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HINTERGRUND
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(a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Thermo-Managementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug. Genauer gesagt bezieht sie sich auf ein Thermo-Managementsystem, welches miniaturisiert werden kann und ein verringertes Gewicht aufweisen kann, indem Thermo-Managementteile in einem Brennstoffzellenfahrzeug integriert bzw. zusammengeschlossen werden.
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(b) Stand der Technik
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Im Allgemeinen ist eine Brennstoffzelle, die eine Vorrichtung ist, welche direkt Brennstoffenergie in elektrische Energie wandelt, ein System, welches aus einem Elektrodenpaar, das eine Anode und eine Kathode aufweist, das Elektrolyten dazwischen angeordnet hat, ausgebildet ist. Dabei erlangt eine Brennstoffzelle Elektrizität und Wärme durch eine elektrochemische Reaktion von ionisiertem Brennstoffgas.
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Ein Brennstoffzellentyp ist eine Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle. Solche Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen können eine hohe Stromdichte, eine geringe Betriebstemperatur, eine geringe Korrosion, einen geringen Elektrolytverlust und eine hohe Ausgabedichte aufweisen. Aufgrund deren einfachen Struktur können diese Arten von Brennstoffzellen ebenfalls modularisiert werden. Daher wurde eine Studie zur Verwendung der Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle als eine Energiequelle eines Fahrzeugs während der vergangenen Jahrzehnte aktiv durchgeführt.
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Heutzutage weist ein Brennstoffzellensystem, das in einem Brennstoffzellenfahrzeug verwendet wird, einen Brennstoffzellenstapel, welcher elektrische Energie durch eine elektrochemische Reaktion eines Reaktionsgas erzeugt, eine Wasserstoffzuführvorrichtung, die eingerichtet ist, Wasserstoff als ein Brennstoff dem Brennstoffzellenstapel zuzuführen, eine Luftzuführvorrichtung, die eingerichtet ist, Luft, welche Sauerstoff umfasst, als ein Oxidationsmittel dem Brennstoffzellenstapel zuzuführen, welches für die elektrochemische Reaktion erforderlich ist, ein Thermo-Managementsystem, das eingerichtet ist, eine Betriebstemperatur des Brennstoffzellenstapels durch Emittieren/Dissipieren von Wärmen weg von dem Stapel, die ein Nebenprodukt einer elektrochemischen Reaktion des Brennstoffzellenstapels ist, und dergleichen auf.
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In einem Brennstoffzellensystem beträgt die Effizienz einer Brennstoffzelle annähernd 50 %, was bedeutet, dass genau so viel Energie als Wärme abgegeben wird, wie ausgegeben wird. Demnach wird eine große Wärmemenge während der Verwendung der Brennstoffzelle erzeugt. Eine Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle sollte bei einer Temperatur t innerhalb eines Bereichs von annäherungsweise 25°C (Normaltemperatur) bis 80°C betrieben werden, um eine ausreichende Lebensdauer und Leistung zu ermöglichen und einen stabilen Ausgabezustand zu erlangen.
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Beispielsweise erzeugt ein Brennstoffzellenstapel in einem Brennstoffzellensystem typischerweise elektrische Energie durch die elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff und gibt Wärme und Wasser als Reaktionsnebenprodukte ab. Um die Temperatur des Brennstoffzellenstapels davon abzuhalten, in dem Brennstoffzellensystem anzusteigen, wird typischerweise das Thermo-Managementsystem eingesetzt, um den Brennstoffzellenstapel und andere Komponenten innerhalb des Systems zu kühlen.
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Im Allgemeinen kühlen Thermo-Managementsysteme den Brennstoffzellenstapel durch Zirkulieren von Wasser durch einen Kühlwasserkanal innerhalb des Brennstoffzellenstapels, um einen Brennstoffzellenstapel innerhalb eines optimalen Temperaturbereichs zu erlangen.
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Insbesondere umfasst ein Thermo-Managementsystem im Allgemeinen eine Kühlwasserleitung, welche zwischen dem Brennstoffzellenstapel und einem Radiator verbunden ist, um das Kühlwasser zu zirkulieren, eine Umgehungsleitung und ein 3-Wegeventil, welches vorgesehen ist, um das Kühlwasser um den Radiator herum zu leiten, eine Pumpe, welche das Kühlwasser durch die Kühlwasserleitung pumpt, einen Heizer, welcher das Kühlwasser erhitzt, und dergleichen.
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In Thermo-Managementsystemen für ein Brennstoffzellenfahrzeug werden Teile jedoch im Allgemeinen individuell entwickelt, weshalb die Anzahl an Teilen und Mannstunden, die erforderlich sind, um das Thermo-Managementsystem zusammenzubauen, hoch sind. Darüber hinaus erzeugen diese Systeme im Allgemeinen eine Menge von totem Raum. Dies macht es sehr schwierig, die erforderliche Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung des Thermo-Managementsystems zu erzielen, die durch Fahrzeughersteller gefordert werden, wenn die Leistung und Lebensdauer des Thermo-Managementsystems weiterhin aufrechterhalten werden.
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Beispielsweise ist es schwierig, den Verbindungsraum zwischen Pumpenrohr und 3-Wegeventil zu verringern. Dieser Verbindungsraum vergrößert den Differenzdruck zwischen diesen Teilen und verringert Strömungsrate und Kühlleistung etc.
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Aus der
US 2012/0168138 A1 ist Thermo-Managementsystem bekannt, welches unter anderem für den Einsatz in einem Brennstoffzellenfahrzeug vorgesehen ist. Dieses Thermo-Managementsystem umfasst eine Gehäuseeinheit, innerhalb welcher ein Ventilkörper, eine Wärmetauschereinheit sowie eine Pumpeinheit gemeinsam angeordnet sind. Weitere Komponenten, wie beispielsweise eine Heizereinheit oder auch zusätzliche Wärmetauscher werden jeweils über separate Kühlkreisläufe in das Thermo-Managementsystem eingebunden.
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Die
DE 10 2009 019 944 A1 offenbart ein Temperatursystem für ein Batteriestapel in einem Fahrzeug. Dieses Temperatursystem umfasst einen Kühlkreislauf, in welchem die Komponenten, wie beispielsweise Radiatoren, Antriebsaggregat, Ventile, Luftabscheider und Heizer, getrennt voneinander im Kühlkreislauf vorgesehen sind.
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In der
DE 10 2009 023 863 A1 sind Kühlmittel-Pumpmodule zum Einsatz in thermischen Managementsystemen und insbesondere Kühlmittel-Pumpmodule, die eine integrierte Kühlmittelpumpe und ein Ablenk- oder Mischventil aufweisen, beschrieben.
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Die oberen Informationen, welche in diesem Hintergrundabschnitt offenbart sind, dienen lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung und können demnach Informationen enthalten, welche nicht den Stand der Technik bilden, welcher einem Fachmann bereits bekannt ist.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung stellt ein Thermo-Managementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereit, das dazu in der Lage ist, eine Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung des Thermo-Managementsystems zu erzielen sowie ein Leistungsniveau und eine Lebensdauer des Thermo-Managementsystems zu erhöhen, indem ein neuer Typ von integrierten Thermo-Managementsystemgehäuse implementiert wird, bei dem ein Gehäuse eines Pumpfluidteils, ein Gehäuse eines 3-Wegeventilfluidteils und ein Umgehungskanal des Thermo-Managementsystems für ein Brennstoffzellenfahrzeug integriert sind.
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Um die obere Aufgabe zu lösen, weist ein Thermo-Managementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung folgende Merkmale auf. In einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Thermo-Managementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug bereit, aufweisend: einen Radiator, der eingerichtet ist, ein Fluid zu kühlen; eine Fluidleitung, die eingerichtet ist, das Fluid zwischen dem Radiator und einem Brennstoffzellenstapel zu zirkulieren; einen Umgehungskanal, der eingerichtet ist, das Fluid um den Radiator herum zu leiten; eine Pumpe, welche das Fluid zirkuliert; und ein 3-Wegeventil, das eingerichtet ist, einen Fluidströmungspfad zwischen der Fluidleitung und dem Umgehungskanal umzuschalten. Insbesondere weist das System ferner ein integriertes Thermo-Managementsystemgehäuse auf, das eingerichtet ist, innerhalb eines Pumpgehäuseteils, der mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass verbunden ist, die mit einem Auslass des Brennstoffzellenstapels und einem Einlass des Radiators verbunden sind, eines 3-Wegeventilgehäuseteils, der mit dem Fluideinlass und dem Fluidauslass verbunden ist, welche mit einem Auslass des Radiators und einem Einlass des Brennstoffzellenstapel verbunden sind, und des Umgehungskanal vorgesehen zu sein, welcher eine Verbindung zwischen dem Pumpgehäuseteil und dem 3-Wegeventilgehäuseteil schafft, wobei das Pumpgehäuseteil, das 3-Wegeventilgehäuseteil, ein Heizergehäuseteil und der Umgehungskanal gemeinsam in dem integrierten Thermo-Managementsystemgehäuse integriert sind.
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Demnach kann das Wärmemanagementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug miniaturisiert werden und ein verringertes Gewicht aufweisen, indem Gehäuseabschnitte von Teilen in dem integrierten Thermo-Managementsystemgehäuse integriert/zusammengefasst werden.
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In der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Umgehungskanal, der mit dem 3-Wegeventilgehäuseteil innerhalb des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses verbunden ist, mit einem Heizergehäuseteil verbunden, um das Fluid, welches aus dem Umgehungskanal austritt, dem 3-Wegeventilgehäuseteil über den Heizergehäuseteil zuzuführen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein vorderes Ende des Pumpgehäuses innerhalb des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses mit einem Blasenabscheidbehälter verbunden sein, welcher Blasen abscheidet, um das Fluid, das durch den Fluideinlass zugeführt wird, dem Pumpgehäuse über dem Blasenabscheidbehälter zuzuführen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Blasenabscheidbehälter ein Ventil aufweisen, welches Blasen zum Zeitpunkt des Expandierens des Fluids ans Äußere des Gehäuses abgibt und das Fluid zum Zeitpunkt des Kontrahieren des Fluids dem Inneren davon zuführt.
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Das Thermo-Managementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß den exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weist folgende Vorteile auf.
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Erstens ist es möglich, die Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung zu erzielen, sodass Schläuche und/oder Rohre von dem System entfernt werden können. Darüber hinaus kann die Leitungsmenge in dem Gesamtsystem durch Integrieren der Thermo-Managementteile verringert werden.
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Zweitens ist es möglich, eine Leistung und Lebensdauer des Systems durch Integrieren der Thermo-Managementteile konstant aufrecht zu erhalten.
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Drittens ist es möglich, die Anzahl von Teilen und Mannstunden, die zum Zusammenbauen des Systems erforderlich sind, durch Integrieren der Thermo-Managementteile zu verringern.
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Demnach ist es gemäß den exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, den Differenzdruck innerhalb des Systems und die Raummenge, die durch das System erforderlich ist, aufgrund des Entfernens von nicht erforderlichen Schläuchen und Rohren zu verringern, indem der Ausströmungsraum, der Schlauchkanal und das 3-Wegeventil integriert werden.
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Figurenliste
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Die oberen und weitere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden nun im Detail unter Bezugnahme auf bestimmte exemplarische Ausführungsformen davon, welche in den begleitenden Zeichnungen gezeigt sind, beschrieben, wobei diese hier lediglich zu illustrativen Zwecken bereitgestellt werden und demnach nicht für die vorliegende Offenbarung beschränkend sind.
- 1 ist eine Abbildung, welche schematisch ein Thermo-Managementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer exemplarischen Ausführungsform zeigt.
- 2 ist eine Abbildung, welche schematisch ein Thermo-Managementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 3 ist eine Abbildung, welche schematisch ein Thermo-Managementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 4A bis 4D sind perspektivische Ansichten, welche ein Implementationsbeispiel des Thermo-Managementsystems für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Bezugszeichen in den Zeichnungen umfassen Bezüge zu den folgenden Elementen, wie im Folgenden ausgeführt:
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- Radiator
- 12
- Fluidleitung
- 14
- Pumpe
- 16a, 16b
- Fluideinlass
- 18
- Pumpgehäuseteil
- 20
- integriertes Thermo-Managementsystemgehäuse
- 22
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Blasenabscheidbehälter (Luftfalle)
- 23
- Ventil (Kappe)
- 24
- Heizer
- 11
- Brennstoffzellenstapel
- 13
- Umgehungskanal
- 15
- 3-Wegeventil
- 17a, 17b
- Fluidauslass
- 19
- 3-Wegeventilgehäuseteil
- 21
- Heizergehäuseteil
- 25
- Verbindungspassagenteil
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Es wird darauf hingewiesen, dass die begleitenden Zeichnungen nicht zur Skalierung erforderlich sind und eine vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen, die für die Basisprinzipien der Erfindung illustrativ sind, zeigen. Die spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, wie diese hierin offenbart ist, umfassend beispielsweise bestimmte Abmessungen, Orientierungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die beabsichtigte Anwendung und Anwendungsumgebung bestimmt.
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In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen auf gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Begriffe „Fahrzeug“ oder „fahrzeugartig“ oder weitere ähnliche Begriffe, wenn diese hierin verwendet werden, auf Motorfahrzeuge im Allgemeinen beziehen, wie Personenautomobile umfassend Sports-Utility-Vehicles (SUVs), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge umfassend eine Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, elektrische Fahrzeuge, elektrische Plug-in Hybridfahrzeuge, wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Alternativkraftstofffahrzeuge (zum Beispiel Brennstoffe, die von anderen Quellen als Öl abgeleitet werden) umfassen. Ein Hybridfahrzeug im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrzeug, welches zwei oder mehr Energiequellen, zum Beispiel eine brennstoffangetriebene und eine elektrisch angetriebene Quelle, aufweist.
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1 ist eine Abbildung, welche schematisch ein Thermo-Managementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer exemplarischen Ausführungsform zeigt.
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Wie in 1 gezeigt, weist das Thermo-Managementsystem eine Struktur auf, bei welcher ein Gehäuseteil einer Pumpe, ein Gehäuseteil eines 3-Wegeventils, ein Umgehungskanal und dergleichen innerhalb eines einzelnen integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses angeordnet sind, um das Thermo-Managementsystemgehäuse zu miniaturisieren und das Gewicht davon zu reduzieren.
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Dazu weist das Thermo-Managementsystem einen Radiator 10 auf, welcher ein Fluid und einen Brennstoffzellenstapel 11 kühlt, wobei der Radiator 10 und der Brennstoffzellenstapel 11 miteinander durch eine Fluidleitung 12 verbunden sein können, um eine Zirkulationsströmung des Fluids, beispielsweise Kühlwasser zwischen dem Radiator 10 und dem Brennstoffzellenstapel 11, zu implementieren.
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Das Thermo-Managementsystem kann als eine Einheit verkörpert sein, die Energie bereitstellt, um das Fluid zu zirkulieren, und eine Pumpe 14 (zum Beispiel elektrisch), einen Umgehungskanal 13 als eine Einheit, welche das Fluid um den Radiator 10 herum führt, ein 3-Wegeventil 15 als eine Einheit, welche selektiv eine Strömung des Fluids in Richtung des Umgehungskanals 13 oder des Radiators 10 umschaltet und dergleichen aufweisen.
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Durch diese Ausgestaltung zirkuliert das Fluid des Thermo-Managementsystems zu dem Radiator 10, zu dem 3-Wegeventil 15, anschließend zu dem Brennstoffzellenstapel 11, dann zur Pumpe 14. Alternativ kann das Fluid durch den Umgehungskanal 13, zu dem 3-Wegeventil 15, dann zum Brennstoffzellenstapel 11, dann zur Pumpe 14 entlang der Fluidleitung 12 zirkulieren, wenn die Pumpe 14 betrieben wird, wodurch ein Kühlbetrieb und dergleichen in dem Brennstoffzellenstapel ausgeführt wird.
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In der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind ein Pumpgehäuseteil 18, der ein Passagenabschnitt ist, durch welchen sich das Fluid in die Pumpe 14 bewegt, ein 3-Wegeventilgehäuseteil 19, welcher ein Passagenteil ist, durch welchen das Fluid sich in das 3-Wegeventil 15 bewegt, und die Umgehungspassage 13 alle ganzheitlich innerhalb des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 integriert.
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Eine Seite des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 ist mit einem Fluideinlass 16a versehen, mit dem die Fluidleitung 12, die sich von einem Auslass des Brennstoffzellenstapels 11 erstreckt, verbunden ist, wobei die andere Seite davon mit einem Fluidauslass 17a versehen ist, mit dem die Fluidleitung 12, welche sich zu einem Einlass des Radiators 10 erstreckt, verbunden ist.
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Auf der anderen Seite ist ein Abschnitt einer Vorderfläche des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 mit einem Fluideinlass 16b versehen, mit dem die Fluidleitung 12, die sich von dem Auslass des Radiators 10 erstreckt, verbunden ist, wobei ein Abschnitt einer Bodenfläche davon benachbart zu dem Fluideinlass 16b mit einem Fluidauslass 17b verbunden ist, mit dem die Fluidleitung 12, die sich zu einem Einlass des Brennstoffzellenstapels 11 erstreckt, verbunden ist.
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Demnach kann eine Basisströmung ausgebildet werden, bei welcher das Fluid, das in das integrierte Thermo-Managementsystemgehäuse 20 durch den Fluideinlass 16a der einen Seite des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 eintritt, durch den Pumpgehäuseteil 18 und dergleichen hindurchgeht und anschließend zu einem Fluidauslass 17a der anderen Seite davon ausgegeben wird, wobei das Fluid, welches in das integrierte Thermo-Managementsystemgehäuse 20 durch den Fluideinlass 16b der Vorderseite davon eintritt, durch den 3-Wegeventilgehäuseteil 19 hindurchgeht und dann an den Fluidauslass 17b der Bodenfläche davon ausgegeben wird.
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Der Pumpgehäuseteil 18 der Pumpe 14 kann einen Kanal aufweisen, durch welchen das Fluid hindurchgeht, das der Pumpe, welche ein Laufrad aufweist, zugeführt wird, wobei ein Ansaugabschnitt des Gehäuseteils mit dem Fluideinlass 16a des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 zum Verbinden der Fluidleitung 12, die sich von dem Auslass des Brennstoffzellenstapels 11 erstreckt, verbunden ist, und ein Ausgabeabschnitt des Gehäuseteils mit dem Fluidauslass 17a des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 zum Verbinden der Fluidleitung 12 verbunden ist, die sich zum Einlass des Radiators 10 durch einen Verbindungspassagenteil 25 erstreckt. In dieser Art und Weise kann ein Ausströmungsraum in einem Modul vorgesehen werden, wenn der Pumpgehäuseteil 18 in dem integrierten Thermo-Managementsystemgehäuse 20 modularisiert wird. Dies wird dadurch getan, indem eine eingravierte/eingeprägte/eingekerbte Struktur verwendet wird.
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Wie in 4A gezeigt, sind die Pumpe und ein Pumpenkörper, welcher verschieden von dem Pumpengehäuseteil 18 der Pumpe 14 ist, angebracht, um an einer Seite einer Hinterfläche des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 gelagert zu sein. Der 3-Wegeventilgehäuseteil 19 des 3-Wegeventils 15 kann einen Kanal aufweisen, durch welchen das Fluid hindurchgeht, welches dem Ventil, das einen Ventilkörper und einen Antriebsteil aufweist, zugeführt wird, wobei der Ansaugabschnitt des Gehäuseteils mit dem Fluideinlass 16b des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 zum Verbinden der Fluidleitung 12, die sich von dem Auslass des Radiators 10 erstreckt, und eines Heizergehäuseteils 21, der im Folgenden beschrieben wird, verbunden ist und ein Ausgabeabschnitt des Gehäuseteils mit dem Fluidauslass 17b des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 zum Verbinden der Fluidleitung 12, die sich zum Einlass des Brennstoffzellenstapels 11 erstreckt, verbunden ist.
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Wie in 4A gezeigt, ist der Ventilkörper, der verschieden von dem 3-Wegeventilgehäuseteil 19 des 3-Wegeventils 15 ist, angebracht, um an einem vorderen Abschnitt einer oberen Fläche des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 gelagert zu sein. Der Umgehungskanal 13 ist eine Passage, durch welche das Fluid, das von der Pumpe 14 dem Radiators 10 zugeführt wird, umgeleitet wird, und ist angebracht, um zwischen dem Verbindungspassagenteil 25, der sich von dem Ausgabeabschnitt des Pumpgehäuseteils 18 innerhalb des Gehäuses an einer Position benachbart zu dem Fluidauslass 17a des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 erstreckt, und dem Ansaugabschnitt des 3-Wegeventilgehäuseteils 19 zu verbinden. Dieser Ansaugabschnitt ist ein Ansaugabschnitt eines anderen Gehäuseteils, der an einer gegenüberliegenden Seite des Ansaugabschnitts des Gehäuseteils angeordnet ist, mit dem der Fluideinlass 16b des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 verbunden ist (wenn der Heizergehäuseteil nicht vorgesehen ist).
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2 ist eine Abbildung, welche schematisch ein Thermo-Managementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 2 gezeigt, ist hier eine Struktur dargestellt, bei welcher der Gehäuseteil des Heizers in dem integrierten Modul umfasst ist, das in der ersten exemplarischen Ausführungsform gezeigt ist.
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Das heißt, dass der Heizergehäuseteil 21 eines Heizers 24 einen Kanal aufweist, durch welchen das Fluid hindurchgeht, das in den Heizer, der einen Heizerkern aufweist, eingeführt wird, und angebracht ist, um zwischen einem hinteren Ende des Umgehungskanals 13 innerhalb des Gehäuses an einer Position benachbart zu dem Fluidauslass 17a des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 und dem Ansaugabschnitt des 3-Wegeventilgehäuseteils 19 verbunden zu sein. Dieser Ansaugabschnitt ist der Ansaugabschnitt des Gehäuseteils des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20, mit dem der Umgehungskanal 13 verbunden ist.
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Wie in 4A gezeigt, ist ein Heizkörper, der verschieden von dem Heizergehäuseteil 21 des Heizers 24 ist, angebracht, um durch einen Abschnitt einer hinteren Fläche des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 gestützt zu werden, das heißt einer Seite des Pumpkörpers. Daher kann das Fluid, welches durch den Umgehungskanal 13 strömt, erwärmt werden, während dieses durch den Heizergehäuseteil 21 hindurchgeht und anschließend dem 3-Wegeventilgehäuseteil 19 zugeführt werden. In dieser Ausgestaltung kann ein Energieteil des Heizers 24 die Temperaturgleichmäßigkeit einer Fläche des Heizers aufgrund von Heizstäben, die gleichförmig angeordnet sind, vergrößern.
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3 ist eine Abbildung, welche schematisch ein Thermo-Managementsystem für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 3 gezeigt, ist eine Struktur hierin gezeigt, bei welcher ein Blasenabscheidbehälter zum Abscheiden von Blasen in dem integrierten Modul, das in der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß 2 gezeigt ist, umfasst ist.
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Das heißt, dass der Blasenabscheidbehälter 22 innerhalb des Gehäuse an einer Position benachbart zu dem Fluideinlass 16a des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 angeordnet ist, wobei ein vorderes Ende und ein hinteres Ende davon jeweils in einer Struktur angebracht sind, die zwischen dem Fluideinlass 16a und dem Ansaugabschnitt des Pumpgehäuseteils 18 verbunden ist. Daher kann das Fluid dem Pumpgehäuseteil 18 zugeführt werden, nachdem Blasen in dem Fluid, welches in das Gehäuse durch den Fluideinlass 16a des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 eintritt, durch Hindurchgehen durch den Blasenabscheidbehälter 21 abgeschieden wurden.
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In diesem Fall kann der Blasenabscheidbehälter 22 mit einem Ventil (nicht gezeigt) versehen sein. In diesem Fall kann das Ventil dem Zuführen von Blasen ans Äußere des Gehäuses während der Fluidexpansion und dem Einführen des Fluids in das Gehäuse während der Fluidkontraktion dienen.
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4A bis 4D sind perspektivische Ansichten, welche ein Implementationsbeispiel des Thermo-Managementsystems für ein Brennstoffzellenfahrzeug gemäß der exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen. Wie in 4A bis 4D gezeigt, wird das integrierte Thermo-Managementsystemgehäuse 20 vorbereitet, das den Fluideinlass 16a, der mit dem Auslass des Brennstoffzellenstapels 11 verbunden ist, den Fluidauslass 17a, der mit dem Einlass des Radiators 10 verbunden ist, den Fluideinlass 16b, der mit dem Auslass des Radiators 10 verbunden ist, und den Fluidauslass 17b, der mit dem Einlass des Brennstoffzellenstapels 11 verbunden ist, aufweist. Eine Hinterfläche des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 ist mit dem Pumpkörper und dem Heizkörper parallel vorgesehen, wobei die Oberfläche davon mit dem Ventilkörper versehen ist.
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Insbesondere ist das Innere des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 kontinuierlich mit dem Fluideinlass 16a, dem Blasenabscheidbehälter 22, dem Pumpgehäuseteil 18 vorgesehen, wobei der Fluidauslass 17a kontinuierlich mit dem Umgehungskanal 13 und dem Heizergehäuseteil 21 über den Verbindungspassagenteil 25 vorgesehen ist.
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Der Fluideinlass 16b und der Fluidauslass 17b sind kontinuierlich mit dem 3-Wegeventilgehäuseteil 19 vorgesehen, wobei der so angeordnete 3-Wegeventilgehäuseteil 19 kontinuierlich mit dem Heizergehäuseteil 21 vorgesehen ist. Demnach kann die Strömung des Fluid innerhalb des integrierten Thermo-Managementsystemgehäuses 20 eine Strömung von dem Fluideinlass 16a in den Blasenabscheidbehälter 22, dann den Pumpgehäuseteil 18, dann den Verbindungspassagenteil 25 und heraus durch den Fluidauslass 17a aufweisen. Alternativ kann eine Strömung durch den Fluideinlass 16a, dann in den Blasenabscheidbehälter 22, dann in den Pumpgehäuseteil 18, dann den Verbindungspassagenteil 25, dann den Umgehungskanal 13, dann den Heizergehäuseteil 21, dann den 3-Wegeventilgehäuseteil 19, und dann heraus durch den Fluidauslass 17b aufweisen.
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Die Gesamtströmung des Fluids des Thermo-Managementsystems kann eine Zirkulationsströmung von dem Brennstoffzellenstapel 11 in den Fluideinlass 16a, dann den Blasenabscheidbehälter 22, dann den Pumpgehäuseteil 18, dann den Verbindungspassagenteil 25, dann heraus durch den Fluidauslass 17a, dann durch den Radiator 10, zurück in den Fluideinlass 16a in den 3-Wegeventilgehäuseteil 19, dann heraus durch den Fluidauslass 17b, dann in den Brennstoffzellenstapel 11 während des Normalbetriebs aufweisen. Alternativ kann die Gesamtströmung des Fluids des Thermo-Managementsystems eine Zirkulationsströmung durch den Brennstoffzellenstapel 11, dann in den Fluideinlass 16a in den Blasenabscheidbehälter 22, dann den Pumpgehäuseteil 18, anschließend in den Verbindungspassagenteil 25 durch den Umgehungskanal 13, in den Heizergehäuseteil 21 durch den 3-Wegeventilgehäuseteil 19 und heraus durch den Fluidauslass 17b und zurück in den Brennstoffzellenstapel 11 während des Umgehungsbetriebs aufweisen.
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Wie weiter oben beschrieben, ist gemäß der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das integrierte Thermo-Managementsystemgehäuse, welches die Gehäuseabschnitte der Thermo-Managementteile integrieren kann, derart implementiert, dass die Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung des Thermo-Managementsystems erzielt werden kann, die Leistung und Beständigkeit des Thermo-Managementsystems aufrechterhalten werden können, die Anzahl von Teilen reduziert werden kann und die Anzahl von Mannstunden, die zum Zusammenbau des Systems erforderlich ist, verringert werden kann.
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Beispielsweise kann der Raum, der für den bestehenden Ausgabeteil und Schlauchverbindungsteil erforderlich ist, durch Integration des Schlauchkanals in das Modulgehäuse verringert werden, wobei der Raum, der für eine Klemmenverbindung zwischen einem Ausgabeteil und dem Schlauch, einem zusätzlichen Verbindungsteil zwischen den Klemmen und dem 3-Wegeventilschlauch erforderlich ist, durch Entfernen des Schlauchkanals ausgelassen werden kann, und der Raum, der zum Anbringen des 3-Wegeventilgehäuseteils und des Pumpenausströmungsraums erforderlich ist, durch Integrieren des Gehäuses und des Pumpenausströmungsraums in dem Modulgehäuse ausgelassen werden kann.
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Die Erfindung wurde im Detail mit Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen davon beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass dem Fachmann bekannt ist, dass Veränderungen an diesen Ausführungsformen möglich sind, ohne von den Prinzipien und der Lehre der Erfindung abzuweichen, deren Umfang in den begleitenden Ansprüchen definiert ist.
