Die
Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einer
Brennstoffzelle und einem Kältekreis
mit einem Kondensator, wobei der Kältekreis mittels von der Brennstoffzelle
erzeugter Energie betreibbar ist.The
The invention relates to an air conditioning system for a motor vehicle, with a
Fuel cell and a refrigerant circuit
with a capacitor, wherein the refrigerant circuit by means of the fuel cell
generated energy is operable.
Darüber hinaus
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage
für ein
Kraftfahrzeug, mit dem Schritt: Betreiben eines Kältekreises
der Klimaanlage mittels von einer Brennstoffzelle erzeugter Energie
zum Durchführen
eines Kühlbetriebs.Furthermore
The invention relates to a method for operating an air conditioning system
for a
Motor vehicle, with the step: operating a refrigeration circuit
the air conditioning by means of a fuel cell generated energy
to perform
a cooling operation.
Ferner
betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Klimaanlage.Further
The invention relates to a motor vehicle with such an air conditioner.
Aus
der DE 102 23 949
A1 ist eine Klimaanlage mit einer Brennstoffzelle zur Standklimatisierung eines
Fahrzeugs bekannt.From the DE 102 23 949 A1 An air conditioning system with a fuel cell for stationary air conditioning of a vehicle is known.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin die gattungsgemäße Klimaanlage
derart weiterzubilden, dass deren Funktionalität erweitert wird.The
Object of the present invention is the generic air conditioning
in such a way that their functionality is extended.
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.These
The object is solved by the features of the independent claims.
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen.advantageous
Refinements and developments of the invention will become apparent
the dependent
Claims.
Die
erfindungsgemäße Klimaanlage
baut auf dem gattungsgemäßen Stand
der Technik dadurch auf, dass die Klimaanlage dazu ausgelegt ist,
Abwärme
des Kondensators und/oder der Brennstoffzelle, die durch einen Kühlbetrieb
der Klimaanlage erzeugt wird, für
einen Heizbetrieb zu nutzen. Dadurch kann der Leistungsbedarf für den Heizbetrieb
verringert werden, da weniger Heizleistung beispielsweise durch
einen elektrischen Heizer erzeugt werden muss. Außerdem wird
somit die Abwärme
von heißen Teilen
des Brennstoffzellensystems nicht verschwendet sondern effektiv
genutzt. Durch die Möglichkeit des
gleichzeitigen Heizens und Kühlens
wird ferner die Funktionalität
der Klimaanlage erweitert. Dies kann dazu genutzt werden einen geschlossenen Raum
zu heizen während
ein anderer geschlossener Raum gekühlt wird.The
inventive air conditioning
builds on the generic state
technology because the air conditioning system is designed to
waste heat
of the capacitor and / or the fuel cell caused by a cooling operation
the air conditioning is generated for
to use a heating operation. As a result, the power requirement for the heating operation
can be reduced because less heating power, for example, by
an electric heater must be generated. In addition, will
thus the waste heat
of hot parts
the fuel cell system is not wasted but effective
used. By the possibility of the
simultaneous heating and cooling
will also be the functionality
the air conditioning expanded. This can be used to create a closed space
to heat while
another closed room is cooled.
Diese
Vorteile können
insbesondere dadurch erzielt werden, dass durch den Kühlbetrieb
ein Kühlschrank
kühlbar
ist und durch den Heizbetrieb ein Fahrzeuginnenraum heizbar ist.These
Benefits can
be achieved in particular by the fact that by the cooling operation
a fridge
cooled
is and by the heating operation, a vehicle interior is heated.
Ferner
ist bei der erfindungsgemäßen Klimaanlage
vorteilhaft, dass für
den Heizbetrieb zusätzlich
die Abwärme
eines Reformers und/oder eines Nachbrenners, die beide mit der Brennstoffzelle
zusammenwirken, nutzbar ist.Further
is in the air conditioning system according to the invention
advantageous for that
the heating operation in addition
the waste heat
a reformer and / or an afterburner, both with the fuel cell
interact, is usable.
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
und mit dem Kraftfahrzeug, welches eine solche Klimaanlage aufweist,
können
die vorstehend genannten Vorteile in übertragener Weise erreicht
werden.With
the method according to the invention
and with the motor vehicle having such an air conditioner,
can
achieves the above advantages in a metaphorical manner
become.
Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beispielhaft erläutert.preferred
embodiments
The invention will be described below with reference to the accompanying drawings
Drawings exemplified.
Es
zeigen:It
demonstrate:
1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage; 1 a schematic representation of an air conditioner according to the invention;
2 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs in dem die erfindungsgemäße Klimaanlage
montiert ist; und 2 a schematic representation of a motor vehicle in which the air conditioner according to the invention is mounted; and
3 ein
Flussdiagramm eines Klimatisierungsbetriebs. 3 a flowchart of an air conditioning operation.
1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage.
Die in einem Kraftfahrzeug 110 installierte Klimaanlage 112 (Einbaulage
siehe 2) umfasst als Hauptelemente ein Brennstoffzellensystem 14 und
einen Kältekreis 116. Die
Klimaanlage 112 hat die äußere Gestalt eines Klimatisierungsturms 192,
dessen Innenaufbau durch die gestrichelte Linie 194 umrissen
ist. Der Klimatisierungsturm 192 hat einen Luftauslass 196 und
einen Lufteinlass 198. Ferner ist in dem Klimatisierungsturm 192 ein
Kühlschrank 200 angeordnet. 1 shows a schematic representation of an air conditioner according to the invention. The in a motor vehicle 110 installed air conditioning 112 (Installation position see 2 ) comprises as main elements a fuel cell system 14 and a cooling circuit 116 , The air conditioner 112 has the outer shape of an air conditioning tower 192 whose internal structure is indicated by the dashed line 194 outlined. The air conditioning tower 192 has an air outlet 196 and an air inlet 198 , Further, in the air conditioning tower 192 a fridge 200 arranged.
Das
Brennstoffzellensystem 14 umfasst einen Reformer 18,
dem über
einen Brennstoffstrang 20 aus einem nicht dargestellten
Brennstofftank Brennstoff zuführbar
ist. Ferner ist dem Reformer 18 an einer zweiten Brennstoffzuführstufe
mittels eines Brennstoffstrangs 22 ebenfalls aus dem Brennstofftank
Brennstoff zuführbar.
Als Brennstoffsorten kommen Diesel, Benzin, Erdgas und weitere aus
dem Stand der Technik bekannte Brennstoffsorten in Frage. Weiterhin
ist dem Reformer 18 über
einen Oxidationsmittelstrang 24 Oxidationsmittel, d.h.
insbesondere Luft, zuführbar.
Das von dem Reformer 18 erzeugte Reformat ist einem Brennstoffzellenstapel 26 zuführbar. Alternativ
kann anstatt des Brennstoffzellenstapels 26 auch nur eine
Brennstoffzelle vorgesehen sein. Bei dem Reformat handelt es sich
um ein wasserstoffhaltiges Gas, das in dem Brennstoffzellenstapel 26 mit
Hilfe von über
einen Kathodenzuluftstrang 28 geförderter Kathodenzuluft unter
Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme umgesetzt wird. Die erzeugte
elektrische Energie ist über
eine elektrische Leitung 30 einem Elektromotor 32,
einer Batterie 34 und einer elektrischen Heizeinrichtung 36 der
Klimaanlage 112 zuführbar.
Dies kann auf direktem Weg erfolgen oder durch Einspeisung der Energie über einen zentralen
Knoten in das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs 110.
Im dargestellten Fall ist das Anodenabgas über einen Anodenabgasstrang 38 einer
Mischeinheit 40 eines Nachbrenners 42 zuführbar. Ferner
ist dem Nachbrenner 42 über
einen Brennstoffstrang 44 Brennstoff aus dem Brennstofftank
und über
einen Oxidationsmittelstrang 46 Oxidationsmittel zuführbar. In
den Brennstoffsträngen 20, 22 und 44 sind
geeignete, nicht dargestellte Fördereinrichtungen,
wie beispielsweise Pumpen, angeordnet. Ebenso sind in den Oxidationsmittelsträngen 24 und 46 entsprechende,
nicht dargestellte Fördereinrichtungen,
in diesem Fall vorzugsweise Gebläse,
angeordnet. Diese Fördereinrichtungen können direkt
vom Brennstoffzellenstapel 26 oder von der Batterie 34 mit
Strom versorgt werden. In dem Nachbrenner 42 erfolgt eine
Umsetzung des abgereicherten Anodenabgases mit dem geförderten Brennstoff
und Oxidationsmittel zu einem Verbrennungsabgas, welches in einer
Mischeinheit 48 mit Kathodenabluft vermischt wird, die über einen
Kathodenabluftstrang 50 von dem Brennstoffzellenstapel 26 zu
der Mischeinheit 48 gefördert
wird. Das Verbrennungsabgas, welches nahezu keine Schadstoffe enthält, durchströmt einen
Wärmetauscher 52 zum Vorwärmen der
Kathodenzuluft und verlässt
schließlich
das Brennstoffzellensystem 14 über einen Abgasauslass 54.The fuel cell system 14 includes a reformer 18 that about a fuel train 20 from a fuel tank, not shown, fuel is supplied. Furthermore, the reformer 18 at a second fuel supply stage by means of a fuel train 22 also fed from the fuel tank fuel. As fuel types are diesel, gasoline, natural gas and other known from the prior art types of fuel in question. Furthermore, the reformer 18 via an oxidizer strand 24 Oxidizing agent, ie in particular air, can be fed. That of the reformer 18 produced reformate is a fuel cell stack 26 fed. Alternatively, instead of the fuel cell stack 26 also be provided only a fuel cell. The reformate is a hydrogen-containing gas contained in the fuel cell stack 26 with the help of over a Kathodenzuluftstrang 28 funded Kathedenzuluft is converted to generate electrical energy and heat. The generated electrical energy is via an electrical line 30 an electric motor 32 , a battery 34 and an electric heater 36 the air conditioning 112 fed. This can be on direk tem way or by feeding the energy through a central node in the electrical system of the motor vehicle 110 , In the illustrated case, the anode exhaust gas is via an anode exhaust line 38 a mixing unit 40 an afterburner 42 fed. Further, the afterburner 42 over a fuel strand 44 Fuel from the fuel tank and via an oxidizer strand 46 Oxidizing agent fed. In the fuel strands 20 . 22 and 44 are suitable, not shown conveyors, such as pumps arranged. Likewise, in the oxidizer strands 24 and 46 corresponding conveyors, not shown, in this case, preferably blower arranged. These conveyors can be directly from the fuel cell stack 26 or from the battery 34 be powered. In the afterburner 42 There is a reaction of the depleted anode exhaust gas with the funded fuel and oxidant to a combustion exhaust gas, which in a mixing unit 48 is mixed with cathode exhaust air, which via a cathode exhaust line 50 from the fuel cell stack 26 to the mixing unit 48 is encouraged. The combustion exhaust gas, which contains almost no pollutants, flows through a heat exchanger 52 for preheating the Kathodenzuluft and finally leaves the fuel cell system 14 via an exhaust outlet 54 ,
In
dem Kältekreis 116 sind
ein Kompressor 56, ein Kondensator 58, ein Expansionsorgan 60,
ein Verdampfer 62 und ein zum Verdampfer 62 parallel geschalteter
Kühlschrankverdampfer 202 angeordnet.
Der Kühlschrankverdampfer 202 ist
im Kühlschrank 200 angeordnet.
An den Abzweigungen zum Kühlschrankverdampfer 202 sind
Stelleinrichtungen 204 platziert, mit denen wahlweise der
Verdampfer 62, der Kühl schrankverdampfer 202 oder
beide in den Kältekreis 116 eingebunden
werden können.
Der Kompressor 56 ist von dem Elektromotor 32 antreibbar,
welcher wiederum vorzugsweise durch den Brennstoffstoffzellenstapel 26 des
Brennstoffzellensystems 14 mit Energie versorgt wird, aber
kurzzeitig auch von der Batterie 34 mit Energie versorgt
werden kann. Dem Verdampfer 62 ist ein Gebläse 64 zugeordnet. Über eine
Außenluftleitung 66 kann
von Außen
Umgebungsluft angesaugt werden. Der Begriff "von Außen", wie er im Zusammenhang mit dieser Erfindung
verwendet wird, bedeutet dabei von außerhalb des Innenraumes 178,
bezeichnet somit die das Kraftfahrzeug 110 umgebende Luft.
Die Außenluftleitung 66 führt zu einer
Stelleinrichtung 168, welche die Außenluft dem Gebläse 64 zuführen kann.
Die von der Stelleinrichtung 168 zum Gebläse 64 geleitete Luft
strömt
als Luftstrom 70 an dem Verdampfer 62 vorüber. Auf
diese Weise kann dem Luftstrom 70 durch den Verdampfer 62 Wärmeenergie
entzogen werden. Der gekühlte
Luftstrom kann dann über
eine Stelleinrichtung 72, eine Luftführung 74 und den Luftauslass 196 einem
Fahrzeuginnenraum 178 zugeführt werden. Die Stelleinrichtung 72 kann
beispielsweise durch ein Elektromagnetventil oder durch Rückschlagventile,
welche jeweils nur eine Strömung von
den beiden Zuleitungen hin zur Luftführung 74 zulassen,
realisiert werden. Aus dem Fahrzeuginnenraum 178 strömt die Luft über den
Lufteinlass 198 und eine Luftführung 82 zurück zu der
Stelleinrichtung 168, wo sie ganz oder teilweise nach Außen abgeführt wird
oder zurück
zum Gebläse 64 geleitet wird.
Für die
Führung
der Luft nach Außen
ist eine entsprechende Leitung vorge sehen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt ist. Über die
Schaltung der Stelleinrichtung 168 lässt sich somit wahlweise ein
Frischluft- oder ein Umluftkonzept realisieren, bei dem Luft von
Außen über die
Außenluftleitung 66 angesaugt
wird oder die Luft aus der Luftführung 82 rezirkuliert
wird. Auch Mischformen dieser Betriebsarten sind möglich. Ferner
ist dem Kondensator 58 ein Gebläse 206 zugeordnet,
mit dem ein Luftstrom 208 von einer Stelleinrichtung 168 zu
einer Luftführung 184 oder
entgegengesetzt dazu erzeugt werden kann. Mittels der Stelleinrichtung 168 kann über die
Außenluftleitung 66 dem
Gebläse 206 Luft
zugeführt
werden. Der Luftstrom 208 wird an dem Kondensator 58 vorüber geführt, wo
ihm Wärmeenergie
zugeführt
wird, falls der Kältekreis 116 in Betrieb
ist. Der so vorgewärmte
Luftstrom wird der Luftführung 184 zugeführt, die
an einer Stelleinrichtung 210 endet. An der Stelleinrichtung 210 kann
der vorgewärmte
Luftstrom wahlweise zusätzlich über ein
Gebläse 212 mit
Abwärme
von den heißen
Teilen des Brennstoffzellensystems 14 beaufschlagt werden.
Hierfür
strömt
vom Gebläse 212 angesaugte Luft
an heißen
Teilen des Brennstoffzellensystems 14 direkt vorüber oder
durch (nicht dargestellte) Wärmetauscher,
die zwischen dem angesauten Luftstrom und den heißen Teilen
vermitteln. Die heißen
Teile des Brennstoffzellensystems 14 sind vorzugsweise der
Reformer 18, der Brennstoffzellenstapel 26 und der
Nachbrenner 42. Auf diese Weise kann durch die Abwärme der
heißen
Teile des Brennstoffzellensystems 14 dem Luftstrom Wärmeenergie
zugeführt werden.In the refrigeration circuit 116 are a compressor 56 , a capacitor 58 , an expansion organ 60 , an evaporator 62 and one to the evaporator 62 Parallel connected refrigerator evaporator 202 arranged. The refrigerator evaporator 202 is in the fridge 200 arranged. At the branches to the refrigerator evaporator 202 are adjusting devices 204 placed, with which optionally the evaporator 62 , the refrigerator cabinet evaporator 202 or both in the refrigeration circuit 116 can be integrated. The compressor 56 is from the electric motor 32 drivable, which in turn preferably through the fuel cell stack 26 of the fuel cell system 14 is powered, but for a short time also from the battery 34 can be supplied with energy. The evaporator 62 is a fan 64 assigned. Via an outside air duct 66 can be sucked in from the outside ambient air. The term "from outside", as used in connection with this invention, means from outside the interior 178 , thus designating the motor vehicle 110 surrounding air. The outside air duct 66 leads to an actuating device 168 which the outside air is the blower 64 can supply. The of the adjusting device 168 to the blower 64 Guided air flows as airflow 70 on the evaporator 62 over. In this way, the airflow 70 through the evaporator 62 Heat energy to be withdrawn. The cooled air flow can then via an adjusting device 72 , an air duct 74 and the air outlet 196 a vehicle interior 178 be supplied. The adjusting device 72 For example, by a solenoid valve or by check valves, which in each case only a flow from the two leads to the air duct 74 allow to be realized. From the vehicle interior 178 the air flows over the air inlet 198 and an air duct 82 back to the actuator 168 where it is completely or partially discharged to the outside or back to the blower 64 is directed. For the guidance of the air to the outside, a corresponding line is provided, which is not shown for reasons of clarity. About the circuit of the adjusting device 168 Thus, either a fresh air or a recirculated air concept can be realized, in which air from the outside via the outside air duct 66 is sucked or the air from the air duct 82 is recirculated. Mixed forms of these modes are possible. Further, the capacitor 58 a fan 206 associated with the one airflow 208 from an actuator 168 to an air duct 184 or opposite can be generated. By means of the adjusting device 168 can via the outside air duct 66 the blower 206 Air are supplied. The airflow 208 is on the capacitor 58 led past where heat energy is supplied to him, if the refrigeration circuit 116 is in operation. The preheated air flow becomes the air duct 184 fed to an adjusting device 210 ends. At the adjusting device 210 The preheated air flow can optionally additionally via a blower 212 with waste heat from the hot parts of the fuel cell system 14 be charged. For this flows from the blower 212 sucked in air on hot parts of the fuel cell system 14 directly past or through heat exchangers (not shown) that communicate between the suctioned airflow and the hot parts. The hot parts of the fuel cell system 14 are preferably the reformer 18 , the fuel cell stack 26 and the afterburner 42 , In this way, by the waste heat of the hot parts of the fuel cell system 14 Heat energy is supplied to the air stream.
Dieser
warme Luftstrom wird in einer Luftführung 190 weitergeleitet,
die mit der elektrischen Heizeinrichtung 36 versehen ist.
Die elektrische Heizeinrichtung 36 wird direkt von einer
vom Brennstoffzellenstapel 26 erzeugten oder von der Batterie 34 gespeicherten
Energie versorgt, um den Luftstrom weiter zu erwärmen. Diese Luft strömt weiter
zur Stelleinrichtung 72 und von dort zu dem Luftauslass 196. Nach
dem Durchströmen
des Innenraums 178 führt der
Luftstrom über
den Lufteinlass 198 und die Luftführung 82 zurück zur Stelleinrichtung 168,
wo er entweder nach Außen
abgeführt
wird oder zurück
zum Gebläse 206 geleitet
wird. Auch hierbei lässt
sich über
die Schaltung der Stelleinrichtung 168 somit wahlweise
in einem solchen Heizbetrieb ein Umluftkonzept realisieren, bei
dem Luft von Außen über die Außenluftleitung 66 angesaugt
wird oder die Luft aus der Luftführung 82 rezirkuliert
wird.This warm airflow is in an air duct 190 forwarded with the electric heater 36 is provided. The electric heater 36 gets directly from one of the fuel cell stacks 26 generated or from the battery 34 stored energy to further heat the air flow. This air continues to flow to the adjusting device 72 and from there to the air outlet 196 , After flowing through the interior 178 the airflow passes over the air inlet 198 and the air duct 82 back to the adjusting device 168 where it is either discharged to the outside or back to the blower 206 is directed. Again, can be on the circuit of the actuator 168 thus optionally in such a heating operation, a recirculation realize the concept of air from the outside via the outside air duct 66 is sucked or the air from the air duct 82 is recirculated.
2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 110 in
dem die erfindungsgemäße Klimaanlage 112 montiert
ist. Bei dem Kraftfahrzeug 110 handelt es sich vorzugsweise
um eine Stretchlimousine, in welcher die Klimaanlage 112 turmförmig, vorzugsweise
als nachrüstbare
Einheit, angeordnet ist. Zusätzlich
zur beschriebenen Klimaanlage 112 hat das Kraftfahrzeug 110 eine
herkömmliche
Klimaanlage 92, bei der ein Kompressor eines herkömmlichen
Kältekreises
mechanisch von einem Antriebsaggregat 94, vorzugsweise
einem Verbrennungsmotor, antreibbar ist. Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs 110 und
dem damit verbundenen Betrieb des Antriebsaggregats 94 kann
der Innenraum 178 über
die herkömmliche,
fahrzeugeigene Klimaanlage 92 in allgemein bekannter Weise
gekühlt
bzw. mittels Abwärme
des Antriebsaggregats 94 erwärmt werden. Bei Still stand
des Antriebsaggregats 94 kann der Innenraum 178 über die
erfindungsgemäße Klimaanlage 112 klimatisiert
werden. 2 shows a schematic representation of a motor vehicle 110 in which the air conditioning system according to the invention 112 is mounted. In the motor vehicle 110 it is preferably a stretch limousine, in which the air conditioning 112 tower-shaped, preferably as a retrofittable unit, is arranged. In addition to the described air conditioning 112 has the motor vehicle 110 a conventional air conditioning 92 in which a compressor of a conventional refrigeration circuit mechanically from a drive unit 94 , preferably an internal combustion engine, is drivable. While driving the motor vehicle 110 and the associated operation of the drive unit 94 can the interior 178 on the conventional, on-board air conditioning 92 cooled in a generally known manner or by means of waste heat of the drive unit 94 to be heated. At standstill the drive unit 94 can the interior 178 over the air conditioning system according to the invention 112 be air conditioned.
Nachfolgend
werden verschiedene Betriebszustände
aufgezeigt, die mittels der Klimaanlage 112 realisierbar
sind; dabei kann wahlweise bei allen Betriebszuständen zusätzlich oder
alternativ der Kühlschrankverdampfer 202 mittels
der Stelleinrichtungen 204 in den Kältekreis 116 eingebunden
werden, so dass beispielsweise Getränke im Kühlschrank gekühlt werden
können:Below are shown various operating conditions by means of the air conditioning 112 are feasible; In this case, optionally or alternatively, the refrigerator evaporator in all operating conditions 202 by means of the adjusting devices 204 in the refrigeration circuit 116 be integrated so that, for example, drinks in the refrigerator can be cooled:
Kühlbetrieb
mit Umluftzirkulation:cooling
with circulating air circulation:
In
diesem Betriebszustand ist die Stelleinrichtung 168 so
geschaltet, dass Luft aus dem Innenraum 178 über den
Lufteinlass 198, die Luftführung 82 zu dem Gebläse 64 geführt wird.
Dieser Luftstrom 70 wird gekühlt und über die Stelleinrichtung 72,
die Luftführung 74 und
den Luftauslass 196 in den Innenraum 178 geführt, wodurch
dieser gekühlt
wird. Um im Kühlbetrieb
ein Aufheizen des Innenraums 178 zu vermeiden, wird die
Abwärme
des Brennstoffzellensystem 14 vom Gebläse 212 zu der Stelleinrichtung 210 geführt. Die
Stelleinrichtung 210 leitet die Abwärme weiter über die Luftführung 184 zum
Gebläse 206,
welches derart betrieben wird, dass die Luft aus der Luftführung 184 direkt über den
Kondensator 58 hinweg zur Stelleinrichtung 168 geführt wird,
wodurch auch die Abwärme
des Kondensators 58 auf die Luft übertragen wird. Dieser Abwärmeluftstrom wird
von der Stelleinrichtung 168 nach Außen abgegeben. Alternativ können auch
entsprechende (nicht dargestellte) zusätzliche Gebläse und Leitungen
vorgesehen sein, welche die Abwärme
des Brennstoffzellensystems 14 und die Abwärme des
Kondensators 58 nach Außen abführen.In this operating state is the actuator 168 switched so that air from the interior 178 over the air intake 198 , the air duct 82 to the fan 64 to be led. This airflow 70 is cooled and over the actuator 72 , the air duct 74 and the air outlet 196 in the interior 178 led, whereby this is cooled. To heat up the interior in cooling mode 178 To avoid, the waste heat of the fuel cell system 14 from the blower 212 to the actuator 210 guided. The adjusting device 210 Guides the waste heat on the air duct 184 to the blower 206 , which is operated such that the air from the air duct 184 directly over the capacitor 58 away to the adjusting device 168 is guided, whereby the waste heat of the capacitor 58 is transmitted to the air. This waste air flow is from the actuator 168 delivered to the outside. Alternatively, corresponding (not shown) additional fans and lines may be provided which the waste heat of the fuel cell system 14 and the waste heat of the condenser 58 dissipate to the outside.
Kühlbetrieb
mit Außenluftzuführung:cooling
with outside air supply:
In
diesem Betriebszustand ist die Stelleinrichtung 168 so
geschaltet, dass Außenluft über die Außenluftleitung 66 zu
dem Gebläse 64 geführt wird. Der
Luftstrom 70 wird gekühlt
und über
die Stelleinrichtung 72, die Luftführung 74 und den Luftauslass 196 in
den Innenraum 178 geführt.
Der über
die Luftführung 82 aus
dem Innenraum 178 führende
Luftstrom wird von der Stelleinrichtung 168 nach Außen abgegeben.
Hinsichtlich des Abführens
der Abwärme des
Brennstoffzellensystems 14 und des Kondensators 58 werden
die im Rahmen des vorstehend beschriebenen Kühlbetriebs erläuterten
Maßnahmen ergriffen.In this operating state is the actuator 168 switched so that outside air through the outside air duct 66 to the fan 64 to be led. The airflow 70 is cooled and over the actuator 72 , the air duct 74 and the air outlet 196 in the interior 178 guided. The over the air duct 82 from the interior 178 leading airflow is from the actuator 168 delivered to the outside. With regard to the removal of the waste heat of the fuel cell system 14 and the capacitor 58 the measures explained in the context of the cooling operation described above are taken.
Heizbetrieb mit Umluftzirkulation:Heating mode with circulating air circulation:
In
diesem Betriebszustand wird über
den Lufteinlass 198, die Luftführung 82 und die Stelleinrichtung 168 ein
Luftstrom 208 zum Gebläse 206 geführt. Falls
der Kühlschrank 200 gekühlt werden
soll, ist der Kältekreis 116 derart
in Betrieb, dass die Stelleinrichtungen 204 nur den Kühlschrankverdampfer 202 in
den Kältekreis 116 einbinden.
Durch diesen Betrieb des Kältekreises 116 wird
Abwärme
am Kondensator 58 freigesetzt. Mit dieser Abwärme wird
der Luftstrom 208 vorgewärmt. Der vorgewärmte Luftstrom
strömt über die
Luftführung 184 zur
Stelleinrichtung 210, wo der Luftstrom zusätzlich über das Gebläse 212 mit
Abwärme
der heißen
Teile des Brennstoffzellensystems 14 beaufschlagt werden kann.
Falls der Kühlschrankverdampfer 202 nicht
in Betrieb ist, dann wird hier der Luftstrom zum ersten mal erwärmt. Die
auf diese Weise vorgewärmte
Luft wird mittels der Luftführung 190 zu
der elektrischen Heizeinrichtung 36 und weiter zur Stelleinrichtung 72 geführt. Die
elektrische Heizeinrichtung 36 wird zur Erwärmung der
Luft in der Luftführung 190 mit
elektrischem Strom betrieben. Anschließend strömt die erwärmte Luft über die Stelleinrichtung 72,
die Luftführung 74 und
den Luftauslass 196 in den Innenraum 178.In this operating state is via the air inlet 198 , the air duct 82 and the actuator 168 an airflow 208 to the blower 206 guided. If the fridge 200 is to be cooled, is the refrigerant circuit 116 in operation so that the adjusting devices 204 only the refrigerator evaporator 202 in the refrigeration circuit 116 integrated. Through this operation of the refrigeration circuit 116 is waste heat on the condenser 58 released. With this waste heat is the air flow 208 preheated. The preheated air stream flows over the air duct 184 to the adjusting device 210 where the air flow in addition to the blower 212 with waste heat from the hot parts of the fuel cell system 14 can be applied. If the refrigerator evaporator 202 is not in operation, then here the air flow is heated for the first time. The preheated in this way air is by means of the air duct 190 to the electric heater 36 and on to the adjusting device 72 guided. The electric heater 36 is used to heat the air in the air duct 190 powered by electricity. Subsequently, the heated air flows over the adjusting device 72 , the air duct 74 and the air outlet 196 in the interior 178 ,
Heizbetrieb mit Außenluftzuführung:Heating mode with outside air supply:
In
diesem Betriebszustand wird Außenluft über die
Außenluftleitung 66 von
der Stelleinrichtung 168 dem Gebläse 206 zugeführt. Falls
der Kondensator 58 durch die Kühlung des Kühlschranks 200 Abwärme erzeugt,
wie vorstehend beschrieben, wird mit dieser der Luftstrom vorgewärmt. Dieser
Luftstrom wird, wie im vorstehend beschriebenen Betriebszustand, über die
Luftführung 184,
die Stelleinrichtung 210 mit der damit verbundenen Erwärmung, die
Luftführung 190,
die elektrische Heizeinrichtung 36, die Stelleinrichtung 72,
die Luftführung 74 und den
Luftauslass 196 in den Innenraum 178 geleitet. Anschließend wird
die Luft über
die Luftführung 82 zur
Stelleinrichtung 168 geführt, wo sie nach Außen abgegeben
wird.In this operating state, outside air is supplied via the outside air line 66 from the actuator 168 the blower 206 fed. If the capacitor 58 by cooling the refrigerator 200 Waste heat generated, as described above, is preheated with this, the air flow. This air flow, as in the operating condition described above, on the air flow 184 , the adjusting device 210 with the associated warming, the air flow 190 , the electric heater 36 , the adjusting device 72 , the air duct 74 and the air outlet 196 in the interior 178 directed. Then the air is transferred through the air duct 82 to the adjusting device 168 led, where they go to the outside is delivered.
Diese
unterschiedlichen Betriebszustände werden über eine
elektronische Steuereinheit angesteuert, die je nach Temperatur
im Innenraum 178, Außentemperatur,
eingestellten Solltemperaturen und gewünschtem Klimatisierungsbetrieb
den geeigneten Betriebszustand auswählt. Diese elektronische Steuereinheit
ist aus Gründen
der Übersichtlichkeit
in den Figuren nicht dargestellt, jedoch ist dem Fachmann sofort
ersichtlich, dass diese zumindest mit den entsprechenden Fördereinrichtungen
in den Strängen 20, 22, 24, 44 und 46 der
Energieverteilung in der elektrischen Leitung 30, den Gebläsen 64, 206 und 212,
der elektrischen Heizeinrichtung 36, dem Elektromotor 32,
den Stelleinrichtungen 72, 168 und 204 sowie
den entsprechenden Temperatursensoren verbunden ist.These different operating conditions are controlled by an electronic control unit, depending on the temperature in the interior 178 , Outside temperature, set target temperatures and desired air conditioning operation selects the appropriate operating state. This electronic control unit is not shown in the figures for reasons of clarity, but it is immediately apparent to the person skilled in the art that this at least with the corresponding conveyors in the strands 20 . 22 . 24 . 44 and 46 the power distribution in the electrical line 30 , the blowers 64 . 206 and 212 , the electric heater 36 , the electric motor 32 , the adjusting devices 72 . 168 and 204 and the corresponding temperature sensors is connected.
In
einer Abwandlung kann die Luftführung
in bzw. aus dem Fahrzeuginnenraum 178 auch umgekehrt erfolgen,
d.h. die Luft kann am Klimatisierungsturm 192 auch seitlich
ausgeblasen und oben angesaugt werden.In a modification, the air duct in or out of the vehicle interior 178 also be reversed, ie the air can at the air conditioning tower 192 also blown out laterally and be sucked up.
3 zeigt
ein Flussdiagramm des Klimatisierungsbetriebs der erfindungsgemäßen Klimaanlage 112.
Die Routine aus 3, welche von der elektronischen
Steuereinheit ausgeführt
wird, startet bei Schritt S100, wenn die Klimaanlage 112 manuell
eingeschaltet wird. Bei Schritt S101 wird bestimmt, ob das Antriebsaggregat 94 immer
noch in Betrieb ist. Der Prozess fährt erst dann zu Schritt S102
fort, wenn die Abfrage in Schritt S101 negativ ist. In Schritt S102
wird bestimmt, ob der Benutzter über
einen Auswahlschalter oder eine entsprechende Programmierung der
Klimaanlage 112 einen automatischen Bereitschaftsbetrieb
ausgewählt
hat. Falls dies nicht der Fall ist, fährt der Prozess zu Schritt
S103 fort, wo bestimmt wird, ob der Benutzer manuell eine Bereitschaftsklimatisierung
ausgewählt
hat. Ist dies nicht der Fall, dann fährt der Prozess zu Schritt
S104 fort, wo bestimmt wird, ob der Benutzer manuell eine Wohlfühlklimatisierung
ausgewählt
hat. Falls dies mit "JA" zu beantworten ist,
fährt der
Prozess zu Schritt S105 fort, bei dem eine Wohlfühlklimatisierung durchgeführt wird.
Bei dieser Wohlfühlklimatisierung wird
der Innenraum 178 des Kraftfahrzeugs 110 auf eine
Wohlfühltemperatur
(z.B. 18°C)
klimatisiert, indem eine Auswahl aus den verschiedenen Heiz- und Kühlmodi von
der elektronischen Steuereinheit getroffen wird. Mit dem nachfolgenden
Schritt S106 wird festgelegt, dass diese Wohlfühlklimatisierung automatisch
gestoppt wird, wenn das Antriebsaggregat 94 gestartet wird.
Wenn in Schritt S106 demnach bestimmt wird, dass das Antriebsaggregat 94 noch
nicht läuft,
wird in S107 bestimmt, ob die Klimaanlage 112 manuell abgestellt
wurde. Bei einer manuellen Abschaltung endet der Prozess bei Schritt
S112, ansonsten kehrt der Prozess zurück zu Schritt S105. Falls der
Benutzer in Schritt S104 keine Wohlfühlklimatisierung gewählt hat,
kehrt der Prozess zu Schritt S101 zurück. Falls in Schritt S102 bestimmt
wurde, dass eine automatische Bereitschaftsklimatisierung gewählt wurde,
dann fährt
der Prozess von dort zu Schritt S108 fort, wo bestimmt wird, ob
von dem Benutzer manuell eine Wohlfühlklimatisierung gewählt wurde.
Ist dies der Fall, dann fährt
der Prozess zu Schritt S105 fort, wo die bereits beschriebene Wohlfühlklimatisierung
durchgeführt
wird. Falls in Schritt S108 bestimmt wird, dass der Benutzer keine
Wohlfühlklimatisierung
ausgewählt
hat, dann fährt
der Prozess zu Schritt S109 fort, wo die erfindungsgemäße Bereitschaftsklimatisierung
durchgeführt
wird. Bei dieser Bereitschaftsklimatisierung wird die Temperatur
im Innenraum 178 auf eine Bereitschafts-Solltemperatur (z.B. 25°C) geregelt,
die sich von der Wohlfühltemperatur
unterscheidet. Dies wird realisiert, indem die elektronische Steuereinheit
in geeigneter Weise aus den beschriebenen Heiz- und Kühlbetriebsarten
auswählt.
Ist die Außentemperatur
hoch, dann ist die Bereitschafts-Solltemperatur größer als die
Wohlfühltemperatur.
Ist hingegen die Außentemperatur
niedrig, dann ist die Bereitschafts-Solltemperatur geringer als
die Wohlfühltemperatur.
Somit wird beispielsweise bei hoher Außentemperatur ein Aufheizen
des Innenraumes 178 verhindert und im Bedarfsfall ein sehr
schnelles Erreichen der Wohlfühltemperatur
gewährleistet,
weil der Innenraum 178 bereits "vorgekühlt" ist. Nach Schritt S109 fährt der Prozess
zu Schritt S110 fort, wo überprüft wird,
ob das Antriebsaggregat 94 gestartet wurde. Ist dies der Fall,
dann kehrt der Prozess zu Schritt S100 zurück. Ansonsten fährt der
Prozess zu Schritt S111 fort, wo bestimmt wird, ob der Benutzer
die Klimatisierung manuell abgestellt hat – wenn "JA",
dann endet der Prozess bei Schritt S112 und wenn "NEIN", dann kehrt der
Prozess zu Schritt S108 zurück. 3 shows a flowchart of the air conditioning operation of the air conditioner according to the invention 112 , The routine off 3 which is executed by the electronic control unit starts at step S100 when the air conditioner 112 is switched on manually. At step S101, it is determined whether or not the prime mover 94 still in operation. The process does not proceed to step S102 until the query in step S101 is negative. In step S102, it is determined whether the user is using a selection switch or a corresponding programming of the air conditioner 112 has selected an automatic standby mode. If not, the process proceeds to step S103, where it is determined whether the user has manually selected standby air conditioning. If this is not the case, then the process proceeds to step S104, where it is determined whether the user has manually selected comfort climate control. If this is to be answered with "YES", the process proceeds to step S105, at which a comfort air-conditioning is performed. In this Wohlfühlklimatisierung the interior 178 of the motor vehicle 110 conditioned to a comfort temperature (eg 18 ° C) by making a selection from the various heating and cooling modes from the electronic control unit. Subsequent step S106 determines that this comfort air conditioning is automatically stopped when the power plant 94 is started. Accordingly, if it is determined in step S106 that the prime mover 94 not yet running, in S107 it is determined if the air conditioning 112 was turned off manually. For a manual shutdown, the process ends at step S112, otherwise the process returns to step S105. If the user has not selected feel-good conditioning in step S104, the process returns to step S101. If it has been determined in step S102 that an automatic standby air conditioning has been selected, then the process proceeds from there to step S108, where it is determined whether a comfortable air conditioning has been manually selected by the user. If so, then the process proceeds to step S105, where the well-being conditioning described above is performed. If it is determined in step S108 that the user has not selected feel-good air-conditioning, then the process proceeds to step S109 where the standby air conditioning according to the present invention is performed. In this air conditioning is the temperature in the interior 178 regulated to a standby set temperature (eg 25 ° C), which differs from the comfort temperature. This is realized by suitably selecting the electronic control unit from the described heating and cooling modes. If the outside temperature is high, then the ready set temperature is greater than the comfort temperature. If, however, the outside temperature is low, then the ready set temperature is lower than the comfort temperature. Thus, for example, at high outside temperature, a heating of the interior 178 prevents and, if necessary, ensures a very fast reaching the comfort temperature, because of the interior 178 already "pre-cooled". After step S109, the process proceeds to step S110, where it is checked if the prime mover 94 was started. If so, then the process returns to step S100. Otherwise, the process proceeds to step S111 where it is determined whether the user has manually turned off the air-conditioning - if "YES", then the process ends in step S112 and if "NO", then the process returns to step S108.
Der
bevorzugte Betrieb der Klimaanlage 112 sieht in der Praxis
so aus, dass eine automatische Bereitschaftsklimatisierung gewählt ist.
Wird das Antriebsaggregat 94 be trieben, dann kann der Innenraum 178 über die
auf das Fahrzeug optimierte, sehr effektive und speziell ausgelegte
Klimaanlage 92 klimatisiert werden. Sobald das Antriebsaggregat 94 abgestellt
wird (und die Insassen das Kraftfahrzeug 110 eventuell
verlassen), startet die Klimaanlage 112 die Bereitschaftsklimatisierung,
die den Innenraum bei hoher Außentemperatur
auf beispielsweise 25°C kühlt. Dieser
Bereitschaftsklimatisierungsbetrieb kann mit 60 Litern Brennstoff
problemlos 12 Tage im Dauerbetrieb erfolgen. Der Bereitschaftsklimatisierungsbetrieb
wird solange durchgeführt,
bis der Benutzer kurz vor Fahrtantritt eine Wohlfühlklimatisierung
wählt,
die dann den Innenraum 178 auf beispielsweise 18°C kühlt. Die
Wohlfühlklimatisierung wird
dann solange durchgeführt
bis das Antriebsaggregat 94 wieder gestartet wird.The preferred operation of the air conditioner 112 In practice it looks like an automatic air conditioning system is selected. Will the drive unit 94 be driven, then the interior 178 on the vehicle optimized, very effective and specially designed air conditioning 92 be air conditioned. Once the drive unit 94 is turned off (and the occupants the motor vehicle 110 possibly leave), the air conditioning starts 112 the ready air conditioning, which cools the interior at high outside temperature to, for example, 25 ° C. This standby air conditioning operation can be carried out with 12 liters of fuel without any problems for 12 days in continuous operation. The standby air conditioning operation is carried out until the user selects well-being air conditioning shortly before the start of the journey, which then selects the interior space 178 cooled to, for example, 18 ° C. The feel-good air conditioning is then carried out until the drive unit 94 is restarted.
Obwohl
vorstehend beschrieben wurde, dass die Klimaanlage 112 nur
im Stand, d.h. bei Stillstand des Antriebsaggregats 94,
betrieben wird, ist dies nur die bevorzugte Betriebsweise und es
ist auch möglich,
die Klimaanlage 112 während
des Betriebs des Antriebsaggregats 94 zu betreiben.Although it has been described above that the air conditioning 112 only in the state, ie at standstill of the drive unit 94 , this is just the preferred mode of operation and it is also possible to use the air conditioning 112 during operation of the drive unit 94 to operate.
Die
in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The
in the above description, in the drawings and in the
claims
disclosed features of the invention can both individually and also
in any combination for
the realization of the invention be essential.
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1414
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BrennstoffzellensystemThe fuel cell system
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1818
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Reformerreformer
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2020
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Brennstoffstrangfuel rod
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2222
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Brennstoffstrangfuel rod
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2424
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OxidationsmittelstrangOxidant strand
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2626
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Brennstoffzellenstapelfuel cell stack
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2828
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KathodenzuluftstrangKathodenzuluftstrang
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3030
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Elektrische
Leitungelectrical
management
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3232
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Elektromotorelectric motor
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3434
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Batteriebattery
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3636
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Elektrische
Heizeinrichtungelectrical
heater
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3838
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AnodenabgasstrangAnode exhaust gas line
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4040
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Mischeinheitmixing unit
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4242
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Nachbrennerafterburner
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4444
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Brennstoffstrangfuel rod
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4646
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OxidationsmittelstrangOxidant strand
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4848
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Mischeinheitmixing unit
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5050
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KathodenabluftstrangCathode exhaust train
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5252
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Wärmetauscherheat exchangers
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5454
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Abgasauslassexhaust outlet
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5656
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Kompressorcompressor
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5858
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Kondensatorcapacitor
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6060
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Expansionsorganexpansion element
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6262
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VerdampferEvaporator
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6464
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Gebläsefan
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6666
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AußenluftleitungOutside air line
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7070
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Luftstromairflow
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7272
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Stelleinrichtungsetting device
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7474
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Luftführungair duct
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8282
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Luftführungair duct
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9292
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Herkömmliche
Klimaanlageconventional
air conditioning
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9494
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Antriebsaggregatpower unit
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110110
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Kraftfahrzeugmotor vehicle
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112112
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Klimaanlageair conditioning
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116116
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Kältekreiscooling circuit
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168168
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Stelleinrichtungsetting device
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178178
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Innenrauminner space
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184184
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Luftführungair duct
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190190
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Luftführungair duct
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192192
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KlimatisierungsturmCooling tower
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194194
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Innenaufbau
der Klimaanlageinternal structure
the air conditioning
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196196
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Luftauslassair outlet
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198198
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Lufteinlassair intake
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200200
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Kühlschrankfridge
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202202
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Kühlschrankverdampferrefrigerator evaporator
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204204
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Stelleinrichtungenactuators
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206206
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Gebläsefan
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208208
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Luftstromairflow
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210210
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Stelleinrichtungsetting device
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212212
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Gebläsefan