DE102008022808A1 - Fuel cell system for lorry, has heat exchanger arranged downstream to another heat exchanger, over which thermal residual energy is partly conducted for heating interior of vehicle, and blower attached to former heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem für ein Fahrzeug, insbesondere für einen LKW beziehungsweise Lastkraftwagen, wobei das Brennstoffzellensystem im Betrieb thermische Energie zur Verfügung stellen kann und einen ersten Wärmeübertrager umfasst, über den die thermische Energie zumindest teilweise zur Erwärmung eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs abführbar ist.The The invention relates to a fuel cell system for a vehicle, especially for a truck or truck, wherein the fuel cell system in operation thermal energy for Can provide and a first heat exchanger includes, over which the thermal energy at least partially to dissipate heating of an internal combustion engine of the vehicle is.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Brennstoffzellensystems.Farther The invention relates to a method for operating a such fuel cell system.
Gattungsgemäße
Brennstoffzellensysteme sind beispielsweise aus den dem Stand der
Technik angehörenden Dokumenten
Bei
dem aus der
In
dem aus der
Insbesondere in Klimazonen, wie beispielsweise in Sibirien, mit extrem kalten Wintern, bei denen insbesondere Temperaturen zwischen –70°C und –50°C herrschen können, kann zumindest in einigen Fällen eine nur kurzzeitige Motorvorwärmung unzureichend sein, da der Verbrennungsmotor nach erfolgter Vorwärmung aufgrund der kalten Umgebungsbedingungen rasch abkühlen kann. Insbesondere ist es bei derartigen Klimazonen mit extrem kalten Wintern notwendig, den Motor vorzuwärmen und gleichzeitig eine ausreichende Beheizung des Innenraums des Fahrzeugs zu ermöglichen, sofern sich ein Insasse in dem Fahrzeug befindet.Especially in climates, such as in Siberia, with extremely cold Winters, especially temperatures between -70 ° C and -50 ° C can prevail, at least in some cases a short-term engine preheating will be insufficient, because the internal combustion engine after preheating due the cold ambient conditions can cool quickly. Especially is it necessary in such climate zones with extremely cold winters, preheat the engine while maintaining a sufficient To allow heating of the interior of the vehicle if an occupant is in the vehicle.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Brennstoffzellensysteme und Verfahren derart weiterzubilden, dass die Nutzung der thermischen Energie des Brennstoffzellensystems gezielt zur Erwärmung eines Verbrennungsmotors und eines Fahrzeuginnenraums abgeführt werden kann.Of the Invention is therefore based on the object, the generic Fuel cell systems and methods in such a way that the use of the thermal energy of the fuel cell system specifically for heating an internal combustion engine and a Vehicle interior can be dissipated.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.These The object is achieved by the features of the independent claims solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.advantageous Refinements and developments of the invention will become apparent the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass ein zweiter Wärmeübertrager dem ersten Wärmeübertrager nachgeschaltet ist, über den thermische Restenergie zumindest teilweise zur Erwärmung eines Innenraums des Fahrzeugs abführbar ist. Insbesondere wird der Innenraum des Fahrzeugs durch eine Kabine ausgebildet, beispielsweise eine Schlafkabine eines LKW beziehungsweise Lastkraftwagens. Dadurch, dass der zweite Wärmeübertrager dem ersten Wärmeübertrager nachgeschaltet beziehungsweise in Reihe geschaltet ist, kann gezielt die thermische Restenergie des Brennstoffzellensystems verwendet werden, um den Innenraum des Fahrzeugs zu beheizen. Insbesondere kann die Einstellung des Wärmeeintrags in den Innenraum mittels des zweiten Wärmeübertragers durch Ansteuerung eines dem zweiten Wärmeübertrager zugeordneten Gebläses vorgenommen werden. In diesem Fall ist der zweite Wärmeübertrager dann beispielsweise dazu vorgesehen, eine wärmeübertragende Beziehung zwischen Abgas des Brennstoffzellensystems und der Luft, welche beispielsweise Umgebungsluft sein kann, herzustellen. Ebenso ist jedoch auch denkbar, dass zur Einstellung des Wärmeeintrags in den Innenraum des Fahrzeugs das Abgas, das den ersten Wärmeübertrager bereits durchströmt hat, zumindest teilweise und dosiert an dem zweiten Wärmeübertrager vorbeigeleitet wird.The Fuel cell system according to the invention builds up the generic state of the art thereby on that a second heat exchanger the first Heat exchanger is connected, over the thermal residual energy at least partially for heating an interior of the vehicle is discharged. Especially the interior of the vehicle is formed by a cabin, For example, a sleeping cabin of a truck or truck. Because the second heat exchanger is the first Heat exchanger downstream or connected in series, can specifically the thermal residual energy the fuel cell system used to the interior of the To heat the vehicle. In particular, the adjustment of the heat input in the interior by means of the second heat exchanger Control of the second heat exchanger associated blower be made. In this case is the second heat exchanger then, for example intended to provide a heat transferring relationship between exhaust of the fuel cell system and the air, which For example, ambient air may be to produce. Likewise is However, also conceivable that for adjusting the heat input in the interior of the vehicle, the exhaust gas, which is the first heat exchanger has already flowed through, at least partially and metered passed by the second heat exchanger becomes.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem kann in vorteilhafter Weise derart weitergebildet werden, dass der erste Wärmeübertrager eine wärmeübertragende Beziehung zwischen heißem Abgas des Brennstoffzellensystems und einem Wärmeträgermedium zur Erwärmung eines Kühlkreises des Verbrennungsmotors herstellt und/oder der zweite Wärmeübertrager eine wärmeübertragende Beziehung zwischen dem heißen Abgas des Brennstoffzellensystems und einer dem Innenraum zuzuführenden Luft herstellt. Vorzugsweise wird das Wärmeträgermedium in einen separaten Wärmeträgermediumkreis aufgenommen, der wiederum mit dem Kühlkreis des Verbrennungsmotors über einen weiteren Wärmeübertrager in einer wärmeübertragenden Beziehung steht.The fuel cell system according to the invention can be developed in an advantageous manner such that the first heat exchanger, a heat transferring relationship between the hot exhaust gas of the fuel cell system and a Wärmeträ Produces germedium for heating a cooling circuit of the internal combustion engine and / or the second heat exchanger produces a heat transferring relationship between the hot exhaust gas of the fuel cell system and an air to be supplied to the interior. Preferably, the heat transfer medium is received in a separate heat transfer medium, which in turn is in a heat transferring relationship with the cooling circuit of the internal combustion engine via a further heat exchanger.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem so ausgestaltet werden, dass ein dem zweiten Wärmeübertrager zugeordnetes Gebläse vorgesehen ist, durch dessen Ansteuerung die Wärmeübertragung auf die dem Innenraum zuzuführende Luft einstellbar ist. Insbesondere kann der Wärmeeintrag in den Wärmeträgermediumkreis in Abhängigkeit von einer für den Innenraum erforderlichen Heizleistung eingestellt werden. Dadurch wird beispielsweise ermöglicht, dem Kühlkreis des Fahrzeugs eine Wärmemenge zuzuführen, die so bemessen ist, dass eine ausreichende Wärmemenge zur Beheizung der Schlafkabine über den zweiten Wärmeübertrager abgeführt werden kann.Farther can the fuel cell system according to the invention be configured so that the second heat exchanger associated blower is provided by its control the heat transfer to the interior to be supplied Air is adjustable. In particular, the heat input in the heat transfer medium in dependence from a heating power required for the interior be set. This allows, for example, to supply a quantity of heat to the cooling circuit of the vehicle, which is dimensioned so that a sufficient amount of heat for Heating the sleeping cabin via the second heat exchanger can be dissipated.
Ferner kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem so verwirklicht werden, dass ein das Wärmeträgermedium umfassender Wärmeträgermediumkreis vorgesehen ist, der den ersten Wärmeübertrager und weiterhin einen Wärmeübertrager teilweise umfasst, über den eine wärmeübertragende Beziehung zwischen dem Wärmeträgermedium und einer Kühlflüssigkeit des Kühlkreises herstellbar ist. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, den ersten Wärmeübertrager so auszubilden, dass der erste Wärmeübertrager eine wärmeübertragende Beziehung zwischen dem Abgas des Brennstoffzellensystems und der Kühlflüssigkeit herstellt, d. h. der Wärme trägermediumkreis kann auch entfallen. In diesem Fall ist dann zur Steuerung des Wärmeeintrags in den Kühlkreis anstelle einer Pumpe des Wärmeträgermediumkreises eine Kühlkreispumpe anzusteuern.Further can the fuel cell system according to the invention be realized so that the heat transfer medium provided comprehensive heat transfer medium is the first heat exchanger and continue a heat exchanger partially includes, over a heat transferring relationship between the heat transfer medium and a cooling liquid of the cooling circuit can be produced. Of course but it is also possible, the first heat exchanger form so that the first heat exchanger a heat transferring relationship between the Exhaust gas of the fuel cell system and the cooling liquid produces, d. H. the heat carrier medium can also omitted. In this case, then to control the heat input in the cooling circuit instead of a pump of the heat transfer medium circuit to control a cooling circuit pump.
Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem so umgesetzt werden, dass der Kühlkreis zur Erwärmung des Verbrennungsmotors und zur Abkühlung des Verbrennungsmotors betreibbar ist.Of Further, the fuel cell system according to the invention be implemented so that the cooling circuit for heating of the internal combustion engine and to cool the internal combustion engine is operable.
In diesem Zusammenhang kann das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem in vorteilhafter Weise so ausgebildet werden, dass der Kühlkreis eine Fördereinrichtung, die betreibbar ist, um den Verbrennungsmotor zu erwärmen, und/oder eine weitere Fördereinrichtung aufweist, die betreibbar ist, um den Verbrennungsmotor abzukühlen.In In this context, the inventive Fuel cell system can be formed in an advantageous manner so that the cooling circuit is a conveyor, the is operable to heat the internal combustion engine, and / or having a further conveyor, which is operable is to cool the engine.
Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass ein zweiter Wärmeübertrager dem ersten Wärmeübertrager nachgeschaltet ist, über den thermische Restenergie zumindest teilweise zur Erwärmung eines Innenraumes des Fahrzeugs abgeführt wird. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem erläuterten Eigenschaften und Vorteile auf gleiche oder ähnliche Weise, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brennstoffzellensystem verwiesen wird.The inventive method is based on the generic State of the art in that a second heat exchanger downstream of the first heat exchanger, via the thermal residual energy at least partially for heating an interior of the vehicle is discharged. Thereby arise in connection with the invention Fuel cell system explained properties and advantages in the same or similar way, why avoid it from repetitions to the appropriate executions in connection with the fuel cell system according to the invention is referenced.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise derart weitergebildet werden, dass die Wärmeabfuhr über den ersten Wärmeübertrager in Abhängigkeit von einer erforderlichen Wärmeabfuhr über den zweiten Wärmeübertrager eingestellt wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ausreichend Wärmeenergie zur Beheizung des Innenraums zur Verfügung gestellt werden kann, die dem Innenraum über den zweiten Wärmeübertrager zuführbar ist.The inventive method can in an advantageous Way be developed such that the heat dissipation over the first heat exchanger in dependence from a required heat dissipation over the second heat exchanger is set. Thereby can be ensured that sufficient heat energy be provided for heating the interior can be fed to the interior via the second heat exchanger is.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert.A preferred embodiment of the invention will be below explained by way of example with reference to the drawing.
Es zeigt:It shows:
Der
durch den Wärmeübertrager
Der
Kühlkreis
Der
zweite Teilkreislauf dient zum Erwärmen des Verbrennungsmotors
Das
erfindungsgemäße Verfahren gestaltet sich wie
folgt. Zum Erwärmen des Verbrennungsmotors
Hat
der Verbrennungsmotor
Während
der Motorvorwärmung durch den Wärmeträgerkreis
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The in the above description, in the drawings and in the Claims disclosed features of the invention can both individually and in any combination for the To be essential to the realization of the invention.
- 1010
- Anordnungarrangement
- 1212
- BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
- 1414
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 1616
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 1818
- Gebläsefan
- 2020
- FördereinrichtungConveyor
- 2222
- WärmeübertragerHeat exchanger
- 2424
- HeizungswärmeübertragerHeating heat exchanger
- 2626
- FördereinrichtungConveyor
- 2828
- Ventileinrichtungvalve means
- 3030
- Rückschlagventilcheck valve
- 3232
- FördereinrichtungConveyor
- 3434
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 3636
- Thermostatthermostat
- 3838
- Gebläsefan
- 4040
- Kühlercooler
- 4242
- Kühlkreiscooling circuit
- 4444
- WärmeträgerkreisHeat transfer circuit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- - DE 10007422 A1 [0004, 0004] - DE 10007422 A1 [0004, 0004]
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