(57)【要約】本発明は、特に車両を動かすために用いられる内燃機関と、主に車両の電気ユニットに対する発電のために用いられる燃料電池とを含むシステムに関する。車両停止中における燃料電池の損失熱と燃料電池の余熱とを内燃機関で利用するために、燃料電池と内燃機関の熱連結が提案される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に車両を動かすために用いられる内燃機関と、主に車両の電気ユニットに対する発電のために用いられる燃料電池とを含むシステムにおいて、
燃料電池が内燃機関と熱技術的に連結されていることを特徴とするシステム。
【請求項２】
燃料電池が内燃機関の機関ブロックに配設されている又は少なくとも部分的に機関ブロック内に組み込まれていることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
燃料電池が内燃機関の方を向いた側で他の側よりも弱く断熱されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
燃料電池と内燃機関の間の接触領域に、熱移動を改善するための手段が設けられていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
機関ブロックにおける燃料電池の固定部分を介し、固体・熱伝導部が確立されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
蓄熱器が設けられていて、この蓄熱器が、燃料電池と接続されている又は接続可能であり、この蓄熱器により熱エネルギーを供給することができ、蓄熱器の熱を内燃機関に対して放出するために蓄熱器が内燃機関と連結可能であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
蓄熱器として潜熱蓄積器が設けられていることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
燃料電池と内燃機関の間に、流体の流れにより実現されている熱連結部が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
流体循環路が設けられていて、この流体循環路が、熱技術的に燃料電池とも内燃機関とも連結されていることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
流体循環路が内燃機関の冷却循環路と組み合わされていることを特徴とする、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載した、内燃機関と燃料電池から成るシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一方では内燃機関が設けられていて他方では追加的に燃料電池が設けられている自動車両は既に知られている。この際、内燃機関は特に車両を動かすために用いられ、燃料電池は主に電気ユニットの発電のために設けられている。
【０００３】
従来、内燃機関も燃料電池も互いに別個に取り付けられる。この際、主に、燃料電池をその現実的なスペース要求のために従来のスタータバッテリの取付個所に取り付けるということが想定されている。
【０００４】
しかし特に車両の停止後には内燃機関も燃料電池も並行して冷却し、その結果、各々のユニット内に蓄積された熱が周辺環境へと失われる。燃料電池は、確かに、多くの場合、絶縁を行うカバー内に設けられているが、このカバーは、全熱損失の一時的な遅延を導くだけである。現今の高温・燃料電池において稼動温度は８５０℃程度である。１時間、２時間、４時間、７時間という冷却期間の後、現在の従来技術における燃料電池の温度は、７５０℃、６５０℃、６００℃、更には４００℃に減少される。この冷却効果のため、内燃機関と燃料電池の熱の組み合わせによるシステム最適化の潜在性は、完全には利用され得ない。特に内燃機関は比較的速く冷却し、その結果、再始動時には冷間始動におけるエミッションの短所を甘受せざるおえない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それにより本発明の課題は、前述の短所が可能な限り回避され得る、内燃機関と燃料電池から成るシステムを創作することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は請求項１に記載された特徴により解決される。特に、構造上の措置により、燃料電池と、内燃機関、即ち車両の燃焼動力機械としての内燃機関との熱技術的な連結がもたらされる。熱技術的な連結は、１つの実施バリエーションによれば、燃料電池が内燃機関の機関ブロックに配設されている又は少なくとも部分的に機関ブロック内に組み込まれていることにより達成される。
【０００７】
１次駆動側の断熱が、構造に起因して燃料電池ブロックの他の側の断熱に比べてより弱いことにより、この個所における熱交換が促進される。この促進は、絶縁ボックスと機関ブロックの間の熱伝導を改善する措置により強化され得る。
【０００８】
選択的に、燃料電池の熱は蓄熱器内に中間蓄積され、需要に応じて内燃機関へと放出され得る。
【０００９】
他の選択肢によれば、流体循環を介して熱連結を実現することが可能であり、熱はこの流体循環により燃料電池システムから内燃機関へと運ばれる。そのためには特に内燃機関の冷却循環路が適していて、この冷却循環路は、特別な実施バリエーションに従い、燃料電池を通じて案内可能である。
【００１０】
全体として、前述の措置を用い、燃料電池と内燃機関の間の熱交換効果が行われ得て、それにより、一方では、車両の再始動時の車両エネルギー消費及びエミッションデータが燃料電池の廃熱の利用により改善される。特に、１次機関稼動に依存することなく、例えばパーキングエアコン、パーキングヒータ稼動、又は待機稼動のために燃料電池を別個に作動することも可能である。この場合、燃料電池から放出される廃熱は内燃機関の加熱に寄与する。それにより全体として内燃機関は、例えば冷間始動濃縮の必然性及びそれに関連する燃料消費の短所の必然性を排除させる温度レベルに留まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、唯一の図面である図１に基づき、本発明を更に詳細に説明する。図１は本発明の実施形態の概要ブロック図を表している。
【００１２】
図１による本発明の実施形態において、高温・燃料電池１０は絶縁体１２内に埋設されていて、所謂ＡＰＵ（Auxillery Power Unit）を形成している。このＡＰＵは、図１では概要のみが示唆されている機関ブロック１４の穴内に埋設されている。この際、機関ブロック１４側の絶縁部は、固体熱伝導部の確立により、燃料電池における他の側の絶縁部、例えば機関ブロックの反対側の絶縁部よりも少なく形成されている。
【００１３】
高温・燃料電池１０とその高温補助ユニットは取付具１６を介して機関ブロックに固定されている。
【００１４】
燃料電池１０から機関ブロック１４への熱交換は矢印１８によって表されていて、この矢印１８は熱伝導或いは熱放射を象徴するものである。高温・燃料電池はその稼動時においてほぼ８００℃の温度を有する。機関ブロックの反対側にある絶縁部１２の外側ではほぼ４５℃の温度が支配している。機関ブロック１４に対する接触面ではほぼ１００℃の温度が支配している。この際、絶縁部１２は（例えば、パーキングエアコンディショニング中、又は、極低温燃料の所謂ボイル・オフ・転換のための）車両の停止中における燃料電池の稼動時において技術的に回避できない熱損失が実質的に機関ブロックに移行するように実施されていて、その結果、この熱は機関のために使用可能とされる。その後、機関が暖機状態で停止されると、同様にスイッチオフされたＡＰＵの熱損失は、しばらくの間、機関を４０℃以上の温度に維持する。この段階において空気／燃料・混合気の濃縮の必然性は排除され、この必然性はそうでなければ冷間始動時に行われなくてはならない。走行稼動時、ＡＰＵと内燃機関の間の熱輸送プロセスはほとんどゼロであり、その理由は、機関ブロックが、機関ブロックに隣接している燃料電池或いは燃料電池・ボックスの側と同じような温度レベルにあるためである。
【００１５】
もちろん、熱技術的な連結は、燃料電池を機関ブロックに接するように取り付ける又は機関ブロック内に取り付けるという方式とは異なる方式でも行われ得る。例えば、熱技術的な連結は、固体熱伝導、又は、潜熱蓄積器を介した間接的な伝導、又は、アクティブ流体輸送によって生じ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の概要ブロック図を示す。
【符号の説明】
【００１７】
１０  高温・燃料電池
１２  絶縁体
１４  機関ブロック
１６  取付具
１８  熱交換を表す矢印
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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