WO2006066712A1 - Cooling unit in a fuel-cell driven vehicle - Google Patents

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WO2006066712A1
WO2006066712A1 PCT/EP2005/012934 EP2005012934W WO2006066712A1 WO 2006066712 A1 WO2006066712 A1 WO 2006066712A1 EP 2005012934 W EP2005012934 W EP 2005012934W WO 2006066712 A1 WO2006066712 A1 WO 2006066712A1
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cooling
cooling device
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additional cooling
vehicle
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PCT/EP2005/012934
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Philip Anumu
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a cooling device in a fuel cell vehicle according to the preamble of claim 1.
  • Such vehicles usually include a polymer electrolyte fuel cell (PEM fuel cell) in which an anode and a cathode are disposed on both sides of a proton conducting polymer electrolyte membrane.
  • PEM fuel cell polymer electrolyte fuel cell
  • the fuel cell reaction generates heat which must be dissipated.
  • the temperature of the polymer electrolyte membrane has to be controlled to a fixed, relatively low temperature in order for the fuel cell to generate electric power with the highest possible safety and high efficiency.
  • a typical PEM fuel cell is constructed so that a flow path for cooling water inside the fuel cell is formed so that the cooling water can circulate through the flow path and dissipates the heat generated in the generation of electric power. Because of the relatively low temperature differences to the environment, the heat dissipation is problematic, especially at high outdoor temperatures or at full load.
  • the vehicle cooling is usually carried out via a main radiator, which is located in the front region of the fuel cell vehicle.
  • the disadvantage here is that the space in the front part of the vehicle is already heavily limited anyway, so that a larger radiator with high dissipated heat output or an additional radiator is difficult to integrate.
  • the published patent application DE 199 60 166 A1 discloses a cooling device which has a radiator block arranged on the roof side with a cooling fluid channel arrangement and a cooling air channel arrangement in thermal contact with it, which can be flowed on by the wind. This will solve the space problem. Also, the cooling effect of the airstream no additional on-board energy is needed, which is anyway only limited available for cooling purposes. However, additional space is needed on the roof. There, however, the sunlight is particularly strong and unfavorable to the radiator.
  • the invention has for its object to provide an improved cooling device, which is suitable for high cooling loads, especially at high outside temperatures.
  • At least one additional cooling surface is provided so that a cooling surface of the main cooler can be changed as a function of a cooling requirement.
  • the cooling surface of the main radiator can be increased by one or more additional cooling surfaces or the additional cooling surfaces are switched on.
  • the at least one additional cooling surface is preferably flowed through in the switched-on state by the cooling medium of the main cooler.
  • the additional cooling surfaces are designed as long, thin pipes.
  • the pipes can be rigid.
  • the pipes are flexible, whereby a particularly simple installation in a body of the fuel cell device to be cooled is made possible;
  • the flexible piping can be easily adapted to the bodywork.
  • the additional cooling surfaces are hidden in the body, so that the air resistance or. the cw value of the vehicle is practically unaffected.
  • the additional Cooling surfaces can be guided, for example in their design as flexible piping through existing cavities of the fuel cell vehicle.
  • the length of the pipes can be adjusted to the amount of heat to be dissipated, with the principle that with longer pipes due to the larger surface more heat can be dissipated than shorter.
  • the additional cooling surfaces can be arranged in an underbody area of the vehicle. An arrangement in a roof area of the vehicle and / or in a side area, for example in the door sill, is also possible.
  • the additional cooling surfaces can also be arranged in at least one wheel arch.
  • the additional cooling surfaces in the vehicle are arranged so that they can be cooled by means of airstream.
  • an arrangement of the additional cooling surfaces can be provided, in which a favorable cooling air flow behavior can be realized.
  • cooling fins may be provided which are so exposed that they can be coated by the wind and thus provide additional heat dissipation.
  • additional cooling surfaces may be provided, which are arranged in different areas of the vehicle.
  • the additional cooling surfaces designed as pipelines can not be elongated, but instead can be wave-shaped in the longitudinal direction.
  • the wave troughs and the wave crests can be aligned parallel to the vehicle longitudinal axis in order to achieve a favorable cooling air outflow behavior of the additional cooling surfaces.
  • the additional cooling surfaces can be laid spirally. This ensures a particularly favorable heat dissipation. This can be a re- latively large surface can be created for heat dissipation in a small space.
  • a flow connection between a cooling medium of the main cooler and the additional cooling surface or the additional cooling surfaces can be produced, wherein cooling water is preferably provided as the cooling medium.
  • One or more valves may be provided to connect or disconnect the additional cooling surfaces fluidly to the main radiator.
  • a bypass valve can be provided for this purpose.
  • the cooling circuit or. its heat-dissipating surface can be changed in a simple manner by the additional cooling surfaces are connected via the bypass valve to the main radiator or separated again as cooling demand decreases. It is advantageous that the thermal mass of the cooling circuit during a cold start or. Freeze starts is kept low. Thus, conveniently, the operating temperature can be reached quickly.
  • Fig. Ia, b an arrangement of a cooling device (a) and an arrangement of a cooling circuit (b).
  • FIG. 1 a shows an arrangement of a cooling device according to the invention in a fuel cell vehicle 20, lent.
  • FIG. 1b schematically shows the arrangement of a cooling circuit according to the invention.
  • a fuel cell device 21 and a main cooler 10 for cooling the fuel cell device 21 are arranged in the fuel cell vehicle 20.
  • a schematically illustrated cooling surface 12 of the main cooler 10 is variable depending on a cooling requirement, according to the invention one or more additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c are switchable in different vehicle areas.
  • the additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c are hidden in a body 11 and indicated by arrows, wherein the additional cooling surface 13b is disposed in an underfloor region 16 of the vehicle, the additional cooling surface 13 in a roof area 17, the additional cooling surface 13c in a Side area 18 of the vehicle 20 and the additional cooling surfaces 13a in at least one wheel arch 19 is advantageous in each of the arrangement possibility that the additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c are hidden in the body 11 of the fuel cell vehicle 20, whereby the cw Value of the fuel cell vehicle 20 remains substantially unchanged.
  • the additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c are arranged so that they can be cooled with the wind to possibly allow increased heat dissipation.
  • the wind is indicated by flow lines 22.
  • the additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c are preferably formed by the surfaces of long thin pipes.
  • the pipelines can be configured as capillary bundles 23, capillary bundles 23, 23a, 23b of different thickness being illustrated in the figure.
  • the capillary bundles 23a and 23b have a flat, parallel arrangement of tubes lying next to each other in a plane. in the manner of a ribbon assembly, wherein the capillary bundle 23a a plurality of capillaries, eg. five capillaries, and the capillary bundle 23b has a smaller number, e.g. B. two capillaries.
  • the pipes can be laid wave-shaped in the longitudinal direction.
  • a configuration with spirally wound capillaries is also conceivable. This is not explicitly shown in the figure.
  • a flow connection can be established.
  • the main direction of flow is indicated by an arrow 15 in the figure.
  • One or more valves 14 may also be provided to connect or disconnect the additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c with respect to a cooling medium flow to the main cooler 10.
  • the additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c can be switched on or off, for example, via a bypass valve 14 to the main cooler 10.
  • the connection is preferably carried out under extreme conditions and a great need for heat dissipation, for example when driving uphill or at high ambient temperatures or other high loads, in which a lot of waste heat is generated. Once the extreme conditions normalize, the additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c can be switched away from the main cooler 10 again.
  • the cooling device according to the invention can cover an increased cooling requirement without requiring a dimensioning of the main cooler 10 for a high peak load. This can advantageously the installation situation in space strongly limited front space of the fuel cell vehicle 20 are relaxed.

Abstract

The invention relates to a cooling unit in a fuel-cell driven vehicle (20) comprising a fuel-cell device (21), a primary cooling unit (10) for cooling the fuel-cell device (21) and bodywork (11). According to the invention, at least one additional cooling surface (13, 13a, 13b, 13c) is provided in such a way that a cooling surface (12) of the primary cooling unit (10) can be modified in accordance with the cooling requirements.

Description

Kühleinrichtung in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug Cooling device in a fuel cell vehicle
Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a cooling device in a fuel cell vehicle according to the preamble of claim 1.
Derartige Fahrzeuge umfassen üblicherweise eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEM-Brennstoffzelle) , in der eine Anode und eine Katode an beiden Seiten einer Protonen leitenden Polymerelektrolytmembran angeordnet sind. Bei der Brennstoff- zellenreaktion entsteht Wärme , die abgeführt werden muss .Such vehicles usually include a polymer electrolyte fuel cell (PEM fuel cell) in which an anode and a cathode are disposed on both sides of a proton conducting polymer electrolyte membrane. The fuel cell reaction generates heat which must be dissipated.
Bei solcher PEM-Brennstoffzelle muss die Temperatur der Polymerelektrolytmembran auf eine festgelegte, relativ niedrige Temperatur geregelt werden, damit die Brennstoffzelle elektrische Leistung mit hδchstmöglicher Sicherheit und hohem Wirkungsgrad erzeugt . Aus diesem Grund wird eine typische PEM- Brennstoffzelle so konstruiert , dass ein Strömungsweg für Kühlwasser im Innern der Brennstoffzelle so gebildet ist , dass das Kühlwasser durch den Strömungsweg umlaufen kann und die bei der Erzeugung der elektrischen Leistung erzeugte Wärme abführt . Wegen der relativ geringen Temperaturdifferenzen zur Umgebung ist die Wärmeabfuhr problematisch, besonders bei hohen Außentemperaturen oder bei Volllast .In such a PEM fuel cell, the temperature of the polymer electrolyte membrane has to be controlled to a fixed, relatively low temperature in order for the fuel cell to generate electric power with the highest possible safety and high efficiency. For this reason, a typical PEM fuel cell is constructed so that a flow path for cooling water inside the fuel cell is formed so that the cooling water can circulate through the flow path and dissipates the heat generated in the generation of electric power. Because of the relatively low temperature differences to the environment, the heat dissipation is problematic, especially at high outdoor temperatures or at full load.
Die Fahrzeugkühlung erfolgt üblicherweise über einen Hauptkühler, der sich im vorderen Bereich des Brennstoffzellen- Fahrzeugs befindet . Nachteilig ist dabei , dass der Bauraum im vorderen Teil des Fahrzeugs ohnehin stark limitiert ist , so dass ein größerer Kühler mit hoher abführbarer Wärmeleistung oder ein zusätzlicher Kühler nur schwer integrierbar ist .The vehicle cooling is usually carried out via a main radiator, which is located in the front region of the fuel cell vehicle. The disadvantage here is that the space in the front part of the vehicle is already heavily limited anyway, so that a larger radiator with high dissipated heat output or an additional radiator is difficult to integrate.
In der Offenlegungsschrift DE 199 60 166 Al ist eine Kühleinrichtung offenbart , die einen dachseitig angeordneten Kühlerblock mit einer Kühlfluidkanalanordnung und eine damit in Wärmekontakt stehende Kühlluftkanalanordnung aufweist , die durch Fahrtwind anströmbar ist . Damit wird zwar das Platzproblem gelöst . Auch wird durch die KühlWirkung des Fahrtwindes keine zusätzliche Bordenergie benötigt , die für Kühlzwecke ohnehin nur beschränkt zur Verfügung steht . Allerdings wird zusätzlicher Bauraum auf dem Dach benötigt . Dort wirkt allerdings die Sonneneinstrahlung besonders stark und ungünstig auf den Kühler ein .The published patent application DE 199 60 166 A1 discloses a cooling device which has a radiator block arranged on the roof side with a cooling fluid channel arrangement and a cooling air channel arrangement in thermal contact with it, which can be flowed on by the wind. This will solve the space problem. Also, the cooling effect of the airstream no additional on-board energy is needed, which is anyway only limited available for cooling purposes. However, additional space is needed on the roof. There, however, the sunlight is particularly strong and unfavorable to the radiator.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine verbesserte Kühleinrichtung bereitzustellen, die für hohe Kühllasten insbesondere bei hohen Außentemperaturen geeignet ist .The invention has for its object to provide an improved cooling device, which is suitable for high cooling loads, especially at high outside temperatures.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst .The object is achieved by the features of claim 1.
Bei der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung ist wenigstens eine zusätzliche Kühlfläche so vorgesehen, dass eine Kühlfläche des Hauptkühlers in Abhängigkeit eines Kühlbedarfs veränderbar ist . Bei einem hohen Kühlbedarf kann beispielsweise die Kühlfläche des Hauptkühlers durch eine oder mehrere zusätzliche Kühlflächen vergrößert werden oder die zusätzlichen Kühl flächen zugeschaltet werden. Es ist dabei von Vorteil , dass die erfindungsgemäße Kühleinrichtung selbst einem erhöhten Kühlungsbedarf , beispielsweise bei Bergfahrt oder sonstigen hohen Lasten, sowie einer erschwerten Wärmeabfuhr bei hohen Umgebungstemperaturen gerecht wird . Die wenigstens eine zusätzliche Kühlfläche wird vorzugsweise im zugeschalteten Zustand vom Kühlmedium des Hauptkühlers durchströmt . In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung sind die zusätzlichen Kühlflächen als lange , dünne Rohrleitungen ausgestaltet . Je dünner die Rohrleitungen ausgebildet sind, umso größer ist deren spezifische Oberfläche und damit deren Wärmeaustauschfläche . Dabei ist eine große Länge der Rohrleitungen vorteilhaft , da die abführbare Wärmemenge mit der Länge skaliert . Auch eine Ausgestaltung der Rohrleitungen als Kapillarbündel ist denkbar . Eine weitere Ausgestaltung betrifft eine flache, parallele Anordnung von in einer Ebene nebeneinander liegenden Rohrleitungen in der Art einer Flachband-Anordnung . Die Abfuhr der Abwärme kann bei dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung durch freie bzw. erzwungene Konvektion erfolgen . Es erübrigt sich dadurch vorteilhafterweise eine übergroße Dimensionierung des Hauptkühlers , die eine Abwärmeleistung auch bei hohen Lasten gewährleisten soll . Dies entschärft auch das Bauraumproblem im Motorraum. Vorteilhafterweise wird bei dieser Ausgestaltung aufgrund der Inkompressibilität eines Kühl- mediums , beispielsweise Kühlwasser, keine höhere Kühlwasserpumpenleistung benötigt . Die Anzahl der Kapillare oder deren Durchmesser und damit der Druckabfall wird zweckmäßigerweise so ausgewählt , dass der erforderliche Kühlmittelmassenstrom die Kapillare durchfließen kann . Die Rohrleitungen können starr sein . In einer vorteilhaften Ausbildung sind die Rohrleitungen flexibel ausgebildet , wodurch ein besonders einfacher Einbau in eine Karosserie der zu kühlenden Brennstoff- Zelleneinrichtung ermöglicht wird; die flexiblen Rohrleitungen können leicht an die Karosserie angepasst werden .In the cooling device according to the invention, at least one additional cooling surface is provided so that a cooling surface of the main cooler can be changed as a function of a cooling requirement. With a high cooling demand, for example, the cooling surface of the main radiator can be increased by one or more additional cooling surfaces or the additional cooling surfaces are switched on. It is of advantage that the cooling device according to the invention itself can cope with an increased need for cooling, for example when going uphill or other high loads, as well as from an impeded heat dissipation at high ambient temperatures. The at least one additional cooling surface is preferably flowed through in the switched-on state by the cooling medium of the main cooler. In a preferred embodiment of the cooling device according to the invention, the additional cooling surfaces are designed as long, thin pipes. The thinner the pipes are formed, the greater their specific surface and thus their heat exchange surface. In this case, a large length of the pipes is advantageous because the amount of heat dissipated scales with the length. An embodiment of the pipelines as Kapillarbündel is conceivable. Another embodiment relates to a flat, parallel arrangement of in a plane adjacent pipelines in the manner of a ribbon assembly. The removal of the waste heat can be done in this embodiment of the cooling device according to the invention by free or forced convection. It is therefore unnecessary advantageously an oversized size of the main radiator, which is to ensure a waste heat output even at high loads. This also defuses the space problem in the engine compartment. Advantageously, in this embodiment, due to the incompressibility of a cooling medium, for example cooling water, no higher cooling water pump capacity is needed. The number of capillaries or their diameter and thus the pressure drop is expediently selected so that the required coolant mass flow can flow through the capillary. The pipes can be rigid. In an advantageous embodiment, the pipes are flexible, whereby a particularly simple installation in a body of the fuel cell device to be cooled is made possible; The flexible piping can be easily adapted to the bodywork.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung sowie den weiteren Ansprüchen zu entnehmen .Favorable embodiments and advantages of the invention are described in the description and the other claims.
Bevorzugt sind die zusätzlichen Kühlflächen in der Karosserie verborgen, so dass der Luftwiderstand bzw . der cw-Wert des Fahrzeugs praktisch nicht beeinflusst wird . Die zusätzlichen Kühlflächen können dabei beispielsweise in ihrer Ausgestaltung als flexible Rohrleitungen durch vorhandene Hohlräume des Brennstoffzellen-Fahrzeugs geführt werden. Die Länge der Rohrleitungen kann dabei auf die abzuführende Wärmemenge abgestimmt werden, wobei der Grundsatz gilt , dass bei längeren Rohrleitungen aufgrund der größeren Oberfläche mehr Wärme abgeführt werden kann als bei kürzeren. Die zusätzlichen Kühl flächen können dabei in einem Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnet sein. Es ist auch eine Anordnung in einem Dachbereich des Fahrzeugs und/oder in einem Seitenbereich, etwa im Türschweller, möglich. Die zusätzlichen Kühlflächen können auch in zumindest einem Radkasten angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind die zusätzlichen Kühlflächen im Fahrzeug so angeordnet , dass sie mittels Fahrtwind kühlbar sind . Bevorzugt kann dabei eine Anordnung der zusätzlichen Kühlflächen vorgesehen sein, bei der ein günstiges Kühlluftströmungsver- halten realisiert werden kann. Es können beispielsweise Kühlrippen vorgesehen sein, die dermaßen exponiert sind, dass sie von dem Fahrtwind bestrichen werden können und somit für eine zusätzliche Wärmeabfuhr sorgen . Selbstverständlich können solche zusätzlichen Kühlflächen vorgesehen sein, die in verschiedenen Bereichen des Fahrzeugs angeordnet sind.Preferably, the additional cooling surfaces are hidden in the body, so that the air resistance or. the cw value of the vehicle is practically unaffected. The additional Cooling surfaces can be guided, for example in their design as flexible piping through existing cavities of the fuel cell vehicle. The length of the pipes can be adjusted to the amount of heat to be dissipated, with the principle that with longer pipes due to the larger surface more heat can be dissipated than shorter. The additional cooling surfaces can be arranged in an underbody area of the vehicle. An arrangement in a roof area of the vehicle and / or in a side area, for example in the door sill, is also possible. The additional cooling surfaces can also be arranged in at least one wheel arch. Particularly preferably, the additional cooling surfaces in the vehicle are arranged so that they can be cooled by means of airstream. Preferably, an arrangement of the additional cooling surfaces can be provided, in which a favorable cooling air flow behavior can be realized. For example, cooling fins may be provided which are so exposed that they can be coated by the wind and thus provide additional heat dissipation. Of course, such additional cooling surfaces may be provided, which are arranged in different areas of the vehicle.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung können die als Rohrleitungen ausgebildeten zusätzlichen Kühlflächen nicht langgestreckt , sondern in Längserstreckung wellenförmig ausgebildet sein . Dabei können die Wellentäler und die Wellenberge parallel zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet sein, um ein günstiges Kühlluftab- strömungsverhalten der zusätzlichen Kühlflächen zu erzielen . Zur Vergrößerung der Oberfläche können die zusätzlichen Kühl flächen spiralförmig gelegt sein . Hierdurch wird eine besonders günstige Wärmeabfuhr gewährleistet . Damit kann eine re- lativ große Oberfläche zur Wärmeabfuhr auf kleinem Raum geschaffen werden.In a preferred embodiment of the cooling device according to the invention, the additional cooling surfaces designed as pipelines can not be elongated, but instead can be wave-shaped in the longitudinal direction. In this case, the wave troughs and the wave crests can be aligned parallel to the vehicle longitudinal axis in order to achieve a favorable cooling air outflow behavior of the additional cooling surfaces. To increase the surface, the additional cooling surfaces can be laid spirally. This ensures a particularly favorable heat dissipation. This can be a re- latively large surface can be created for heat dissipation in a small space.
Zweckmäßigerweise ist eine Strömungsverbindung zwischen einem Kühlmedium des Hauptkühlers und der zusätzlichen Kühlfläche oder den zusätzlichen Kühlflächen herstellbar, wobei als Kühlmedium vorzugsweise Kühlwasser vorgesehen ist . Es können ein oder mehrere Ventile vorgesehen sein, um die zusätzlichen Kühlflächen kühlmedien-strömungsmäßig zum Hauptkühler zuzuschalten oder wegzuschalten . Insbesondere kann hierfür ein Bypassventil vorgesehen sein. In Abhängigkeit von der erforderlichen Wärmeabfuhr kann somit der Kühlkreislauf bzw . dessen wärmeabführende Oberfläche auf einfache Art und Weise verändert werden, indem die zusätzlichen Kühlflächen über das Bypass-Ventil mit dem Hauptkühler verbunden oder bei nachlassendem Kühlbedarf wieder getrennt werden. Es ist dabei von Vorteil , dass die thermische Masse des Kühlkreislaufs während eines Kaltstarts bzw . Gefrierstarts gering gehalten wird . Somit kann günstigerweise die Betriebstemperatur schnell erreicht werden .Conveniently, a flow connection between a cooling medium of the main cooler and the additional cooling surface or the additional cooling surfaces can be produced, wherein cooling water is preferably provided as the cooling medium. One or more valves may be provided to connect or disconnect the additional cooling surfaces fluidly to the main radiator. In particular, a bypass valve can be provided for this purpose. Depending on the required heat dissipation can thus the cooling circuit or. its heat-dissipating surface can be changed in a simple manner by the additional cooling surfaces are connected via the bypass valve to the main radiator or separated again as cooling demand decreases. It is advantageous that the thermal mass of the cooling circuit during a cold start or. Freeze starts is kept low. Thus, conveniently, the operating temperature can be reached quickly.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert . Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment described in the drawing. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination, which the person skilled in the art expediently also individually consider and summarize meaningful further combinations.
Dabei zeigtIt shows
Fig . Ia, b eine Anordnung einer Kühleinrichtung (a) und eine Anordnung eines Kühlkreislaufs (b) .Fig. Ia, b an arrangement of a cooling device (a) and an arrangement of a cooling circuit (b).
In Figur Ia ist eine Anordnung einer erfindungsgemäßen Kühl - einrichtung in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug 20 ersieht - lieh . Figur Ib zeigt schematisch die Anordnung eines erfindungsgemäßen Kühlkreislaufs . Gemäß den Figuren Ia und Ib ist in dem Brennstoffzellen-Fahrzeug 20 eine Brennstoffzellenein- richtung 21 und ein Hauptkühler 10 zur Kühlung der BrennstoffZelleneinrichtung 21 angeordnet . Eine schematisch dargestellte Kühlfläche 12 des Hauptkühlers 10 ist in Abhängigkeit eines Kühlbedarfs veränderbar, wobei erfindungsgemäß eine o- der mehrere zusätzliche Kühlflächen 13 , 13a , 13b, 13c in verschiedenen Fahrzeugbereichen zuschaltbar sind . Die zusätzlichen Kühlflächen 13 , 13a, 13b, 13c sind in einer Karosserie 11 verborgen und durch Pfeile angedeutet , wobei die zusätzliche Kühlfläche 13b in einem Unterbodenbereich 16 des Fahrzeugs angeordnet ist , die zusätzliche Kühlfläche 13 in einem Dachbereich 17 , die zusätzliche Kühlfläche 13c in einem Seitenbereich 18 des Fahrzeugs 20 und die zusätzlichen Kühlflächen 13a in zumindest einem Radkasten 19. Vorteilhaft ist bei j eder der Anordnungsmöglichkeit , dass die zusätzlichen Kühlflächen 13 , 13a, 13b, 13c in der Karosserie 11 des Brennstoffzellen-Fahrzeugs 20 verborgen sind, wodurch der cw-Wert des Brennstoffzellen-Fahrzeugs 20 im Wesentlichen unverändert bleibt .FIG. 1 a shows an arrangement of a cooling device according to the invention in a fuel cell vehicle 20, lent. FIG. 1b schematically shows the arrangement of a cooling circuit according to the invention. According to FIGS. 1 a and 1 b, a fuel cell device 21 and a main cooler 10 for cooling the fuel cell device 21 are arranged in the fuel cell vehicle 20. A schematically illustrated cooling surface 12 of the main cooler 10 is variable depending on a cooling requirement, according to the invention one or more additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c are switchable in different vehicle areas. The additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c are hidden in a body 11 and indicated by arrows, wherein the additional cooling surface 13b is disposed in an underfloor region 16 of the vehicle, the additional cooling surface 13 in a roof area 17, the additional cooling surface 13c in a Side area 18 of the vehicle 20 and the additional cooling surfaces 13a in at least one wheel arch 19 is advantageous in each of the arrangement possibility that the additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c are hidden in the body 11 of the fuel cell vehicle 20, whereby the cw Value of the fuel cell vehicle 20 remains substantially unchanged.
Vorzugsweise sind die zusätzlichen Kühlflächen 13 , 13a, 13b, 13c dabei so angeordnet , dass sie mit Fahrtwind kühlbar sind, um gegebenenfalls eine erhöhte Wärmeabfuhr zu ermöglichen. Der Fahrtwind ist mit Strömungslinien 22 angedeutet .Preferably, the additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c are arranged so that they can be cooled with the wind to possibly allow increased heat dissipation. The wind is indicated by flow lines 22.
Die zusätzlichen Kühlflächen 13 , 13a, 13b, 13c sind vorzugsweise durch die Oberflächen von langen dünnen Rohrleitungen gebildet . Die Rohrleitungen können dabei als Kapillarbündel 23 ausgestaltet sein, wobei in der Figur Kapillarbündel 23 , 23a, 23b mit unterschiedlicher Stärke illustriert sind . Die Kapillarbündel 23a und 23b weisen eine flache , parallele Anordnung von in einer Ebene nebeneinander liegenden Rohrlei- tungen in der Art einer Flachband-Anordnung auf , wobei das Kapillarbündel 23a eine Vielzahl von Kapillaren, zB . fünf Kapillare , umfasst , und das Kapillarbündel 23b eine geringere Anzahl , z . B . zwei Kapillare .The additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c are preferably formed by the surfaces of long thin pipes. The pipelines can be configured as capillary bundles 23, capillary bundles 23, 23a, 23b of different thickness being illustrated in the figure. The capillary bundles 23a and 23b have a flat, parallel arrangement of tubes lying next to each other in a plane. in the manner of a ribbon assembly, wherein the capillary bundle 23a a plurality of capillaries, eg. five capillaries, and the capillary bundle 23b has a smaller number, e.g. B. two capillaries.
Um eine günstige Wärmeabfuhr zu realisieren, können die Rohrleitungen in Längserstreckung wellenförmig verlegt sein . Zur Vergrößerung der Oberfläche der Kühlflächen 13a, 13b, 13c ist auch eine Ausgestaltung mit spiralförmig aufgewickelten Kapillaren denkbar . Dies ist in der Figur nicht ausdrücklich dargestellt .In order to realize a favorable heat dissipation, the pipes can be laid wave-shaped in the longitudinal direction. To increase the surface of the cooling surfaces 13a, 13b, 13c, a configuration with spirally wound capillaries is also conceivable. This is not explicitly shown in the figure.
Zwischen einem Kühlmedium des Hauptkühlers 10 und den zusätzlichen Kühlflächen 13 , 13a, 13b, 13c ist eine Strömungsverbindung herstellbar . Die HauptStrömungsrichtung ist in der Figur mit einem Pfeil 15 gekennzeichnet .Between a cooling medium of the main cooler 10 and the additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c, a flow connection can be established. The main direction of flow is indicated by an arrow 15 in the figure.
Es können auch ein oder mehrere Ventile 14 vorgesehen sein, um die zusätzlichen Kühlflächen 13 , 13a, 13b, 13c bezüglich einer Kühlmedienströmung zum Hauptkühler 10 zuzuschalten oder wegzuschalten. Die zusätzlichen Kühlflächen 13 , 13a, 13b, 13c können beispielsweise über ein Bypassventil 14 dem Hauptkühler 10 zugeschaltet oder weggeschaltet werden. Die Zuschal- tung erfolgt vorzugsweise bei extremen Bedingungen und großem Bedarf an Wärmeabfuhr, beispielsweise bei Bergfahrten oder hohen Umgebungstemperaturen oder sonstigen hohen Lasten, bei welchen viel Abwärme anfällt . Sobald sich die extremen Bedingungen normalisieren, können die zusätzlichen Kühlflächen 13 , 13a, 13b, 13c wieder vom Hauptkühler 10 weggeschaltet werden .One or more valves 14 may also be provided to connect or disconnect the additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c with respect to a cooling medium flow to the main cooler 10. The additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c can be switched on or off, for example, via a bypass valve 14 to the main cooler 10. The connection is preferably carried out under extreme conditions and a great need for heat dissipation, for example when driving uphill or at high ambient temperatures or other high loads, in which a lot of waste heat is generated. Once the extreme conditions normalize, the additional cooling surfaces 13, 13a, 13b, 13c can be switched away from the main cooler 10 again.
Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung kann einen erhöhten Kühlbedarf decken, ohne dass eine Dimensionierung des Haupt- kühlers 10 für eine hohe Spitzenlast erforderlich ist . Dadurch kann vorteilhafterweise die Einbausituation im räumlich stark begrenzten vorderen Bauraum des Brennstoffzellen- Fahrzeugs 20 entspannt werden. The cooling device according to the invention can cover an increased cooling requirement without requiring a dimensioning of the main cooler 10 for a high peak load. This can advantageously the installation situation in space strongly limited front space of the fuel cell vehicle 20 are relaxed.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kühleinrichtung in einem Brennstoffzellen-Fahrzeug (20 ) mit einer BrennstoffZelleneinrichtung (21) und mit einem Hauptkühler ( 10) zur Kühlung der Brennstoffzelleneinrich- tung (21) , sowie einer Karosserie (11) , dadurch gekennzeichnet , dass wenigstens eine zusätzliche Kühlfläche (13 , 13a, 13b, 13c) so vorgesehen ist , dass eine Kühlfläche (12 ) des Hauptkühlers ( 10 ) in Abhängigkeit eines Kühlbedarfs veränderbar ist .1. Cooling device in a fuel cell vehicle (20) with a fuel cell device (21) and with a main cooler (10) for cooling the Brennstoffzelleneinrich- device (21), and a body (11), characterized in that at least one additional cooling surface ( 13, 13a, 13b, 13c) is provided so that a cooling surface (12) of the main cooler (10) is variable depending on a cooling demand.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass eine oder mehrere zusätzliche Kühlflächen ( 13 , 13a, 13b, 13c) bedarfsabhängig zuschaltbar sind .2. Cooling device according to claim 1, characterized in that one or more additional cooling surfaces (13, 13a, 13b, 13c) are switchable on demand.
3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass die zusätzlichen Kühlflächen ( 13 , 13a, 13b, 13c) in der Karosserie ( 11) verborgen sind . 3. Cooling device according to claim 1 or 2, characterized in that the additional cooling surfaces (13, 13 a, 13 b, 13 c) in the body (11) are hidden.
4. Kühleinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die zusätzlichen Kühlflächen (13 , 13a, 13b, 13c) mittels Fahrtwind kühlbar sind.4. Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the additional cooling surfaces (13, 13a, 13b, 13c) are coolable by means of airstream.
5. Kühleinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine Strömungsverbindung zwischen einem Kühlmedium des Hauptkühlers (10) und den zusätzlichen Kühlflächen (13 , 13a, 13b, 13c) herstellbar ist .5. Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that a flow connection between a cooling medium of the main cooler (10) and the additional cooling surfaces (13, 13a, 13b, 13c) can be produced.
6. Kühleinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die zusätzlichen Kühlflächen ( 13 , 13a, 13b, 13c) durch Oberflächen von langen, dünnen Rohrleitungen gebil det sind .6. Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the additional cooling surfaces (13, 13 a, 13 b, 13 c) are gebil det through surfaces of long, thin pipes.
7. Kühleinrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet , dass die Rohrleitungen in Längserstreckung wellenförmig ausgebildet sind .7. Cooling device according to claim 6, characterized in that the pipes are formed wave-shaped in the longitudinal direction.
8. Kühleinrichtung nach Anspruch 6 oder 7 , dadurch gekennzeichnet , dass die Rohrleitungen in Längserstreckung spiralförmig aufgerollt sind. 8. Cooling device according to claim 6 or 7, characterized in that the pipes are rolled up spirally in the longitudinal direction.
9. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8 , dadurch gekennzeichnet , dass die Rohrleitungen als Kapillarbündel (23 , 23a, 23b) ausgestaltet sind.9. Cooling device according to claims 6 to 8, characterized in that the pipelines are configured as Kapillarbündel (23, 23 a, 23 b).
10. Kühleinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass ein oder mehrere Ventile (14 ) vorgesehen sind, um die zusätzlichen Kühlflächen (13 , 13a , 13b, 13c) zum Hauptkühler (10) strömungsmäßig zuzuschalten oder wegzuschalten.10. Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that one or more valves (14) are provided to switch the additional cooling surfaces (13, 13a, 13b, 13c) to the main radiator (10) in terms of flow or wegzuschalten.
11. Kühleinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die zusätzlichen Kühlflächen (13 , 13a, 13b, 13c) über ein Bypassventil (14 ) dem Hauptkühler (10 ) zuschaltbar oder wegschaltbar sind .11. Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the additional cooling surfaces (13, 13a, 13b, 13c) via a bypass valve (14) the main radiator (10) are switchable or wegschaltbar.
12. Kühleinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die zusätzlichen Kühlflächen (13 ) in einem Unterbodenbereich (16) des Fahrzeugs angeordnet sind .12. Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the additional cooling surfaces (13) are arranged in an underfloor region (16) of the vehicle.
13. Kühleinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die zusätzlichen Kühlflächen (13 ) in einem Dachbereich ( 17) des Fahrzeugs angeordnet sind . 13. Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the additional cooling surfaces (13) are arranged in a roof region (17) of the vehicle.
14. Kühleinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die zusätzlichen Kühlflächen (13 ) in einem Seitenbereich (18) des Fahrzeugs untergebracht sind.14. Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the additional cooling surfaces (13) are accommodated in a side region (18) of the vehicle.
15. Kühleinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet , dass die zusätzlichen Kühlflächen (13 ) in zumindest einem15. Cooling device according to at least one of the preceding claims, characterized in that the additional cooling surfaces (13) in at least one
Radkasten (19) angeordnet sind.Wheel well (19) are arranged.
16. Rohrleitung für eine Kühleinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 15 , ausgestaltet als Kapillarbündel (23 , 23a, 23b) .16. Pipe for a cooling device according to claims 1 to 15, configured as a capillary bundle (23, 23 a, 23 b).
17. Rohrleitung nach Anspruch 16 , dadurch gekennzeichnet , dass das Kapillarbündel (23a, 23b) in einer Flachband- Anordnung ausgestaltet ist .17. Pipe according to claim 16, characterized in that the capillary bundle (23a, 23b) is configured in a flat band arrangement.
18. Rohrleitung nach Anspruch 16 oder 17 , dadurch gekennzeichnet , dass das Kapillarbündel (23 , 23a, 23b) in Längserstreckung spiralförmig ausgebildet ist .18. Pipe according to claim 16 or 17, characterized in that the capillary bundle (23, 23 a, 23 b) is formed spirally in the longitudinal direction.
19. Rohrleitung nach Anspruch 16 bis 18 , dadurch gekennzeichnet , dass das Kapillarbündel (23 , 23a, 23b) in Längserstreckung wellenförmig ausgebildet ist . 19. Pipe according to claim 16 to 18, characterized in that the Kapillarbündel (23, 23 a, 23 b) is formed wavy in the longitudinal direction.
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