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Die
Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einer
Brennstoffzelle und einem Kältekreis,
der mittels von der Brennstoffzelle erzeugter Energie betreibbar
ist, wobei die Klimaanlage dazu ausgelegt ist, bei Stillstand eines
Antriebsaggregats, welches zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs dient,
betreibbar zu sein.
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Darüber hinaus
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage
für ein
Kraftfahrzeug, mit den Schritten: Betreiben eines Kältekreises
der Klimaanlage mittels von einer Brennstoffzelle erzeugter Energie
und Betreiben der Klimaanlage bei Stillstand eines Antriebsaggregats,
welches zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs dient.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Klimaanlage.
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Aus
der
DE 102 23 949
A1 ist eine Klimaanlage mit einer Brennstoffzelle zur Standklimatisierung eines
Fahrzeugs bekannt. Allgemein benötigen Standklimaanlagen
jedoch eine beträchtliche
Zeit, bis sie ein sehr stark aufgeheiztes Fahrzeug auf eine angenehme
Temperatur kühlen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die gattungsgemäße Klimaanlage
derart weiterzubilden, dass eine schnellere Erreichung der gewünschten
Temperatur erzielt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den abhängigen
Ansprüchen.
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Die
erfindungsgemäße Klimaanlage
baut auf dem gattungsgemä-ßen Stand der Technik dadurch auf,
dass die Klimaanlage dazu ausgelegt ist, bei Stillstand des Antriebsaggregats
zumindest zeitweise die Temperatur im Innenraum des Kraftfahrzeugs auf
eine Bereitschafts-Solltemperatur zu regeln, die sich von einer
endgültigen,
vom Benutzer gewünschten
Solltemperatur unterscheidet. Durch diese Auslegung wird der Innenraum
auf einer Temperatur gehalten, von der aus eine schnellere Erreichung
einer gewünschten
Wohlfühltemperatur
gewährleistet
werden kann. Außerdem
wird dadurch ver mieden, dass sich die Fahrzeuginnenausstattung,
wie beispielsweise Sitze oder Verkleidungen im Falle einer hohen Außentemperatur
sehr stark aufheizen, und somit der Effekt vermieden, dass diese
aufgeheizten Ausstattungen Wärme
speichern, die eine schnelle Kühlung
erschweren.
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Darüber hinaus
kann vorgesehen sein, dass die Klimaanlage so ausgelegt ist, dass
sie bei Stillstand des Antriebsaggregats automatisch in einen Bereitschaftsbetriebsmodus
schaltet, in dem die Temperatur im Innenraum des Kraftfahrzeugs
auf die Bereitschafts-Solltemperatur geregelt wird. Dadurch kann
ein Dauerbetrieb realisiert werden, in dem der Innenraum zu jeder
Zeit sehr schnell auf eine gewünschte
Temperatur geregelt werden kann.
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Vorteilhafterweise
ist dabei vorgesehen, dass die Klimaanlage aktivierbar ist, die
einzuregelnde Solltemperatur von der Bereitschafts-Solltemperatur
auf die vom Benutzer gewünschte
Solltemperatur zu wechseln.
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Ferner
kann die Klimaanlage so ausgebildet sein, dass die Klimaanlage des
Weiteren eine Wärmefördereinrichtung
umfasst, mit der eine Abwärme der
Brennstoffzelle für
Heizzwecke in den Innenraum eines Kraftfahrzeugs führbar ist.
Somit wird die Abwärme
nicht nutzlos verschwendet, sondern dazu genutzt, eine bessere Heizleistung
zu erreichen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
und mit dem Kraftfahrzeug, welches eine solche Klimaanlage aufweist,
können
die vorstehend genannten Vorteile in übertragener Weise erreicht
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet sein, dass die
Bereitschafts-Solltemperatur
höher festgesetzt wird
als die endgültige,
vom Benutzer gewünschte Solltemperatur,
falls die Außentemperatur
höher ist als
die vom Benutzer gewünschte
Solltemperatur, und dass die Bereitschafts-Solltemperatur niedriger festgesetzt
wird als die endgültige,
vom Benutzer gewünschte
Solltemperatur, falls die Außentemperatur niedriger
ist als die vom Benutzer gewünschte
Solltemperatur. In anderen Worten bedeutet dies, dass im erstgenannten
Fall ein Kühlbetrieb
vorliegt, bei dem die Bereitschafts-Solltemperatur höher ist als die endgültige, vom
Benutzer gewünschte "kühle Temperatur" – der Fahrzeuginnenraum wird
demnach "nur vorgekühlt". Im zuletzt genannten
Fall liegt ein Heizbetrieb vor, bei dem die Bereitschafts-Solltemperatur höher ist
als die endgültige,
vom Benutzer gewünschte "warme Temperatur" – der Fahrzeuginnenraum wird
demnach "nur vorgewärmt". Auf diese Weise
kann einerseits ausgehend von der Bereitschafts-Solltemperatur im
Fahrzeuginnenraum sehr schnell eine gewünschte Temperatur erreicht
werden und andererseits Kühl-
bzw. Heizleistung eingespart werden, da nicht ganz bis zur endgültigen Temperatur
gekühlt
bzw. geheizt werden muss.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden
Zeichnungen beispielhaft erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine
schematische Darstellung des Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Klimaanlage
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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3 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel;
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4 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs in dem die erfindungsgemäße Klimaanlage
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel montiert
ist; und
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5 ein
Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Klimatisierungsbetriebs.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel.
Die in einem Kraftfahrzeug 10 installierte Klimaanlage 12 (Einbaulage siehe 2),
die in 1 mit einer gestrichelten Linie umrissen ist,
umfasst als Hauptelemente ein Brennstoffzellensystem 14 und
einen Kältekreis 16.
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Das
Brennstoffzellensystem 14 umfasst einen Reformer 18,
dem über
einen Brennstoffstrang 20 aus einem nicht darge stellten
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 12 zuführbar.
Dies kann auf direktem Weg erfolgen oder durch Einspeisung der Energie über einen
zentralen Knoten in das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs 10.
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 vorzugs weise 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.
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In
dem Kältekreis 16 sind
ein Kompressor 56, ein Kondensator 58, ein Expansionsorgan 60 und ein
Verdampfer 62 angeordnet. 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 sämtlichen
Ausführungsbeispielen
verwendet wird, bedeutet dabei von außerhalb des Innenraumes 78,
bezeichnet somit die das Kraftfahrzeug 10 umgebende Luft.
Die Außenluftleitung 66 führt zu einer
Stelleinrichtung 68, welche die Außenluft dem Gebläse 64 zuführen kann.
Die von der Stelleinrichtung 68 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 und eine Luftführung 74 über eine
Hutablage 76 einem Fahrzeuginnenraum 78 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. Die gekühlte
Luft strömt
durch den Fahrzeuginnenraum 78 und verlässt diesen unterhalb einer
Sitzbank 80, vorzugsweise der hinteren Sitzbank. Anschließend strömt die Luft über eine Luftführung 82 zurück zu der
Stelleinrichtung 68, 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 vorgesehen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt ist. Über
die Schaltung der Stelleinrichtung 68 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
kann mittels der Stelleinrichtung 68, die über die
Außenluftleitung 66 eingeleitete Luft
einer Luftführung 84 und über diese
einem Gebläse 86 zugeführt werden.
In diesem Falle strömt diese
Luft als Luftstrom 88 an heißen Teilen des Brennstoffzellensystems 14 direkt
vorüber
oder durch (nicht dargestellte) Wärmetauscher, die zwischen dem
Luftstrom 88 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 88 Wärmeenergie
zugeführt
werden. Der erwärmte Luftstrom 88 führt über eine
Luftführung 90 zu
der elektrischen Heizeinrichtung 36, die direkt von einer vom
Brennstoffzellenstapel 26 erzeugten oder von der Batterie 34 gespeicherten
Energie versorgt wird. Somit kann in einem Heizbetrieb die ohnehin
schon vorgewärmte
Luft in der Luftführung 90 weiter
erwärmt
werden und über
die Stelleinrichtung 72 und die Luftführung 74 dem Innenraum 78 zugeführt werden.
Nach dem Durchströmen
des Innenraums 78 führt
der Luftstrom über
die Luftführung 82 zur
Stelleinrichtung 68, wo er entweder nach Außen abgeführt wird
oder zurück
zum Gebläse 86 geleitet
wird. Auch hierbei lässt
sich über
die Schaltung der Stelleinrichtung 68 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.
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Nachfolgend
werden verschiedene Betriebszustände
aufgezeigt, die mittels der vorstehend beschriebenen Klimaanlage
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
realisierbar sind:
Kühlbetrieb
mit Umluftzirkulation: In diesem Betriebszustand ist die Stelleinrichtung 68 so
geschaltet, dass Luft aus dem Innenraum 78 über die
Luftführung 82 zu
dem Gebläse 64 geführt wird.
Dieser Luftstrom 70 wird gekühlt und über die Stelleinrichtung 72 und
die Luftführung 74 in
den Innenraum 78 geführt,
wodurch dieser gekühlt
wird. Um im Kühlbetrieb
ein Aufheizen des Kofferraums, in dem die Klimaanlage 12 angeordnet
ist, zu vermeiden, sind entsprechende (nicht dargestellte) Gebläse und Leitungen
vorgesehen, welche die Abwärme
der Klimaanlage 12 (insbesondere des Brennstoffzellensystems 14,
des Kondensators 58, des Kompressors 56 und des
Elektromotors 32) nach Außen abführen. Im Falle des Kondensators 58 könnte dieser
alternativ auch Außen
am Fahrzeug 10 angeordnet werden, um somit die Abwärme direkt
abzutransportieren.
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Kühlbetrieb
mit Außenluftzuführung: In
diesem Betriebszustand ist die Stelleinrichtung 68 so geschaltet,
dass Außenluft über die
Außenluftleitung 66 zu
dem Gebläse 64 geführt wird.
Der Luftstrom 70 wird gekühlt und über die Stelleinrichtung 72 und
die Luftführung 74 in
den Innenraum 78 geführt.
Der über die
Luftführung 82 aus
dem Innenraum 78 führende Luftstrom
wird von der Stelleinrichtung 68 nach Außen abgegeben.
Hinsichtlich des Abführens
der Abwärme
der Klimaanlage 12 werden die im Rahmen des vorstehend
beschriebenen Kühlbetriebs
erläuterten
Maßnahmen
ergriffen.
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Heizbetrieb
mit Umluftzirkulation: In diesem Betriebszustand wird über die
Luftführung 82,
die Stelleinrichtung 68 und die Luftführung 84 ein Luftstrom 88 aus
dem Innenraum 78 zum Gebläse 86 geführt. Der
Kältekreis 16 ist
nicht in Betrieb, d.h. der Elektromotor 32 wird nicht be trieben.
Das Gebläse 86 führt den
Luftstrom 88 an den heißen Teilen des Brennstoffzellensystems 14 vorüber. Die
auf diese Weise vorgewärmte
Luft wird mittels der Luftführung 90 zu
der elektrischen Heizeinrichtung 36 und weiter zur Stelleinrichtung 72 geführt. Die
elektrische Heizeinrichtung 36 wird zur Erwärmung der
Luft in der Luftführung 90 mit
elektrischem Strom betrieben. Anschließend strömt die erwärmte Luft über die Stelleinrichtung 72 und
die Luftführung 74 in
den Innenraum 78.
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Heizbetrieb
mit Außenluftzuführung: In
diesem Betriebszustand wird Außenluft über die
Außenluftleitung 66 von
der Stelleinrichtung 68 der Luftführung 84 zugeführt. Die
durch den Betrieb des Brennstoffzellensystem 14 entstehende
Abwärme
erwärmt den
Luftstrom 88. Dieser erwärmte Luftstrom wird, wie im
vorstehend beschriebenen Betriebszustand, über die Luftführung 90,
die elektrische Heizeinrichtung 36, die Stelleinrichtung 72 und
die Luftführung 74 in
den Innenraum 78 geleitet. Anschließend wird dieser Luftstrom über die
Luftführung 82 zur
Stelleinrichtung 68 geführt,
wo er nach Außen
abgegeben wird.
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Diese
unterschiedlichen Betriebszustände werden über eine
elektronische Steuereinheit angesteuert, die je nach Temperatur
im Innenraum 78, 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 und 86,
der elektrischen Heizeinrichtung, dem Elektromotor 32, den
Stelleinrichtungen 68 und 72 sowie den entsprechenden
Temperatursensoren verbunden ist.
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Die
vorstehend beschriebene Strömungsrichtung
im Fahrzeuginnenraum 78, d.h. Einführen der Luft über die
Hutablage 76 und Abführen
der Luft unterhalb der Sitzbank 80 kann im Kühl- und/oder Heizbetrieb
auch umgekehrt sein. Für
eine derartige Abwandlung müsste
entsprechend die Luftführung 74 unterhalb
der Sitzbank 80 in den Fahrzeuginnenraum 78 münden und
die Luftführung 82 über die Hutablage 76 in
den Fahrzeuginnenraum 78 münden.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung des Kraftfahrzeugs 10 mit
der erfindungsgemäßen Klimaanlage 12 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
In 2 ist insbesondere die Einbaulage der Klimaanlage 12 veranschaulicht.
Die erfindungsgemäße Klimaanlage 12 ist
im Kofferraum montierbar, vorzugsweise als nachrüstbare Einheit. Zusätzlich zur
beschriebenen Klimaanlage 12 hat das Kraftfahrzeug 10 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 10 und dem damit verbundenen
Betrieb des Antriebsaggregats 94 kann der Innenraum 78 über die
herkömmliche, fahrzeugeige ne
Klimaanlage 92 in allgemein bekannter Weise gekühlt bzw.
mittels Abwärme
des Antriebsaggregats 94 erwärmt werden. Bei Stillstand
des Antriebsaggregats 94 kann der Innenraum 78 über die
erfindungsgemäße Klimaanlage 12 klimatisiert werden.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel.
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird für Komponenten, die denen des
ersten Ausführungsbeispiels
entsprechen, auf eine Beschreibung verzichtet, und es werden für diese
Komponenten gleiche Bezugszeichen wie in 1 und 2 verwendet.
Die Klimaanlage 112 des zweiten Ausführungsbeispiels 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.
Der Kältekreis 116 unterscheidet
sich vom Kältekreis 16 des
ersten Ausführungsbeispiels
dadurch, dass parallel zum Verdampfer 62 ein Kühlschrankverdampfer 202 geschaltet
ist, der im Kühlschrank 200 angeordnet
ist. An den Abzweigungen zum Kühlschrankverdampfer 202 sind
Stelleinrichtungen 204 platziert, mit denen wahlweise der
Verdampfer 62, der Kühlschrankverdampfer 202 oder beide
in den Kältekreis 116 eingebunden
werden können.
Ferner ist im zweiten Ausführungsbeispiel 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. Der wesentliche Unterschied
der Stelleinrichtung 68 des ersten Ausführungsbeispiels zur Stelleinrichtung 168 des
zweiten Ausführungsbeispiels
besteht darin, dass der in den Figuren nach links führende Luftstrom
zu unterschiedlichen Komponenten geführt wird. 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.
Dieser warme Luftstrom wird in eine Luftführung 190 geleitet,
die mit der elektrischen Heizeinrichtung 36 zum weiteren
Erwärmen
des Luftstroms versehen ist und den Luftstrom weiter zur Stelleinrichtung 72 und
von dort zu dem Lufteinlass 196 führt.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 110 in
dem die erfindungsgemäße Klimaanlage 112 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
montiert ist. Bei dem Kraftfahrzeug 110 handelt es sich
vorzugsweise um eine Stretchlimousine, in welcher die Klimaanlage 112 turmförmig angeordnet
ist.
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Nachfolgend
werden verschiedene Betriebszustände
aufgezeigt, die mittels der Klimaanlage 112 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
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:
Kühlbetrieb
mit Umluftzirkulation: 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.
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Kühlbetrieb
mit Außenluftzuführung: 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
Luft führung 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.
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Heizbetrieb
mit Umluftzirkulation: 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
Steileinrichtung 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.
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Heizbetrieb
mit Außenluftzuführung: 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.
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Die
elektronische Steuereinheit ist im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels
im Unterschied zu der elektronischen Steuereinheit des ersten Ausführungsbeispiels
mit den zusätzlich
zu schaltenden Komponenten, wie beispielsweise den Stelleinrichtungen 204 und
den Gebläsen 206 und 212 verbunden.
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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.
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5 zeigt
ein Flussdiagramm des Klimatisierungsbetriebs der erfindungsgemäßen Klimaanlagen 12 und 112 gemäß dem ersten
und zweiten Ausführungsbeispiel.
Die Routine aus 5, welche von der elektronischen
Steuereinheit ausgeführt
wird, startet bei Schritt S100, wenn die Klimaanlage 12 bzw. 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 12 bzw. 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 78 bzw. 178 des Kraftfahrzeugs 10 bzw. 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 12 bzw. 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 78 bzw. 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 78 bzw. 178 verhindert und im Bedarfsfall
ein sehr schnelles Erreichen der Wohlfühltemperatur gewährleistet,
weil der Innenraum 78 bzw. 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.
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Der
bevorzugte Betrieb der Klimaanlage 12 bzw. 112 sieht
in der Praxis so aus, dass eine automatische Bereitschaftsklimatisierung
gewählt
ist. Wird das Antriebsaggregat 94 betrieben, dann kann der
Innenraum 78 bzw. 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 10 bzw. 110 eventuell
verlassen), startet die Klimaanlage 12 bzw. 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 78 bzw. 178 auf beispielsweise 18°C kühlt. Die
Wohlfühlklimatisierung
wird dann so lange durchgeführt
bis das Antriebsaggregat 94 wieder gestartet wird.
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Obwohl
vorstehend beschrieben wurde, dass die Klimaanlage 12 bzw. 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 12 bzw. 112 während des Betriebs des Antriebsaggregats 94 zu betreiben.
-
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.
-
- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- Klimaanlage
- 14
- Brennstoffzellensystem
- 16
- Kältekreis
- 18
- Reformer
- 20
- Brennstoffstrang
- 22
- Brennstoffstrang
- 24
- Oxidationsmittelstrang
- 26
- Brennstoffzellenstapel
- 28
- Kathodenzuluftstrang
- 30
- Elektrische
Leitung
- 32
- Elektromotor
- 34
- Batterie
- 36
- Elektrische
Heizeinrichtung
- 38
- Anodenabgasstrang
- 40
- Mischeinheit
- 42
- Nachbrenner
- 44
- Brennstoffstrang
- 46
- Oxidationsmittelstrang
- 48
- Mischeinheit
- 50
- Kathodenabluftstrang
- 52
- Wärmetauscher
- 54
- Abgasauslass
- 56
- Kompressor
- 58
- Kondensator
- 60
- Expansionsorgan
- 62
- Verdampfer
- 64
- Gebläse
- 66
- Außenluftleitung
- 68
- Stelleinrichtung
- 70
- Luftstrom
- 72
- Stelleinrichtung
- 74
- Luftführung
- 76
- Hutablage
- 78
- Fahrzeuginnenraum
- 80
- Sitzbank
- 82
- Luftführung
- 84
- Luftführung
- 86
- Gebläse
- 88
- Luftstrom
- 90
- Luftführung
- 92
- Herkömmliche
Klimaanlage
- 94
- Antriebsaggregat
- 110
- Kraftfahrzeug
- 112
- Klimaanlage
- 116
- Kältekreis
- 168
- Stelleinrichtung
- 178
- Innenraum
- 184
- Luftführung
- 190
- Luftführung
- 192
- Klimatisierungsturm
- 194
- Innenaufbau
der Klimaanlage
- 196
- Luftauslass
- 198
- Lufteinlass
- 200
- Kühlschrank
- 202
- Kühlschrankverdampfer
- 204
- Stelleinrichtungen
- 206
- Gebläse
- 208
- Luftstrom
- 210
- Stelleinrichtung
- 212
- Gebläse