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Die Erfindung betrifft eine Klimabox für ein Kraftfahrzeug, mit einer Heizeinrichtung und einer Kühleinrichtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer elektrischen Antriebseinrichtung und mit einer derartigen Klimabox. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben einer Klimabox in einem solchen Kraftfahrzeug.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 18 901 A1 ist ein mobiles Heizgerät mit einem Brenner, einem Wärmeübertrager und einer Heizluftführung für ein Fahrzeug mit einem Gebläse an einer Klimaanlage bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 18 157 A1 ist ein Brennheizgerät mit einem Wärmeübertrager zum Abführen der an einem Brenner erzeugten Wärmeenergie für ein Fahrzeug mit einer Klimabox in einer Klimaanlage bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 195 39 517 A1 ist ein Klimakompaktmodul für Kraftfahrzeuge, mit einem Gebläse, einem elektrisch oder mittels Brennstoff heizbaren Wärmetauscher, und einer Kompakt-Klimaanlage bekannt, bei der anstelle von räumlich getrennten Zusatz-/Nutzheizgeräten und Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen, diese zu einer baulichen kompakten Einheit zusammengefasst werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Reichweite von Kraftfahrzeugen, die mindestens eine elektrische Antriebseinrichtung umfassen, zu vergrößern.
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Die Aufgabe ist bei einer Klimabox für ein Kraftfahrzeug, mit einer Heizeinrichtung und einer Kühleinrichtung, dadurch gelöst, dass in der Klimabox eine Brennkraftmaschine angeordnet ist. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich um eine Wärmekraftmaschine, bei der, zum Beispiel durch Verbrennung eines Brennstoff-Luft-Gemischs, unmittelbar in der Maschinenanlage Wärme erzeugt und in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Die Brennkraftmaschine wird auch als Verbrennungskraftmaschine oder als Verbrennungsmotor bezeichnet. Mit der Brennkraftmaschine kann zum Beispiel eine Leistung von fünf Kilowatt erzeugt werden. Durch die Integration der Brennkraftmaschine wird eine autarke Klimabox geschaffen, die in einem Kraftfahrzeug betrieben werden kann, ohne dass sie Antriebsleistung des Kraftfahrzeugs verbraucht. Das liefert den Vorteil, dass die Reichweite des Kraftfahrzeugs in einem elektrischen Betrieb, in welchem das Kraftfahrzeug durch eine elektrische Antriebseinrichtung angetrieben wird, durch den Betrieb der Klimabox nicht beeinträchtigt wird.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Klimabox ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Klimabox ein Generator angeordnet ist, der antriebsmäßig mit der Brennkraftmaschine verbunden ist. Der Generator ist vorzugsweise mechanisch mit der Brennkraftmaschine gekoppelt. Normalerweise wird der Generator über die Brennkraftmaschine angetrieben. Es ist aber auch möglich, die Brennkraftmaschine mit Hilfe des Generators anzutreiben, insbesondere zu starten. Zu diesem Zweck kann die Klimabox vorteilhaft noch eine Batterie enthalten.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Klimabox ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Klimabox ein Klimakompressor angeordnet ist, der über den Generator mit der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Der Klimakompressor dient, wie bei einer Klimaanlage, dazu, einen Innenraum des Kraftfahrzeugs zu klimatisieren, insbesondere zu kühlen. Der Generator kann, zum Beispiel über eine Kupplung, mechanisch mit dem Klimakompressor gekoppelt sein. Der Klimakompressor kann aber auch einen Elektromotor umfassen, der über eine Stromleitung mit dem Generator verbunden ist. Über die Stromleitung wird der Klimakompressor quasi elektrisch über den Generator mit der Brennkraftmaschine gekoppelt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Klimabox ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Klimabox ein Radiator angeordnet ist, der wärmeübergangsmäßig mit der Brennkraftmaschine verbunden ist. Der Radiator umfasst vorzugsweise mindestens einen Lüfter und dient dazu, Wärme an die Umgebung der Klimabox abzugeben. Die Wärme kann einem Heizmedium, wie Heizwasser, entnommen werden, das der Klimabox zugeführt wird. Bei der Wärme kann es sich aber auch um Verlustwärme handeln, die im Betrieb von der Brennkraftmaschine abgegeben wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Klimabox ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Klimabox ein Kraftstofftank zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff angeordnet ist. Alternativ kann die Brennkraftmaschine, zum Beispiel über entsprechende Kraftstoffversorgungsanschlüsse, extern mit Kraftstoff versorgt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Klimabox ist dadurch gekennzeichnet, dass die Klimabox eine Kraftstoffeinfüllöffnung zum Einfüllen von Kraftstoff in den Kraftstofftank aufweist. Alternativ kann der Kraftstofftank zum Befüllen mit Kraftstoff aus der Klimabox herausnehmbar ausgeführt sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Klimabox ist dadurch gekennzeichnet, dass die Klimabox Steckverbindungsanschlusseinrichtungen zum Zuführen und Abführen von Heizmedium/Kühlmedium und Kältemittel aufweist. Durch die Steckverbindungsanschlusseinrichtungen wird ein Plug & Play-Betrieb der Klimabox ermöglicht. Als Heizmedium/Kühlmedium kann zum Beispiel Wasser verwendet werden, das gegebenenfalls geeignete Zusätze enthält. Der Klimakompressor wird vorzugsweise mit einem umweltfreundlichen Kältemittel betrieben.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Klimabox ist dadurch gekennzeichnet, dass die Klimabox ein Volumen aufweist, das kleiner oder gleich einem halben Kubikmeter ist. Die Klimabox hat vorteilhaft ein Volumen von etwa 500 mal 400 mal 180 Millimeter.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer elektrischen Antriebseinrichtung und mit einer vorab beschriebenen Klimabox. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Hybridfahrzeug, das neben der elektrischen Antriebseinrichtung noch eine weitere Antriebseinrichtung, wie eine Brennkraftmaschine, enthält, oder um ein reines Elektrofahrzeug, das nur mit Hilfe der elektrischen Antriebseinrichtung angetrieben werden kann. Die autarke Klimabox hat den Vorteil, dass die elektrische Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs nicht beeinflusst wird, da kein Zugriff auf dessen elektrisches Bordnetz erfolgt. Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Klimabox eine besonders kompakte Bauweise mit wenig Verschlauchung.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer vorab beschriebenen Klimabox in einem vorab beschriebenen Kraftfahrzeug.
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Zum Heizen kann der Klimakompressor in der Klimabox abgekoppelt beziehungsweise außer Betrieb genommen werden. Die Heizeinrichtung ist vorzugsweise als elektrische Heizeinrichtung ausgeführt und wird vorteilhaft über den Generator betrieben. Darüber hinaus kann die Abwärme der Brennkraftmaschine und des Generators zu Heizzwecken genutzt werden.
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Zum Kühlen befindet sich der Generator im Leerlauf, da die Heizeinrichtung keinen elektrischen Strom benötigt. Der Klimakompressor wird vorteilhaft von der Brennkraftmaschine angetrieben. Die Kälteleistung des Klimakompressors wird vorteilhaft über einen Kältemittelkreislauf, der bereits im Kraftfahrzeug installiert ist, an den Fahrgastraum abgegeben.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine vereinfachte, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimabox und
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2 eine schematische Darstellung einer ähnlichen Klimabox wie in 1.
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In den 1 und 2 ist eine Klimabox 1 für ein Kraftfahrzeug in verschiedenen Darstellungen gezeigt. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist eine Brennkraftmaschine 4, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird, in die Klimabox 1 integriert. Zur Versorgung der Brennkraftmaschine 4 mit Kraftstoff ist ein Kraftstofftank 5 in der Klimabox 1 angeordnet. Der Kraftstofftank 5 wird über einen Einfüllstutzen 6 mit einer Kraftstoffeinfüllöffnung 7 mit Kraftstoff gefüllt, wie in 1 durch einen Pfeil 8 angedeutet ist.
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In der Klimabox 1 ist des Weiteren ein Generator 10 angeordnet. Der Generator 10 ist, wie durch eine Linie 11 angedeutet ist, antriebsmäßig mit der Brennkraftmaschine 4 verbunden. In der Klimabox 1 ist des Weiteren ein Klimakompressor 12 angeordnet, der, wie durch eine weitere Linie 14 angedeutet ist, von dem Generator 10 mit Energie versorgt wird. Der Klimakompressor 12 kann einen Elektromotor umfassen, der von dem Generator 10 mit Strom versorgt wird.
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In der Klimabox 1 ist des Weiteren ein Radiator 15 angeordnet, der einen Lüfter 16 umfasst. In der Klimabox 1 ist des Weiteren eine Heizeinrichtung 18 angeordnet, die vorzugsweise elektrische Heizelemente umfasst, die von dem Generator 10 mit Energie versorgt werden.
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Die Klimabox 1 hat im Wesentlichen die Gestalt eines Quaders, dessen Abmessungen zum Beispiel circa 500 mal 400 mal 180 Millimeter betragen. Die Abmessungen der Klimabox 1 variieren in Abhängigkeit von verschiedenen Leistungsklassen. Die Brennkraftmaschine 4 liefert in einer Leistungsklasse zum Beispiel eine Leistung von fünf Kilowatt. Durch die integrierte Brennkraftmaschine 4 benötigt die Klimabox 1 keine elektrischen Anschlüsse. Die Klimabox 1 kann, bezogen auf die Antriebsleistung des Kraftfahrzeugs, völlig autark betrieben werden.
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Die Klimabox 1 ist lediglich mit Anschlusseinrichtungen 21, 22 zum Zuführen und Abführen von Heizwasser/Kühlwasser ausgestattet. Das eintretende Heizwasser/Kühlwasser ist durch einen Pfeil 23 angedeutet. Das austretende Heizwasser/Kühlwasser ist durch einen Pfeil 24 angedeutet.
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Darüber hinaus ist die Klimabox 1 mit Anschlusseinrichtungen 25, 26 zum Zuführen und Abführen von Kältemittel ausgestattet Das eintretende Kältemittel ist durch einen Pfeil 27 angedeutet. Das austretende Kältemittel ist durch einen Pfeil 28 angedeutet.
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In 2 ist durch ein Kupplungssymbol 30 angedeutet, dass der Klimakompressor 12 auch mechanisch mit dem Generator 10 gekoppelt sein kann. Bei einer mechanischen Kopplung wird der Klimakompressor 12 über den Generator 10 von der Brennkraftmaschine 4 angetrieben.
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In 2 ist durch eine Linie 32 eine Heizwasserleitung/Kühlwasserleitung angedeutet, die den Radiator 15 mit dem Generator 10 verbindet. Durch eine weitere Linie 33 ist eine Heizwasserleitung/Kühlwasserleitung angedeutet, die den Generator 10 mit der Brennkraftmaschine 4 verbindet.
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Durch den Pfeil 23 ist das in die Klimabox 1 eintretende Heizwasser/Kühlwasser angedeutet. Das eintretende Heizwasser/Kühlwasser wird dem Radiator 15 zugeführt. Von dem Radiator 15 gelangt das Heizwasser/Kühlwasser über die Heizwasserleitung/Kühlwasserleitung 32 in den Generator 10. Über die Heizwasserleitung/Kühlwasserleitung 33 gelangt das Heizwasser/Kühlwasser in die Brennkraftmaschine 4.
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Über eine durch eine weitere Linie 34 angedeutete Heizwasserleitung/Kühlwasserleitung gelangt das Heizwasser/Kühlwasser von der Brennkraftmaschine in die Heizeinrichtung 18. Aus der Heizeinrichtung 18 tritt das Heizwasser/Kühlwasser aus der Klimabox 1 aus, wie durch den Pfeil 24 angedeutet ist.
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Durch eine gestrichelte Linie 35 ist eine Kurzschlussleitung angedeutet, über die das eintretende Heizwasser/Kühlwasser in der Klimabox 1 im Kreis durch die Komponenten 15, 32, 10, 33, 4 und 34 geführt wird.
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Die erfindungsgemäße Klimabox 1 kann sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eines Innenraums des Kraftfahrzeugs verwendet werden, der auch als Fahrgastraum bezeichnet wird. Durch die Klimabox 1 kann die Funktion einer herkömmlichen Klimaanlage ganz oder teilweise übernommen werden, ohne dass für die Klimatisierung, das heißt zum Heizen und Kühlen des Fahrgastraums, Antriebsleistung des Kraftfahrzeugs benötigt wird.
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Beim Heizen ist der Klimakompressor 12 abgekoppelt beziehungsweise außer Betrieb. Die Heizeinrichtung 18 wird über die Stromleitung 38 vom Generator 10 mit Strom versorgt. Die Abwärme der Brennkraftmaschine 4, der Heizeinrichtung 18 und des Generators 10 wird zu Heizzwecken genutzt.
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Beim Kühlen befindet sich der Generator 10 im Leerlauf, da die Heizeinrichtung 18 keinen elektrischen Strom benötigt. Der Klimakompressor 12 wird vorzugsweise mechanisch von der Brennkraftmaschine 4 oder elektrisch über den Generator 10 angetrieben. Beim Kühlen wird die Kurzschlussleitung 35 geöffnet, das heißt aktiviert, so dass das Kühlmedium in der Klimabox 1 verbleibt.
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Bei dem Kühlmedium handelt es sich vorzugsweise um Wasser, gegebenenfalls mit entsprechenden Zusätzen. Vorzugsweise wird zum Heizen und Kühlen das gleiche Medium, insbesondere Wasser, verwendet. Das Kühlmedium oder Kühlwasser wird beim Kühlen mit Hilfe des Radiators 15 zurück gekühlt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10218901 A1 [0002]
- DE 10218157 A1 [0002]
- DE 19539517 A1 [0002]
