KR20110019333A - 템퍼링 장치 - Google Patents

템퍼링 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20110019333A
KR20110019333A KR1020100079387A KR20100079387A KR20110019333A KR 20110019333 A KR20110019333 A KR 20110019333A KR 1020100079387 A KR1020100079387 A KR 1020100079387A KR 20100079387 A KR20100079387 A KR 20100079387A KR 20110019333 A KR20110019333 A KR 20110019333A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coolant
cooling
cooler
heat pump
fuel cell
Prior art date
Application number
KR1020100079387A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101789031B1 (ko
Inventor
올리퍼 파일
Original Assignee
로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 로베르트 보쉬 게엠베하 filed Critical 로베르트 보쉬 게엠베하
Publication of KR20110019333A publication Critical patent/KR20110019333A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101789031B1 publication Critical patent/KR101789031B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04059—Evaporative processes for the cooling of a fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Abstract

본 발명은 특히 차량용 연료셀 시스템(3)의 적어도 하나의 연료셀(2)을 적어도 템퍼링 하기 위한 템퍼링 장치(1)에 관한 것으로, 상기 연료셀(2)은 냉각 시스템(40) 내에서 유동할 수 있는 냉각제에 의해 템퍼링될 수 있고, 상기 템퍼링 장치는 적어도 하나의 냉각기(4, 5)와 냉각제가 순환할 수 있는 열 펌프(20)를 포함하고, 상기 열 펌프(20)는 냉각제에 의해 냉각제를 가열하기 위한 제 1 가열 장치(21)를 포함하고, 상기 제 1 가열 장치(21)는 냉각 시스템(40)의 제 1 냉각제 부분 경로(41)에 배치된다.
본 발명에 따라 제 1 냉각제 부분 경로(41)에서 가열될 수 있는 냉각제는 냉각제 부분 경로(42, 43)에서 냉각제의 냉각을 위한 냉각기(4, 5)를 통해 유동할 수 있고, 이 경우 특히 제 1 냉각제 부분 경로(41)는 유동 방향으로 볼 때 연료셀(2) 뒤에 배치된다.

Description

템퍼링 장치{Tempering device}
본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른, 특히 차량용 연료셀 시스템의 적어도 하나의 연료셀을 템퍼링하는 템퍼링 장치로서, 적어도 하나의 냉각기와 냉각제가 순환할 수 있는 열 펌프를 포함하고, 상기 연료셀은 냉각 시스템 내에서 유동할 수 있는 냉각제에 의해 템퍼링될 수 있고, 상기 열 펌프는 냉각제에 의해 냉각제를 가열하기 위한, 냉각 시스템의 제 1 냉각제 부분 경로에 배치된 제 1 가열 장치를 포함하는 템퍼링 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구범위 제 14 항의 전제부에 따른 템퍼링 장치의 작동 방법에 관한 것이다.
중합체-전해질 박막-연료셀과 같은 저온 연료셀들은 출력이 매우 강한 냉각기를 필요로 하는데, 그 이유는 예컨대 중합체-전해질 박막-연료셀을 위한 60-80℃의 작동 온도는 주변 온도보다 약간 높고, 연료셀로부터 냉각제로 많은 열 전달이 이루어지기 때문이다. 이로 인해 높은 부하 시 냉각이 더 이상 충분하지 않게 되고, 충분하지 않은 냉각으로 인해 연료셀의 출력이 제한될 수밖에 없다. 차량에서 연료셀의 사용하는 경우 언덕길 또는 고속 주행 시, 주변 온도가 높을 경우에 출력이 제한될 수 있다. 또한, 콜드 스타트라고도 하는, 낮은 온도에서 연료셀의 작동 시작 시 연료셀은 낮은 출력만 제공할 수 있는데, 그 이유는 전기화학 반응과 그에 따른 연료셀의 전압이 온도에 매우 의존적이기 때문이다. 따라서 콜드 스타트 시 연료셀의 온도는 신속하게 상승해야 한다. 또한, 연료셀 차량은 구동 모터, 컴프레서, 파워 전자장치와 같은 다른 장치들을 냉각하기 위한 다른 냉각 장치들 또는 에어컨디셔닝 장치의 부분인 냉각 장치들을 필요로 한다.
DE 101 52 233 A1 호에는 연료셀 유닛이 배치된 제 1 냉각 회로를 구비한 연료셀 시스템이 공지되어 있다. 제 1 냉각 회로는 열 펌프를 통해 별도의 제 2 냉각 회로에 연결되고, 상기 제 2 냉각 회로에는 공기 냉각기가 배치될 수 있다. 열 펌프는 제 1 냉각 회로로부터 열을 빼내어 이 열을 더 높은 온도의 제 2 냉각 회로에 공급하기 때문에, 공기 냉각기는 더 작게 설계될 수 있다. 추가로 또는 공기 냉각기 대신에, 2개의 냉각 회로들에 다른 부품들이 배치될 수 있다. 제 2 냉각 회로의 열은 차량 객실의 난방을 위한 또는 연료 가열을 위한 가열 부품에 이용될 수 있다. 이를 위해 다른 냉각 회로들 및/또는 열 펌프들이 제공될 수 있다. 연료셀 유닛을 냉각하기 위해, 적어도 2개의 냉각 회로들이 필요한 것이 단점이다. 적어도 3개의 펌프들, 즉 각각의 냉각 회로를 위한 하나의 펌프 및 열 펌프를 위한 하나의 펌프가 작동되어야 한다. 별도의 제 2 냉각 회로에 공기 냉각기가 배치되면, 연료셀 유닛이 상기 연료셀 유닛의 부분 부하 작동시에도 열 펌프의 작동에 의해서만 냉각될 수 있지만, 이는 열 펌프의 출력 소비로 인해 비효율적이다. 콜드 스타트 시 열 펌프에 의한 연료셀 시스템의 가열은 언급되어 있지만, 기술적으로 재현 가능한 방법은 공지되어 있지 않다. 따라서 연료셀 유닛의 가열을 위한 열 펌프에 의한 열 전달이 언급되어 있지 않다.
DE 198 50 829 C1 호에는 연료셀을 구비한 차량용 냉각-가열 회로가 공지되어 있다. 냉각-가열 회로는 열 교환기를 통해, 연료셀이 있는 연료셀-냉각 회로에 연결된다. 냉각-가열 회로는 열 교환기 및 다른 장치, 예컨대 전자 회로 또는 컴프레서를 차량 냉각기에 의해 냉각하는데 이용된다. 또한, 냉각-가열 회로에 열 펌프가 배치될 수 있다. 열 펌프는 차량 객실의 냉방 또는 난방에 이용되고, 냉각-가열 회로로 열을 유입하거나 또는 냉각-가열 회로에서 열을 빼낸다. 이 경우, 열 교환기를 통해 냉각-가열 회로에 연료셀의 연결은 효율 손실을 일으키는 것이 단점이다. 다른 장치 및 열 교환기의 온도 레벨은 분리될 수 없다. 또한, 차량 객실을 냉방 또는 난방하기 위해 열 펌프만 작동되고, 열 펌프의 작동은 연료셀의 요구에 따르지 않을 수 있는 것이 단점이다. 전부하로 연료셀 작동 시 그리고 차량 객실의 냉방을 위한 열 펌프의 작동 시 냉각-가열 회로는 열 펌프에 의해 추가로 부하를 받는다. 열 펌프로부터 냉각-가열 회로의 냉각제로 열이 유입되면, 열 펌프에 의해 가열된 냉각제는 열 교환기 및 다른 장치를 냉각시킨 나머지 냉각제와 혼합되어 차량 냉각기에 공급되므로, 열 펌프에 의해 가열된 냉각제의 온도 레벨이 낮아지고 냉각이 비효율적이 된다.
본 발명의 목적은, 특히 차량용 연료셀 시스템의 적어도 하나의 연료셀을 적어도 템퍼링하기 위한 템퍼링 장치 및 연료셀의 템퍼링에 이용되는 냉각 시스템 내로 열 펌프를 통해 유입되는 열이 가능한 효율적으로 및/또는 효과적으로 방출되는, 템퍼링 장치의 작동 방법을 제공하는 것이다. 이 경우 열은 특히 연료셀의 폐열일 수 있다.
상기 목적의 달성을 위해, 청구범위 제 1 항, 특히 특징부의 특징을 포함하는 템퍼링 장치가 제안된다. 템퍼링 장치의 바람직한 개선예는 장치 관련 종속 청구항에 제시된다. 또한, 상기 목적은 독립 청구항 제 14 항에 따른 방법에 의해 달성되고, 방법 관련 종속 청구항에 바람직한 개선예가 제시된다. 본 발명에 따른 템퍼링 장치와 관련하여 기술된 특징들 및 세부사항은 물론 본 발명에 따른 방법과 관련해서 및 그 반대로도 적용된다. 청구범위 및 상세한 설명에 언급된 특징들은 각각 단독으로 또는 조합되어 본 발명에 있어서 중요할 수 있다.
본 발명에 따라, 제 1 냉각제 부분 경로에서 가열될 수 있는 냉각제는 냉각제 부분 경로에서 냉각제의 냉각을 위한 냉각기를 통해 유동할 수 있다. 템퍼링 장치는 냉각 시스템을 포함하고, 상기 냉각 시스템에는 적어도 하나의 연료셀이 배치된다. 냉각 시스템 내에서 유동하는 냉각제에 의해 연료셀이 냉각될 수 있다. 바람직하게 콜드 스타트 시 냉각 시스템의 냉각제에 의한 연료셀의 가열도 가능하다. 템퍼링 장치는 열 펌프를 포함한다. 열 펌프 내에서 냉각제가 순환하고, 상기 냉각제는 열 펌프의 냉각 장치에서 열을 흡수하고, 열 펌프의 가열 장치에서 열을 방출한다. 본 발명에 따른 템퍼링 장치에서 열 펌프의 적어도 하나의 제 1 가열 장치는 냉각 시스템에 배치되는 한편, 열 펌프의 냉각 장치는 냉각 시스템 내에 및/또는 냉각 시스템의 외부에 배치될 수 있다.
열 펌프의 제 1 가열 장치는 냉각 시스템의 제 1 냉각제 부분 경로에 배치된다. 냉각제의 일부만 유동할 수 있는 냉각 시스템의 부분을 냉각제 부분 경로라고 하는데, 그 이유는 냉각제가 선택적으로 흐를 수 있는, 냉각 시스템의 적어도 하나의 다른 냉각제 부분 경로도 제공되기 때문이다. 그러나 이 경우 밸브가 다른 냉각제 부분 경로를 차단하기 때문에 냉각 시스템의 적절한 제어- 또는 조절 상태에서 냉각제 전체가 하나의 냉각제 부분 경로를 통해 흐르는 것이 고려될 수 있다. 제 1 가열 장치가 냉각제 부분 경로에 배치됨으로써, 소량의 냉각제만 제 1 가열 장치를 통해 유동하게 하여 냉각제로부터의 열 전달에 의해 냉각제가 매우 강하게 가열되는 것이 가능하다. 그렇게 가열된 냉각제의 온도는 100 - 120℃일 수 있고, 연료셀의 작동 중단 시 냉각제의 온도보다 현저히 높을 수 있다. 냉각제 부분 경로 내의 배치 역시 필요하고 바람직한데, 그 이유는 연료셀의 작동은 많은 냉각제 유동을 필요로 하기 때문이다. 본 발명에 따라, 제 1 가열 장치에서 가열된 냉각제는 가열 장치를 관류하지 않은 냉각제와 혼합되는 것이 아니라, 높은 온도를 유지하고 별도의 냉각제 부분 경로에서 냉각기를 관류한다. 냉각제 유동의 적어도 일부를 냉각할 수 있는 냉각 시스템의 장치를 하기에서는 냉각기라고 한다. 그와 달리, 냉각제를 가열하는 열 펌프의 부분을 냉각 장치라고 한다. 제 1 가열 장치에서 강력히 가열된 냉각제의 온도와 냉각기가 냉각제의 열을 제공하는 매체, 예컨대 주변 공기의 온도 사이의 높은 온도 차에 의해 특히 효율적인 냉각이 달성될 수 있다. 바람직하게, 제 1 가열 장치는 유동 방향으로 연료셀 후방에 배치되는데, 그 이유는 거기에서 냉각제가 연료셀에 의해 가열되기 때문이다.
냉각 시스템에 메인 냉각기가 배치되는 것을 고려할 수 있다. 메인 냉각기는 차량에 연료셀을 장착하는 경우에 차량 냉각기일 수 있다. 메인 냉각기의 1차 과제는 냉각제를 냉각하는 것이고, 특히 적어도 연료셀의 부분 부하 작동 시 메인 냉각기의 냉각이 열 펌프의 작동 없이도 연료셀의 열을 주변으로 방출하기에 충분하도록 설계될 수 있다. 이로써, 열 펌프가 차단되거나 또는 특히 차량의 다른 장치들의 냉각을 위해 낮은 소비 전력으로 접속되어 있는 상태라도 연료셀은 냉각될 수 있다.
이 경우, 메인 냉각기가 고온 냉각기 및 저온 냉각기를 포함하는 것이 바람직하다. 이로써, 제 1 가열 장치에서 가열된 냉각제가 별도의 냉각제 부분 경로에서 메인 냉각기의 고온 냉각기를 관류할 수 있는 동시에 메인 냉각기의 저온 냉각기에서 제 1 가열 장치에 의해 추가로 가열되지 않은 냉각제도 냉각될 수 있는 것이 보장된다. 제 1 가열 장치에서 가열된 냉각제와 제 1 가열 장치에서 가열되지 않은 냉각제는 재료적으로 분리되어 메인 냉각기를 관류한다. 고온 냉각기와 저온 냉각기는 병렬로 및/또는 직렬로 접속될 수 있고, 직렬 접속의 경우 고온 냉각기는 후방 접속된다. 이 경우, 고온 냉각기와 저온 냉각기는 메인 냉각기를 관류하는 열 흡수 매체의 관점에서 보지 않으면 부분적으로 또는 완전히 커버될 수 있다. 고온 냉각기와 저온 냉각기는 하나의 부품에 통합될 수 있고, 예컨대 횡류에서는 하나의 냉각팬에 의해 발생된 공기 유동이 열 흡수 매체로서 이들을 관류한다.
제 1 가열 장치에서 가열된 냉각제를 냉각하는 냉각기는 메인 냉각기일 수 있다. 추가로 또는 대안으로서 제 1 가열 장치에서 가열된 냉각제는 연료셀 시스템의 작동을 위해 또는 연료셀 시스템의 사용 범위에서 필요하거나 또는 바람직한 유닛들을 가열할 수 있다. 연료셀의 추출물 또는 생성물을 위한 가열 장치, 콜드 스타트시 어큐뮬레이터 또는 히터가 상기 유닛에 포함된다. 히터는 연료셀에 의해 작동되는 차량의 객실을 가열할 수 있거나, 또는 열병합 발전소에서 연료셀의 사용시 가정용 난방기기일 수 있다. 따라서 냉각기는 열 교환기일 수도 있고, 상기 열 교환기에서는 제 1 가열 장치에서 가열된 냉각제가 냉각되고 차량 객실용 공기가 가열된다. 열 교환기는 차량의 히터를 보조할 수 있거나 또는 대체할 수 있다. 경우에 따라서 추가 히터는 생략될 수 있다. 제 1 가열 장치에서 가열된 냉각제의 높은 온도 레벨로 인해 열 교환기는 공간적으로 작은 치수를 가질 수 있고 및/또는 차량 객실은 더 신속하게 가열될 수 있다. 제 1 가열 장치에서 가열된 냉각제의 냉각을 위해 더 많은 냉각기가 가능하도록, 제 1 냉각제 부분 경로는 다른 냉각제 부분 경로에서 분기되고, 상기 다른 냉각제 부분 경로를 통해 흐르는 냉각제 유동은 적어도 하나의 밸브에 의해 제어 또는 조절될 수 있다. 냉각기는 공기, 연료셀의 기체 추출물 또는 생성물 또는 액체로 냉각되는 냉각기일 수 있다. 대안으로서, 상기 유닛들 중 적어도 하나의 유닛은 열 펌프의 다른 가열 장치에 의해 직접 가열될 수 있다. 이를 위해 열 펌프의 다른 가열 장치는 제 1 가열 장치에 대해 직렬로 또는 병렬로 배치될 수 있다. 바람직하게, 다른 가열 장치는 병렬로 접속되고, 다른 가열 장치를 통해 흐르는 냉각제 유동은 밸브에 의해 조절될 수 있다. 상기 가열 장치는, 특히 콜드 스타트 시 어큐뮬레이터 또는 캐소드 배출 유동의 가열을 위한 가열 장치일 수 있다.
열 펌프는 적어도 하나의 냉각 장치를 포함하고, 상기 냉각 장치에 의해 열 펌프의 냉각제 내로 열이 유입된다. 냉각 장치는 냉각 시스템 내에 배치될 수 있다. 냉각 장치에서 냉각제가 추가로 냉각될 수 있으므로, 냉각 시스템의 더 높은 냉각 능력이 야기될 수 있다. 이로써 메인 냉각기는 더 작게 설계될 수 있고, 전부하 시 연료셀 시스템의 출력 제한이 생략될 수 있다. 냉각 장치는 메인 냉각기에 대해 직렬로 또는 병렬로 배치될 수 있다.
대안으로서, 냉각 장치는 냉각 시스템 외부에 있는 냉각 장치일 수 있고, 다른 장치, 예컨대 어큐뮬레이터, 특히 트랙션 어큐뮬레이터, 구동 모터, 특히 캐소드 유입 유동의 압축을 위한 컴프레서, 에어컨디셔닝 장치 및/또는 파워 전자장치의 냉각에 이용된다. 이로써, 콜드 스타트의 경우에 냉각 시스템으로 열이 유입될 수 있고, 이러한 장치들의 냉각을 위한 냉각 장치들이 절감될 수 있다. 그러나 바람직하게 열 펌프는 냉각 시스템에 배치된 제 1 냉각 장치 및 연료셀의 냉각을 최적화하고 냉각 시스템 내로 열을 유입할 수 있는 다른 냉각 장치들을 포함한다. 냉각 장치들은 직렬로 또는 바람직하게 병렬로 접속될 수 있고, 병렬 접속 시 냉각제의 유량은 각각 팽창 밸브에 의해 별도로 조절 또는 제어될 수 있다. 선행기술에 따른 상기 장치들의 냉각을 위한 냉각 장치들과 달리, 상기 장치들의 냉각을 위한 본 발명에 따른 냉각 장치들은 예컨대 차량의 엔진실의 임의의 위치에 자유롭게 배치될 수 있다. 따라서 엔진실의 앞 부분에 있는 공간은 완전히 메인 냉각기를 위해 이용될 수 있다. 선행기술에 따른 냉각 장치들에 의해 메인 냉각기를 관류하는 공기를 예열하는 것은 생략된다. 냉각기 팬은 연료셀이 냉각을 필요로 할 때에만 작동되면 된다.
콜드 스타트 시 열 펌프를 통해 유입되는 열이 냉각기를 순환하지 않고 연료셀에 공급되도록 하기 위해, 냉각제를 가열하는 열 펌프의 가열 장치는 메인 냉각기를 지나가는 바이패스가 유동 방향으로 볼 때 가열 장치 후방에 배치되도록 배치될 수 있다. 대안으로서, 열 흡수 매체는 콜드 스타트 시 냉각기를 관류하지 않는다.
따라서 큰 융통성, 효율 및 효과를 갖는 템퍼링 장치가 달성될 수 있다. 템퍼링 장치 내에 배치된 열 펌프는 다수의 냉각 장치들을 포함할 수 있고, 상기 냉각 장치들에 의해 연료셀의 냉각제 자체 및 추가 장치들이 냉각될 수 있다.팽창 밸브들을 구비한 냉각 장치들이 평행하게 배치됨으로써, 냉각제는 필요에 따라 상기 냉각 장치들을 관류할 수 있다. 열 펌프의 냉각 장치에 의한 냉각제의 추가 냉각 및 높은 온도 레벨의 냉각기에서 냉각제의 열 방출은 효율적이고 효과적인 냉각과 냉각 시스템의 높은 냉각 능력을 가능하게 한다. 다른 냉각 장치의 열 유입에 의해 연료셀의 콜드 스타트는 단축될 수 있다. 열 흡수 장치들은 다른 가열 장치들 또는 제 1 가열 장치에서 가열된 냉각제 유동에 의해 가열될 수 있다. 밸브들에 의해 그리고 개별 가열 장치들 또는 냉각기의 평행한 배치에 의해 필요한 가열이 보장될 수 있다. 필요한 모든 냉각 및/또는 가열은 냉각 시스템 및 열 펌프에 의해서만 실행될 수 있다. 다수의 냉각 회로들 또는 열 펌프들은 생략될 수 있다. 냉각 시스템에 메인 냉각기를 배치함으로써 연료셀은 열 펌프가 작동하지 않고도 적어도 부분적으로 냉각될 수 있고, 이는 고장 안전성을 높인다. 열 펌프의 작동은 필요에 따라 열료셀의 요구에 맞게 조정될 수 있고, 이 경우 에어컨디셔닝 장치 또는 히터의 작동을 고려하지 않아도 된다. 냉각 시스템의 냉각제는 연료셀 및 메인 냉각기를 관류한다.
연료셀은 특히 중합체-전해질 박막-연료셀 또는 직접-메탄올-연료셀과 같이, 낮은 작동 온도로 인해 열 펌프 없이는 냉각이 충분하지 않거나 또는 덜 효율적인 저온 연료셀일 수 있다. 연료셀 대신에 다수의 연료셀들로 이루어진 연료셀 스택 또는 직렬 또는 병렬로 접속된 다수의 연료셀 스택들도 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 템퍼링 장치는 차량 연료셀 시스템에 또는 열병합 발전소에 사용될 수 있다.
열 펌프는 냉각제의 팽창을 위한, 유동 방향으로 차례로 배치된 적어도 하나의 팽창 밸브, 적어도 하나의 냉각 장치, 냉각제의 압축을 위한 컴프레서 및 냉각제에 의해 냉각제를 가열할 수 있는 적어도 하나의 가열 장치를 포함한다. 추가로, 열 펌프의 출력을 높이기 위해 열 펌프에 내부 열 교환기가 배치될 수 있다. 열 교환기에서, 컴프레서로 유동하는 냉각제는 가열되고, 팽창 밸브로 유동하는 냉각제는 냉각된다. 열 펌프는 예컨대 R134a 또는 암모니아 R717과 같은 냉각제를 사용할 수 있고, 저 임계 범위에서 작동될 수 있으므로, 냉각 장치는 냉각제를 증발시키는 증발기이고, 가열 장치는 냉각제를 액화시키는 액화기이다. 대안으로서, 열 펌프는 예컨대 이산화탄소 R744 같은 냉각제에 의해 부분적으로 초임계 범위에서 작동되므로, 냉각 장치는 냉각제의 가열기이고 가열 장치는 냉각제용 가스 냉각기이다.
또한, 상기 목적은 냉각제의 제 1 부분 유동이 열 펌프의 제 1 가열 장치에서 냉각제에 의해 가열될 수 있고, 제 1 부분 유동의 적어도 일부가 냉각제 부분 경로에서 냉각 시스템의 냉각기로 유동할 수 있고, 냉각기에 의해 별도로 냉각될 수 있는 방법에 의해 달성된다.
본 발명을 개선시키는 다른 조치들은 도면에 개략적으로 도시된 본 발명의 실시예들에 대한 하기 설명에 제시된다. 청구범위, 상세한 설명 또는 도면에 제시된 모든 특징들 및/또는 장점들은 구조적 세부 사항, 공간적 배치 및 방법 단계들과 함께 자체로 그리고 다양한 조합으로 본 발명에서 매우 중요할 수 있다.
본 발명에 따라, 특히 차량용 연료셀 시스템의 적어도 하나의 연료셀을 템퍼링하기 위한 템퍼링 장치 및 연료셀의 템퍼링에 이용되는 냉각 시스템 내로 열 펌프를 통해 유입되는 열이 가능한 효율적으로 및/또는 효과적으로 방출되는, 템퍼링 장치의 작동 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 템퍼링 장치의 제 1 실시예.
도 2는 본 발명에 따른 템퍼링 장치의 제 2 실시예.
도 3은 본 발명에 따른 템퍼링 장치의 제 3 실시예.
도 1에는 냉각 시스템(40)과 열 펌프(20)를 구비한, 본 발명에 따른 템퍼링 장치(1)의 제 1 실시예가 도시된다. 냉각제가 도 1에 도시된 화살표에 따라 냉각 시스템(40)을 관류하는 냉각제 경로는 실선으로 도시되는 한편, 냉각제가 화살표에 따라 열 펌프(20)를 관류하는 냉각제 경로는 파선으로 도시된다. 냉각 시스템(40)에 연료셀 스택(2)이 배치되고, 상기 연료셀 스택(2)과 냉각 시스템(40)은 도면에 완전히 도시되지 않은 연료셀 시스템(3)의 부분이다. 펌프(14)에 의해 송출되는 냉각제는 냉각 시스템(40)을 관류하고, 이 경우 전체 냉각제는 냉각제 메인 경로(50) 에서 연료셀 스택(2)을 관류한다. 냉각제 메인 경로(50)는 연료셀 스택(2)을 지나서 제 1 분기점(31)에서 제 1 냉각제 부분 경로(41)로 분기되고, 상기 제 1 냉각제 부분 경로는 다시 제 2 및 제 3 냉각제 부분 경로(42, 43)로, 그리고 제 4 냉각제 부분 경로(44)로 분기된다. 제 1 분기점(31) 후방에 놓인 제 3 분기점(33)에서 제 4 냉각제 부분 경로(44)가 제 5 냉각제 부분 경로 및 제 6 냉각제 부분 경로(46)로 분기되고, 이 경우 제 5 냉각제 부분 경로는 바이패스(45)이고, 상기 바이패스는 냉각제가 냉각기 또는 냉각 장치를 통과하지 않고도 냉각 시스템(40) 내에서 유동할 수 있게 한다. 그와 달리, 제 6 냉각제 부분 경로(46)에 메인 냉각기(4)가 배치되고, 상기 메인 냉각기는 냉각제를 냉각한다. 바이패스(45)와 제 6 냉각제 부분 경로(46)는 분기점(34)에서 제 7 냉각제 부분 경로(47)에 통합되므로, 함께 분기점(36)에서 냉각제 메인 경로(50)로 통할 수 있다. 제 1 조절 밸브(60)는 파이패스(45) 또는 제 6 냉각제 부분 경로(46)를 통해 흐르는 냉각제의 양을 조절할 수 있다.
열 펌프(20)는 제 1 냉각 장치(24)를 포함하고, 상기 제 1 냉각 장치는 냉각 시스템(40)에서 제 6 냉각제 부분 경로(46)에 있는 메인 냉각기(4) 직렬 후방에서 분기점(34) 전방과 분기점(35) 후방에 배치되고, 메인 냉각기(4)에서 냉각된 냉각제 전체를 더 냉각한다. 열 펌프(20)는 제 1 가열 장치(21)를 포함하고, 상기 제 1 가열 장치는 냉각 시스템(40)에서 제 1 냉각제 부분 경로(41)에 배치되고, 거기에서 유동하는 냉각제를 가열한다. 제 1 가열 장치(21)에서 가열된 냉각제는 제 2 냉각제 부분 경로(42)에서 메인 냉각기(4)에 도달할 수 있고 및/또는 제 3 냉각제 부분 경로(43)에서는 차량 객실의 공기에 열을 방출하는 히터 열 교환기(5)에 도달할 수 있다. 제 2 조절 밸브(61)는 제 1 , 제 2 및/또는 제 3 냉각제 부분 경로(41, 42, 43)를 관류하는 냉각제의 양을 조절한다. 제 1 냉각제 부분 경로(41)에서 강력히 가열된 냉각제가 메인 냉각기(4)에서 효율적으로 냉각될 수 있도록 하기 위해, 메인 냉각기(4)는 제 2 냉각제 부분 경로(42)에 배치된 고온 냉각기(7) 및 제 6 냉각제 부분 경로에 배치된 저온 냉각기(6)로 세분된다. 고온 냉각기(7)는 고온 냉각기를 관류하는 공기의 관점에서 저온 냉각기(6)에 직렬로 배치되고, 상기 저온 냉각기 후방에 접속된다. 냉각기 팬(9)은 공기를 흡입한다. 제 1 냉각 장치(24)에서 냉각제의 추가 냉각 및 고온 냉각기(7)에서 및/또는 히터 열 교환기(5)에서, 제 1 가열 장치(21)로부터 배출되어 충분히 가열된 냉각제의 효율인 열 방출은 냉각 시스템(40)의 냉각 능력을 높인다.
냉각제는 열 펌프(20)에서 냉각제 경로(80)를 순환한다. 냉각제는 제 1 냉각 장치(24)에서 가열되고 경우에 따라서 증발된다. 그 후에 냉각제는 내부 열 교환기(29)를 관류하고 더욱 가열되고 및/또는 과열된다. 컴프레서(28)에서 냉각제는 압축되고 더 가열되므로, 컴프레서(28)를 통과한 후에 최대 온도에 도달한다. 후속해서 냉각제는 제 1 가열 장치(21)를 통해 흐르고, 상기 제 1 가열 장치에서 냉각제는 냉각되고 경우에 따라서 응축된다. 이어서 냉각제는 다시 내부 열 교환기(29)를 통해 흐르고, 거기에서 계속 냉각되고, 제 1 팽창 밸브(64)를 통해 흐르고, 상기 팽창 밸브에 의해 냉각제는 팽창되고 더 냉각된다. 냉각제 경로(80)에서 팽창 밸브(64) 뒤의 냉각제는 최저 온도에 도달한다. 열 펌프(20)는 냉각제의 열을 제 1 냉각 장치(24)로부터 제 1 가열 장치(21)의 냉각제로 공급할 수 있다. 이 경우, 냉각제는 제 1 냉각 장치(24) 내로 유입 시 제 1 가열 장치(21) 내로 유입 시의 냉각제보다 낮은 온도를 갖는다. 즉, 열 펌프(20)는 온도 구배와 반대로 열을 이송한다.
도 2 및 도 3에는 본 발명에 따른 템퍼링 장치의 제 2 및 제 3 실시예가 도시된다. 제 2 실시예는 제 1 실시예의 모든 장치들 및 경로를 포함하며, 그 도면부호와 상세한 설명이 적용된다. 추가로, 열 펌프(20)는 냉각제가 흐르는 다른 가열 장치들(22, 23) 및 냉각 장치들(25, 26, 27)을 포함한다. 즉, 에어컨디셔닝 장치의 부분인 제 2 냉각 장치(25), 보조 장치들의 냉각에 이용되는 제 3 냉각 장치(26) 및 어큐뮬레이터의 냉각에 이용되는 제 4 냉각 장치(27)는 제 1 냉각 장치(24)에 대해 병렬 배치된다. 4개의 모든 냉각 장치들(24, 25, 26, 27)에서 냉각제가 가열된다. 병렬 배치로 인해 하나의 냉각제 경로(80)만 제공되는 것이 아니라, 분기점들(93, 94) 사이에서 냉각제 전체가 흐르는 냉각제 경로(80)는 분기점들(94, 95)에서 제 1 내지 제 4 냉각제 부분 경로(84, 85, 86, 87)로 세분되고, 부분 경로들에 각각 냉각 장치들(24, 25, 26, 27)이 배치된다. 분기점(96, 97, 90)에서 냉각제 부분 경로들(84, 85, 86, 87)이 다시 합쳐지므로, 분기점(90)과 다른 분기점(91) 사이에서 다시 합쳐진 전체 냉각제는 내부 열 교환기(29)와 컴프레서(28)를 통과한다. 냉각제의 유동 방향으로 볼 때, 각각의 냉각 장치(24, 25, 26, 27) 앞에 각각 제 1 내지 제 4 팽창 밸브(64, 65, 66, 67)가 해당 냉각제 부분 경로(84, 85, 86, 87)에 배치되고, 상기 팽창 밸브에 의해 냉각제가 팽창되고 냉각된다. 또한, 팽창 밸브(64, 65, 66, 67)에 의해 각각의 냉각 장치(24, 25, 26, 27)를 관류하는 냉각제의 양이 냉각 요구에 따라 조절될 수 있다. 제 2 냉각 장치(25)에서 냉각된 공기는 에어컨디셔닝 장치로서 사용되는 제 2 냉각 장치(25)를 관류한다. 공기는 제 2 냉각 장치(25)와 히터 열 교환기(5)를 차례로 관류한 후에, 차량의 객실에 도달한다. 도 2 및 도 3에서 공기 유동 경로는 일점쇄선으로 표시된다. 도 2에서 제 2 팽창 밸브(65)와 제 2 조절 밸브(61)의 조절에 의해 또는 도 3에서 제 2 팽창 밸브(65)와 제 1 차단 밸브(62)의 조절에 의해 공기는 가열되거나 또는 냉각되고, 이 경우 습기가 제거된 후에 필요 시 가열될 수 있다. 대안으로서 (도시되지 않은) 히터 열 교환기(5)가 생략될 수 있고, 제 2 냉각 장치(25)는 하기에서 제 4 냉각 장치(27)에 대해 설명되는 바와 유사하게 공기 가열 장치로서 이용될 수도 있다.
제 3 냉각 장치(26)가 냉각하는 보조 장치들은 파워 전자장치, 컴프레서(10) 및/또는 차량 구동 모터일 수 있다. 대안으로서, 보조 장치들의 개별 부품들을 별도로 냉각하는, 병렬로 배치된 다른 냉각 장치들이 제공될 수 있다. 제 3 냉각 장치(26)는 직접 적어도 하나의 보조 장치를 냉각할 수 있거나 또는 보조 장치가 배치된 도시되지 않은 다른 냉각 회로에 연결될 수 있다. 어큐뮬레이터의 냉각을 위한 제 4 냉각 장치(27)는 상기 어큐뮬레이터의 셀 구조에 통합될 수 있다.
열 펌프는 제 2 가열 장치(22)를 포함하고, 상기 제 2 가열 장치는 제 5 냉각제 부분 경로(81)에서 분기점들(92, 93) 사이에 열 펌프 내의 제 1 가열 장치(21)에 대해 평행하게 배치된다. 제 5 냉각제 부분 경로(81)에 배치된 제 2 차단 밸브(63)는 제 2 가열 장치(22)를 통해 흐르는 냉각제의 유량을 조절한다. 제 2 가열 장치(22)는 가습 장치(12)에서 배출된 캐소드 배출 유동(13)의 가열에 이용된다. 캐소드 유입 유동(11)는 컴프레서(10)에서 압축되고, 가습 장치(12)에서 캐소드 배출 유동(13)에 의해 가습된다. 이 경우 캐소드 배출 유동(13)의 온도는 낮아지고, 일반적으로 연료셀 스택(2)의 온도보다 낮다. 제 2 가열 장치(22)에 의해 흡수된 캐소드 배출 유동(13)의 열은 도시되지 않은 후방 접속된 터빈에서 부분적으로 전력으로 변환될 수 있다. 또한, 습기를 가진 캐소드 배출 유동(13)의 높은 온도는 터빈 내의 액적을 방지하는데 이용된다. 캐소드 유입- 및 배출 유동(11, 13)은 이점쇄선으로 표시된다.
열 펌프(20)는 콜드 스타트 시 제 2 및/또는 제 3 냉각 장치(25, 26)에 의해 열을 냉각 시스템(40)으로 유입함으로써, 콜드 스타트 시간이 현저히 단축될 수 있다. 냉각제가 메인 냉각기(4)를 통과하지 않고 콜드 스타트 시 가열될 수 있도록, 도 2에서 제 3 가열 장치(23)는 제 1 조절 밸브(60) 전방에, 특히 냉각제 메인 경로(50)에 배치되므로, 콜드 스타트 시 냉각제는 제 3 가열 장치(23)에서 가열되고, 바이패스(45)를 통해 흐르고, 따라서 냉각제에 의해 가열된 연료셀 스택(2)에 냉각되지 않은 채로 도달한다. 대안으로서, 도 2에서 제 3 냉각제 장치(23)가 생략될 수 있고, 콜드 스타트 동안 냉각 공기 유입은 예컨대 냉각기 블라인드가 폐쇄됨으로써 저지될 수 있다. 제 1 및 제 3 가열 장치(21, 23)는 2개의 냉각제 배출부, 하나의 냉각제 유입부 및 2개의 냉각제 접속부들을 가진 유닛으로서 구현될 수 있다.
도 3의 제 3 실시예는 바이패스(45)의 배치만 제 2 실시예와 다르다. 이 경우 바이패스(45)는 도 3에서 제 1 조절 밸브(60)가 배치된 제 2 냉각제 부분 경로(42)까지 미친다. 따라서 제 1 가열 장치(21)에서 가열된 냉각제는 메인 냉각기(4)를 통과하지 않고도 바이패스(45)를 통해 연료셀 스택(2)에 도달하고 상기 연료셀 스택을 가열하므로, 제 3 가열 장치(23)는 필요하지 않다. 제 3 실시예에서 분기점(31)에서 시작되는 제 6 냉각제 부분 경로(46)에 있는 냉각기 조절 밸브(69)는 저온 냉각기(6)로의 유입량을 조절한다.
도 2 및 도 3에서, 콜드 스타트의 경우에 어큐뮬레이터의 가열도 이루어진다. 이를 위해, 열 펌프는 제 6 냉각제 부분 경로(82)를 포함하고, 상기 제 6 냉각제 부분 경로는 냉각제가 냉각 장치들(24, 25, 26, 27), 내부 열 교환기(29) 및 컴프레서(28)에 의해 가열되어 최고 온도에 도달한 분기점(91)으로부터 분기점(96) 뒤에 배치된 전환 밸브(68)로 안내된다. 전환 밸브(68)는 제 4 냉각제 부분 경로(87)에 배치되고, 상기 제 4 냉각제 부분 경로에 어큐뮬레이터의 냉각을 위한 제 4 냉각 장치(27)가 배치된다. 전환 밸브(68)의 조절에 의해 콜드 스타트의 경우 열 펌프(20)에서 최고 온도 레벨을 갖는 냉각제가 분기점(91)으로부터 제 4 냉각 장치(27)를 통해 흐를 수 있고, 이때에 상기 제 4 냉각 장치는 어큐뮬레이터용 가열 장치로서 사용된다. 그와 달리 어큐뮬레이터가 냉각되어야 하면, 반대로 낮은 온도 레벨을 갖는 냉각제가 4 팽창 밸브(67)로부터 제 4 냉각 장치(27)를 관류할 수 있다. 따라서 어큐뮬레이터는 리튬-이온-어큐뮬레이터로서 구현될 수 있다.
하기에서 콜드 스타트 시 그리고 정상 작동 시작 시 밸브 조절이 제 3 실시예를 참고로 설명된다. 콜드 스타트 시 냉각기 조절 밸브(69), 제 1 및 제 2 차단 밸브(62, 63) 및 팽창 밸브(64)는 차단된다. 팽창 밸브(67)는 완전히 개방되어 냉각제를 통과시킨다. 팽창 밸브(66) 및 경우에 따라서 팽창 밸브(65)는 필요에 따라 개방된다. 제 1 조절 밸브(60)는 바이패스(45)의 방향으로 개방되고, 메인 냉각기(4)의 방향으로 폐쇄되므로, 냉각제 전체는 제 1 가열 장치(21)에서 가열되고, 바이패스(45)를 통해 냉각되지 않은 채로 연료셀 스택(2)에 도달한다. 전환 밸브(68)는 냉각제가 분기점(91)으로부터 제 4 냉각 장치(27)를 관류하게 하므로, 어큐뮬레이터가 가열된다. 열 펌프 내로 흡수된 열은 연료셀 스택(2) 및 어큐뮬레이터의 가열에 완전히 이용된다. 정규 작동으로 이행 시 바이패스(45)는 천천히 폐쇄되고 고온 냉각기(7)로 향한 냉각제 부분 경로는 천천히 개방된다. 냉각기 조절 밸브(69), 차단 밸브들(62, 63) 및 팽창 밸브들(64, 67)은 필요에 따라 제어될 수 있다. 이 경우 냉각기 조절 밸브(69)는, 메인 냉각기(4)의 방향으로 제 1 조절 밸브(60)가 계속해서 개방된 경우에도 제 2 냉각제 부분 경로(42)를 통해 냉각제 유동이 더 이상 증가하지 않을 때까지 폐쇄되어 있다. 어큐뮬레이터가 작동 온도에 도달하면, 전환 밸브(68)는 분기점(91)부터 나오는 냉각제 부분 경로를 폐쇄하고, 분기점(96)을 향하는 냉각제 부분 경로를 개방한다.
밸브들, 펌프의 컴프레서 및 냉각기 팬의 조절을 위해, 열 펌프 및 냉각 시스템에 온도- 및 압력 측정 장치가 배치될 수 있다. 도시되지 않은 조절 유닛은 온도- 및 압력 측정 장치에 의해 측정된 온도로부터 최적의 밸브 조절 및 컴프레서, 펌프 및 냉각기 팬의 성능을 추론할 수 있고 적절하게 조절할 수 있다. 이를 위해 선행기술에 따라 제공된 개수의 온도- 및 압력 측정 장치 및 조절 유닛으로 충분할 수 있다.
차단 밸브들(62, 63)은 조절 밸브로서 형성될 수 있다. 조절 밸브들은 3/2-방향 밸브들로 형성될 수 있다.
2 연료셀
3 연료셀 시스템
4, 5 냉각기
20 열 펌프
21 제 1 가열 장치
40 냉각 시스템
41 제 1 냉각제 부분 경로

Claims (15)

  1. 연료셀 시스템(3), 특히 차량용 연료셀 시스템(3)의 적어도 하나의 연료셀(2)을 적어도 템퍼링하기 위한 템퍼링 장치(1)로서, 상기 템퍼링 장치(1)는 적어도 하나의 냉각기(4, 5) 및 냉각제가 순환할 수 있는 열 펌프(20)를 포함하고, 상기 연료셀(2)은 냉각 시스템(40)에서 유동할 수 있는 냉각제에 의해 템퍼링될 수 있고, 상기 열 펌프(20)는 냉각제에 의해 냉각제를 가열하는 제 1 가열 장치(21)를 포함하고, 상기 제 1 가열 장치(21)는 상기 냉각 시스템(40)의 제 1 냉각제 부분 경로(41)에 배치되는 템퍼링 장치에 있어서,
    상기 제 1 냉각제 부분 경로(41)에서 가열될 수 있는 냉각제는 냉각제 부분 경로(42, 43)에서 냉각제의 냉각을 위한 냉각기(4, 5)를 통해 유동할 수 있고, 특히 상기 제 1 냉각제 부분 경로(41)는 유동 방향으로 볼 때 상기 연료셀(2) 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 메인 냉각기(4)가 상기 냉각 시스템(40) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 냉각제 부분 경로(41)에서 가열된 냉각제의 냉각에 이용되는 상기 냉각기(4, 5)는 메인 냉각기(4) 및/또는 히터에 열을 방출하기 위한 열 교환기(5)이고, 상기 제 1 냉각제 부분 경로(41)에서 가열된 냉각제는 제 2 냉각제 부분 경로(42)에서 상기 메인 냉각기(4)로 유동할 수 있고 및/또는 제 3 냉각제 부분 경로(43)에서 상기 열 교환기(5)로 유동할 수 있고, 특히 상기 메인 냉각기(4) 및/또는 상기 열 교환기(5)는 공기로 냉각되는 냉각기인 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메인 냉각기(4)는 저온 냉각기(6)와 고온 냉각기(7)로 세분되고, 상기 고온 냉각기(7)는 제 2 냉각제 부분 유동 경로(42)에 배치되는 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각제의 제 1 부분이 상기 고온 냉각기(7)를 관류하게 하고, 바이패스(45)를 관류하는 냉각제의 제 2 부분을 조절할 수 있는 제 1 조절 밸브(60)가 상기 제 2 냉각제 부분 경로(42)에 배치되는 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 또는 제 3 냉각제 부분 경로(42, 43)를 관류하는 냉각제의 양은 적어도 하나의 밸브에 의해 조절 가능하고, 특히 상기 밸브는 3/2 방향-밸브(60, 61)이고, 선택적으로는 추가의 제 1 차단 밸브(62)인 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 펌프(20)는 냉각제에 의해 냉각제를 냉각하는 냉각 장치(24)를 포함하고, 특히 상기 냉각 장치(24)와 상기 제 1 가열 장치(21)는 상이한 2개의 장치들인 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 냉각 장치(24)는 상기 메인 냉각기(4)에 직렬 접속되는 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 펌프는 적어도 하나의 다른 가열 장치들(22, 23)을 포함하고, 이 경우 특히 평행한 냉각제 부분 경로(81)에 배치된 제 2 가열 장치(22)는 상기 열 펌프(20) 내의 냉각제에 의해 캐소드 배출 유동(13)을 가열하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 펌프(20)의 제 3 가열 장치(23)는 냉각제에 의해 냉각제를 가열하기 위해 냉각제 메인 경로(40)에 배치되는 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 장치, 특히 에어컨디셔닝 장치, 어큐뮬레이터, 구동 모터, 컴프레서(10) 및/또는 파워 전자장치의 냉각을 위한 적어도 하나의 냉각 장치(25, 26, 27)가 상기 열 펌프(20) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 장치들의 냉각을 위한 냉각 장치(25, 26, 27)는 냉각제의 냉각을 위한 냉각 장치(24)에 대해 평행하게 상기 열 펌프(20) 내에 배치되고, 특히 각각의 냉각 장치(24, 25, 26, 27)를 관류하는 각각의 냉각제의 양은 각각 팽창 밸브(64, 65, 66, 67)에 의해 조절 가능한 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 전환 밸브(68)는, 어큐뮬레이터의 냉각을 위한 냉각 장치(27)가 있는 경우 상기 냉각 장치(27)가 상기 어큐뮬레이터의 가열을 위한 가열 장치로도 이용될 수 있도록, 냉각제 부분 경로(87)에 배치되는 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치.
  14. 템퍼링 장치(1)가 연료셀 시스템(3)의 적어도 하나의 연료셀(2)을 템퍼링 하고, 상기 연료셀(2)은 냉각 시스템(40)을 관류하는 냉각제에 의해 템퍼링 되고, 상기 냉각제의 제 1 부분 유동은 열 펌프(20)의 제 1 가열 장치(21)에서 상기 열 펌프(20)의 냉각제에 의해 가열될 수 있는, 템퍼링 장치의 작동 방법에 있어서,
    상기 제 1 부분 유동의 적어도 일부는 냉각제 부분 경로(42, 43)에서 상기 냉각 시스템의 냉각기(4, 5)를 통해 유동할 수 있고, 상기 냉각기(4, 5)에 의해 냉각될 수 있는 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치의 작동 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 템퍼링 장치(1)에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 템퍼링 장치의 작동 방법.
KR1020100079387A 2009-08-19 2010-08-17 템퍼링 장치 KR101789031B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009028648.9 2009-08-19
DE102009028648A DE102009028648A1 (de) 2009-08-19 2009-08-19 Temperiervorrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110019333A true KR20110019333A (ko) 2011-02-25
KR101789031B1 KR101789031B1 (ko) 2017-10-23

Family

ID=43034153

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100079387A KR101789031B1 (ko) 2009-08-19 2010-08-17 템퍼링 장치

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2287952B1 (ko)
KR (1) KR101789031B1 (ko)
DE (1) DE102009028648A1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012020648A1 (de) * 2012-10-19 2014-04-24 Daimler Ag Drehschieberventil
DE102017215400A1 (de) 2017-09-04 2019-03-07 Audi Ag Brennstoffzellensystem und Verfahren zum thermischen Regulieren eines Hochtemperaturkreislaufs eines Brennstoffzellensystems
DE102018214640A1 (de) 2018-08-29 2020-03-05 Nikola Corp. Kühlsystem für Brennstoffzellenstacks
DE102018214643A1 (de) 2018-08-29 2020-03-05 Nikola Corp. Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems für ein Kraftfahrzeug
DE102018214705A1 (de) * 2018-08-30 2020-03-05 Audi Ag Kühlsystem
DE102019212718A1 (de) * 2019-08-26 2021-03-04 Audi Ag Verfahren zum Betreiben eines eine Brennstoffzellenvorrichtung aufweisenden Kraftfahrzeuges sowie Kraftfahrzeug
DE102019218821A1 (de) 2019-12-04 2021-06-10 Robert Bosch Gmbh Kühlsystem, Fahrzeug mit Kühlsystem
DE102022200491A1 (de) * 2022-01-18 2023-07-20 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennstoffzellensystem, Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Computerprogrammprodukt und Speichermittel

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19850829C1 (de) 1998-11-04 2000-03-16 Valeo Klimasysteme Gmbh Kühl-Heiz-Kreis für ein Fahrzeug
FR2792259B1 (fr) * 1999-04-15 2001-06-15 Valeo Thermique Moteur Sa Dispositif de refroidissement pour vehicule electrique a pile a combustible
DE19931061A1 (de) * 1999-07-01 2001-01-11 Mannesmann Ag Anordnung zum Beheizen/Kühlen einer Brennstoffzelle und Brennstoffzellensystem
DE19931062B4 (de) * 1999-07-01 2004-02-12 P21 - Power For The 21St Century Gmbh Anordnung zum Beheizen/Kühlen einer Brennstoffzelle und Brennstoffzellensystem und deren Verwendung
JP3460703B2 (ja) * 2001-05-28 2003-10-27 日産自動車株式会社 燃料電池冷却系の凍結防止装置
DE10152233A1 (de) 2001-10-20 2003-05-08 Daimler Chrysler Ag Brennstoffzellensystem
US6743539B2 (en) * 2002-04-29 2004-06-01 General Motors Corporation Coolant fan control for fuel cell systems
DE10337015A1 (de) * 2003-08-12 2005-03-17 Daimlerchrysler Ag Kühlkreislauf für einen Brennstoffzellenstapel
DE10349630A1 (de) * 2003-10-24 2005-06-02 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzelle mit Heiz- und/oder Kühlkreislauf
JP2006244928A (ja) * 2005-03-04 2006-09-14 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池冷却システム
DE102006005176A1 (de) * 2006-02-06 2007-08-16 Nucellsys Gmbh Kühlkreislauf und Verfahren zur Kühlung eines Brennstoffzellenstapels
JP4940877B2 (ja) * 2006-10-10 2012-05-30 トヨタ自動車株式会社 空調制御システム
DE102007054299A1 (de) * 2007-11-09 2009-05-14 Volkswagen Ag Kühlsystem für eine Brennstoffzelle eines Brennstoffzellenfahrzeuges

Also Published As

Publication number Publication date
EP2287952B1 (de) 2013-10-16
DE102009028648A1 (de) 2011-02-24
EP2287952A1 (de) 2011-02-23
KR101789031B1 (ko) 2017-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107020921B (zh) 车舱空调和电池冷却系统
US11065937B2 (en) Heat system for an electric or hybrid vehicle
CN111716987B (zh) 热系统、电动或混合动力车辆及用于运行热系统的方法
CN110194044B (zh) 机动车的空调系统和用于运行空调系统的方法
US11919360B2 (en) Vehicle heat management system
US10040334B2 (en) R744 based heat pump system with a water cooled gas cooler for cooling, heating and dehumidification of an EV/HEV
US10259286B2 (en) Device for controlling the temperature of a battery, comprising an evaporator for cooling the battery and a radiator for heating the battery
KR101789031B1 (ko) 템퍼링 장치
US6705101B2 (en) Vehicle cooling system for a temperature-raising device and method for the cooling of a temperature-raising device
US10215450B2 (en) Heating, ventilation and/or air-conditioning equipment comprising a device for controlling the temperature of a battery, and method for implementing same
US20120304674A1 (en) Climate control system for a vehicle and method for controlling temperature
CN111251823B (zh) 一种热管理系统及电动汽车
CN110576717A (zh) 用于车辆的热管理系统
CN111132859A (zh) 车辆的集成热管理系统
JP5960127B2 (ja) 自動車用熱調節システム
JP2012083100A (ja) 車両冷却システム
US11453264B2 (en) Vehicle heat management system
US11850915B2 (en) Method for the thermal conditioning of an internal combustion engine and/or of a passenger compartment of a vehicle, and vehicle
US20180065444A1 (en) Heating System for a Vehicle and Method for Air-Conditioning a Vehicle
US20230191867A1 (en) Thermal conditioning circuit
US20220258558A1 (en) Heat management device for vehicle, and heat management method for vehicle
CN115768639A (zh) 电池供电机动车辆的具有间接电池加热的热泵布置和操作热泵布置的方法
US20230382187A1 (en) Heat pump assembly with a chiller for battery-powered vehicles and methods of operating the heat pump assembly
CN117836159A (zh) 用于机动车的热管理系统
US20220185072A1 (en) Thermal Management System for a Motor Vehicle, Method for the Thermal Management of a Motor Vehicle, and Motor Vehicle Having a Thermal Management System

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant