DE102021205422A1 - Plate heat exchanger with a primary and two secondary flow channels for media and fuel cell system with such a method for manufacturing the plate heat exchanger - Google Patents

Plate heat exchanger with a primary and two secondary flow channels for media and fuel cell system with such a method for manufacturing the plate heat exchanger Download PDF

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Stephan Pflugfelder
Frank Wortmann
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plattenwärmeübertrager (14) für eine Brennstoffzelle 12, aufweisend ein Gehäuse (16) und eine Vielzahl von im Gehäuse (16) angeordneten Prägeplatten (34). Die Prägeplatten sind in Richtung einer Körperachse Y des Plattenwärmeübertragers (14) paarweise hintereinanderliegend aufgereiht angeordnet. Zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbart angeordneten Prägeplattenpaaren (36) ist jeweils ein primärer Strömungskanal (44) für ein Heizmedium H ausgebildet. Zwischen den beiden Prägeplatten (34) eines jeden Prägeplattenpaars (36) ist ein erster sekundärer Strömungskanal (38) für ein erstes aufzuheizendes Medium M1 sowie ein zweiter sekundärer Strömungskanal (40) für ein zweites aufzuheizendes Medium M2 ausgebildet, wobei jeder der sekundären Strömungskanäle (38, 40) mäanderförmig ausgeführt ist.The invention relates to a plate heat exchanger (14) for a fuel cell 12, having a housing (16) and a multiplicity of embossed plates (34) arranged in the housing (16). The embossing plates are arranged in pairs one behind the other in the direction of a body axis Y of the plate heat exchanger (14). A primary flow channel (44) for a heating medium H is formed between two immediately adjacent pairs of embossing plates (36). A first secondary flow channel (38) for a first medium M1 to be heated and a second secondary flow channel (40) for a second medium M2 to be heated are formed between the two embossing plates (34) of each pair of embossing plates (36), with each of the secondary flow channels (38 , 40) has a meandering design.

Description

Sogenannte Festoxidbrennstoffzellen (engl. Solid Oxide Fuel Cells, SOFC's) sind Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die in der Regel bei einer Betriebstemperatur von 800 - 1000 °C betrieben werden. Diese Brennstoffzellen sollen einen Systemwirkungsgrad von 55 - 66 % erreichen können. Langfristig sollen Festoxidbrennstoffzellen zur dezentralen Energieversorgung eingesetzt werden. Ein Brennstoffzellensystem kann beispielsweise aus Erdgas mittels eines Reformers Wasserstoffgas erzeugen, das durch die elektrochemische Reaktion elektrische Energie und Wärme produzieren kann. Werden SOFC-Brenstoffzellensysteme mit kohlenwasserstoffhaltigen Energieträgern betrieben, wird der Brennstoff in der Regel zunächst reformiert und das Reformat der Brennstoffzelle zugeführt. In Abhängigkeit von dem eingesetzten Reformierungsverfahren muss dabei Wärme zu- oder abgeführt werden.So-called solid oxide fuel cells (SOFCs) are high-temperature fuel cells that are usually operated at an operating temperature of 800 - 1000 °C. These fuel cells should be able to achieve a system efficiency of 55 - 66%. In the long term, solid oxide fuel cells are to be used for decentralized energy supply. A fuel cell system can, for example, use a reformer to generate hydrogen gas from natural gas, which can produce electrical energy and heat through the electrochemical reaction. If SOFC fuel cell systems are operated with energy carriers containing hydrocarbons, the fuel is usually first reformed and the reformate fed to the fuel cell. Depending on the reforming process used, heat must be supplied or removed.

Bei der elektrochemischen Umsetzung des Reformats in der Brennstoffzelle sinkt mit zunehmendem Umsetzungsgrad die Zellenspannung. Deshalb wird das Reformat im Brennstoffzellenstack nicht vollständig umgesetzt, sondern eine Nachverbrennung durchgeführt, um auch die restliche chemisch gebundene Energie nutzbar zu machen. Die elektrochemische Oxidation in der Brennstoffzelle und die Nachverbrennung laufen dabei bei hohen Temperaturen ab, sodass die freiwerdende thermische Energie für den Reformierungsprozess genutzt werden kann. Hierzu werden Wärmeübertrager eingesetzt. Auch bei reinem Wasserstoffbetrieb des Brennstoffzellensystems werden Wärmetauscher eingesetzt, um eine Vortemperierung der zugeführten Luft und des Wasserstoffs (Anodengas) zu erreichen.During the electrochemical conversion of the reformate in the fuel cell, the cell voltage drops as the degree of conversion increases. For this reason, the reformate is not completely converted in the fuel cell stack, but post-combustion is carried out in order to make the remaining chemically bound energy usable. The electrochemical oxidation in the fuel cell and the post-combustion take place at high temperatures, so that the thermal energy released can be used for the reforming process. Heat exchangers are used for this. Even with pure hydrogen operation of the fuel cell system, heat exchangers are used in order to achieve pre-temperature control of the supplied air and the hydrogen (anode gas).

Die am Markt verfügbaren Wärmeübertrager weisen jedoch häufig einen wenig kompakten und komplexen Aufbau auf, um einen Anschluss der durch den Wärmeübertrager zu führenden Medien zu ermöglichen.However, the heat exchangers available on the market often have a less compact and complex structure in order to enable the media to be routed through the heat exchanger to be connected.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen besonders kompakten und kostengünstig zu fertigenden Plattenwärmeübertrager für eine Brennstoffzelle bereitzustellen, der auf einfache Weise an die Anforderungen der Brennstoffzelle skalierbar ist. Darüber hinaus ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Brennstoffzellensystem sowie ein Verfahren zum Herstellen des Plattenwärmeübertragers anzugeben.It is therefore the object of the present invention to provide a particularly compact plate heat exchanger for a fuel cell which can be produced inexpensively and which can be easily scaled to the requirements of the fuel cell. In addition, it is the object of the invention to specify a fuel cell system and a method for producing the plate heat exchanger.

Die den Plattenwärmeübertrager betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Plattenwärmeübertrager mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem weist die in Anspruch 15 und das erfindungsgemäße Verfahren die in Anspruch 16 angegebenen Merkmale auf.The object relating to the plate heat exchanger is achieved according to the invention by a plate heat exchanger having the features specified in claim 1 . The fuel cell system according to the invention has the features specified in claim 15 and the method according to the invention has the features specified in claim 16 .

Der erfindungsgemäße Plattenwärmeübertrager ist für eine Brennstoffzelle, insbesondere eine SOFC-Brennstoffzelle, vorgesehen und weist ein Gehäuse und eine Vielzahl von im Gehäuse angeordneten Prägeplatten auf, die in Richtung einer Körperachse Y des Plattenwärmeübertragers paarweise hintereinanderliegend aufgereiht angeordnet sind. Zwischen zwei jeweils unmittelbar benachbart angeordneten Prägeplattenpaaren ist jeweils ein primärer Strömungskanal für ein durch den Plattenwärmeübertrager führbares Heizmedium H, hier beispielsweise das aus der Brennstoffzelle geführte Abgas, ausgebildet. Zwischen den beiden Prägeplatten eines jeden Prägeplattenpaars sind jeweils ein erster sekundärer Strömungskanal für ein erstes aufzuheizendes Medium M1, hier beispielsweise das Anodengas der Brennstoffzelle, sowie jeweils ein zweiter sekundärer Strömungskanal für ein zweites aufzuheizendes Medium M2, hier beispielsweise der Brennstoffzelle zuzuführende Luft, ausgebildet. Jeder der sekundären Strömungskanäle ist mäanderförmig ausgeführt. Der erfindungsgemäße Plattenwärmeübertrager kann aus nur zwei Prägeplattenausführungen auf besonders kostengünstige und einfache Weise gefertigt werden und bietet eine besonders kompakte Bauform. Durch die Integration zweier sekundärer Strömungskanäle für durch das Heizmedium aufzuwärmende Medien kann der Plattenwärmeübertrager selbst bei besonders engen Einbauverhältnissen eingesetzt werden. Bauartbedingt kann der Plattenwärmeübertrager zudem besonders einfach auf die jeweiligen Einsatzanforderungen der jeweiligen Brennstoffzelle skaliert werden.The plate heat exchanger according to the invention is provided for a fuel cell, in particular an SOFC fuel cell, and has a housing and a large number of embossing plates arranged in the housing, which are arranged in pairs in a row in the direction of a body axis Y of the plate heat exchanger. A primary flow channel for a heating medium H that can be routed through the plate heat exchanger, here for example the exhaust gas routed from the fuel cell, is formed between two pairs of embossing plates that are arranged immediately adjacent. A first secondary flow channel for a first medium M1 to be heated, here for example the anode gas of the fuel cell, and a second secondary flow channel for a second medium M2 to be heated, here for example air to be fed to the fuel cell, are formed between the two embossing plates of each pair of embossing plates. Each of the secondary flow channels has a meandering design. The plate heat exchanger according to the invention can be manufactured in a particularly inexpensive and simple manner from only two embossed plate designs and offers a particularly compact design. Thanks to the integration of two secondary flow channels for media to be heated by the heating medium, the plate heat exchanger can even be used in particularly tight installation conditions. Depending on the design, the plate heat exchanger can also be scaled particularly easily to the respective application requirements of the respective fuel cell.

Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umgreift der erste sekundäre Strömungskanal eines jeden Prägeplattenpaars den zweiten sekundären Strömungskanal des jeweiligen Prägeplattenpaars zumindest teilweise, d. h. abschnittsweise. Dies bevorzugt an drei Seiten. Dadurch kann der Plattenwärmeübertrager besonders kompakt realisiert werden. Andererseits können dadurch die jeweiligen Ein- und Auslässe der ersten und zweiten sekundären Strömungskanäle der Prägeplattenpaare vereinfacht am Plattenwärmeüberträger, insbesondere an ein- und derselben Seite des Plattenwärmeübertragers, angeordnet werden.According to a particularly preferred development of the invention, the first secondary flow channel of each pair of embossing plates at least partially surrounds the second secondary flow channel of the respective pair of embossing plates, i. H. in sections. This preferably on three sides. As a result, the plate heat exchanger can be implemented in a particularly compact manner. On the other hand, the respective inlets and outlets of the first and second secondary flow channels of the pairs of embossing plates can thereby be arranged in a simplified manner on the plate heat exchanger, in particular on one and the same side of the plate heat exchanger.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der erste sekundäre Strömungskanal eines jeden Prägeplattenpaars länger, als der jeweilig zugeordnete zweite sekundäre Strömungskanal des jeweiligen Prägeplattenpaars. Dadurch kann eine auf den Massenstrom der beiden aufzuheizenden Gase abgestimmte Medienführung durch den Plattenwärmeübertrager ermöglicht werden. Ist jeder zweite sekundäre Strömungskanal dem einlassseitigen Ende des primären Strömungskanals für das Heizmedium zugeordnet, d. h. verläuft dieser im Wesentlichen zwischen den einlassseitigen Kanalsegmenten zweier unmittelbar benachbarter primärer Strömungskanäle, so kann dadurch ein besonders großer Wärmeeintrag in das zweite aufzuheizende Medium erreicht werden. Ein im Vergleich zum ersten sekundären Strömungskanal kurzstreckiger Verlauf des zweiten sekundären Strömungskanals kann dadurch zumindest teilweise kompensiert werden.According to a preferred development of the invention, the first secondary flow channel of each pair of embossing plates is longer than the respectively associated second secondary flow channel of the respective pair of embossing plates. This allows the media to be routed through the plate heat exchanger in a way that is tailored to the mass flow of the two gases to be heated. is If every second secondary flow channel is assigned to the inlet-side end of the primary flow channel for the heating medium, ie if it runs essentially between the inlet-side channel segments of two immediately adjacent primary flow channels, a particularly large heat input into the second medium to be heated can be achieved. A course of the second secondary flow channel that is short compared to the first secondary flow channel can thereby be at least partially compensated for.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die primären Strömungskanäle jeweils eine Länge auf, die im Wesentlichen der kumulativen Länge des ersten sowie zweiten sekundären Strömungskanals eines jeden Prägeplattenpaars entspricht.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the primary flow channels each have a length that essentially corresponds to the cumulative length of the first and second secondary flow channels of each die pair.

Die Prägeplatten des Plattenwärmeübertragers weisen vorzugsweise jeweils Prägungen, d. h. Präge- oder Umformbereiche, insbesondere in Form von Prägeflanschen, auf, über die die jeweiligen Prägeplatten eines Prägeplattenpaars jeweils aneinander anliegen. Die Prägeplatten eines jeweiligen Prägeplattenpaars können im Bereich dieser Prägungen/Prägeflansche miteinander verschweißt sein. Die betreffenden Schweißstellen sind dabei vorzugsweise fluid- und bis zu einem vorgegebenen Prüfdruck druckdicht ausgeführt, um im Betriebseinsatz des Plattenwärmeübertragers eine sichere Trennung der durch die primären/sekundären Strömungskanäle strömenden Medien innerhalb des Plattenwärmeübertragers zu gewährleisten. Ein Teil der Prägungen der Prägeplatten definiert die Strömungskanäle.The embossing plates of the plate heat exchanger preferably each have embossings, i. H. Embossing or forming areas, in particular in the form of embossing flanges, via which the respective embossing plates of a pair of embossing plates rest against one another. The embossing plates of a respective pair of embossing plates can be welded to one another in the area of these embossings/embossing flanges. The welds in question are preferably designed to be fluid-tight and pressure-tight up to a predetermined test pressure, in order to ensure reliable separation of the media flowing through the primary/secondary flow channels within the plate heat exchanger during operation of the plate heat exchanger. Part of the embossing of the embossing plates defines the flow channels.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Plattenwärmeübertragers sind der Einlass und/oder der Auslass eines jeden ersten und eines jeden zweiten sekundären Strömungskanals jeweils an derselben Seite des Plattenwärmeübertragers angeordnet. Dadurch kann ein besonders einfaches Zu- und Abführen der aufzuheizenden Medien zum/vom Plattenwärmeübertrager erreicht werden. Auch kann dadurch eine nochmals kompaktere Bauweise des Plattenwärmeübertragers realisiert werden. Aufwändige externe Rohrführungen und dergleichen für die aufzuheizenden Medien können ggf. entfallen.According to a particularly preferred embodiment of the plate heat exchanger, the inlet and/or the outlet of each first and each second secondary flow channel are each arranged on the same side of the plate heat exchanger. As a result, the media to be heated can be supplied and removed particularly easily to/from the plate heat exchanger. An even more compact design of the plate heat exchanger can also be realized as a result. Complicated external pipework and the like for the media to be heated can be omitted if necessary.

Nach der Erfindung sind die Einlässe und Auslässe der primären Strömungskanäle jeweils an unterschiedlichen Seiten des Plattenwärmeübertragers angeordnet. Dadurch kann die Baugröße des Plattenwärmeübertragers minimiert und zugleich ein ausreichend großer einlassseitiger und auslassseitiger Anschlussquerschnitt der primären Strömungskanäle des Plattenwärmeübertragers bereitgestellt werden.According to the invention, the inlets and outlets of the primary flow channels are each arranged on different sides of the plate heat exchanger. As a result, the size of the plate heat exchanger can be minimized and, at the same time, a sufficiently large inlet-side and outlet-side connection cross section of the primary flow channels of the plate heat exchanger can be provided.

Die primären und/oder die ersten sekundären Strömungskanäle und/oder die zweiten sekundären Strömungskanäle des Plattenwärmeübertragers können erfindungsgemäß jeweils ein oder mehrere Strömungsleitelemente aufweisen. Die Strömungsleitelemente können den Strömungsquerschnitt des jeweiligen Strömungskanals zumindest teilweise verlegen. Dadurch kann eine Strömungsführung sowie ggf. eine Verwirbelung des durch den jeweiligen Strömungskanal geführten Mediums erreicht werden, um eine besonders effiziente Wärmeübertragung von dem Heizmedium auf das erste und zweite aufzuheizende Medium zu gewährleisten.According to the invention, the primary and/or the first secondary flow channels and/or the second secondary flow channels of the plate heat exchanger can each have one or more flow guide elements. The flow guide elements can at least partially shift the flow cross section of the respective flow channel. As a result, a flow guidance and possibly a turbulence of the medium guided through the respective flow channel can be achieved in order to ensure a particularly efficient heat transfer from the heating medium to the first and second medium to be heated.

Zumindest ein Teil der Strömungsleitelemente oder alle Strömungsleitelemente können nach einer Ausführungsform der Erfindung in die Prägeplatten eingeprägt sein. Dies bietet fertigungstechnische Vorteile.According to one embodiment of the invention, at least some of the flow-guiding elements or all of the flow-guiding elements can be embossed into the embossed plates. This offers manufacturing advantages.

Nach einer alternativen Bauweise können die Strömungsleitelemente, insbesondere der primären Strömungskanäle, durch Leitbleche gebildet sein, die als zu den Prägepatten separate Bauteile ausgeführt sind. Zumindest ein Teil der Leitbleche können sich dabei in einer zur Körperachse Y des Plattenwärmeübertragers axialen Richtung durch Ausnehmungen der Prägeplattenpaare des Plattenwärmeübertragers hindurcherstrecken. Die Leitbleche können dabei am Gehäuse und/oder an einem oder mehreren der Prägeplattenpaare des Plattenwärmeübertragers befestigt, insbesondere festgeschweißt, sein.According to an alternative design, the flow guide elements, in particular the primary flow channels, can be formed by guide plates that are designed as separate components from the embossed plates. At least some of the guide plates can extend through recesses in the embossed plate pairs of the plate heat exchanger in an axial direction relative to the body axis Y of the plate heat exchanger. The guide plates can be attached, in particular welded, to the housing and/or to one or more of the pairs of embossing plates of the plate heat exchanger.

Der Plattenwärmeübertrager bzw. dessen Gehäuse ist vorzugsweise hexaedrisch ausgeführt. Dadurch kann einerseits die Fertigung des Plattenwärmeübertragers vereinfacht und andererseits ein Anschluss der Brennstoffzelle an den Plattenwärmeübertrager auf besonders einfache Weise ermöglicht werden.The plate heat exchanger or its housing is preferably hexahedral. As a result, on the one hand the production of the plate heat exchanger can be simplified and on the other hand a connection of the fuel cell to the plate heat exchanger can be made possible in a particularly simple manner.

Gemäß der Erfindung kann jede einzelne der Prägeplatten oder sogar der gesamte Plattenwärmeübertrager aus Edelstahl bestehen. Dadurch kann eine besonders lange Standzeit des Plattenwärmeübertragers selbst bei Exposition gegenüber korrosiv wirkenden Medien erreicht werden.According to the invention, each of the embossing plates or even the entire plate heat exchanger can be made of stainless steel. As a result, a particularly long service life of the plate heat exchanger can be achieved even when exposed to corrosive media.

Das Brennstoffzellensystem weist eine Brennstoffzelle, insbesondere eine sogenannte SOFC-Brennstoffzelle, sowie einen vorstehend erläuterten Plattenwärmeübertrager auf. Das Brennstoffzellensystem kann besonders kompakt und kostengünstig realisiert werden.The fuel cell system has a fuel cell, in particular a so-called SOFC fuel cell, and a plate heat exchanger explained above. The fuel cell system can be implemented in a particularly compact and cost-effective manner.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen des vorstehend erläuterten Plattenwärmeübertragers weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

  • - Erzeugen der Prägeplatten durch Freistanzen der Prägeplatten aus einem Flacherzeugnis, z. B. einer Blechtafel oder einem sogenannten Coil, und, vorzugsweise zeitgleiches, Einprägen der ersten und zweiten sekundären Strömungskanäle in die Prägeplatten; dies kann insbesondere durch jeweiliges Tiefziehen der Prägeplatten erfolgen;
  • - Bilden der Prägeplattenpaare durch Aufeinanderlegen und Verschweißen jeweils zweier zueinander korrespondierender der Prägeplatten;
  • - Anordnen, der Prägeplattenpaare in oder an einer Gehäuseplatte, insbesondere durch Einstecken der Prägeplattenpaare in Ausnehmungen der einen Gehäuseplatte;
  • - Montieren von Leitblechen für die primären Strömungskanäle in den Ausnehmungen der Prägeplattenpaare;
  • - Stirnseitiges Verschweißen der Prägeplattenpaare mit der Gehäusegrundplatte; und
  • - Montieren des übrigen Gehäuses; dies erfolgt vorzugsweise, indem die eine Gehäuseplatte und die übrigen Gehäuseplatten des Gehäuses miteinander verschweißt werden. Es versteht sich, dass die Gehäuseplatten des zu bildenden Gehäuses vorab bereitgestellt werden.
The method according to the invention for producing the plate heat exchanger explained above has the following method steps:
  • - Generating the embossing plates by punching the embossing plates out of a flat product, e.g. B. a metal sheet or a so-called coil, and, preferably simultaneously, embossing the first and second secondary flow channels in the embossing plates; this can be done in particular by respective deep-drawing of the embossing plates;
  • - Forming the pairs of embossing plates by superimposing and welding two of the embossing plates that correspond to one another;
  • - Arranging the embossing plate pairs in or on a housing plate, in particular by inserting the embossing plate pairs in recesses of a housing plate;
  • - Mounting guide plates for the primary flow channels in the recesses of the embossing plate pairs;
  • - Welding of the pairs of embossing plates to the housing base plate on the face side; and
  • - Assemble the rest of the housing; this is preferably done by welding one housing plate and the other housing plates of the housing to one another. It goes without saying that the housing plates of the housing to be formed are provided in advance.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Plattenwärmeübertragers. Werden die Prägeplattenpaare in Ausnehmungen der einen Gehäuseplatte, bevorzugt der die Unterseite des Plattenwärmeübertragers bildenden Gehäuseplatte (Boden-Gehäuseplatte) eingesteckt, so kann dadurch eine vorgegebene Beabstandung und Ausrichtung der Prägeplattenpaare relativ zueinander besonders zuverlässig gewährleistet werden.The method according to the invention allows a particularly simple and cost-effective production of the plate heat exchanger. If the embossing plate pairs are inserted into recesses of one housing plate, preferably the housing plate (bottom housing plate) forming the underside of the plate heat exchanger, a predetermined spacing and alignment of the embossing plate pairs relative to one another can be particularly reliably ensured.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention result from the description and the drawing. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention.

Figurenlistecharacter list

In der Zeichnung zeigen:

  • 1 einen erfindungsgemäßen Plattenwärmeübertrager in einer perspektivischen Ansicht;
  • 2 den Plattenwärmeübertrager gemäß 1 mit einem teilweise entfernten Gehäuse und in einer perspektivischen Ansicht auf eine der Prägeplatten
  • 3 eine Draufsicht auf die Oberseite des Plattenwärmeübertrager gemäß 1 mit Einlass- und Auslassöffnungen;
  • 4 einen vergrößerten Detailausschnitt des Plattenwärmeübertragers gem. 3;
  • 5 eine Schnittdarstellung des Plattenwärmeübertragers gemäß 1 mit Darstellung der durch ein Prägeplattenpaar begrenzten sekundären Strömungskanäle;
  • 6 eine Schnittdarstellung des Plattenwärmeübertragers gemäß 1 mit Darstellung der zwischen einem Prägeplattenpaar ausgebildetem primären Strömungskanal;
  • 7 zwei Prägeplatten des Plattenwärmeübertragers gemäß 1 vor deren Montage zu einem Prägeplattenpaar und in einer Ansicht auf deren im Montagezustand einander zuweisende Oberflächen; und
  • 8 ein Prägeplattenpaar des Plattenwärmeübertragers gemäß 1 mit Darstellung der Schweißstellen, über die beide Prägeplatten des Prägeplattenpaars fluid- und druckdicht verschweißt sind;
  • 9 ein Prägeplattenpaar des Plattenwärmeübertragers gemäß 1 mit Darstellung von Ausnehmungen zur Aufnahme von Strömungsleitelementen (in 9 nicht gezeigt), durch die die primären Strömungskanäle abschnittsweise begrenzt sind; und
  • 10 ein Blockschaltbild mit einzelnen Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des Plattenwärmeübertragers.
Show in the drawing:
  • 1 a plate heat exchanger according to the invention in a perspective view;
  • 2 according to the plate heat exchanger 1 with a partially removed housing and in a perspective view of one of the embossing plates
  • 3 a plan view of the top of the plate heat exchanger according to FIG 1 with inlet and outlet openings;
  • 4 an enlarged detail of the plate heat exchanger acc. 3 ;
  • 5 according to a sectional view of the plate heat exchanger 1 showing the secondary flow channels delimited by a pair of embossing plates;
  • 6 according to a sectional view of the plate heat exchanger 1 showing the primary flow channel formed between a pair of dies;
  • 7 two embossed plates of the plate heat exchanger 1 before they are assembled to form a pair of embossing plates and in a view of their surfaces facing one another in the assembled state; and
  • 8th a stamping plate pair of the plate heat exchanger according to 1 showing the welding points via which both embossing plates of the pair of embossing plates are welded in a fluid and pressure-tight manner;
  • 9 a stamping plate pair of the plate heat exchanger according to 1 with representation of recesses for accommodating flow control elements (in 9 not shown), through which the primary flow channels are limited in sections; and
  • 10 a block diagram with individual process steps of the method according to the invention for producing the plate heat exchanger.

1 zeigt ein Brennstoffzellensystem 10 umfassend einen mit gestrichelter Linie wiedergegebenen Brennstoffzelle 12 in Form eines sogenannten SOFC-Stacks und einen Plattenwärmeübertrager 14. Die Brennstoffzelle 12 ist hier in Richtung der Vertikalachse Z des Plattenwärmeübertragers 14 oberhalb des Plattenwärmeübertragers 14 angeordnet. 1 shows a fuel cell system 10 comprising a fuel cell 12 represented by a dashed line in the form of a so-called SOFC stack and a plate heat exchanger 14. The fuel cell 12 is here arranged in the direction of the vertical axis Z of the plate heat exchanger 14 above the plate heat exchanger 14.

Die Brennstoffzelle 12 weist vorteilhaft Zusatzmodule wie beispielsweise einen an sich bekannten Nachbrenner und/oder einen Regenerator für den jeweilig eingesetzten kohlenwasserstoffhaltigen Energieträger, beispielsweise Methan (CH4), auf, die in 1 nicht gezeigt sind.The fuel cell 12 advantageously has additional modules such as, for example, an afterburner known per se and/or a regenerator for the respective hydrocarbon-containing energy carrier used, for example methane (CH 4 ), which in 1 are not shown.

Der Plattenwärmeübertrager 14 weist ein insgesamt hexaedrisch ausgeführtes Gehäuse 16 auf. Das Gehäuse umfasst sechs Gehäuseplatten 16a, die hier miteinander verschweißt sind. Der Plattenwärmeübertrager 14 bzw. das Gehäuse 16 umfasst eine Oberseite 14a, eine Unterseite 14b, eine Vorder- und Rückseite 14c, 14c sowie eine rechte und eine linke Seite 14e, 14f. Das Gehäuse 16 kann mit diversen Befestigungspunkten 18, beispielsweise Ausnehmungen, für eine mittelbare oder unmittelbare Befestigung des Plattenwärmeübertragers 14 an der Brennstoffzelle 12 versehen sein.The plate heat exchanger 14 has an overall hexahedral housing 16 . The housing comprises six housing plates 16a which are welded together here. The plate heat exchanger 14 or the housing 16 includes a top 14a, a bottom 14b, front and back sides 14c, 14c, and right and left sides 14e, 14f. The housing 16 can be provided with various attachment points 18, for example recesses, for direct or indirect attachment of the plate heat exchanger 14 to the fuel cell 12.

An der Oberseite 14a des Plattenwärmeübertragers 14 ist ein Einlass 20 für das H, hier das Abgas der Brennstoffzelle 12, angeordnet. Der Einlass 20 ist fluidisch mit im Gehäuse 16 des Plattenwärmeübertragers 14 ausgebildeten ersten oder primären Strömungskanälen für das Heizmedium verbunden. Die primären Strömungskanäle sind fluidisch mit einem Auslass 22 fluidisch verbunden, der (jeweils) an der rechten Seite 14e des Plattenwärmeübertragers 14 bzw. Gehäuses 16 angeordnet ist.At the top 14a of the plate heat exchanger 14 is an inlet 20 for the H, here the exhaust gas of the fuel cell 12, is arranged. The inlet 20 is fluidically connected to the first or primary flow channels for the heating medium formed in the housing 16 of the plate heat exchanger 14 . The primary flow channels are fluidly connected to an outlet 22 which is (respectively) arranged on the right side 14e of the plate heat exchanger 14 and housing 16 .

Der erste Einlass 20 kann mit einem ersten Luftleitblech 24 versehen sein. Das erste Luftleitblech 24 erstreckt sich hier längs der zur Vertikalachse Z orthogonal verlaufenden Körperachse Y des Plattenwärmeübertragers 14 und schleißt mit der Vertikalachse Z einen spitzen Winkel α ein (2).The first inlet 20 may be provided with a first air baffle 24 . The first air baffle 24 extends here along the body axis Y of the plate heat exchanger 14 running orthogonally to the vertical axis Z and encloses an acute angle α with the vertical axis Z ( 2 ).

An der Oberseite 14a des Plattenwärmeübertragers 14 sind weiterhin zweite und dritte Einlässe 26, 28 sowie zweite und dritte Auslässe 30, 32 für ein erstes aufzuheizendes und ein zweites aufzuheizendes Medium angeordnet. Das erste aufzuheizende Medium ist hier das Anodengas des Brennstoffzellen-Stacks, während das zweite aufzuheizende Medium die der Brennstoffzelle zuzuführende Luft ist. Der Einlass und der Auslass eines jeden ersten und eines jeden zweiten sekundären Strömungskanals sind bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel mithin allesamt an derselben Seite, hier der Oberseite 14a, des Plattenwärmeübertragers angeordnet sind.Second and third inlets 26, 28 and second and third outlets 30, 32 for a first medium to be heated and a second medium to be heated are also arranged on the upper side 14a of the plate heat exchanger 14. The first medium to be heated is the anode gas of the fuel cell stack, while the second medium to be heated is the air to be supplied to the fuel cell. In the exemplary embodiment shown in the drawing, the inlet and the outlet of each first and each second secondary flow channel are therefore all arranged on the same side, here the upper side 14a, of the plate heat exchanger.

In 2 ist der Plattenwärmeübertrager 14 in einer freigestellten perspektivischen Ansicht und mit teilweise entferntem Gehäuse 16 gezeigt. Die die Unterseite 14b bildende Boden-Gehäuseplatte 16a ist gut zu erkennen.In 2 the plate heat exchanger 14 is shown in an isolated perspective view and with the housing 16 partially removed. The bottom housing plate 16a forming the underside 14b is clearly visible.

3 zeigt den Plattenwärmeübertrager 14 in einer Draufsicht auf dessen Oberseite 14a, während 4 einen entsprechend vergrößerten Detailausschnitt des Plattenwärmeübertragers 14 gemäß 3 zeigt. 3 shows the plate heat exchanger 14 in a plan view on its upper side 14a, while 4 a correspondingly enlarged detail section of the plate heat exchanger 14 according to FIG 3 indicates.

Der Plattenwärmeübertrager 14 umfasst eine Vielzahl von Prägeplatten 34. Die Prägeplatten 34 können allesamt aus Edelstahl bestehen. Die Prägeplatten 34 sind gemäß den 3 und 4 in Richtung der Körperachse Y paarweise hintereinanderliegend aufgereiht angeordnet. Jeweils zwei Prägeplatten 34 bilden ein Prägeplattenpaar 36. Zwischen den unmittelbar aneinander angrenzenden Prägeplatten 34 ein und desselben Prägeplattenpaars 36 ist gemäß 2 jeweils ein erster sekundärer Strömungskanal 38 für das erste aufzuheizende Medium (Anodengas) und - hiervon fluidisch getrennt - ein zweiter sekundärer Strömungskanal 40 für das zweite aufzuheizende Medium (Luft) angeordnet. Die Prägeplatten 34 ein und desselben Prägeplattenpaares 36 weisen jeweils randseitige Prägeflansche 42 auf, über die die unmittelbar aneinander angrenzenden Prägeplatten 34 jeweils aneinander anliegen. Die Prägeplatten 34 eines jeden Prägeplattenpaares 36 sind in diesem Bereich miteinander fluiddicht und vorzugsweise druckdicht miteinander verbunden, insbesondere verschweißt.The plate heat exchanger 14 comprises a multiplicity of embossing plates 34. The embossing plates 34 can all be made of stainless steel. The embossing plates 34 are according to 3 and 4 arranged in pairs one behind the other in the direction of the body axis Y. Two embossing plates 34 each form a pair of embossing plates 36. Between the embossing plates 34 directly adjacent to one another of one and the same pair of embossing plates 36, 2 a first secondary flow channel 38 for the first medium to be heated (anode gas) and--separated fluidly from this--a second secondary flow channel 40 for the second medium to be heated (air) are arranged. The embossing plates 34 of one and the same pair of embossing plates 36 each have embossing flanges 42 at the edge, via which the embossing plates 34 directly adjacent to one another rest against one another. The embossing plates 34 of each pair of embossing plates 36 are connected to one another in this area in a fluid-tight and preferably pressure-tight manner, in particular welded.

Die primären Strömungskanäle 44 erstrecken sich jeweils zumindest abschnittsweise zwischen den Prägeplattenpaaren 36 hindurch. Zu beachten ist, dass jeder der genannten Strömungskanäle 38, 40, 44 zumindest abschnittsweise mäanderförmig ausgebildet ist, um eine möglichst effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten.The primary flow channels 44 each extend at least in sections between the pairs of embossing plates 36 . It should be noted that each of the flow channels 38, 40, 44 mentioned is designed in a meandering manner, at least in sections, in order to ensure the most efficient possible heat transfer.

Gemäß 2 ist jeder zweite sekundäre Strömungskanal 40 des Plattenwärmeübertragers 14 kürzer, als der jeweilig zugeordnete erste sekundäre Strömungskanal 38. Der zweite sekundäre Strömungskanal 40 weist dabei jeweils eine Länge von weniger als 40 %, insbesondere von weniger als 25% der Länge des ersten sekundären Strömungskanals 38 auf.According to 2 every second secondary flow channel 40 of the plate heat exchanger 14 is shorter than the respectively associated first secondary flow channel 38. The second secondary flow channel 40 has a length of less than 40%, in particular less than 25%, of the length of the first secondary flow channel 38 .

Der zweite sekundäre Strömungskanal 40 kann gemäß dem in der ZEichnung dargestellten Ausführungsbeispiel darüber hinaus einen kleineren Strömungsquerschnitt aufweisen, als der erste sekundäre Strömungskanal 38. Zu beachten ist, dass jeder zweite sekundäre Strömungskanal 40 in seiner axialen Projektion längs der Körperachse Y dem eingangsseitigen Kanalsegment zumindest eines das Heizmedium führenden primären Strömungskanals 44 zugeordnet ist bzw. mit diesem (in der Projektion) zusammenfällt. Im Betriebseinsatz des Plattenwärmeübertragers 14 ist dadurch eine besonders effektive Wärmeübertragung vom in den Plattenwärmeübertrager 14 einströmenden Heizmedium 22 auf das durch den zweiten sekundären Strömungskanal 40 strömende zweite aufzuheizende Medium ermöglicht. Der im Vergleich zum ersten sekundären Strömungskanal 38 kurzstreckigere Verlauf sowie der kleinere Strömungsquerschnitt des zweiten sekundären Strömungskanals 40 können so zumindest teilweise funktionell kompensiert werden.According to the exemplary embodiment shown in the drawing, the second secondary flow channel 40 can also have a smaller flow cross section than the first secondary flow channel 38. It should be noted that every second secondary flow channel 40 in its axial projection along the body axis Y has at least one channel segment on the inlet side the heating medium is associated with the primary flow channel 44 carrying the heating medium or coincides with it (in the projection). When the plate heat exchanger 14 is used in operation, this enables particularly effective heat transfer from the heating medium 22 flowing into the plate heat exchanger 14 to the second medium to be heated flowing through the second secondary flow channel 40 . The course, which is shorter than that of the first secondary flow channel 38, and the smaller flow cross section of the second secondary flow channel 40 can thus be at least partially functionally compensated.

Die primären, die ersten sekundären und die zweiten sekundären Strömungskanäle 44, 38, 40 können jeweils Strömungsleitelemente 46 aufweisen. Im Falle des primären Strömungskanals sind die Strömungsleitelemente 46 vorzugsweise durch zu den Prägeplatten separat ausgebildete Leitbleche 48 gebildet, die sich in Richtung der Körperachse Y durch dazu korrespondierende Ausnehmungen 50 der Prägeplatten hindurcherstrecken. Zueinander korrespondierende Ausnehmungen 50 der Prägeplattenpaare 36 sind längs der Y-Achse zueinander fluchtend angeordnet. Diese Leitbleche 48 können jeweils mit dem Gehäuse 16 und/oder mit Prägeplattenpaaren verbunden, insbesondere verschweißt, sein. Zu beachten ist, dass die Strömungsleitelemente 46 der primären Strömungskanäle 44 nach einer in der Zeichnung nicht gezeigten Ausführungsvariante des Plattenwärmeübertragers 14 auch an den Prägeplatten 34 außenseitig (mehrteilig) angeformt sein können.The primary, the first secondary and the second secondary flow channels 44, 38, 40 can each have flow guide elements 46 senior In the case of the primary flow channel, the flow guide elements 46 are preferably formed by guide plates 48 which are formed separately from the embossing plates and which extend in the direction of the body axis Y through corresponding recesses 50 in the embossing plates. Mutually corresponding recesses 50 of the embossing plate pairs 36 are arranged in alignment with one another along the Y-axis. These guide plates 48 can each be connected, in particular welded, to the housing 16 and/or to pairs of embossing plates. It should be noted that the flow guide elements 46 of the primary flow channels 44 can also be formed on the outside (in multiple parts) of the embossed plates 34 according to an embodiment variant of the plate heat exchanger 14 that is not shown in the drawing.

Die Strömungsleitelemente 46 im Innern der Prägeplattenpaare 36, d. h. im jeweiligen ersten und zweiten sekundären Strömungskanal 38, 40, sind vorzugsweise in eine der beiden betreffenden oder in jeweils beide Prägeplatten 34 eingeprägt, d. h. als Prägevertiefungen einer oder beider Prägeplatten 34 eines Prägeplattenpaars 36, ausgeführt. Dies bietet fertigungstechnische Vorteile und erlaubt eine besonders einfache freie Skalierung des Plattenwärmeübertragers in Richtung seiner Körperachse Y.The flow guide elements 46 inside the embossing plate pairs 36, i. H. in the respective first and second secondary flow channel 38, 40, are preferably stamped into one of the two stamping plates 34 in question or into both stamping plates, i. H. as embossing depressions of one or both embossing plates 34 of a pair of embossing plates 36 . This offers manufacturing advantages and allows a particularly simple free scaling of the plate heat exchanger in the direction of its body axis Y.

In 5 ist die Strömungsführung der Medien innerhalb eines jeweiligen Prägeplattenpaars 36 der ersten und eines der zweiten sekundären Strömungskanäle 38, 40 gezeigt. Die Strömungsführung des ersten aufzuheizende Mediums M1 (Anodengas) und das zweite aufzuheizenden Mediums M2 (Luft) ist jeweils mit Pfeilen dargestellt. Die Strömungsführung ist hier (bezüglich der Körperachse Y) gleichsinnig.In 5 the flow guidance of the media within a respective die pair 36 of the first and one of the second secondary flow channels 38, 40 is shown. The flow of the first medium M1 to be heated (anode gas) and the second medium M2 to be heated (air) is shown with arrows. Flow guidance here (regarding body axis Y) is in same direction.

6 zeigt die Strömungsführung des Heizmediums H innerhalb eines der ersten Strömungskanäle 44. In der Projektion des zweiten sekundären Strömungskanals 40 längs der Körperachse Y ist das Heizmedium H im ersten Strömungskanal 38 gleichsinnig geführt. Der eingangsseitige Kanalsegment 52 des primären Strömungskanals 44 fällt in der Projektion mit dem/den jeweilig zugeordneten zweiten sekundären Strömungskanal/-kanälen 40 des/der jeweilig unmittelbar benachbarten Prägeplattenpaares 36/-paare 36 zusammen. 6 shows the flow guidance of the heating medium H within one of the first flow channels 44. In the projection of the second secondary flow channel 40 along the body axis Y, the heating medium H is guided in the same direction in the first flow channel 38. The inlet-side channel segment 52 of the primary flow channel 44 coincides in the projection with the respectively assigned second secondary flow channel(s) 40 of the respectively immediately adjacent pair of embossing plates 36/pairs 36.

In der Projektion des ersten sekundären Strömungskanals 40 ist das Heizmedium H im primären Strömungskanal 44 zum ersten aufzuheizenden Medium M1 gegensinnig geführt.In the projection of the first secondary flow channel 40, the heating medium H in the primary flow channel 44 is guided in the opposite direction to the first medium M1 to be heated.

In 7 sind beispielhaft zwei Prägeplatten 34 gezeigt, die gemeinsam ein Prägeplattenpaar 36 (vgl. 2 und 3) bilden. Die Prägeplatten 34 werden bei der Fertigung des Prägeplattenpaars 36 jeweils aufeinandergelegt.In 7 two embossing plates 34 are shown as an example, which together form a pair of embossing plates 36 (cf. 2 and 3 ) form. The embossing plates 34 are placed one on top of the other during the manufacture of the pair of embossing plates 36 .

8 zeigt die Prägeplatten 34 eines Prägeplattenpaars 36 im aufeinandergelegten Zustand gemeinsam mit der Schweißverbindung 54, über die die beiden Prägeplatten 34 miteinander dauerhaft, fluiddicht und druckdicht verbunden sind. 8th shows the embossing plates 34 of a pair of embossing plates 36 placed one on top of the other together with the welded connection 54, via which the two embossing plates 34 are permanently connected to one another in a fluid-tight and pressure-tight manner.

In 9 ist ein (verschweißtes) Prägeplattenpaar 36 mit freigestanzten Ausnehmungen 50 für die Leitbleche 48 (vgl. Fign.) gezeigt. Mit 56 ist eine Materialbrücke der Prägeplatten 34 des Prägeplattenpaars 36 bezeichnet.In 9 a (welded) pair of embossing plates 36 with punched-out recesses 50 for the guide plates 48 (cf. Figs.) is shown. A material bridge of the embossing plates 34 of the pair of embossing plates 36 is denoted by 56 .

Das Verfahren 100 zur Herstellung des Plattenwärmeübertragers 14 weist die in 10 wiedergegebenen Verfahrensschritte auf:

  • - Erzeugen 102 der Prägeplatten 34 durch Freistanzen 104 aus einem Flacherzeugnis 58 und, vorzugsweise zeitgleiches, Einprägen 106 der ersten und zweiten sekundären Strömungskanäle 38, 40 in die Prägeplatten 34, insbesondere durch Tiefziehen der Prägeplatten 34; beim Freistanzen werden auch die Ausnehmungen 50 für die Leitbleche 48 erzeugt;
  • - Bilden 108 der Prägeplattenpaare 36 durch Aufeinanderlegen und Verschweißen jeweils zweier der Prägeplatten 34;
  • - Anordnen 110 der Prägeplattenpaare 36 an einer Gehäuseplatte 16a, insbesondere durch Einstecken der Prägeplattenpaare 36 in Ausnehmungen 60 der Gehäuseplatte 16a;
  • - Montieren 112 von Leitblechen 48 für die primären Strömungskanäle 44 in den Ausnehmungen 50 der Prägeplattenpaare 36; dies kann insbesondere durch Einschieben der Leitbleche 48 in die Ausnehmungen erfolgen;
  • - Stirnseitiges Verschweißen 114 der Prägeplattenpaare 36 mit der Gehäuseplatte 16a; und
  • - Montieren 116 des übrigen Gehäuses 16; dies erfolgt vorzugsweise, indem die eine Gehäuseplatte 16a und die übrigen Gehäuseplatten 16a des Gehäuses 16 miteinander verschweißt werden.
The method 100 for producing the plate heat exchanger 14 has the 10 reproduced procedural steps:
  • - Generating 102 the embossing plates 34 by free punching 104 from a flat product 58 and, preferably at the same time, embossing 106 the first and second secondary flow channels 38, 40 in the embossing plates 34, in particular by deep-drawing the embossing plates 34; the recesses 50 for the guide plates 48 are also produced during the free punching;
  • Forming 108 the pairs of embossing plates 36 by superimposing and welding two of the embossing plates 34;
  • - Arranging 110 the embossing plate pairs 36 on a housing plate 16a, in particular by inserting the embossing plate pairs 36 into recesses 60 of the housing plate 16a;
  • - Mounting 112 of baffles 48 for the primary flow channels 44 in the recesses 50 of the embossing plate pairs 36; this can be done in particular by pushing the guide plates 48 into the recesses;
  • - Front-side welding 114 of the embossing plate pairs 36 with the housing plate 16a; and
  • - mounting 116 of the rest of the housing 16; this is preferably done by welding the one housing plate 16a and the remaining housing plates 16a of the housing 16 to one another.

Claims (16)

Plattenwärmeübertrager (14) für eine Brennstoffzelle 12, aufweisend - ein Gehäuse (16); - eine Vielzahl von im Gehäuse (16) angeordneten Prägeplatten (34), die in Richtung einer Körperachse Y des Plattenwärmeübertragers (14) paarweise hintereinanderliegend aufgereiht angeordnet sind, - wobei zwischen zwei unmittelbar benachbart angeordneten Prägeplattenpaaren (36) jeweils ein primärer Strömungskanal (44) für ein Heizmedium H ausgebildet ist und - wobei zwischen den beiden Prägeplatten (34) eines jeden Prägeplattenpaars (36) ◯ ein erster sekundärer Strömungskanal (38) für ein erstes aufzuheizendes Medium M1 sowie ◯ ein zweiter sekundärer Strömungskanal (40) für ein zweites aufzuheizendes Medium M2 ausgebildet sind, wobei jeder der sekundären Strömungskanäle (38, 40) mäanderförmig ausgeführt ist.Plate heat exchanger (14) for a fuel cell 12, comprising - a housing (16); - A multiplicity of embossing plates (34) arranged in the housing (16), which are arranged in pairs one behind the other in the direction of a body axis Y of the plate heat exchanger (14), - wherein between two directly adjacent ones arranged embossing plate pairs (36) each have a primary flow channel (44) for a heating medium H and - wherein between the two embossing plates (34) of each embossing plate pair (36) ◯ a first secondary flow channel (38) for a first medium to be heated M1 and ◯ a second secondary flow channel (40) is formed for a second medium M2 to be heated, each of the secondary flow channels (38, 40) being designed in a meandering manner. Plattenwärmeübertrager (14) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste sekundäre Strömungskanal (38) eines jeden Prägeplattenpaars (36) den zweiten sekundären Strömungskanal (40) des jeweiligen Prägeplattenpaars (36) teilweise umgreift.Plate heat exchanger (14) according to claim 1 , characterized in that the first secondary flow channel (38) of each pair of embossing plates (36) partially surrounds the second secondary flow channel (40) of the respective pair of embossing plates (36). Plattenwärmetauscher (14) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste sekundäre Strömungskanal (38) eines jeden Prägeplattenpaars (36) länger ist, als der jeweilig zugeordnete zweite sekundäre Strömungskanal (40).Plate heat exchanger (14) according to claim 1 or 2 , characterized in that the first secondary flow channel (38) of each die pair (36) is longer than the respective associated second secondary flow channel (40). Plattenwärmeübertrager (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Prägeplatten (34) eines jeden Prägeplattenpaars (36) jeweils Prägungen (42), insbesondere einen Prägeflansch, aufweisen, über die die Prägeplatten (34) vorzugsweise jeweils aneinander anliegen.Plate heat exchanger (14) according to one of the preceding claims, characterized in that the two embossing plates (34) of each embossing plate pair (36) each have embossings (42), in particular an embossing flange, via which the embossing plates (34) preferably rest against one another. Plattenwärmeübertrager (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Prägeplatten (34) eines jeden Prägeplattenpaars (36) jeweils miteinander verschweißt sind.Plate heat exchanger (14) according to one of the preceding claims, characterized in that the two embossing plates (34) of each embossing plate pair (36) are each welded to one another. Plattenwärmeübertrager (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (20, 26, 28) und/oder der Auslass (22, 30, 32) eines jeden ersten und eines jeden zweiten sekundären Strömungskanals (38, 40) jeweils an derselben Seite des Plattenwärmeübertragers (14) angeordnet sind.Plate heat exchanger (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that the inlet (20, 26, 28) and/or the outlet (22, 30, 32) of each first and each second secondary flow channel (38, 40) respectively are arranged on the same side of the plate heat exchanger (14). Plattenwärmeübertrager (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (20, 26, 28) und der Auslass (22, 30, 32) der jeweiligen primären Strömungskanäle (44) an unterschiedlichen Seiten des Plattenwärmeübertragers (14) angeordnet sind.Plate heat exchanger (14) according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet (20, 26, 28) and the outlet (22, 30, 32) of the respective primary flow channels (44) are arranged on different sides of the plate heat exchanger (14). . Plattenwärmeübertrager (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Strömungskanäle (38, 40, 44) Strömungsleitelemente (46) aufweist, die den Strömungsquerschnitt des jeweiligen Strömungskanals (38, 40, 44) zumindest teilweise verlegen.Plate heat exchanger (14) according to one of the preceding claims, characterized in that at least some of the flow channels (38, 40, 44) have flow guide elements (46) which at least partially shift the flow cross section of the respective flow channel (38, 40, 44). Plattenwärmeübertrager (14) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Strömungsleitelemente (46) oder alle Strömungsleitelemente (46) in die Prägeplatten (34) eingeprägt sind.Plate heat exchanger (14) according to claim 8 , characterized in that at least some of the flow guide elements (46) or all flow guide elements (46) are stamped into the embossed plates (34). Plattenwärmeübertrager gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Strömungsleitelemente (46) oder alle Strömungsleitelemente (46) der primären Strömungskanäle (44) durch Leitbleche (48) gebildet sind, die als zu den Prägepatten (34) separate Bauteile ausgeführt sind.Plate heat exchanger according to claim 8 , characterized in that at least some of the flow guide elements (46) or all flow guide elements (46) of the primary flow channels (44) are formed by baffles (48) which are designed as separate components from the stamped plates (34). Plattenwärmeübertrager (14) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest ein Teil der Leitbleche (48) in einer zur Körperachse Y des Plattenwärmeübertragers (14) axialen Richtung durch Ausnehmungen (50) der Prägeplattenpaare (36) hindurcherstrecken.Plate heat exchanger (14) according to claim 9 , characterized in that at least some of the guide plates (48) extend through recesses (50) of the embossing plate pairs (36) in an axial direction to the body axis Y of the plate heat exchanger (14). Plattenwärmeübertrager (14) gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Leitbleche (48) am Gehäuse (16) des Plattenwärmeübertragers (14) und/oder an Prägeplattenpaaren (36) befestigt, insbesondere festgeschweißt, ist.Plate heat exchanger (14) according to claim 10 or 11 , characterized in that at least some of the baffles (48) are fastened, in particular welded, to the housing (16) of the plate heat exchanger (14) and/or to pairs of embossing plates (36). Plattenwärmeübertrager (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass der Plattenwärmeübertrager (14) hexaedrisch ausgeführt ist.Plate heat exchanger (14) according to one of the preceding claims, characterized in that the plate heat exchanger (14) is hexahedral. Plattenwärmeübertrager (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Prägeplattenpaar (36) oder der gesamte Plattenwärmeübertrager (14) aus Edelstahl besteht.Plate heat exchanger (14) according to one of the preceding claims, characterized in that each embossing plate pair (36) or the entire plate heat exchanger (14) consists of stainless steel. Brennstoffzellensystem (10), umfassend eine Brennstoffzelle (12) und einen Plattenwärmeübertrager (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14.Fuel cell system (10), comprising a fuel cell (12) and a plate heat exchanger (14) according to any one of the preceding Claims 1 until 14 . Verfahren zum Herstellen eines Plattenwärmeübertragers (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: - Erzeugen (102) der Prägeplatten (34) durch Freistanzen (104) der Prägeplatten (34) aus einem Flacherzeugnis (58) und, bevorzugt zeitgleiches, Einprägen (106) der ersten und zweiten sekundären Strömungskanäle (38, 40) in die Prägeplatten (34); - Bilden (108) der Prägeplattenpaare (36) durch Aufeinanderlegen und Verschweißen jeweils zweier der Prägeplatten (34); - Anordnen (110) der Prägeplattenpaare (36) an einer Gehäuseplatte (16a), insbesondere durch Einstecken der Prägeplattenpaare (36) in Ausnehmungen (60) der Gehäuseplatte (16a); - Montieren (112) von Leitblechen (48) für die primären Strömungskanäle (44) in den Ausnehmungen (50) der Prägeplattenpaare (36); - Stirnseitiges Verschweißen (114) der Prägeplattenpaare (36) mit der Gehäuseplatte (16a); und - Montieren (116) des übrigen Gehäuses (16).Method for producing a plate heat exchanger (14) according to one of Claims 1 until 14 , characterized by the following method steps: - producing (102) the embossing plates (34) by free punching (104) of the embossing plates (34) from a flat product (58) and, preferably at the same time, embossing (106) the first and second secondary flow channels (38 , 40) into the embossing plates (34); - Forming (108) of the embossing plate pairs (36) by superimposing and welding two of the embossing plates (34); - Arranging (110) of the embossing plate pairs (36). a housing plate (16a), in particular by inserting the pairs of embossing plates (36) into recesses (60) in the housing plate (16a); - Mounting (112) of guide plates (48) for the primary flow channels (44) in the recesses (50) of the embossing plate pairs (36); - Front-side welding (114) of the embossing plate pairs (36) to the housing plate (16a); and - assembling (116) the remainder of the housing (16).
DE102021205422.6A 2021-05-27 2021-05-27 Plate heat exchanger with a primary and two secondary flow channels for media and fuel cell system with such a method for manufacturing the plate heat exchanger Pending DE102021205422A1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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