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WO2022012945A1 - Wärmeübertrageranordnung und brennstoffzellenfahrzeug - Google Patents

Wärmeübertrageranordnung und brennstoffzellenfahrzeug Download PDF

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WO2022012945A1
WO2022012945A1 PCT/EP2021/068153 EP2021068153W WO2022012945A1 WO 2022012945 A1 WO2022012945 A1 WO 2022012945A1 EP 2021068153 W EP2021068153 W EP 2021068153W WO 2022012945 A1 WO2022012945 A1 WO 2022012945A1
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WO
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water
heat exchanger
coolant cooler
coolant
fuel cell
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2021/068153
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English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Koppehel
Thomas Strauss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
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    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a heat carrier arrangement for cooling a fuel cell with a coolant cooler and a water atomization device according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a fuel cell vehicle with such a heat exchanger arrangement and a method for cooling a fuel cell with such a heat exchanger arrangement.
  • the cooling of a fuel cell differs greatly from the cooling of an internal combustion engine in terms of maximum waste heat and maximum coolant temperature in order to be able to ensure adequate cooling without damage.
  • the internal combustion engine With the internal combustion engine, a large part of the waste heat is dissipated via the exhaust gas, which is not possible with the fuel cell, or only to a significantly lesser extent.
  • the maximum coolant temperature in the combustion engine can be significantly higher, for example between 90 and 100 °C, while this maximum coolant temperature in the fuel cell is only between 75 and 90 °C. For this reason, a heat exchanger with significantly increased specific heat transfer compared to the internal combustion engine is required to cool a fuel cell vehicle.
  • a generic heat exchanger arrangement is known from US Pat. No. 4,771,822 B, with a coolant cooler and a water atomization device, which has at least one nozzle to increase the cooling effect and introduces water into an air flow upstream of the coolant cooler. Also provided is a heating device for heating the water to be atomized.
  • Another heat exchanger arrangement with a coolant cooler and a water atomization device with at least one nozzle is known from DE 2358631 A1, which introduces water into an air flow upstream of the coolant cooler.
  • a heat exchanger is known from DE 102010036502 A1, which in turn sprays a nozzle into an air flow flowing through a coolant cooler and is intended to increase its cooling effect as a result.
  • Such a cooler is also known from US Pat. No. 5,101,775.
  • the disadvantage of the generic heat exchanger arrangements known from the prior art is that they require a comparatively large amount of installation space and use a lot of energy.
  • the present invention is therefore concerned with the problem of specifying an improved or at least an alternative embodiment for a heat exchanger arrangement of the generic type, which in particular overcomes the disadvantages known from the prior art.
  • the present invention is based on the general idea of effecting the cooling performance of a heat exchanger arrangement by spraying atomized water into an airflow flowing through a coolant cooler and previously tempering the water to be sprayed in with the coolant of the coolant cooler, in particular heating it.
  • This makes it possible to dispense with a separate temperature control device for temperature control, in particular for heating, the water to be atomized and to use the energy of the coolant present in the coolant cooler for this purpose, as a result of which it can be cooled and the cooling capacity can be increased again.
  • the heat exchanger arrangement according to the invention has, in a known manner, the coolant cooler described above and a water atomization device, the coolant cooler being designed in such a way that a coolant flow flows through it from a distribution box via a heat exchanger block, for example with flat tubes, to a collection box and an air flow flows transversely thereto .
  • the water atomization device has at least one nozzle via which the water can be atomized and introduced into the air flow upstream of the coolant cooler.
  • a temperature control device for temperature control, in particular for heating, of the water to be atomized is also provided upstream of the nozzle now according to the invention has at least one feed pipe, which runs through the distributor box or the header tank of the coolant cooler, whereby of course two feed pipes can also be provided as an alternative, of which a first feed pipe runs through the distributor box and a second feed pipe runs through the header tank of the coolant cooler.
  • Running through the collection box or distribution box is intended to mean that at least part of the feed pipe runs through the distribution box or collection box and the water that is guided in the feed pipe and intended for atomization is heated there by the hot coolant present in the coolant cooler.
  • At least one feed pipe is provided, which runs through the distributor box of the coolant cooler, since the comparatively hot coolant can still transfer a lot of heat energy to the water there.
  • the heated water enables particularly effective cooling. This is because hot water can be sublimated from the air more quickly, meaning more water can be absorbed into the air in the same amount of time, increasing the effectiveness of the sublimation process. As a result, more heat is extracted from the air and the air is cooled more.
  • the heat exchanger arrangement according to the invention can be compared to heat exchanger arrangements with separate temperature control devices known from the prior art, not only more cost-effectively, but also optimized in terms of space requirements.
  • the feed pipe is expediently designed as a metal pipe, in particular as an aluminum pipe or as a pipe made from the same material as the collection box or distributor box, and is in direct contact with the coolant within the respective box. Water thus flows within the feed pipe to the nozzle, while the feed pipe is surrounded by coolant on the outside within the respective box.
  • the feed pipe In order to achieve the highest possible heat transfer and to be able to heat the water flowing in the feed pipe to the highest possible temperature, it is particularly preferable for the feed pipe to be located at least partially in the distributor box of the coolant cooler, in which the temperature of the coolant is higher than in the Collection box, runs. With such a metal tube, a comparatively high heat transfer is possible even over a short distance.
  • the distribution box and/or the collecting box are/is designed as a plastic injection molded part, with the at least one feed pipe being injected at the same time.
  • a feed tube can be made of plastic, but it is preferably made of metal and is inserted, for example, into a plastic injection mold. In this way, a comparatively simple, high-quality and nevertheless cost-effective production of the distribution box or the collection box can be achieved.
  • heat transfer elements in particular ribs, arranged.
  • Such heat exchanger elements increase the area available for heat transfer and cause a high heat transfer from the coolant to the water to be atomized over a comparatively short stretch of the feed pipe in the distribution box or in the collection box.
  • the temperature control device also has a separate heat exchanger and/or a separate electrical temperature control device.
  • a separate heat exchanger and/or a separate electrical temperature control device.
  • This offers the possibility, when a particularly high cooling capacity is required, of additionally and quickly tempering the water to be atomized, in particular of heating it up, and thereby intensifying the cooling effect.
  • Such an electrical temperature control device can be designed, for example, as a pipe trace heating and can be produced inexpensively. If necessary, this can be switched on via appropriate circuits and used to additionally heat the water to be atomized in the feed pipe.
  • the integration of an additional heat exchanger for example a refrigerant cooler, through which a corresponding supply pipe runs, is also conceivable.
  • the water atomization device is expediently connected to the coolant cooler via plug connections or clip connections.
  • a plug-in coupling is provided at its free end, via which a comparatively simple plugging in of the water atomization device or corresponding nozzles is possible.
  • a distribution pipe of the water atomization device can also be fixed to the radiator by means of appropriate retaining clips on the coolant. In this way, in particular, rapid and inexpensive assembly can take place.
  • the water atomization device or the nozzle compared comparatively simply by loosening the plug connection or clip connections disconnected from the coolant radiator.
  • connection between the water atomization device and the coolant cooler or between the feed pipe and a nozzle is glued, for example.
  • the present invention is also based on the general idea of equipping a fuel cell vehicle with a fuel cell and a heat exchanger arrangement in accordance with the previous paragraphs.
  • This is particularly useful for fuel cell vehicles, in which only a small part of the waste heat generated can be dissipated via an exhaust gas (condensate) compared to a combustion engine, and a significantly lower maximum coolant temperature of approx. 75 to 90 °C is reached the use of the heat exchanger arrangement according to the invention, since this enables significantly increased performance in comparison to previous heat exchanger arrangements with the same or even reduced installation space and without additional energy expenditure, such as a more powerful fan.
  • the fuel cell vehicle according to the invention makes use of the basic idea of the invention, not only to use the water to be atomized to increase the cooling capacity of the coolant cooler by sprinkling a heat exchanger block and evaporation, but also to use the water to be atomized to increase performance by the coolant flowing in the coolant cooler to preheat and thereby also to cool the coolant itself.
  • a space-optimized, high-performance and low-consumption heat exchanger arrangement can be created. All this contributes to an increase in the performance of the fuel cell vehicle, in particular to an increase in its range.
  • the water for the water atomization device contains condensate from the fuel cell.
  • the condensate produced in the fuel cell during operation which also already has an elevated temperature, can also be used in the fuel cell vehicle according to the invention to cool the coolant cooler, thereby increasing the efficiency of the fuel cell vehicle.
  • the present invention is also based on the general idea of specifying a method for cooling a fuel cell with a heat exchanger arrangement corresponding to the previous paragraphs, in which a coolant cooler flows through the distribution box via the heat exchanger block to the collection box from a coolant flow and transversely thereto from an air flow flows through.
  • the water atomization device atomizes water with at least one nozzle and introduces this upstream of the coolant cooler into an air flow flowing through the coolant cooler.
  • this water is passed through a feed pipe running through the junction box or the collection box, preferably through the junction box, of the coolant cooler and is heated atomization device upstream of the nozzle of the water atomizer.
  • the temperature control, in particular the heating, of the water to be atomized is carried out by a separate heat exchanger or a separate electrical temperature control device, which, however, in the best case only functions as an additional heater.
  • condensate from the fuel cell is used as the water for the water atomization device.
  • the already preheated condensate from the fuel cell can be used as preheated water for atomization in the air flow in front of the coolant cooler and thus the thermal energy inherent in the condensate, which means that the efficiency can be increased.
  • FIG. 1 shows a front view of a heat exchanger arrangement according to the invention
  • Fig. 2 shows a representation as in Fig. 1, but in a view from above,
  • heat exchanger arrangement 4 shows a representation as in FIG. 3, but in a view from above,
  • FIG. 5 shows a heat exchanger arrangement, not covered by the invention, with a separate heat exchanger or a separate temperature control device for heating the water to be atomized
  • FIG. 6 shows a view from above of the heat exchanger arrangement shown in FIG. 5,
  • Fig. 7 shows a representation as in Fig. 5, but with a different embodiment
  • FIG. 8 shows a representation as in FIG. 7, but in a view from above.
  • a heat exchanger arrangement 1 for cooling a fuel cell 2 has a coolant cooler 3 and a water atomization device 4 .
  • the coolant cooler 3 has a distribution box 10, a collection box 11 and a heat exchanger block 13 arranged between them with respect to a coolant flow 12.
  • the water atomization device 4 has at least one nozzle 5, via which the water 6 can be atomized and upstream of the coolant cooler 3 into an air flow 7 (cf. 2 and 4) can be introduced.
  • upstream of the respective nozzle 5 or nozzles 5 there is a temperature control device 8 for temperature control, in particular for heating, but possibly also for cooling, the water 6 to be atomized, with this temperature control device 8 having at least one feed pipe 9, 9'.
  • junction box 10 (see FIG. Fig. 1 and 2) o- which runs through the collection box 11 of the coolant cooler 3 or where two feed pipes 9, 9' are provided, of which a first feed pipe 9 runs through the distribution box 10 and a second feed pipe 9' through the collection box 11 of the coolant cooler 3 (cf. Fig. 3 and 4).
  • the heat exchanger arrangement 1 it is thus possible for the first time to achieve the cooling capacity of the coolant cooler 3 by atomizing water 6 upstream of the coolant cooler 3 in relation to the air flow 7 and thereby further support the increased cooling capacity in that the water 6 to be atomized before is heated by the atomization, namely by the coolant of the coolant cooler 3.
  • at least one feed pipe 9, 9' runs at least partially through the coolant cooler 3 or the distribution box 10 and/or the collection box 11 of the same and uses the higher temperature of the coolant for heating the water 6 to be atomized.
  • a particularly effective and powerful coolant cooler 3 can be created ge, which has a comparatively high efficiency.
  • the supply pipe 9 can preferably be designed as a metal pipe, in particular as an aluminum pipe, or as a pipe made of the same material as the collection box 11 or the distribution box 10 and is in direct contact with the coolant, that is to say the coolant flow 12. It is also conceivable here that the distribution box 10 and/or the collecting box 11 is in the form of a plastic injection molded part and the respective supply pipe 9, 9' is injected as an insert into the respective box 10, 11. As a result, the idea of the invention can be implemented inexpensively, with high quality and at the same time in a simple manner in terms of production technology.
  • a separate temperature control device 14 or a separate heat exchanger 15, as is the case with the embodiments according to FIGS. 5 to 8, can preferably be dispensed with.
  • heat exchanger elements 16 (see, for example, FIG Coolants act telstrom 12 and cause improved heat transfer from the coolant telstrom 12 to the water 6 to be atomized.
  • the water atomization device 4 can, for example, be connected to the coolant cooler 3 via plug-in connections 17 or clip connections 18, whereby a comparatively simple, space-optimized and quick and therefore also cost-effective assembly and possibly also a disassembly from the coolant cooler 3 is possible.
  • a nozzle 5 of the water atomization device 4 can be connected, for example, to the respective supply pipe 9 via a quick coupling 19 . If several nozzles 5 are provided, distributor pipes 20 in the manner of a common rail can also be provided between them.
  • water 6 to be atomized is fed from the right into the feed pipe 9 through the distribution box 10 to the water atomization device 4 and via a connecting line 21 to one on the collection box 11 arranged water atomization device 4 also with five nozzles 5.
  • a separate heat exchanger 14 and/or a separate electrical temperature control device 15, as indicated by the broken line in Fig 1 can be used.
  • the water 6 provided for atomization is finally heated or tempered by a heat exchanger 14 arranged separately from the coolant cooler 3 or a temperature control device 15 arranged separately therefrom .
  • the wiring in the heat exchanger arrangement 1 according to FIGS. 5 and 6 is analogous to the wiring in the heat exchanger arrangement 1 according to the inventions according to FIGS. 1 and 2. The same applies to the heat exchanger arrangement 1 according to FIGS the invention fall to the heat transfer devices according to the invention 1 according to FIGS. 3 and 4.
  • nozzles 5 can be connected to the connecting lines 20 or, in general, the water atomization device 4 to the nozzles 5 via simple plug-in or clip connections 17, 18 and/or quick-release couplings 19.
  • simple plug-in or clip connections 17, 18 and/or quick-release couplings 19 Alternatively, of course Gluing between such connections is also conceivable, which offers the advantage of quick and inexpensive assembly.
  • the heat exchanger arrangement 1 according to the invention according to FIGS. 1 and 4, but also the heat exchanger arrangement 1 according to FIGS. 5 to 8, which does not fall under the invention, can be used in a fuel cell vehicle 22 with a fuel cell 2, in which case even condensate from the fuel cell 2 can be used as water 6 to be atomized.
  • a fuel cell vehicle 22 with a fuel cell 2 in which case even condensate from the fuel cell 2 can be used as water 6 to be atomized.
  • FIG. Flier it is possible to use previously heated water 6 for atomization and thereby increase the degree of effectiveness of the heat exchanger assembly 1 according to the invention or the fuel cell vehicle 2 according to the invention.
  • the present invention is also based on a method according to the invention for cooling such a fuel cell 2 with the heat exchanger arrangement 1 shown in FIGS 12 and transversely thereto by the air flow 7 flows through.
  • the water atomization device 4 with at least one nozzle 5 atomizes water 6 and introduces this into the air flow 7 upstream of the coolant cooler 3 .
  • a particularly high level of energy utilization and a particularly high cooling capacity of the heat exchanger arrangement 1 can be achieved.
  • the temperature control, in particular the heating, of the water 6 to be atomized can also be effected by a separate heat exchanger 14 or a separate electrical temperature control device 15 . Heating or cooling can take place via Peltier elements. This allows for the fact that the system may work better in hot ambient conditions if it is cooled instead of heated.
  • a fuel cell vehicle 22 with such a heat exchanger arrangement 1 according to the invention for the water atomizer 4 condensate from the fuel cell 2 is preferably used as the water 6, as a result of which the efficiency can be further increased.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmeübertrageranordnung (1) zur Kühlung einer Brennstoffzelle (2) mit einem Kühlmittelkühler (3) und einer Wasserzerstäubungseinrichtung (4), - wobei die Wasserzerstäubungseinrichtung (4) eine Düse (5) aufweist, über die Wasser (6) zerstäubbar und stromauf des Kühlmittelkühlers (3) in einen diesen durchströmenden Luftstrom (7) einbringbar ist, - wobei stromauf der Düse (5) eine Temperierungseinrichtung (8) zum Temperieren, insbesondere zum Aufheizen, des zu zerstäubenden Wassers (6) vorgesehen ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die Temperierungseinrichtung (8) zumindest ein Zuführrohr (9, 9') für Wasser (6) aufweist, welches durch einen Verteilerkasten (10) oder einen Sammelkasten (11) des Kühlmittelkühlers (3) verläuft, oder dass die Temperierungseinrichtung (8) zwei Zuführrohre (9, 9') für Wasser (6) aufweist, wovon ein erstes Zuführrohr (9) durch den Verteilerkasten (10) und ein zweites Zuführrohr (9') durch den Sammelkasten (11) des Kühlmittelkühlers (3) verläuft.

Description

Wärmeübertrageranordnung und Brennstoffzellenfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeträgeranordnung zur Kühlung einer Brennstoffzelle mit einem Kühlmittelkühler und einer Wasserzerstäubungseinrich tung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer solchen Wärmeübertrageranordnung so wie ein Verfahren zur Kühlung einer Brennstoffzelle mit einer solchen Wärme übertrageranordnung.
Die Kühlung einer Brennstoffzelle unterscheidet sich von der Kühlung eines Ver brennungsmotors stark bezüglich einer maximalen Abwärme und einer maxima len Kühlmitteltemperatur, um eine ausreichende Kühlung ohne Schädigung ge währleisten zu können. Bei dem Verbrennungsmotor wird ein Großteil der Ab wärme über das Abgas abgeführt, was bei der Brennstoffzelle nicht oder nur in deutlich geringerem Umfang möglich ist. Zudem kann eine maximale Kühlmittel temperatur beim Verbrennungsmotor deutlich höher liegen, beispielsweise zwi schen 90 und 100 °C, während diese maximale Kühlmitteltemperatur bei der Brennstoffzelle lediglich zwischen 75 und 90 °C liegt. Aus diesem Grund ist für die Kühlung eines Brennstoffzellenfahrzeugs ein Wärmeübertrager mit deutlich gesteigerter, spezifischer Wärmeübertragung im Vergleich zum Verbrennungs motor erforderlich.
Dies kann erreicht werden, indem beispielsweise der Kühler bzw. Wärmeübertra ger vergrößert wird, was jedoch aus Kosten- und Bauraumgründen nicht beliebig möglich ist. Auch eine beliebige Steigerung einer durch den Wärmeübertrager strömenden Luftmenge zur Steigerung der Kühlleistung ist aus Bauraumgründen, Gewichtsgründen und Kostengründen nicht möglich. Außerdem reduziert auch eine erforderliche elektrische Lüfterleistung die für den Vortrieb zur Verfügung stehende Batteriekapazität.
Zur Erhöhung einer Kühlleistung ist es bereits bekannt, eine Verdunstungsküh lung oder eine Berieselung eines Kühlluftstroms mit Wasser einzusetzen.
Aus der US 4,771,822 B ist eine gattungsgemäße Wärmeübertrageranordnung bekannt, mit einem Kühlmittelkühler und einer Wasserzerstäubungseinrichtung, welche zur Erhöhung der Kühlwirkung zumindest eine Düse aufweist und Wasser stromauf des Kühlmittelkühlers in einen Luftstrom einbringt. Ebenfalls vorgese hen ist eine Heizeinrichtung zum Aufheizen des zu zerstäubenden Wassers.
Aus der DE 2358631 A1 ist eine weitere Wärmeübertrageranordnung mit einem Kühlmittelkühler und einer Wasserzerstäubungseinrichtung mit zumindest einer Düse bekannt, die stromauf des Kühlmittelkühlers in einen Luftstrom Wasser ein bringt.
Aus der DE 102010036502 A1 ist ein Wärmeübertrager bekannt, der wiederum eine Düse in einen einen Kühlmittelkühler durchströmenden Luftstrom einsprüht und dadurch dessen Kühlwirkung erhöhen soll. Ein derartiger Kühler ist auch aus der US 5,101 ,775 A bekannt.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten gattungsgemäßen Wärmeübertrageranordnungen ist jedoch, dass diese einen vergleichsweise gro ßen Bauraumbedarf und einen hohen Energieeinsatz erfordern. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Wär meübertrageranordnung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumin dest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängi gen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Kühlleis tung einer Wärmeübertrageranordnung durch Einsprühen von zerstäubtem Was ser in einen einen Kühlmittelkühler durchströmenden Luftstrom zu bewirken und zuvor das einzusprühende Wasser durch das Kühlmittel des Kühlmittelkühlers zu temperieren, insbesondere aufzuheizen. Hierdurch ist es möglich, auf eine sepa rate Temperierungseinrichtung zum Temperieren, insbesondere zum Aufheizen, des zu zerstäubenden Wassers zu verzichten und hierfür die Energie des in dem Kühlmittelkühler vorhandenen Kühlmittels zu nutzen, wodurch dieses gekühlt und dadurch die Kühlleistung nochmals gesteigert werden kann. Die erfindungsge mäße Wärmeübertrageranordnung besitzt dabei in bekannter Weise den zuvor beschriebenen Kühlmittelkühler und eine Wasserzerstäubungseinrichtung, wobei der Kühlmittelkühler derart ausgebildet ist, dass durch diesen von einem Vertei lerkasten über einen Wärmeübertragerblock, beispielsweise mit Flachrohren, zu einem Sammelkasten ein Kühlmittelstrom und quer dazu ein Luftstrom strömt. Dies entspricht der gängigen Bauweise bekannter Kühlmittelkühler. Die Was serzerstäubungseinrichtung besitzt zumindest eine Düse, über die das Wasser zerstäubbar und stromauf des Kühlmittelkühlers in den Luftstrom einbringbar ist. Stromauf der Düse ist auch eine Temperierungseinrichtung zum Temperieren, insbesondere zum Aufheizen, des zu zerstäubenden Wassers vorgesehen, die nun erfindungsgemäß zumindest ein Zuführrohr aufweist, welches durch den Ver teilerkasten oder den Sammelkasten des Kühlmittelkühlers verläuft, wobei selbst verständlich auch alternativ zwei Zuführrohre vorgesehen sein können, wovon ein erstes Zuführrohr durch den Verteilerkasten und ein zweites Zuführrohr durch den Sammelkasten des Kühlmittelkühlers verläuft. Durch den Sammelkasten bzw. Verteilerkasten verlaufen soll dabei bedeuten, dass zumindest ein Teil des Zuführrohrs durch den Verteilerkasten bzw. den Sammelkasten verläuft und dort das in dem Zuführrohr geführte und zur Zerstäubung vorgesehene Wasser durch das im Kühlmittelkühler vorhandene heiße Kühlmittel erwärmt. Vorteilhafterweise ist dabei zumindest ein Zuführrohr vorgesehen, welches durch den Verteilerkas ten des Kühlmittelkühlers verläuft, da dort das vergleichsweise heiße Kühlmittel noch viel Wärmeenergie an das Wasser übertragen kann. Durch das erhitzte Wasser ist eine besonders effektive Kühlung möglich. Dies liegt darin begründet, dass heißes Wasser schneller von der Luft sublimiert werden kann, das heißt, es kann mehr Wasser in derselben Zeit von der Luft aufgenommen werden, wodurch sich die Effektivität des Sublimationsprozesses erhöht. Dadurch wird der Luft mehr Wärme entzogen, die Luft wird stärker abgekühlt. Zugleich kann die erfindungsgemäße Wärmeübertrageranordnung im Vergleich zu bisher aus dem Stand der Technik bekannten Wärmeübertrageranordnungen mit separaten Tem perierungseinrichtungen nicht nur kostengünstiger, sondern auch hinsichtlich ei nes Bauraumbedarfs optimiert werden. Von besonderem Vorteil ist jedoch die hohe Effektivität der erfindungsgemäßen Wärmeübertrageranordnung, da das zu zerstäubende Wasser nicht mehr separat aufgeheizt wird, sondern über das ver gleichsweise heiße Kühlmittel, insbesondere im Verteilerkasten des Kühlmittel kühlers, so dass dessen Wärmeenergie zur Erhitzung des zu zerstäubenden Wassers genutzt werden kann und hierfür keine separate, insbesondere elektri sche Energie, aufgewendet werden muss. Durch die Beaufschlagung des Luft stroms mit zerstäubtem Wasser kann sowohl der Effekt der direkten Kühlung durch Auftreffen der Wassertröpfchen auf einen Wärmeübertragerblock des Kühl mittelkühlers (Berieselung) erhöht werden, als auch durch einen Verdunstungsef fekt.
Zweckmäßig ist das Zuführrohr als Metallrohr, insbesondere als Aluminiumrohr oder als ein Rohr aus einem gleichen Material wie der Sammelkasten oder Ver teilerkasten, ausgebildet und steht innerhalb des jeweiligen Kastens in direktem Kontakt mit dem Kühlmittel. Innerhalb des Zuführrohrs strömt somit Wasser zur Düse, während das Zuführrohr innerhalb des jeweiligen Kastens außen vom Kühlmittel umgeben ist. Um dabei einen möglichst hohen Wärmeübertrag errei chen und das in dem Zuführrohr strömende Wasser auf eine möglichst hohe Temperatur erhitzen zu können, ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Zuführrohr zumindest teilweise im Verteilerkasten des Kühlmittelkühlers, in welchem eine Temperatur des Kühlmittels höher ist als im Sammelkasten, ver läuft. Durch ein derartiges Metallrohr ist ein vergleichsweise hoher Wärmeüber trag auch auf kurzer Strecke möglich.
Bei einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind/ist der Verteilerkasten und/oder der Sammelkasten als Kunststoffspritz gussteil ausgebildet, wobei das zumindest eine Zuführrohr mit eingespritzt ist. Ein derartiges Zuführrohr kann dabei aus Kunststoff ausgebildet sein, vorzugsweise ist es jedoch aus Metall ausgebildet und wird beispielsweise in ein Kunststoff spritzgießwerkzeug eingelegt. Hierdurch lässt sich eine vergleichsweise einfache, qualitativ hochwertige und trotzdem kostengünstige Fertigung des Verteilerkas tens bzw. des Sammelkastens erreichen.
Bei einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind außen an zumindest einem Zuführrohr im Bereich des Verteilerkastens und/oder des Sammelkastens Wärmeübertragerelemente, insbesondere Rippen, angeordnet. Derartige Wärmeübertragerelemente erhöhen die zum Wärmeüber trag zur Verfügung stehende Fläche und bewirken dabei auf einer vergleichs weise kurzen Strecke des Zuführrohrs im Verteilerkasten bzw. im Sammelkasten einen hohen Wärmeübertrag vom Kühlmittel auf das zu zerstäubende Wasser.
Bei einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Temperierungseinrichtung zusätzlich einen separaten Wärmeübertrager Und/oder eine separate elektrische Temperierungseinrichtung auf. Dies bietet die Möglichkeit, bei besonders hoher geforderter Kühlleistung das zu zerstäubende Wasser zusätzlich und schnell zu temperieren, insbesondere aufzuheizen, und dadurch den Kühleffekt zu verstärken. Eine derartige elektrische Temperierungs einrichtung kann beispielsweise als Rohrbegleitheizung ausgebildet und kosten günstig hergestellt werden. Über entsprechende Schaltkreise kann diese im Be darfsfall eingeschaltet und zu einer zusätzlichen Erwärmung des zu zerstäuben den Wassers im Zuführrohr genutzt werden. Auch die Einbindung eines zusätzli chen Wärmeübertragers, beispielsweise eines Kältemittelkühlers, durch welchen ein entsprechendes Zuführrohr verläuft, ist denkbar.
Zweckmäßig ist die Wasserzerstäubungseinrichtung über Steckverbindungen o- der Clipsverbindungen mit dem Kühlmittelkühler verbunden. Insbesondere bei ei nem in den Sammelkasten bzw. Verteilerkasten eingespritzten Zuführrohr ist denkbar, dass an dessen freiem Ende eine Steckkupplung vorgesehen ist, über welche ein vergleichsweise einfaches Anstecken der Wasserzerstäubungsein richtung bzw. entsprechender Düsen möglich ist. Auch kann ein Verteilerrohr der Wasserzerstäubungseinrichtung über entsprechende Halteclips am Kühlmittel kühlerfixiert werden. Hierdurch kann insbesondere eine schnelle und kosten günstige Montage erfolgen. Bei einer derartigen Ausführungsform ist es zudem im Wartungsfall möglich, die Wasserzerstäubungseinrichtung bzw. die Düse ver gleichsweise einfach durch Lösen der Steckverbindung bzw. Clipsverbindungen vom Kühlmittelkühler zu trennen. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass eine derartige Verbindung zwischen der Wasserzerstäubungseinrichtung und dem Kühlmittelkühler bzw. zwischen dem Zuführrohr und einer Düse bei spielsweise geklebt ist. Hierdurch kann auf Schnellkupplungen verzichtet werden und eine kostengünstige Klebeverbindung, beispielsweise durch ein koaxiales In einanderstecken des Zuführrohrs und eines Rohrs der Wasserzerstäubungsein richtung bzw. der Düse erfolgen.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Brennstoffzelle und einer Wärmeübertrageran ordnung entsprechend den vorherigen Absätzen auszustatten. Besonders bei Brennstoffzellenfahrzeugen, bei welchen nur ein geringer Teil der erzeugten Ab wärme über ein Abgas (Kondensat) im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor abgeführt werden kann, und zudem eine deutlich geringere maximale Kühlmittel temperatur von ca. 75 bis 90 °C erreicht wird, bietet sich der Einsatz der erfin dungsgemäßen Wärmeübertrageranordnung an, da diese im Vergleich zu bishe rigen Wärmeübertrageranordnungen eine deutlich gesteigerte Leistung bei glei chem oder sogar reduziertem Bauraum und ohne zusätzlichen Energieaufwand, wie beispielsweise einem stärkeren Lüfter, ermöglicht. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellenfahrzeug macht sich dabei die Grundidee der Erfindung zu Nutze, das zu zerstäubende Wasser nicht nur zur Erhöhung der Kühlleistung des Kühlmittelkühlers durch Berieselung eines Wärmeübertragerblocks und Verduns tung zu nutzen, sondern zugleich das zu zerstäubende Wasser zur Leistungsstei gerung durch das im Kühlmittelkühler strömende Kühlmittel vorzuerhitzen und dadurch das Kühlmittel selbst ebenfalls zu kühlen. Hierdurch kann eine bauraum optimierte, leistungsstarke und verbrauchsarme Wärmeübertrageranordnung ge schaffen werden. Dies trägt alles zu einer Leistungssteigerung des Brennstoffzel lenfahrzeugs, insbesondere zu einer Steigerung dessen Reichweite bei. Bei einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist das Wasser für die Wasserzerstäubungseinrichtung Kondensat aus der Brennstoffzelle auf. Das in der Brennstoffzelle während des Betriebs entstehende Kondensat, welches ebenfalls bereits eine erhöhte Temperatur aufweist, kann so in dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellenfahrzeug ebenfalls zur Kühlung des Kühlmittelkühlers herangezogen werden, wodurch sich der Wirkungsgrad des Brennstoffzellenfahrzeugs erhöht.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Ver fahren zur Kühlung einer Brennstoffzelle mit einer Wärmeübertrageranordnung entsprechenden den vorherigen Absätzen anzugeben, bei dem ein Kühlmittelküh ler durch den Verteilerkasten über den Wärmeübertragerblock zu dem Sammel kasten von einem Kühlmittelstrom und quer dazu von einem Luftstrom durch strömt wird. Die Wasserzerstäubungseinrichtung zerstäubt mit zumindest einer Düse Wasser und bringt dieses stromauf des Kühlmittelkühlers in einen den Kühlmittelkühler durchströmenden Luftstrom ein. Zur Erhitzung des zur Zerstäu bung vorgesehen Wassers wird dieses durch ein durch den Verteilerkasten oder den Sammelkasten, vorzugsweise durch den Verteilerkasten, des Kühlmittelküh lers verlaufendes Zuführrohr geführt und darin stromauf der Düse der Wasserzer stäubungseinrichtung erhitzt. Hierdurch kann ein besonders energieeffizientes Kühlen des Kühlmittelkühlers erfolgen, wodurch dessen Leistungsfähigkeit ge steigert und insgesamt auch ein Wirkungsgrad im Bereich der Kühlung erhöht werden kann. Zusätzlich ist auch denkbar, dass das Temperieren, insbesondere das Aufheizen, des zu zerstäubenden Wassers durch eine separaten Wärme übertrager oder eine separate elektrische Temperierungseinrichtung erfolgt, die jedoch im optimalen Fall lediglich als Zusatzheizung fungiert. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Wasser für die Wasserzerstäubungseinrichtung Kondensat aus der Brennstoff zelle verwendet. Hierdurch kann das bereits vorerwärmte Kondensat aus der Brennstoffzelle als vorerwärmtes Wasser zum Zerstäuben in dem Luftstrom vor dem Kühlmittelkühler genutzt werden und dadurch die dem Kondensat eigene Wärmeenergie, wodurch der Wirkungsgrad gesteigert werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschrei bung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Kompo nenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Frontalansicht auf eine erfindungsgemäße Wärmeübertrager anordnung,
Fig. 2 eine Darstellung wie in Fig. 1 , jedoch bei einer Ansicht von oben,
Fig. 3 eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Wärmeübertrageranordnung, Fig. 4 eine Darstellung wie in Fig. 3, jedoch bei einer Ansicht von oben,
Fig. 5 eine nicht unter die Erfindung fallende Wärmeübertrageranordnung mit einem separaten Wärmeübertrager bzw. einer separaten Tem perierungseinrichtung zur Erhitzung des zu zerstäubenden Was sers,
Fig. 6 eine Ansicht von oben auf die gemäß der Fig. 5 gezeigte Wärme übertrageranordnung,
Fig. 7 eine Darstellung wie in Fig. 5, jedoch bei einer anderen Ausfüh rungsform,
Fig. 8 eine Darstellung wie in Fig. 7, jedoch bei einer Ansicht von oben.
Entsprechend den Fig. 1 bis 4, weist eine erfindungsgemäße Wärmeübertrager anordnung 1 zur Kühlung einer Brennstoffzelle 2 einen Kühlmittelkühler 3 sowie eine Wasserzerstäubungseinrichtung 4 auf. Der Kühlmittelkühler 3 besitzt dabei einen Verteilerkasten 10, einen Sammelkasten 11 sowie einen bezüglich eines Kühlmittelstroms 12 dazwischen angeordneten Wärmeübertragerblock 13. Die Wasserzerstäubungseinrichtung 4 besitzt dabei zumindest eine Düse 5, über die Wasser 6 zerstäubbar und stromauf des Kühlmittelkühlers 3 in einen Luftstrom 7 (vgl. die Fig. 2 und 4) einbringbar ist. Stromauf der jeweiligen Düse 5 bzw. der Düsen 5 ist darüber hinaus eine Temperierungseinrichtung 8 zum Temperieren, insbesondere zum Aufheizen, aber ggf. auch zum Kühlen, des zu zerstäubenden Wassers 6 vorgesehen, wobei diese Temperierungseinrichtung 8 zumindest ein Zuführrohr 9, 9' aufweist, das durch den Verteilerkasten 10 (vgl. Fig. 1 und 2) o- der den Sammelkasten 11 des Kühlmittelkühlers 3 verläuft oder wobei zwei Zu führrohre 9, 9' vorgesehen sind, wovon ein erstes Zuführrohr 9 durch den Vertei lerkasten 10 und ein zweites Zuführrohr 9' durch den Sammelkasten 11 des Kühl mittelkühlers 3 verläuft (vgl. Fig. 3 und 4).
Mit der erfindungsgemäßen Wärmeübertrageranordnung 1 ist es somit erstmals möglich, die Kühlleistung des Kühlmittelkühlers 3 durch Zerstäuben von Wasser 6 stromauf des Kühlmittelkühlers 3 in Bezug auf den Luftstrom 7 zu erreichen und dadurch die erhöhte Kühlleistung weiter dadurch zu unterstützen, dass das zu zerstäubende Wasser 6 vor dem Zerstäuben erhitzt wird und zwar durch das Kühlmittel des Kühlmittelkühlers 3. Hierzu läuft zumindest ein Zuführrohr 9, 9' zu mindest bereichsweise durch den Kühlmittelkühler 3 bzw. den Verteilerkasten 10 und/oder den Sammelkasten 11 desselben und nutzt dabei die höhere Tempera tur des Kühlmittels zur Erwärmung des zu zerstäubenden Wassers 6 aus. Hier durch kann ein besonders effektiver und leistungsstarker Kühlmittelkühler 3 ge schaffen werden, der einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad aufweist.
Das Zuführrohr 9 kann vorzugsweise als Metallrohr, insbesondere als Aluminium rohr oder als Rohr aus demselben Material wie der Sammelkasten 11 bzw. der Verteilerkasten 10 ausgebildet sein und steht in direktem Kontakt mit dem Kühl mittel, das heißt dem Kühlmittelstrom 12. Denkbar ist hierbei auch, dass der Ver teilerkasten 10 und/oder der Sammelkasten 11 als Kunststoffspritzgussteil ausge bildet und das jeweilige Zuführrohr 9, 9' als Einlegeteil mit in den jeweiligen Kas ten 10, 11 eingespritzt wird. Hierdurch kann die Idee der Erfindung kostengünstig, qualitativ hochwertig und zugleich fertigungstechnisch einfach umgesetzt werden. Vorzugsweise kann bei der erfindungsgemäßen Wärmeübertrageranordnung 1 auf eine separate Temperierungseinrichtung 14 bzw. einen separaten Wärme übertrager 15, wie dies bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 5 bis 8 dar gestellt ist, verzichtet werden.
Bei einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind außen an zumindest einem Zuführrohr 9, 9' im Bereich des Verteilerkastens 10 und/oder des Sammelkastens 11 Wärmeübertragerelemente 16 (vgl. bei spielsweise die Fig. 4) vorgesehen, die in der Art von Kühlrippen für den Kühlmit telstrom 12 fungieren und einen verbesserten Wärmeübertrag vom Kühlmit telstrom 12 auf das zu zerstäubende Wasser 6 bewirken.
Die Wasserzerstäubungseinrichtung 4 kann beispielsweise über Steckverbindun gen 17 oder Clipsverbindungen 18 mit dem Kühlmittelkühler 3 verbunden sein, wodurch eine vergleichsweise einfache, bauraumoptimierte und schnelle und da mit auch kostengünstige Montage sowie gegebenenfalls auch eine Demontage vom Kühlmittelkühler 3 möglich ist. Eine Düse 5 der Wasserzerstäubungseinrich tung 4 kann beispielsweise mit dem jeweiligen Zuführrohr 9 über eine Schnell kupplung 19 verbunden sein. Sind mehrere Düsen 5 vorgesehen, so können da zwischen auch Verteilerrohre 20 in der Art eines Common Rails vorgesehen wer den.
Betrachtet man die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeübertrager anordnung 1 gemäß den Fig. 1 und 2, so erfolgt hier eine Zuführung von zu zer stäubendem Wasser 6 von rechts in das Zuführrohr 9 durch den Verteilerkasten 10 zur Wasserzerstäubungseinrichtung 4 und über eine Verbindungsleitung 21 zu einer am Sammelkasten 11 angeordneten Wasserzerstäubungseinrichtung 4 mit ebenfalls fünf Düsen 5. Demgegenüber weist die Wärmeübertrageranordnung 1 gemäß den Fig. 3 und 4 keine derartige Verbindungsleitung 21 zwischen den zwei Wasserzerstäubungseinrichtungen 4 auf, so dass in diesem Fall eine sepa rate Zuführung von zu zerstäubendem Wasser 6 über das Zuführrohr 9' durch den Sammelkasten 11 zur Wasserzerstäubungseinrichtung 4 mit den Düsen 5 und separat dazu die Zuführung von zu zerstäubendem Wasser 6 durch das Zu führrohr 9 durch den Verteilerkasten 10 zur Wasserzerstäubungseinrichtung 4 mit den Düsen 5 erfolgt.
Unabhängig von der gewählten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wär meübertrageranordnung 1 kann zum Temperieren, insbesondere zum Aufheizen oder Kühlen, des zur Zerstäubung vorgesehenen Wassers 6 auch noch ein sepa rater Wärmeübertrager 14 und/oder eine separate elektrische Temperierungsein richtung 15, wie sie mit unterbrochen gezeichneter Linie in Fig. 1 dargestellt ist, genutzt werden.
Bei den gemäß den Fig. 5 bis 8 gezeigten Ausführungsformen, welche nicht unter die Erfindung fallen, wird das zur Zerstäubung vorgesehene Wasser 6 aus schließlich durch einen separat zum Kühlmittelkühler 3 angeordneten Wärme übertrager 14 bzw. eine separat dazu angeordnete Temperierungseinrichtung 15 erhitzt bzw. temperiert. Die Leitungsführung bei der Wärmeübertrageranordnung 1 gemäß den Fig. 5 und 6 ist dabei analog zur Leitungsführung bei der erfin dungsgemäßen Wärmeübertrageranordnung 1 entsprechend den Fig. 1 und 2. Gleiches gilt für die Wärmeübertrageranordnung 1 gemäß den Fig. 7 und 8, wel che nicht unter die Erfindung fallen, zu den erfindungsgemäßen Wärmeübertra geranordnungen 1 gemäß den Fig. 3 und 4.
Allen Ausführungsformen ist dabei gemein, dass eine Verbindung der Düsen 5 mit den Verbindungsleitungen 20 bzw. generell der Wasserzerstäubungseinrich tung 4 mit den Düsen 5 über einfache Steck- bzw. Clipsverbindungen 17, 18 und/oder Schnellkupplungen 19 ermöglicht wird. Alternativ ist selbstverständlich auch ein Verkleben zwischen derartigen Verbindungen denkbar, was den Vorteil einer schnellen und kostengünstigen Montage bietet.
Eingesetzt werden kann die erfindungsgemäße Wärmeübertrageranordnung 1 entsprechend den Fig. 1 und 4 aber auch die nicht unter die Erfindung fallende Wärmeübertrageranordnung 1 gemäß den Fig. 5 bis 8 bei einem Brennstoffzel lenfahrzeug 22 mit einer Brennstoffzelle 2, wobei in diesem Fall sogar Kondensat der Brennstoffzelle 2 als zu zerstäubendes Wasser 6 verwendet werden kann. Dies ist gemäß der Fig. 1 angedeutet. Flierdurch ist es möglich, bereits vorer wärmtes Wasser 6 zur Zerstäubung zu verwenden und dadurch den Wirkungs grad der erfindungsgemäßen Wärmeübertrageranordnung 1 bzw. des erfindungs gemäßen Brennstoffzellenfahrzeugs 2 zu erhöhen.
Die vorliegende Erfindung beruht auch auf einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kühlung einer solchen Brennstoffzelle 2 mit der gemäß den Fig. 1 bis 4 dar gestellten Wärmeübertrageranordnung 1, bei dem der Kühlmittelkühler 3 durch den Verteilerkasten 10 über den Wärmeübertragerblock 13 zu dem Sammelkas ten 11 von dem Kühlmittelstrom 12 und quer dazu von dem Luftstrom 7 durch strömt wird. Die Wasserzerstäubungseinrichtung 4 mit zumindest einer Düse 5 zerstäubt dabei Wasser 6 und bringt dieses stromauf des Kühlmittelkühlers 3 in den Luftstrom 7 ein. Stromauf der Düse 5 wiederum ist eine Temperierungsein richtung 8, insbesondere zum Erhitzen des zu zerstäubenden Wassers 6, vorge sehen, wobei das Temperieren des zu zerstäubenden Wassers 6 durch ein durch den Verteilerkasten 10 oder den Sammelkasten 11 des Kühlmittelkühlers 3 ver laufendes Zuführrohr 9, 9' erfolgt. Hierdurch kann eine besonders hohe Energie ausnutzung und eine besonders hohe Kühlleistung der Wärmeübertrageranord nung 1 erreicht werden. Zusätzlich kann das Temperieren, insbesondere das Aufheizen, des zu zerstäu benden Wassers 6 auch durch einen im separaten Wärmeübertrager 14 bzw. eine separate elektrische Temperierungseinrichtung 15 erfolgen. Über Peltierele- mente kann dabei ein Heizen oder Kühlen erfolgen. Hierdurch kann berücksich tigt werden, dass das System eventuell bei heißen Umgebungsbedingungen bes ser funktioniert, wenn man es kühlt, statt heizt.
Vorzugsweise wird als Wasser 6 bei einem Brennstoffzellenfahrzeug 22 mit einer solchen erfindungsgemäßen Wärmeübertrageranordnung 1 für die Wasserzer stäubungseinrichtung 4 Kondensat aus der Brennstoffzelle 2 verwendet, wodurch der Wirkungsgrad weiter erhöht werden kann.
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Claims

Ansprüche
1. Wärmeübertrageranordnung (1 ) mit einem Kühlmittelkühler (3) und einer
Wasserzerstäubungseinrichtung (4),
- wobei die Wasserzerstäubungseinrichtung (4) zumindest eine Düse (5) auf weist, über die Wasser (6) zerstäubbar und stromauf des Kühlmittelkühlers (3) in einen diesen durchströmenden Luftstrom (7) einbringbar ist,
- wobei stromauf der Düse (5) eine Temperierungseinrichtung (8) zum Tempe rieren des zu zerstäubenden Wassers (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Kühlmittelkühler (3) so ausgebildet ist, dass durch diesen von einem Verteilerkasten (10) über einen Wärmeübertragerblock (13) zu einem Sammel kasten (11) ein Kühlmittelstrom (12) und quer dazu der Luftstrom (7) strömt,
- dass die Temperierungseinrichtung (8) zumindest ein Zuführrohr (9, 9‘) für Wasser (6) aufweist, welches zumindest bereichsweise durch den Verteiler kasten (10) oder den Sammelkasten (11) des Kühlmittelkühlers (3) verläuft, o- der dass die Temperierungseinrichtung (8) zwei Zuführrohre (9, 9‘) aufweist, wovon ein erstes Zuführrohr (9) durch den Verteilerkasten (10) und ein zweites Zuführrohr (9‘) durch den Sammelkasten (11) des Kühlmittelkühlers (3) ver läuft.
2. Wärmeübertrageranordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Zuführrohr (9, 9‘) als Metallrohr, insbesondere als Aluminiumrohr, oder als ein Rohr aus demselben Metall wie der Verteilerkasten (10) oder der Sammel kasten (11) ausgebildet ist und in direktem Kontakt mit einem Kühlmittel steht.
3. Wärmeübertrageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteilerkasten (10) und/oder der Sammelkasten (11 ) als Kunst stoffspritzgussteil ausgebildet sind/ist und zumindest ein Zuführrohr (9, 9‘) mit eingespritzt ist.
4. Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außen an zumindest einem Zuführrohr (9, 9‘) im Bereich des Verteilerkas tens (10) und/oder des Sammelkasten (11) Wärmeübertragerelemente (16), ins besondere Rippen, angeordnet sind.
5. Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierungseinrichtung (8) einen separater Wärmeübertrager (14) und/oder eine separate elektrische Temperierungseinrichtung (15) aufweist.
6. Wärmeübertrageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Wasserzerstäubungseinrichtung (4) über Steckverbindungen (17) o- der Clipsverbindungen (18) mit dem Kühlmittelkühler (3) verbunden ist, und/o der
- dass zumindest eine Schnellkupplung (19) vorgesehen ist, über welche eine Düse (5) mit einem zugehörigen Zuführrohr (9, 9‘) bzw. einem Verteilerrohr (20) verbunden ist.
7. Brennstoffzellenfahrzeug (22) mit einer Brennstoffzelle (2) und einer Wärme übertrageranordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Kühlung der Brennstoffzelle (2).
8. Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasser (6) für die Wasserzerstäubungseinrichtung (4) Kondensat aus der Brennstoffzelle (2) aufweist.
9. Verfahren zur Kühlung einer Brennstoffzelle (2) mit einer Wärmeübertrageran ordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem
- ein Kühlmittelkühler (3) durch den Verteilerkasten (10) über den Wärmeüber tragerblock (13) zu dem Sammelkasten (11) von einem Kühlmittelstrom (12) und quer dazu von einem Luftstrom (7) durchströmt wird,
- eine Wasserzerstäubungseinrichtung (4) mit zumindest einer Düse (5) Wasser (6) zerstäubt und stromauf des Kühlmittelkühlers (3) in den Luftstrom (7) ein bringt,
- stromauf der Düse (5) eine Temperierungseinrichtung (8) das zu zerstäubende Wasser (6) aufheizt,
- das Temperieren, insbesondere das Aufheizen, des zu zerstäubenden Was sers (6) durch ein durch den Verteilerkasten (10) oder den Sammelkasten (11) des Kühlmittelkühlers (3) verlaufendes Zuführrohr (9, 9‘) erfolgt, oder bei dem das Temperieren, insbesondere das Aufheizen, des zu zerstäubenden Was sers (6) durch zwei Zuführrohre (9, 9') erfolgt, wovon ein erstes Zuführrohr (9) durch den Verteilerkasten (10) und ein zweites Zuführrohr (9‘) durch den Sam melkasten (11) des Kühlmittelkühlers (3) verläuft.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperieren, insbesondere das Aufheizen, des zu zerstäubenden Was sers (6) durch einen separaten Wärmeübertrager (14) und/oder eine separate elektrische Temperierungseinrichtung (15) erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Wasser (6) für die Wasserzerstäubungseinrichtung (4) Kondensat aus der Brennstoffzelle (2) verwendet wird.
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