用于燃料电池系统的热交换器，该热交换器在节省空间构造的情况下可实现燃料电池系统的能效高的运行。

此目的通过按照本发明的特征得以实现。

因此，上述目的通过一种用于燃料电池系统的热交换器得以实现。所述燃料电池系统特别是使用在机动车中。在该机动车中，利用所述燃料电池系统产生的能量特别是用于对该机动车进行驱动。

在所述热交换器中构造有一气体区段，其用于至少一种气体，例如来自周围环境的空气或者来自燃料电池系统的废气。此外，热交换器还具有一冷却流体区段。该冷却流体区段用于冷却在所述气体区段中的所述至少一种气体。

此外，所述热交换器包括一壳体。在该壳体中设置有冷却器矩阵。冷却流体区段的至少一部分构造在这个冷却器矩阵中。特别是，冷却器矩阵包括一个冷却流体入口和一个冷却流体出口。相应的冷却流体在冷却器矩阵中在冷却流体入口与冷却流体出口之间流动。为此，可以在冷却器矩阵中设置不同的冷却元件。这些冷却元件例如是管或者板，其中，冷却流体在管内或者在板之间流动。另外，冷却元件也可以由薄的散热肋片或者金属板构成，在其内并无冷却流体流动，而它们通过冷却流体持续地被冷却。

冷却器矩阵构成大量空腔。这些空腔特别是位于冷却器矩阵的各个冷却元件之间。这些空腔整体形成气体区段。所述至少一种流过气体区段并因而流过冷却器矩阵的空腔的气体(即空气或者废气)通过所述冷却器矩阵被冷却。

为了将待冷却的气体引入壳体中并因而引入冷却器矩阵内部的气体区段中，在所述壳体上设置有至少一个气体入口。

根据本发明，在冷却器矩阵中具有至少一个隔断。该隔断将冷却器矩阵内部的气体区段分成至少两个涌流。通过在冷却器矩阵内部设置所述隔断，气体在所述至少两个涌流中通过相同的冷却器矩阵并因而通过同一冷却流体区段被冷却。因此，不仅在相同的冷却器矩阵中、而且还在同一壳体中实现对至少两个涌流中的气体进行冷却。根据本发明，利用仅仅一个热交换器和仅仅一个冷却流体区段就能够对至少两个涌流进行冷却。