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brennstoffzelle-bipolarplatte

Frage: Wie müssen die Kühlkanäle in der Brennstoffzelle gestaltet sein, damit die Wärmeübertragung optimiert und der Druckverlust minimiert wird?

Ziel: Optimales Design der Kühlkanäle mit minimalem Druckverlust

Branche: Automotive

Kunde: Projektleiter

Problem: Brennstoffzellen werden durch ein System an Kanälen innerhalb des Stacks gekühlt. Das Kühlmittel erwärmt sich und nimmt die Abwärme der Brennstoffzelle auf.

Aufgrund des sehr geringen Durchmessers der einzelnen Kühlkanäle stellt sich über die Länge der Kühlleitungen ein hoher Druckverlust ein. Dieser Druckverlust muss mit Hilfe von Pumpen überwunden werden.

Eine Überdimensionierung der Pumpen verursacht zusätzliche Kosten, sowohl höhere Investitionskosten als auch laufende Energiekosten. Bei einer Unterdimensionierung und einer daraus folgenden zu geringen Kühlleistung steigt die Temperatur unzulässig an und der Stack trocknet aus.

Eine zusätzliche Herausforderung war, dass der Zulieferer keine verlässlichen Angaben über den Druckverlust machen konnte (oder wollte).

Das Ziel ist also eine möglichst genaue, an die Anforderungen und die Betriebspunkte angepasste Dimensionierung.

Lösung: Mit Hilfe einer CFD-Simulation konnten wir dem Kunden sehr schnell zeigen, wie die prinzipiellen Zusammenhänge zwischen Wärmeübertragung und Druckverlust waren. Dies konnten wir dank eines parametrischen Modells für alle relevanten Massenströme und Temperaturen tun.

Dank dieser Aussagen konnte unser Kunde gezielt und qualifiziert auf seinen Zulieferer zugehen und mit ihm gemeinsam die strömungsmechanisch ungünstigen Stellen so optimieren, dass man gleichzeitig die Wärmeübertragung verbessern und gleichzeitig der Druckverlust minimieren konnte.

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