DE102007034147A1

DE102007034147A1 - Kraftmaschine

Info

Publication number: DE102007034147A1
Application number: DE102007034147A
Authority: DE
Inventors: Steffen Dipl.-Phys. Maus; Jozsef Nagy; Erwin Dr.-Ing. Wüchner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-07-21
Publication date: 2009-01-08
Also published as: WO2009003611A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Kraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebseinheit (11) und einer Tankeinheit (12). Es wird vorgeschlagen, dass die Kraftmaschine eine Wärmeleiteinheit (16) umfasst, die dazu vorgesehen ist, einen Wärmestrom von der Antriebseinheit (11) zu der Tankeinheit (12) zu leiten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits Kraftmaschinen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebseinheit und einer Tankeinheit bekannt. Wird aus der Tankeinheit ein Gas entnommen, kühlt die Tankeinheit durch eine Expansion des Gases ab.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Abkühlung der Tankeinheit unter einen Schwellwert zu verhindern. Die Aufgabe wird jeweils gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche, wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Kraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebseinheit und einer Tankeinheit.
Es wird vorgeschlagen, dass die Kraftmaschine eine Wärmeleiteinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, einen Wärmestrom von der Antriebseinheit zu der Tankeinheit zu leiten. Unter „vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder programmiert verstanden werden. Unter einer „Antriebseinheit" soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, ein Betriebsmittel und/oder eine elektrische Energie in eine Antriebsleistung umzuwandeln. Ferner soll unter einem „Wärmestrom" eine durch die Antriebseinheit erzeugte Wärme verstanden werden, die z. B. eine Verlustwärme sein kann. Durch eine Nutzung dieser Wärme, die i. a. als Abwärme ungenutzt abgeleitet wird, kann eine Abkühlung der Tankeinheit und damit eine zu starke Abkühlung des in der Tankeinheit gespeicherten Betriebsmittels, wie beispielsweise eines Gases und insbesondere eines Wasserstoffgases, unter einen Schwellwert, der typischerweise bei –40°C liegt, verhindert werden. Eine Reduzierung der entnommenen Betriebsmittelmenge und damit eine Reduzierung der Leistung der Antriebseinheit oder Leckageprobleme mit Dichtungen im Tanksystem können so vermieden werden.
Die Antriebseinheit kann durch verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Einheiten gebildet sein, wie beispielsweise durch eine Brennkraftmaschine und/oder besonders vorteilhaft durch eine Brennstoffzelle, wodurch eine hohe Effektivität erreichbar ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Wärmeleiteinheit zumindest eine Strömungsleiteinheit, die dazu vorgesehen ist, einen Wärmestrom von der Antriebseinheit an die Tankeinheit zu leiten. Unter einer „Strömungsleiteinheit" soll insbesondere eine vorteilhafte Anordnung von Strömungsleitmitteln verstanden werden, die ein Wärmeleitmittel, beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, das vorteilhaft zu einer Kühlung der Brennstoffzelle vorgesehen ist, an die Tankeinheit leiten. Durch entsprechend ausgeformte Strömungsleitmittel kann eine vorteilhafte Umströmung der Tankeinheit mit dem Wärmeleitmittel einfach erreicht werden.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Strömungsleiteinheit mindestens ein Strömungsleitmittel umfasst, das dazu vorgesehen ist, einen Strömungsleitkanal zu bilden. Unter einem „Strömungsleitkanal" soll eine Vorrichtung verstanden werden, die eine definierte, eventuell auch steuerbare Einlassöffnung und/oder eine definierte, eventuell auch steuerbare Auslassöffnung für das Wärmeleitmittel umfasst, die vorteilhaft insbesondere an gegenüberliegenden Seiten des Strömungskanals angeordnet sind. Aber auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anordnungen der Ein- und Auslassöffnung sind möglich. Durch einen Strömungsleitkanal kann ein definiertes Strömungsfeld einfach erreicht werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
1 zeigt eine schematisch dargestellte Antriebseinheit 11, die z. B. durch eine Brennstoffzelleneinheit gebildet ist, und eine Tankeinheit 12. Die Tankeinheit 12 umfasst beispielhaft drei Tankbehälter 13, 14, 15, deren Haupterstreckungsrichtung 25 quer zu einer Fahrtrichtung 24 ausgerichtet ist. Eine Wärmeleiteinheit 16 umfasst eine Strömungsleiteinheit 17, welche Strömungsleitmittel 18, 19, 20 umfasst.
An die Brennstoffzelleneinheit 11 schließen zwei Strömungsleitmittel 18 an, die in einem Winkel von 45° zur Fahrtrichtung 24 angeordnet sind und die von der äußeren Seite der Brennstoffzelleneinheit 11 bis zum vorderen, der Brennstoffzelleneinheit 11 am nächsten gelegenen Tankbehälter 13 reichen. An diese Strömungsleitmittel 18 schließen zwei Strömungsleitmittel 19 an, die sich vom in Fahrtrichtung 24 gesehen vorderen Tankbehälter 13 bis zu dem am weitesten von der Brennstoffzelleneinheit 11 entfernten Tankbehälter 15 erstrecken.
Die Strömungsleitmittel 18, 19 bilden zusammen mit nicht näher dargestellten Fahrzeuganbauteilen einen Strömungsleitkanal 21, der eine Einlassöffnung 22 an der Brennstoffzelleneinheit 11 und eine Auslassöffnung 23 in Fahrtrichtung 24 hinter der Tankeinheit 12 hat.
Durch weitere Strömungsleitmittel 20 im Strömungsleitkanal 21 wird erreicht, dass ein durch Luft gebildetes Wärmeleitmittel auch in die Zwischenräume zwischen den Tankbehältern 13, 14, 15 strömt. Die Strömungsleitmittel 20 sind in Höhe der Zwischenräume zwischen den Tankbehältern 13, 14, 15 parallel zur Haupterstreckungsrichtung 25 der Tankbehälter 13, 14, 15 angeordnet.
Die von der Brennstoffzelleneinheit 11 erzeugte Wärme steigt mit der Last der Brennstoffzelleneinheit 11 an und ist damit proportional zur Abkühlung der Tankeinheit 12. Im Betrieb wird die die Brennstoffzelleneinheit 11 umströmende Luft erwärmt wird durch den Strömungsleitkanal 21 an die Tankeinheit 12 geleitet, wobei durch die Anordnung der Strömungsleitmittel 18, 19, 20 eine gleichmäßige Erwärmung der Tankeinheit 12 erreicht wird. Die Strömungsleitmittel 18, 19, 20 sind aus einem, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Material, wie beispielsweise Blech und/oder Plastik, hergestellt.
Um eine unnötige Erwärmung der Tanks bei sommerlichen Temperaturen zu vermeiden, können die Strömungsleitmittel zumindest teilweise beweglich ausgeführt sein und abhängig von den Temperaturen in den Tanks angesteuert werden, oder es können zusätzliche, steuerbare Strömungsleitmittel eingebaut werden, die den Wärmestrom drosseln.

Claims

Kraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebseinheit (11) und einer Tankeinheit (12), gekennzeichnet durch eine Wärmeleiteinheit (16), die dazu vorgesehen ist, eine Wärmeleistung der Antriebseinheit (11) zu der Tankeinheit (12) zu leiten.
Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (11) von einer Brennstoffzelleneinheit oder einer Verbrennungskraftmaschine gebildet ist.
Kraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleiteinheit (16) zumindest eine Strömungsleiteinheit (17) umfasst, die dazu vorgesehen ist, einen Wärmestrom von der Antriebseinheit (11) an die Tankeinheit (12) zu leiten.
Kraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinheit (17) mindestens ein Strömungsleitmittel (18, 19, 20) umfasst, das dazu vorgesehen ist, einen Strömungsleitkanal (21) zu bilden.
Kraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitmittel (18, 19, 20) so ausgebildet sind, dass diese in Abhängigkeit einer Zustandgröße, insbesondere einer Temperatur, ansteuerbar sind.
Verfahren für eine Kraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Antriebseinheit (11) und einer Tankeinheit (12), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeleistung der Antriebseinheit (11) dazu verwendet wird, die Tankeinheit (12) zu erwärmen.