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    • 专利摘要:
    EinWärmetauscherumfasst eine Vielzahl laminierter oder geschichteter Rohre (131),durch welche ein Kühlmittelaus einer Brennstoffzelle (10) strömt; Rippen (132) sind zwischenden Rohren und an den äußerstenSeiten in Laminierungsrichtung der Rohre angeordnet, Kernplatten(134) an den Längsteilender Rohre verbunden und Tankelemente (110, 120) an den Kernplattenunter Bildung von Tankräumenbefestigt. Die Rohre sind aus einem ersten Isoliermaterial gemacht,und die Rippen und die Kernplatten sind an die Rohre gebunden oder mitdiesen verbunden, und zwar unter Verwendung metallischer Teile,die getrennt voneiander auf Flächender Rohre vorgesehen sind. Zusätzlichist eine Überzugsteil(150) mit einem zweiten Isoliermaterial auf Flächen der Kernplatten wenigstensan einer freiliegenden Stelle der Kernplatten und an Stellen umLötbereicheder Kernplatten, die mit den Rohren verbunden werden sollen, vorgesehen.Somit kann der Wärmeaustauschergegen die Brennstoffzelle ohne Verwendung einer elektrisch isolierendenFlüssigkeitisoliert werden.
    公开号:DE102004027001A1
    申请号:DE102004027001
    申请日:2004-06-03
    公开日:2005-03-17
    发明作者:Tetsuya Kariya Goto；Atsushi Kariya Hayasaka；Takaki Kariya Okochi；Yoshihiko Kariya Sonoda
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:F28D1-053
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft einen Wärmeaustauscherzum Kühleneiner Brennstoffzelle fürein brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug. Im Wärmeaustauscher kann Kühlwasserals KühlmittelVerwendung finden.
    [0002] Ineinem Kühlsystemeiner Brennstoffzelle, beschrieben in der JP-A-2002-33108 (entsprechend derUS-Patentanmeldungsveröffentlichung 2002/31693),ist ein Radiator (Wärmeaustauscher)in einem Kühlmittelzirkulationskanalvorgesehen, durch welchen ein Kühlmittelin der Brennstoffzelle zirkuliert wird. Als Kühlmittel wird weiterhin einelektrisches flüssigesIsoliermaterial verwendet. Das elektrische flüssige Isoliermaterial ist beispielsweisefluor-inert (Hersteller Sumitomo 3M) aus einer Fluorid-inerten-Flüssigkeit,oder es handelt sich um ein isolierendes Öl. Weiterhin wird ein isolierendesMaterial zwischen die Brennstoffzelle und dem Kühlmittelzirkulationskanal zwischengeschaltetoder der Kühlmittelzirkulationskanalwird aus einem Isoliermaterial geformt, so dass der Radiator elektrischvon der Brennstoffzelle isoliert wird.
    [0003] Dieelektrische Isolierflüssigkeit,wie beispielsweise das fluor-inerte Mittel, verfügt über eine niedrige elektrischeLeitfähigkeit,verglichen mit einem allgemeine Kühlmittel wie Wasser oder Ethylenglykol.Es ist daher schwierig, ausreichend die Kühlleistung im Radiator zu verbessern.Weiterhin werden die Herstellungskosten des Kühlsystems der Brennstoffzelleverbessert, da die elektrisch isolierende Flüssigkeit wie das fluor-inerteMittel teuer ist, verglichen mit einem allgemeinen Kühlmittel.
    [0004] JedeKomponente des Radiators kann aus einem Isoliermaterial geformtesein, um Isolierleistung im Radiator, während das allgemeine Kühlmittel verwendetwird, zur Verfügungzu stellen. In diesem Fall jedoch wird die Wärmeleitfähigkeit des Radiators erheblichverschlechtert; es ist schwierig, eine notwendige Kühlkapazität im Radiatorzu erhalten.
    [0005] ImHinblick auf die oben genannten Probleme ist es ein Ziel der vorliegendenErfindung, einen Wärmeaustauscherzur Verfügungzu stellen, der gegen eine Brennstoffzelle isoliert sein kann, ohnedass eine elektrisch isolierende Flüssigkeit als Kühlmittel verwendetwird, währenddie Kühlleistungdes Wärmeaustauschersnicht stark beeinträchtigtwird.
    [0006] Erfindungsgemäß umfasstein Wärmeaustauschereine Vielzahl von Rohren, durch welche ein Kühlmittel aus einer Brennstoffzellezur Durchführungdes Wärmeaustauschesfließt,eine Vielzahl von Rippen, die benachbart den Rohren und den äußersten.Seiten der Rohre in Laminierungs- oder Schichtungsrichtung der Rohregesehen, angeordnet sind und zum Binden an die Rohre bzw. zur Verbindung mitdiesen bestimmt sind, eine mit einem Längsendteil jedes Rohres verbundeneKernplatte und ein aus Harz bestehendes Tankelement. Diese Rohresind aus einem ersten Isoliermaterial hergestellt, das Tankelementan die Kernplatte an einer Seite befestigt, die den Rohren bezogenauf die Kernplatte gegenüberliegt; das Tankelement und die Kernplatte sind zur Bildung einesmit den Rohren in Verbindung stehenden Tankraums befestigt. Im Wärmeaustauscherverfügendie Rohre übereine Vielzahl metallischer Teile, die voneinander auf Außenflächen der Rohregetrennt sind; die Rippen und die Kernplatte sind durch Löten an dieAußenflächen derRohre an den metallischen Teilen gebunden. Da die metallischen Teilevoneinander auf den Außenflächen der Rohregetrennt sind, wird es möglich,elektrisch die Rippen und Röhrenteile,die mit den Rippen im Wärmeaustauscherverbunden sind, zu isolieren, selbst wenn eine Wasser einschließende Flüssigkeitals KühlmittelVerwendung findet. Darüberhinaus kann die Wärmeaustauscherleistungdurch die Rippen aus metallischen Material verbessert werden.
    [0007] Bevorzugtwird ein Überzugsteilmit einem zweiten Isoliermaterial auf einer Fläche der Kernplatte, die demTankraum gegenüberliegt, überzogen.Im Allgemeinen verfügtdie Kernplatte übereinen freiliegenden Teil, der gegen die Außenseite von den Rohren ausgesehen (Seitenplatten) frei liegt und Lötungsteile sind an die Rohregelötet.In diesem Fall ist der Überzugsteilwenigstens auf dem frei liegenden Teil sowie an Stellen um die Lötungsteileder Kernplatte vorgesehen. So lässtsich die Isolierlei stung auf der Außenseite des Wärmeaustauscherswirksam verbessern, selbst wenn Kühlwasser als KühlmittelVerwendung findet.
    [0008] ImWärmeaustauschersind erste und zweite Seitenplatten im Allgemeinen an den äußerstenRippen in Richtung der Laminierung, Schichtung oder Stapelung, imFolgenden Laminierung genannt, zur Verstärkung vorgesehen und erstreckensich in Rohrlängsrichtung.Wenigstens eines der Längsendteile jederSeitenplatte ist aus dem ersten Isoliermaterial hergestellt. Darüber hinausverfügtder eine Längsendteiljeder Seitenplatte übereinen Lötungsteil,der an die Kernplatte durch einen metallischen Teil gelötet ist,der auf einer Flächedes Längsendteilsjeder Seitenplatte vorgesehen ist, der Überzugsteil ist an einer Stelleum den Lötungsteiljeder Seitenplatte herum angeordnet. Daher lässt sich die Außenseitedes Wärmeaustauschersgenau gegen die Brennstoffzelle isolieren.
    [0009] Bevorzugtist der Lötungsteildes Längsendteilsjeder Seitenplatte getrennt von Stellen, wo die Rohre an die Kernplatteangelötetsind. In diesem Fall lässtsich die Isolierleistung der Seitenplatte verbessern.
    [0010] Erfindungsgemäß sind einerster metallischer an die Rippen gebundener Teil und ein zweiter metallischeran die Kernplatte gebundener Teil auf der Außenfläche jedes Rohres vorgesehen,um voneinander auf der Außenfläche jedesRohres getrennt zu sein. Ein nicht mit Abdeckung versehener Teilaus dem ersten Isoliermaterial ist auf der Außenfläche jedes Rohres zwischen demzweiten metallischen Teil und dem ersten metallischen Teil ausgebildet.Somit lässtsich die Isolierleistung des Wärmeaustauschers schnellverbessern.
    [0011] BeispielsweiseAusführungsformender Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungennäher erläutert werden,in denen
    [0012] 1 eine schematische Darstellungeines Brennstoffzellensystems mit einer Brennstoffzelle und einemRadiator (Wärmeaustauscher)nach der bevorzugten Ausführungsformder Erfindung zeigt;
    [0013] 2 eine Vorderansicht desin 1 zu sehenden Radiatorszeigt; und
    [0014] 3 ein Querschnitt ist, derden Hauptteil des Radiators nach der Ausführungsform erkennen lässt.
    [0015] Einebevorzugte Ausführungsformder Erfindung soll nun mit Bezug auf die 1 bis 3 näher erläutert werden.Ein in 1 gezeigtes Brennstoffzellensystemumfasst eine Brennstoffzelle 10, die auf einem brennstoffzellenbetriebenenFahrzeug angebracht ist sowie einen Radiator 100 zur Kühlung der Brennstoffzelle 10.Ein Antriebsmotor fürdas Fahrzeug wird unter Verwendung der Brennstoffzelle als elektrischeEnergiequelle angetrieben. Der Radiator 100 kühlt dasKühlmittel(Kühlwasser),das in der Brennstoffzelle 10 zirkuliert, so dass die Temperatur derBrennstoffzelle kontrolliert wird.
    [0016] DieBrennstoffzelle 10 ist mit Brennstoffzellenstapelanordnungen,zusammengesetzt aus mehreren Zellen, aufgebaut, sowie äußeren Gehäusen, diedie Brennstoffzellenstapel aufnehmen. Jede der Zellen des Brennstoffzellenstapelswird geformt, indem ein Elektrolytfilm zwischen einer Pluselektrode undeiner Minuselektrode eingeführtist, so dass elektrischer Strom durch chemische Reaktion zwischen Wasserstoffund Sauerstoff erzeugt wird.
    [0017] Wiein 1 gezeigt, ist einRadiatorzirkulationskreislauf 20 aus einem Isoliermaterialmit dem Außengehäuse derBrennstoffzelle 10 an zwei Stellen verbunden. Beispielsweiseist der Radiatorzirkulationskanal 20 definiert durch einenGummischlauch aus einem isolierenden Gummimaterial. Radiator 100 sowieeine Wasserpumpe 21 sind in dem Radiatorzirkulationskanal 20 inKühlmittelströmungsrichtungin dieser Reihenfolge angeordnet. Durch die Betätigung der Wasserpumpe 21 zirkuliertdas Kühlmittelin dem äußeren Gehäuse derBrennstoffzelle 10 in dem Radiatorzirkulationskanal 20 unddem Radiator 100, wie die Pfeile in 1 erkennen lassen. Das Kühlmittelist eine Frostschutzflüssigkeit,die durch Mischen von Ethylenglykol in Wasser beispielsweise erhaltenwird. Diese Frostschutzflüssigkeitwird im Allgemeinen als Kühlmittelin bekannten benzinbetriebenen Fahrzeugen eingesetzt.
    [0018] EinBeipasskanal 22, durch welchen das Kühlmittel den Radiator 100 imBeipass umgeht, ist im Radiatorzirkulationskanal 20 parallelzum Radiator 100 vorgesehen. Der Beipasskanal 22 wirddefiniert durch einen Gummischlauch aus einem isolierenden Gummimaterialbeispielsweise. Ein Ventil 23 ist an einem Vereinigungsteilvor gesehen, wo der Radiatorzirkulationskanal 20 an einerAbströmseitedes Radiators 100 und eine Abströmseite des Beipasskanals 22 zusammenkommen. Die Arbeitsweise des Ventils 23 wird durch eine(nicht dargestellte) Regeleinheit geregelt, so dass ein Strömungsverhältnis zwischeneiner Kühlmittelmenge,die durch den Radiator 100 geht und einer Kühlmittelmenge,die durch den Beipasskanal 22 geht, eingestellt werdenkann. Das Ventil 23 kann an einem Vereinigungsteil vorgesehensein, wo der Radiatorzirkulationskanal 20 an einer Anströmseite desRadiators 100 und einer Anströmseite des Beipasskanals 22 zusammenkommen.
    [0019] EinReservetank 24 ist im Radiator 100 vorgesehen,um einen Ausdehnungsvolumenteil des Kühlmittels zu absorbieren, wenndie Temperatur des Kühlmittelszunimmt und um einen Volumenkontraktionsteil des Kühlmittelsan den Radiator zu liefern, wenn die Temperatur des Kühlmittelsabnimmt.
    [0020] DerRadiator 100 verfügt über einenKernteil 130, ein oberes Tankelement 110 und einunteres Tankelement 120. Der Radiator 100 istvom Typ mit vertikaler Strömung,in dem das Kühlmittelin Rohren 131 des Kernteils 130 vertikal strömt. In den 2 und 3 beispielsweise strömt das Kühlmittel durch die Rohre 131 vomoberen Tankelement (Boden) 110 nach unten gegen das untereTankelement (Boden) 120. Der Kernteil 130 istaus einer Vielzahl flacher Rohre 131, mehreren Rippen 132,zwei Seitenplatten 133 und zwei oberen und unteren Kernplatten 134 aufgebaut.
    [0021] Jededer Rippen 132 ist eine gewellte Rippe, die in Wellengestaltdurch Biegen eines dünnen Blechsgeformt wurde. Die Rohre 131 und die Rippen 132 sindabwechselnd gestapelt (laminiert) in einer Laminierungsrichtung.Die Seitenplatten 133 sind an die äußersten Rippen 132 (rechteund linke äußerste Seitein 2) des gestapeltenElementes zur Verstärkungdes Kernteils 130 befestigt. Die Seitenplatten 133 sindso befestigt, dass sie sich in einer Längsrichtung der Rohre 131 erstrecken.
    [0022] Jededer Kernplatten 134 ist mit Löchern 134a für die Rohreversehen, in welche die einen Endteile der Rohre 133 eingeführt werden,sowie Löcherfür Seitenplatten 134b,in welche die einen Endteile der Seitenplatten 133 eingeführt werden.Zusätzlichverfügendie Kernplatten 134 überTankeinführungsteile 134c anihrem äußeren Umfangsteil,in welche äußere Umfangsteiledes oberen und unteren Tankelements 110, 120 eingeführt werden,so dass Tankräumein Verbindung mit den Rohren 131 geformt werden. Weiterhinsind eine Vielzahl von Klauenteilen 134d zur Befestigung deroberen und unteren Tankelemente 110, 120 in derKernplatte 134 an den Außenseiten der Tankeinführungsteile 134c vorgesehen.
    [0023] Dasobere Tankelement 110 und untere Tankelement 120 sindaus einem Harzmaterial wie Nylon, Glasfasern einschließend, gemachtund verfügen über einenWärmewiderstandund ausreichende Festigkeit. Jedes aus oberem Tankelement 110 und unteremTankelement 120 ist in einen Querschnitt etwa von U-Gestaltgeformt. Ein offenes Ende des Tankelements 110, 120 stehtder Kernplatte 134 gegenüber und ist mit der Kernplatte 134 zurBildung des Tankraumes verbunden.
    [0024] Wie 3 erkennen lässt, wirdein Dichtungselement 140 (Packungsdichtung) zwischen den äußeren Umfangsteiljedes Tankelements 110, 120 um die Öffnungsseitejedes Tankelements 110, 120 und dem Tankeinführungsteil 134c derKernplatte 134 eingeführt,und jedes Tankelement 110, 120 ist mechanischmit jeder Kernplatte 130 unter Verwendung von Klauen 134d verbunden.
    [0025] EinEinlassrohr 111, eine Kühlmitteleinfüllöffnung 112 undBefestigungsfittings 113 sind im oberen Tankelement 110 integralmit dem oberen Tankelement 110 vorgesehen. Dagegen sindein Auslassrohr 121 und Fittingteile 122 im unterenTankelement 120 einteilig mit dem unteren Tankelement 120 vorgesehen.Das Einlassrohr 111, durch welches das Kühlmittelim Radiatorzirkulationskanal 20 in den oberen Tank 110 desRadiators 100 strömt,ist mit dem Radiatorzirkulationskanal 20 verbunden, unddas Auslassrohr 121, durch welches das Kühlmittelin unteren Tankelement 120 an den Radiatorzirkulationskanal 20 ausgetragenwird, ist mit dem Radiatorzirkulationskanal 20 verbunden.Somit strömtdas Kühlmittel imRadiatorzirkulationskanal 20 in das obere Tankelement 110 vomEinlassrohr 111, strömtdurch die Rohre 131 der Kernteile 130 und wirdim unteren Tankelement 120 gesammelt. Dann wird das imunteren Tankelement 120 gesammelte Kühlmittel aus dem Radiator 100 durchdas Auslassrohr 120 ausströmen.
    [0026] AlsNächsteswird der Hauptteil der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieserAusführungsformsind die Rippen 132 und die Kernplatte 134 auseinem im Wesentlichen wärmeleitfähigen Material(metallischen Material) wie Aluminium oder eine Aluminiumlegierunggemacht. Die Rohre 131 und die Seitenplatten 133 sindaus einem keramischen Material (erstes Isoliermaterial) mit elektrischerIsolierleistung hergestellt. Beispielsweise sind die Rohre 131 unddie Seitenplatten 133 aus einem ke ramischen Material miteinem Aluminiumoxid hoher Reinheit als Hauptmaterial gemacht. Jedesder Rohre 131 und jede der Seitenplatten 133 werden durchBrennen geformt, nachdem sie vermittels Extrusion (press)geformtwurden. Lassen sich die Abmessungen der Rohre 131 und derSeitenplatten 133 nicht genau allein durch Brennen einstellen,so kann nach dem Brennen, falls notwendig, ein Poliervorgang sichanschließen.
    [0027] DieOberflächejedes Rohres 131 kann mit einem ersten metallischen Teil 131a umdie Rohrlöcher 134a derKernplatte 134 sowie einem zweiten metallischen Teil 131b,der die Rippen 132 kontaktiert, versehen sein. Die metallischenTeile 131a, 131b werden geformt, indem eine metallische Schichtauf die keramische Oberflächeder Rohre 131 aufgebracht wird. Die metallischen Teile 131a, 131b lassensich auf der keramischen Oberfläche durchein direktes oder indirektes Metallisierungsverfahren oder ein Schmelzverbindungsverfahrenaufbringen bzw. formen. Weiterhin kann ein Lötmaterial vom Al-Si-Typ aufden Oberflächender metallischen Teile 131a, 131b ausgebildetwerden, um schnell die Rohre 131 mit den Rippen 132 undden Kernplatten 134 zu binden bzw. zu verbinden. Die metallischen Teile 131a, 131b sindauf der Außenfläche derRohre 131 aus keramischen Material, die voneinander getrenntwerden sollen, vorgesehen. Daher verfügt die Außenfläche des Rohres 131 über nichtbedeckte Teile (freiliegende Bereiche) ohne die metallischen Teile 131a, 131b zwischenden metallischen Teilen 131a und 131b. Zusätzlich sinddie metallischen Teile 131b auf der Außenfläche jedes Rohres, die ja voneinandergetrennt sein sollen, vorgesehen, so dass sich nicht bedeckte Teilezwischen den metallischen Teilen 131b ergeben, und diemetallischen Teile 131a sind auf den Außenflächen der Rohre 131,die voneinander getrennt werden sollen, vorgesehen.
    [0028] DieOberflächejeder Seitenplatte 133 kann mit ersten metallischen Teilen 133b,welche die äußerste Rippe 132 kontaktieren,sowie mit zweiten metallischen Teilen 133a um die Seitenplattenlöcher 134b derKernplatten 134 versehen sein. Ähnlich wie die Rohre 131 istder metallische Teil 133b auf der Außenfläche der Seitenplatte 133 zusehen, um von den zweiten metallischen Teilen 133a getrenntzu werden. Zusätzlichwird der zweite metallische Teil 133a, der auf der Außenfläche derSeitenplatte 133 vorgesehen ist, von dem metallischen Teil 131a getrennt,der auf der äußeren Fläche jedesRohres 131 vorgesehen ist.
    [0029] Durchdie metallischen Teile 131a, 131b, 133a und 133b können dieRohre 131 an die Kernplatten 134 und die Rippen 132 jeweilsgelötetwerden, und die Seitenplatten 133 können an die Kernplatten 134 unddie Rippen 132 jeweils im Kernteil 130 gelötet werden.
    [0030] Weiterhinist ein Überzugsteil 150 durchein Harzmaterial (zweites Isoliermaterial) auf der Außenfläche desKernteils 134 wenigstens an dem freiliegenden Teil undan Stellen um die Lötteileder Kernplatte 134 herum aufgebracht, wo die Rohre 131 und dieSeitenplatten 133 eingeführt werden, um an die Kernplatte 134 gelötet zu werden.Hier ist der freiliegende Teil der Teil der Kernplatte 134,der gegen die Außenseitevon den Seitenplatten 133 und den Rohren 131 freiliegt. Beispielsweise ist der Überzugsteil 150 mitHarzüberzugunter Verwendung eines Silikonmaterials (zweites Isoliermaterial)versehen. Wie in 3 zusehen, ist der Überzugsteil 150 aufdie Außenfläche gegenüber demTankraum des Tankelements 120, 130 aufgebracht.
    [0031] Inder Brennstoffzelle 10 wird elektrischer Strom durch diechemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt,der an beide Elektroden geliefert wird. Wärme, die während der elektrischen Stromerzeugungerzeugt wird, wird auf das Kühlmittel(Kühlwasser) übertragenund strömtin den Radiator 100 durch die Betätigung der Wasserpumpe 21 durchden Radiatorzirkulationskanal 20. Das durch den Radiator 100 strömende Kühlmittelwird gekühltund das Kühlmittelwird in die Brennstoffzelle 10 zirkuliert, so dass dieTemperatur der Brennstoffzelle 10 geregelt wird. Ist dieMenge an erzeugtem elektrischem Strom bzw. elektrischer Leistungder Brennstoffzelle gering, so strömt das Kühlmittel aus der Brennstoffzelle 10 durchden Beipasskanal 22 unter Beipass des Radiators 100,unter Betätigung durchdas Schaltventil 23. Hier wird die Strömungsmenge des durch den Radiator 100 strömenden Kühlmittelseingestellt, so dass die Temperatur der Brennstoffzelle 10 während desBetriebs der Brennstoffzelle 10 in einem geeigneten Temperaturbereich geregeltwerden kann. Im Allgemeinen kühltder Radiator 100 das Kühlmittel,damit dieses gleich oder geringer als eine vorbestimmte Temperatur(beispielsweise 80°C)wird.
    [0032] Wirdder Betrieb Stromerzeugung der Brennstoffzelle 10 ausgeführt, sowird eine hohe Spannung an das Kühlmittel(Kühlwasser)gelegt. Bei dieser Ausführungsformwerden die Rohre 131 und die Seitenplatten 133 auseinem Isoliermaterial wie dem keramischen Material gemacht. Weiterhinwerden die metallischen Teile 131b auf den Flächen derRohre 131, die mit den Rippen 132 verbunden werdensollen, von den metallischen Teilen 131a getrennt, die mitder Kernplatte 134 verbunden sind; und die metallischenTeile 133b auf den Oberflächen der Seitenteile 133,die mit den Rippen 132 verbunden werden sollen, werdenvon den mit der Kernplatte 134 zu verbindenden metallischenTeilen 133a getrennt. Zusätzlich ist der Überzugsteil 150 auseinem isolierenden Material auf der Außenfläche des Kernteils 134 anden freiliegenden Teilen der Kernplatte 134, freiliegendgegen eine Außenseiteund den Teilen um die Lötbereiche(Verbindungsbereiche) der Kernplatten 134 vorgesehen, wodie Rohre 131 und die Seitenplatten 133 an dieKernplatten 134 gelötetsind. Selbst wenn das Hochspannungskühlmittel in den Radiator 100 strömt, lässt sichdas Hochspannungskühlmittelvon der Außenseitedes Radiators 100 isolieren. Es ist somit unnötig, dieelektrische Isolierflüssigkeitals Kühlmittelzu verwenden. Somit kann Kühlwasserals Kühlmittelim Radiator 100 Verwendung finden.
    [0033] Beidieser Ausführungsformlassen sich die Rohre 131 und die Seitenplatten 133 mitden Rippen 132 aus metallischem Material wie Aluminiumoder Aluminiumlegierung durch Lötenverbinden, wobei die metallischen Teile 131b, 133b Verwendungfinden, die getrennt voneinander auf den Außenflächen der Rohre 131 undden Seitenplatten 133 vorgesehen sind. Wenn somit der Überzugsteil 150 nichtan den Stellen um die Lötbereicheder Kernplatte 134 vorgesehen sind, und selbst wenn einKühlmittelwie KühlwasserVerwendung findet, lässtsich die Isolierung der Rippen 132 und der Rohre 131 erreichen.
    [0034] Dadie in einem breiten Bereich im Radiator 100 enthaltenenRippen 132 nicht aus einem isolierenden Material, wobeisie jedoch isoliert sind, gemacht sein müssen, lässt sich die Wärmeübertragungsleistungim Radiator 100 verbessern und die Kühlleistung zum Kühlen desKühlmittelsim Radiator 100 kann wirksam gesteigert werden.
    [0035] Im Übrigen sinddie Seitenplatten 133 aus einem keramischen Material gemachtund gegen die äußerstenRippen 132 in Laminierungs- oder Schichtrichtung verbunden, ähnlich wiedie Rohre 131. Der Radiator 100 kann somit verstärkt werden,während dasKühlmittel(Kühlwasser)im Radiator 100 von der Außenseite des Radiators 100 isoliertwerden kann.
    [0036] Beidieser Ausführungsformwird, selbst wenn irgend eines der Rohre 131 oder der Seitenplatten 133 andie Kernplatte 134 nicht angelötet ist und für einenNicht-Verbindungsteilsorgt, der Nicht-Verbindungsteil durch den Überzugsteil 150 geschlossen.Somit kann der Überzugsteil 150 auch alsein Dichtungsmittel zwischen den Rohren 131, den Seitenplatten 133 undden Kernplatten 134 verwendet werden.
    [0037] Obwohldie Erfindung voll mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen anhand der beiliegendenZeichnungen erläutertwurde, ist darauf hinzuweisen, dass verschiedene Änderungenund Modifikationen fürden Fachmann auf der Hand liegen.
    [0038] Beider oben beschriebenen Ausführungsformbeispielsweise, kann die Seitenplatte 133 so ausgebildetsein, dass sie übereinen ersten Teil aus einem keramischen Material und einen zweitenTeil aus einem Aluminiummaterial verfügt. Hier ist der erste Teilein Teil um einen Lötbereich,der mit der Kernplatte 134 verlötet ist, und der zweite Teiloder Bereich ist der andere Bereich oder Teil der Seitenplatte 133,ausgenommen der erste Teil oder Bereich. In diesem Fall kann dermetallische auf der Seitenplatte 133 vorgesehene Teil 133b dervorbeschriebenen Ausführungsformfortgelassen werden.
    [0039] Wennbeispielsweise der Wärmetauscherin ein Fahrzeug eingebaut wird, während ein äußerer Abschnitt der Kernplatte 134 durchein Isolierelement abgedeckt ist, kann die äußere Oberfläche des Wärmetauschers bezüglich desKühlmittelsisoliert werden, selbst wenn der Überzugsteil 150 nichtvorgesehen ist.
    [0040] Beider vorbeschriebenen Ausführungsform dervorliegenden Erfindung wird der Überzugsbereich 150 (Überzugsschicht)auf der Kernplatte 134 an Stellen um die Bindeteile derKernplatte herum als Überzugaufgebracht, wo die Längsendteileder Rohre 131 mit der Kernplatte 134 verbundenwerden. Erfindungsgemäß jedochkann, weil die metallischen Teile 131b auf den Rohren 131 sovorgesehen sind, dass sie von den metallischen Teilen 131b aufden Rohren 131 getrennt werden können, der Überzugsbereich 150 anden Stellen um die Rohrverbindungsbereiche der Kernplatte 134 fortgelassenwerden. Weiter werden die metallischen Teile 131b auf den Rohren 131,die mit den Rippen 132 verbunden werden sollen, vom metallischenTeil 131a auf den Rohren 131, die mit der Kernplatte 134 verbundenwerden sollen, getrennt.
    [0041] Diekeramischen (Ober)flächender Rohre 131 liegen nach außen frei zwischen den metallischenTeilen 131b und den metallischen Teilen 131a. Somitkönnendie Rippen 132 und die Hauptteile der mit den Rippen 132 verbundenenRohre elektrisch isoliert werden.
    [0042] Beider oben beschriebenen Ausführungsformwird die vorliegende Erfindung typischerweise auf den Wärmeaustauschermit oberen und unteren Tankelementen 110, 120 (Böden) undden oberen und unteren Kernplatten 134 angewendet. Angewendetwerden kann die Erfindung jedoch auch auf einen Wärmeaustauscherallein mit einem Seitentank und einer seitlichen Kernplatte. Weiterhinerstrecken sich bei der oben beschriebenen Ausführungsform die oberen und unterenTankelemente 110, 120 sowie die Kernplatten 134 inetwa horizontal. Die Erfindung lässtsich jedoch auch auf einen Wärmeaustauscher anwenden,wo die Tankelemente 110, 120 und die Kernplatten 134 sichin etwa vertikal erstrecken oder in einer Richtung verlaufen, diesich mit der horizontalen Richtung kreuzt.
    [0043] Solche Änderungenund Modifikationen sind als im Rahmen der Erfindung liegend, wiesie insbesondere in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist, anzusehen.
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] Wärmeaustauscherumfassend: eine Vielzahl von Rohren (131), durch welcheein Kühlmittelvon einer Brennstoffzelle (10) zur Durchführung desWärmeaustauschesströmt,wobei die Rohre in Laminierungs- bzw. Schichtrichtung geschichtetund aus einem ersten Isoliermaterial gemacht sind; eine Vielzahlvon Rippen (132), die benachbart den Rohren und den äußerstenSeiten der Rohre in Laminierungsrichtung, die mit den Rohren verbundenwerden sollen, angeordnet sind; eine Kernplatte (134),die mit einem Längsendteiljedes Rohres verbunden ist; und ein Tankelement (110, 120)aus Harz, wobei das Tankelement an der Kernplatte an einer Seitebefestigt ist, die den Rohren, bezogen auf die Kernplatte, gegenüber liegt,und das Tankelement und die Kernplatte so aneinander befestigt sind,dass ein mit den Rohren in Verbindung stehender Tankraum gebildet wird,wobei: die Rohre übereine Vielzahl metallischer Teile (131a, 131b)verfügen,die voneinander auf den äußeren Flächen derRohre getrennt sind; und die Rippen und die Kernplatte durchLöten andie Außenflächen derRohre an den metallischen Teilen verbunden sind.
    [2] Wärmeaustauschernach Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen Überzugsteil(150), der durch ein zweites Isoliermaterial auf einerFlächeder dem Tankraum gegenüberliegenden Kernplatte mit Überzugversehen ist, wobei: die Kernplatte über einen freiliegenden Teilverfügt, dergegen die Außenseite,von den Rohren aus gesehen, frei liegt und Lötteile bzw. Bereiche an die Rohregelötetsind; und der Überzugsteilwenigstens auf dem freiliegenden Teil und an Stellen um die Lötbereicheder Kernplatte herum vorgesehen ist.
    [3] Wärmeaustauschernach Anspruch 2, weiter umfassend: erste und zweite Seitenplatten(133), die an den äußerstenRippen in Laminierungs- oder Schichtrichtung gesehen zur Verstärkung angeordnetsind, und sich in einer Längsrichtungder Rohre erstrecken, wobei: wenigstens ein Längsendteiljeder Seitenplatte aus diesem ersten Isoliermaterial hergestelltist; der eine Längsendteiljeder Seitenplatte übereinen Lötbereichverfügt,der gegen die Kernplatte durch einen metallischen Teil (134b)gelötetist, der auf einer Flächedes Längsendteilsjeder Seitenplatte vorgesehen ist; und der Überzugsteil auf der Kernplattean einer Stelle um den Lötbereichjeder Seitenplatte vorgesehen ist.
    [4] Wärmeaustauschernach einem der Ansprüche1 und 2, weiter umfassend: erste und zweite Seitenplatten (133),die an den äußerstenRippen in Laminierungs- oder Schichtrichtung zur Verstärkung vorgesehensind, um sich in einer Längsrichtungder Rohre zu erstrecken, wobei: wenigstens ein Längsendteiljeder Seitenplatte aus dem ersten Isoliermaterial hergestellt ist; dereine Längsendteiljeder Seitenplatte übereinen Lötbereichverfügt,der gegen die Kernplatte durch einen metallischen Teil (134b)auf einer Flächedes Längsendteilsjeder Seitenplatte verlötetist; und der Lötbereichdes Längsendteilsjeder Seitenplatte von Stellen, wo die Rohre gegen die Kernplatteverlötetsind, getrennt ist.
    [5] Wärmeaustauschernach einem der Ansprüche1 und 2, weiter umfassend: erste und zweite Seitenplatten (133),die an den äußerstenRippen in Laminierungs- oder Schichtrichtung zur Verstärkung angeordnetsind und sich in einer Längsrichtungder Rohre erstrecken, wobei: sämtliche Seitenplatten aus demersten Isoliermaterial gemacht sind; und jede der Seitenplattenweiterhin übereinen ersten metallischen Teil (133b) verfügt, derauf der Fläche vorgesehenist, die mit der äußerstenRippe verbunden werden soll, und ein zweiter metallischer Teil (133a)getrennt vom ersten metallischen Teil auf seiner Fläche vorgesehenist, die mit der Kernplatte verbunden werden soll.
    [6] Wärmeaustauscherumfassend: eine Vielzahl von Rohren (131), durch welcheein Kühlmittelaus einer Brennstoffzelle (10) zur Durchführung desWärmeaustauschesströmt,wobei die Rohre (131) in einer Laminierungs- oder Schichtrichtunglaminiert und aus einem ersten Isoliermaterial gemacht sind; eineVielzahl von Rippen (132), die zwischen benachbart denRohren und den Außenseitender Rohre in Laminierungs- oder Schichtrichtung angeordnet sind,um mit den Rohren verbunden zu werden; eine Kernplatte (134),die mit einem Längsendteiljedes Rohres verbunden ist; ein Tankelement (110, 120)aus einem Harz, wobei das Tankelement an der Kernplatte an der Seitebefestigt ist, die den Rohren bezogen auf die Kernplatte gegenüber liegt,und Tankelement und Kernplatte bezüglich einander unter Bildungeines Tankraums, der mit den Rohren in Verbindung steht, befestigtsind; eine Vielzahl erster metallischer Teile (131b),die auf äußeren Flächen derRohre in Verbindung mit den Rippen vorgesehen sind; und eineVielzahl zweiter metallischer Teile (131a), die auf denAußenflächen derRohre zur Verbindung mit der Kernplatte vorgesehen sind, und diezweiten metallischen Teile auf den äußeren Flächen der Rohre vorgesehen sind,um getrennt von den ersten metallischen Teilen zu werden.
    [7] Wärmeaustauschernach Anspruch 6, wobei die ersten metallischen Teile (131b)auf den Außenflächen derRohre, um voneinander getrennt zu sein, vorgesehen sind; und diezweiten metallischen Teile (131a) auf den Außenflächen derRohre, um voneinander getrennt zu sein, vorgesehen sind.
    [8] Wärmeaustauschernach Anspruch 6, wobei der erste metallische Teil und der zweitemetallische Teil auf der Flächejedes Rohres vorgesehen sind, so dass sie einen Teil der Außenfläche jedesRohres abdecken und einen nicht abgedeckten Teil zwischen dem zweitenmetallischen Teil und dem ersten metallischen Teil belassen.
    [9] Wärmeaustauscherumfassend: eine Vielzahl von Rohren (131), durch welcheein Kühlmittelaus einer Brennstoffzelle (110) zur Durchführung desWärmeaustauschesströmt,die Rohre in einer Laminierungs- oder Schichtrichtung laminiert sindund aus einem ersten isolierenden Material bestehen; eine Vielzahlvon Rippen (132), die zwischen benachbart den Rohren undden äußerstenSeiten der Rohre in Laminierungsrichtung angeordnet sind, um mitden Rohren verbunden zu werden; eine Kernplatte (134),die gegen einen Längsendteil jedesRohres verbunden ist; ein Tankelement (110, 120)aus einem Harz, wobei das Tankelement mit der Kernplatte an einerSeite befestigt ist, die den Rohren bezogen auf die Kernplatte gegenüber liegt,und Tankelement und Kernplatte befestigt sind, um einen in Verbindungmit den Rohren stehenden Tankraum zu bilden; einen ersten metallischenTeil (131b), der auf einer Außenfläche jedes Rohres zur Verbindungmit den Rippen vorgesehen ist; und einen zweiten metallischenTeil (131a), der auf der Außenfläche jedes Rohres zur Verbindungmit der Kernplatte vorgesehen ist, um einen nicht abgedeckten Teilauf der Oberflächejedes Rohres zwischen dem zweiten metallischen Teil und dem erstenmetallischen Teil zu haben.
    [10] Wärmeaustauschernach einem der Ansprüche1 bis 9, wobei das erste Isoliermaterial ein keramisches Materialist.
    [11] Wärmeaustauschernach einem der Ansprüche1 bis 10, wobei die Kernplatte und die Rippen aus einem metallischenMaterial gemacht sind.
    [12] Wärmeaustauschernach einem der Ansprüche1 bis 11, wobei das Tankelement und die Kernplatte an beiden Längsendteilenjedes Rohres unter Bildung eines Tankraums an zwei Längsseitender Rohre angeordnet sind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    FR2856784A1|2004-12-31|
    JP2004361022A|2004-12-24|
    US20040244954A1|2004-12-09|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2007-04-19| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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