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Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem jeweiligen Oberbegriff von Patentanspruch 1 beziehungsweise 5.
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Derartige Heizeinrichtungen für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, sind beispielsweise bereits aus der
DE 43 10 836 A1 und aus der
JP 10-144333 bekannt. Die jeweilige Heizeinrichtung weist wenigstens einen thermochemischen Wärmespeicher auf, welcher ein thermochemisches Speichermaterial umfasst. Das thermochemische Speichermaterial ist dazu ausgebildet, durch Erwärmen des Speichermaterials Wärme zu speichern und durch das Versorgen des Speichermaterials mit Wasser Wärme abzugeben, mittels welcher der Innenraum des beispielsweise als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs beheizbar und dadurch erwärmbar ist. Das thermochemische Speichermaterial ist beispielsweise ein Sorptionsspeicher, der Wärme durch eine endotherme Reaktion speichert und durch eine exotherme Reaktion wieder abgibt. Dabei kann das Speichermaterial beispielsweise als Zeolith beziehungsweise als Zeolith-Adsorber oder aber als Silikat beziehungsweise als ein Silikatgel ausgebildet sein.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Heizeinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders einfache und effiziente Beheizung des Innenraums realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Heizeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders einfache und effiziente Beheizung des Innenraumes realisieren lässt, sind erfindungsgemäß eine an einem Aufbau des Fahrzeugs zumindest mittelbar anordenbare beziehungsweise befestigbare Halteeinrichtung, eine Schnellverschlusseinrichtung und ein das Speichermaterial aufnehmender Behälter vorgesehen, welcher mittels der Schnellverschlusseinrichtung reversibel lösbar und dabei insbesondere werkzeugfrei an der Halteeinrichtung und über diese an dem Aufbau befestigbar ist. Der Behälter ist somit als Wechselbehälter ausgebildet, welcher auf besonders einfache und somit zeit- und kostengünstige Weise an der Halteeinrichtung und über diese an dem Aufbau beziehungsweise an dem Fahrzeug insgesamt befestigbar und wieder von der Halteeinrichtung beziehungsweise von dem Aufbau gelöst werden kann, ohne dass es zu Beschädigungen beziehungsweise Zerstörungen des Behälters oder der Halteeinrichtung beziehungsweise des Aufbaus kommt. Insbesondere ist es möglich, den Behälter durch den Einsatz der Schnellverschlusseinrichtung ohne Werkzeug an der Halteeinrichtung und somit an dem Aufbau zu befestigen und wieder von der Halteeinrichtung beziehungsweise von dem Aufbau zu lösen, sodass beispielsweise der Behälter besonders schnell und einfach gewechselt, das heißt gegen einen anderen, Speichermaterial aufnehmenden Behälter ausgetauscht werden kann.
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Der Behälter weist beispielsweise wenigstens einen Aufnahmeraum auf, in welchem das Speichermaterial aufgenommen ist. Dadurch kann das Speichermaterial über den Behälter besonders einfach an der Halteeinrichtung und somit an dem Aufbau befestigt und wieder von der Halteeinrichtung beziehungsweise vom Aufbau gelöst werden, sodass es beispielsweise möglich ist, den Behälter zusammen mit dem Speichermaterial auf einfache Weise gegen einen anderen Behälter mit weiterem Speichermaterial auszutauschen.
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Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, das Speichermaterial, das beispielsweise nach Beheizen des Innenraums entladen ist, auf einfache Weise gegen geladenes, weiteres Speichermaterial auszutauschen. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, das Speichermaterial und somit die Wärmespeicher aufzuladen, das heißt Wärme des Speichermaterials einzuspeichern, während das weitere Speichermaterial in dem Fahrzeug genutzt wird, um den Innenraum zu beheizen. Somit ist es beispielsweise möglich, das Speichermaterial und somit den Wärmespeicher mittels Energie aufzuladen, welche nicht von dem Fahrzeug bereitgestellt werden muss, sodass beispielsweise ein besonders energieverbrauchsarmer Betrieb des Fahrzeugs darstellbar ist. Dadurch ist insbesondere eine besonders hohe Reichweite darstellbar, über welche das Fahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. In der Folge ist ein besonders effizienter Betrieb des Fahrzeugs darstellbar.
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Um eine Heizeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 5 angegeben Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders einfache und effiziente Beheizung beziehungsweise Erwärmung des Innenraums realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das beispielsweise als Zeolith oder Silikat beziehungsweise Silikatgel ausgebildete, thermochemische Speichermaterial als Schüttgut und dabei beispielsweise als granulare Materie ausgebildet ist.
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Dabei ist beispielsweise ein Behälter vorgesehen, welcher einen Aufnahmeraum aufweist, in welchem das Speichermaterial beziehungsweise das Schüttgut aufgenommen ist. Außerdem weist der Behälter wenigstens eine in den Aufnahmeraum mündende Öffnung auf, über welche das Schüttgut in den Aufnahmeraum einbringbar und/oder aus dem Aufnahmeraum abführbar ist. Auch dadurch ist es möglich, das Speichermaterial auf besonders einfache Weise auszutauschen beziehungsweise zu wechseln, sodass beispielsweise entladenes Speichermaterial gegen geladenes beziehungsweise aufgeladenes Speichermaterial ausgetauscht werden kann. Auf diese Weise kann beispielsweise thermochemisches Speichermaterial unabhängig von dem Fahrzeug und somit mittels Energie, die nicht von dem Fahrzeug bereitgestellt werden muss, aufgeladen werden, während bereits aufgeladenes Speichermaterial mit dem Fahrzeug mitgeführt und somit genutzt wird, um den Innenraum zu beheizen. Das zunächst mit dem Fahrzeug mitgeführte Speichermaterial wird durch Beheizen des Innenraums zumindest teilweise entladen, woraufhin das zumindest teilweise entladene Speichermaterial auf einfache Weise aus dem Fahrzeug entfernt und gegen geladenes weiteres Speichermaterial ausgetauscht werden kann. Auch hierdurch kann ein besonders effizienter Betrieb des Fahrzeugs realisiert werden, da Energie zum Aufladen beziehungsweise Laden des Wärmespeichers beziehungsweise des Speichermaterials nicht oder nicht nur von dem Fahrzeug, sondern beispielsweise von einer von dem Fahrzeug unterschiedlichen, zusätzlich zu dem Fahrzeug vorgesehenen und beispielsweise stationären Energiequelle, insbesondere einem Stromnetz, bereitgestellt werden kann.
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Die jeweilige erfindungsgemäße Heizeinrichtung eignet sich besonders vorteilhaft für Fahrzeuge zur Personenbeförderung und somit beispielsweise für Züge und Busse, da solche Fahrzeuge zur Personenbeförderung besonders große Innenräume aufweisen, in denen eine Vielzahl an Personen befördert werden kann.
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Der Erfindung liegt insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Hybridfahrzeuge wie beispielsweise Kraftwagen oder Züge beziehungsweise Triebwagen mit Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen oder aber rein elektrisch, insbesondere batterieelektrisch, angetriebene Fahrzeuge weisen üblicherweise den Nachteil auf, dass, wenn diese Fahrzeuge elektrisch gefahren werden beziehungsweise sich in einem entsprechenden Fahrmodus befinden, keine Abwärme bereitstellen, mit deren Hilfe beispielsweise im Winter beziehungsweise bei geringen Außentemperaturen der jeweilige Innenraum des jeweiligen Fahrzeugs beheizt werden kann. Um dabei dennoch eine Beheizung des Innenraumes zu ermöglichen, kommen üblicherweise elektrische Heizer und/oder elektrisch angetriebene Wärmepumpen zum Einsatz. Solche elektrischen Heizer und elektrisch angetriebenen Wärmepumpen sind Systeme, welche zur Beheizung des Innenraums elektrische Energie benötigen. Dadurch wird die Reichweite, über die das jeweilige Fahrzeug rein elektrisch, insbesondere batterieelektrisch, gefahren werden kann, beeinträchtigt, das heißt herabgesetzt, da beispielsweise elektrische Energie zum Betreiben der genannten Systeme aus einem Energiespeicher, insbesondere aus einer Batterie, stammt, der beziehungsweise die auch dazu verwendet wird, wenigstens eine elektrische Maschine zum elektrischen Antreiben des jeweiligen Fahrzeugs mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom zu versorgen.
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Da der Innenraum eines Fahrzeugs zur Personenbeförderung üblicherweise ein sehr großes Volumen aufweist, und beispielsweise im Rahmen der Beförderung von Personen und, insbesondere im Stadtverkehr, Türen des Fahrzeugs häufig geöffnet und geschlossen werden, um zu befördernde Personen in den Innenraum einsteigen beziehungsweise aus dem Innenraum aussteigen zu lassen, ist ein zur Beheizung eines solchen großen Innenraums, insbesondere bei geringen Umgebungstemperaturen, erforderlicher Bedarf an elektrischer Energie sehr hoch. Dies führt üblicherweise dazu, dass ein entsprechend großer Energiespeicher verbaut werden muss, der eine hohe Speicherkapazität aufweist, um auch bei kalten Außentemperaturen sowohl eine hinreichende Beheizung des Innenraums als auch eine hinreichende Reichweite, über die das Fahrzeug elektrisch angetrieben werden kann, realisieren zu können. Daraus resultiere jedoch üblicherweise ein hohes Gewicht und hohe Kosten des Fahrzeugs.
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Ist beispielsweise bei hohen Außentemperaturen eine gegenüber geringen Außentemperaturen geringere oder keine Heizleistung zum Beheizen des Innenraums erforderlich, so kann eine besonders hohe Reichweite, über die das Fahrzeug elektrisch angetrieben werden kann, realisiert werden, sodass üblicherweise zwischen hohen Außentemperaturen und geringen Außentemperaturen ein großer Unterschied hinsichtlich der Reichweite besteht.
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Die beispielsweise bei geringen Außentemperaturen gegenüber hohen Außentemperaturen herabgesetzte elektrische Reichweite kann auch dazu führen, dass keine elektrische Leistung mehr zur Verfügung steht, wenn dies eigentlich gewünscht ist. In der Folge wird der Energiespeicher beispielsweise so stark überdimensioniert, dass auch im Winter beziehungsweise bei geringen Außentemperaturen eine hinreichende elektrische Reichweite sichergestellt werden kann. Eine demgegenüber geringere Dimensionierung des Energiespeichers kann zu mangelnder Heizleistung und somit zu Komforteinbußen führen.
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Diese Probleme und Nachteile können mittels der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung vermieden werden, da sich mittels des thermischen Wärmespeichers sowohl bei hohen Außentemperaturen als auch geringen Außentemperaturen eine hohe Heizleistung realisieren lässt, ohne beispielsweise einen Energiespeicher zum Speichern von Elektroenergie übermäßig dimensionieren zu müssen.
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Das thermochemische Speichermaterial ist beispielsweise ein Zeolith oder ein Silikat beziehungsweise Silikat-Gel oder aber ein ähnliches Material, welches beispielsweise erhitzt und dadurch sozusagen ausgedampft werden kann. Unter diesem Ausdampfen ist zu verstehen, dass zunächst in dem Speichermaterial, insbesondere chemisch, eingelagertes Wasser, welches beispielsweise in einem Kristall beziehungsweise in einer Kristallstruktur des Speichermaterials eingelagert wird, aus dem Speichermaterial, insbesondere aus dem Kristall beziehungsweise aus der Kristallstruktur, ausgetrieben und somit ausgelagert wird. Zur Erhitzung und somit zum Erwärmen des Speichermaterials kann beispielsweise Abwärme eines Antriebsaggregats genutzt werden, mittels welchen das Fahrzeug antreibbar ist. Das Antriebsaggregat umfasst dabei beispielsweise einen Verbrennungsmotor, welcher beispielsweise während seines befeuerten Betriebs Abgas und über das Abgas Abwärme zum Erhitzen beziehungsweise Erwärmen des Speichermaterials bereitstellt. Alternativ oder zusätzlich wird beispielsweise das Antriebsaggregat mittels eines Kühlmittels, insbesondere mittels einer Kühlflüssigkeit, gekühlt, wodurch das Kühlmittel durch Abwärme des Antriebsaggregats erwärmt wird. In der Folge kann mittels des erwärmten Kühlmittels das thermochemische Speichermaterial erwärmt werden, wodurch Wasser aus dem Speichermaterial ausgetrieben und das Speichermaterial beziehungsweise der Wärmespeicher insgesamt geladen beziehungsweise aufgeladen wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Antriebsaggregat wenigstens eine Brennstoffzelle umfassen, welche mit Luft und somit mit Sauerstoff aus der Luft versorgbar ist. Um dabei einen besonders effizienten Betrieb der Brennstoffzelle zu realisieren, wird die der Brennstoffzelle zuzuführende Luft beispielsweise verdichtet, wodurch die Luft erwärmt wird. In der verdichteten Luft ist somit Verdichtungswärme enthalten. Die Verdichtungswärme kann beispielsweise als die zuvor genannte Abwärme genutzt werden, um das Speichermaterial zu erwärmen. Hierdurch wird die verdichtete Luft gekühlt, sodass ein besonders hoher Aufladegrad realisierbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die Brennstoffzelle beziehungsweise ein Brennstoffzellensystem anderweitig Abwärme bereitstellt z. B. Abwärme des Brennstoffzellenstacks, mittels welcher das thermochemische Speichermaterial erwärmt werden kann.
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Wird nun beispielsweise das Fahrzeug rein elektrisch, insbesondere rein batterieelektrisch, gefahren, sodass das Antriebsaggregat nicht in Betrieb ist, und ist jedoch dabei eine Erwärmung des Innenraums des Fahrzeugs vorgesehen, so wird das durch das zuvor beschriebene Austreiben des zunächst eingelagerten Wassers getrocknete Speichermaterial mit Wasser versorgt, welches dem Speichermaterial zugeführt wird. Dieses Zuführen von Wasser zu dem Speichermaterial erfolgt beispielsweise entweder in einem geschlossenen System, bei welchem das Wasser in einer Art Kreislauf geführt wird, oder in einem offenen System, indem dem Speichermaterial beispielsweise feuchte Luft aus der Umgebung zugeführt wird. Dadurch, dass dem zunächst getrockneten und dadurch aufgeladenen Speichermaterial Wasser zugeführt wird, erhitzt sich das Speichermaterial, sodass das Speichermaterial Wärme abgibt. Dadurch wird das Speichermaterial beziehungsweise der Wärmespeicher entladen. Diese von dem Speichermaterial abgegebene Wärme kann, insbesondere über wenigstens einen Wärmeübertrager, genutzt werden, um den Innenraum zu beheizen, indem beispielsweise zumindest ein Teil der von dem Speichermaterial abgegebenen Wärme zumindest mittelbar in den Innenraum übertragen wird.
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Auf diese Weise kann beispielsweise bei Bussen mit einem gering dimensionierten Brennstoffzellensystem mit einer elektrischen Leistung von 30 Kilowatt bis 50 Kilowatt entstehende Abwärme zur Beheizung des Innenraums verwendet werden. Reicht die mittels der Abwärme realisierte Heizleistung beispielsweise bei sehr geringen Außentemperaturen nicht aus, kann das zuvor ausgetriebene Wasser und/oder auch das Produktwasser aus der Brennstoffzelle, welches beispielsweise in wenigstens einem entsprechenden Tank zumindest teilweise aufgefangen und somit gespeichert wird, dem thermochemischen Speichermaterial wieder zugeführt werden, sodass beispielsweise zusätzlich zu der Abwärme Wärme, die von dem Speichermaterial bereitgestellt wird, zur Verfügung steht, um den Innenraum zu beheizen.
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Durch den Einsatz der zuvor beschriebenen Halteeinrichtung, der Schnellverschlusseinrichtung und des Behälters kann ein Wechselcontainersystem realisiert werden. Hierbei kann zum Beispiel in dem Fahrzeug der Behälter, welcher mit ausgedampftem und somit aufgeladenem Speichermaterial gefüllt ist, mit Hilfe der als Schnellwechselsystem fungierenden Schnellverschlusseinrichtung installiert werden. Besteht ein entsprechender Heizbedarf, so kann dem Speichermaterial Feuchtigkeit beziehungsweise Wasser zugeführt werden, sodass das Speichermaterial Wärme beziehungsweise Wärmeenergie abgibt.
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Beispielsweise ist in beziehungsweise an dem Behälter wenigstens ein Wärmeübertrager angeordnet, der beispielsweise über Schnellverschlüsse beziehungsweise über die Schnellverschlusseinrichtung in einen Heizkreis des Fahrzeugs integrierbar ist. Somit ist es beispielsweise möglich, die von dem Speichermaterial abgegebene beziehungsweise bereitgestellte Wärme über den Wärmeübertrager an eine den Heizkreis durchströmende Flüssigkeit, insbesondere an Wasser, zu übertragen. Hierdurch wird die Flüssigkeit, welche auch als Heizmedium bezeichnet wird, erwärmt. Beispielsweise ist es über wenigstens einen Heizungswärmetauschers des Heizkreises möglich, Wärme von dem Heizmedium auf dem Innenraum zuzuführende Luft zu übertragen, wodurch die Luft erwärmt wird. Da die erwärmte Luft dem Innenraum zugeführt beziehungsweise in den Innenraum eingeleitet wird, kann der Innenraum dadurch beheizt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, da beispielsweise das in dem Behälter aufgenommene Speichermaterial während der Nacht in einem Depot, in dem das Fahrzeug abgestellt ist, mit Hilfe von anfallender Abwärme beispielsweise aus einem Blockheizkraftwerk ausgedampft und somit aufgeladen werden kann. Dies kann erfolgen, während der Behälter von dem Fahrzeug demontiert ist.
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Ist das Speichermaterial in dem Behälter dann entsprechend ausgedampft, kann der Behälter über die entsprechenden Schnellverschlüsse beziehungsweise über die Schnellverschlusseinrichtung in das Fahrzeug integriert werden. Ein Vorteil von thermochemischen Speichermaterialien ist, dass solche Stoffe eine thermische Kapazität von circa 150 Kilowattstunden bis 200 Kilowattstunden pro Kubikmeter aufweisen und über eine relativ geringe Dichte von circa 0,65 Gramm pro Kubikzentimetern verfügen.
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Ferner ist es denkbar, dass der Behälter beziehungsweise der Wärmespeicher fest an beziehungsweise in dem Fahrzeug verbaut wird und dabei beispielsweise in ein elektrisches Heizsystem integriert ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, das Fahrzeug, wenn dieses beispielsweise nachts in dem Depot steht, mit einer von dem Fahrzeug unterschiedlichen, zusätzlich zu dem Fahrzeug vorgesehenen und bezüglich des Fahrzeugs externen Stromquelle zum Bereitstellen von elektrischer Energie elektrisch zu verbinden. Dann kann beispielsweise von der Stromquelle bereitgestellte elektrische Energie dem Fahrzeug und insbesondere einem beispielsweise als Batterie ausgebildeten Energiespeicher zugeführt werden, um den Energiespeicher mit der bereitgestellten elektrischen Energie aufzuladen. Ferner ist es möglich, mit Hilfe der von der Stromquelle bereitgestellten elektrischen Energie das thermochemische Speichermaterial auszudampfen und somit aufzuladen. Diese Möglichkeit bietet sich insbesondere dann an, wenn nachts ein Überschuss an elektrischer Energie besteht und diese entsprechend kostengünstig zur Verfügung steht. Auch bei dieser Ausführungsform ist beispielsweise der zuvor genannte Wärmeübertrager in beziehungsweise an dem Behälter vorgesehen, um über den Wärmeübertrager von dem Speichermaterial bereitgestellte Wärme zumindest mittelbar an den Innenraum zu übertragen.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Behälter mittels der Schnellverschlusseinrichtung mit wenigstens einem Leitungselement fluidisch und reversibel lösbar verbindbar ist, über welches dem Wärmespeicher ein Heizmedium zum Erwärmen des Speichermaterials zuführbar ist. Mit anderen Worten umfasst beispielsweise die Schnellverschlusseinrichtung Schnellverschlüsse, um den Behälter an eine Versorgungseinrichtung anzuschließen. Die Versorgungseinrichtung ist dazu ausgebildet, das zuvor genannte Heizmedium, insbesondere Heizflüssigkeit wie beispielsweise Warmwasser, bereitzustellen, sodass mittels des Heizmediums das thermische Speichermaterial, insbesondere über Nacht, ausgedampft werden kann. Das Heizmedium wird beispielsweise mittels Abwärme eines Blockheizkraftwerks erwärmt, sodass das Speichermaterial effektiv und effizient aufgeladen werden kann.
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Die Ausgestaltung des Speichermaterials als Schüttgut ist vorteilhaft, da dann das Speichermaterial auf besonders einfache Weise beispielsweise in den mit dem wenigstens einem Wärmeübertrager ausgestatteten Behälter eingefüllt und – wenn das Speichermaterial entladen ist – einfach aus dem Behälter abgeführt werden kann. Somit lässt sich der Behälter auf einfache Weise mit dem Speichermaterial befüllen und von dem Speichermaterial entleeren, sodass beispielsweise entladenes Speichermaterial auf einfache Weise gegen geladenes Speichermaterial ausgetauscht werden kann.
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Durch die Erfindung ist es möglich, den Innenraum des Fahrzeugs zumindest im Wesentlichen ohne die Nutzung von von einem Energiespeicher des Fahrzeugs bereitgestellter elektrischer Energie, gegebenenfalls abgesehen von dem Betrieb von Kühlmittelpumpen, und ohne den Betrieb eines Antriebsaggregats zum Antreiben des Fahrzeugs zu beheizen. Dadurch wird beispielsweise vermieden, dass dem Energiespeicher elektrische Energie für Heizzwecke entzogen wird oder die Menge an Energie, die dem Energiespeicher für Heizzwecke entzogen wird, kann besonders gering gehalten werden, sodass in dem Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie zumindest überwiegend genutzt werden kann, um das Fahrzeug elektrisch anzutreiben. Dadurch kann auch bei geringen Umgebungstemperaturen eine besonders hohe Reichweite, über die das Fahrzeug elektrisch angetrieben werden kann, realisiert werden. Mit anderen Worten lässt sich im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen eine durch geringe Umgebungstemperaturen bewirkte Verringerung der elektrischen Reichweite vermeiden, beziehungsweise reduzieren.
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Alternativ oder zusätzlich zu der Nutzung von von dem Antriebsaggregat bereitgestellter Abwärme zum Aufladen beziehungsweise Ausdampfen des Speichermaterials beziehungsweise des Wärmespeichers kann wenigstens ein elektrischer Heizer zum Einsatz kommen, der beispielsweise optional dann zugeschaltet wird, wenn der Energiespeicher des Fahrzeugs mit Hilfe der zuvor genannten, von dem Fahrzeug unterschiedlichen Stromquelle mit elektrischer Energie aufgeladen wird, wodurch das Speichermaterial ausgedampft und das Fahrzeug nicht nur elektrisch, sondern auch thermisch aufgeladen werden kann.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bei Verwendung der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung in Zusammenhang mit dem Einsatz einer Brennstoffzelle bei kalten Umgebungstemperaturen die Heizeinrichtung verwendet wird, um die Brennstoffzelle beziehungsweise ein die Brennstoffzelle umfassendes Brennstoffzellensystem aufzuheizen, beispielsweise auf +10 Grad Celsius, sodass das Brennstoffzellensystem nicht mehr für einen Gefrierstart ausgelegt werden muss. Dadurch können die Kosten des Fahrzeugs besonders gering gehalten werden. Ferner kann ein besonders vorteilhafter Betrieb des Brennstoffzellensystems realisiert werden, da dieses dann mit hoher Befeuchtung beziehungsweise nass gefahren werden kann, woraus ein verbesserter Wirkungsgrad, insbesondere eine verbesserte U-I-Kennlinie resultiert, insbesondere vor dem Hintergrund, dass das Brennstoffzellensystem zur Vorbereitung eines Gefrierstarts üblicherweise getrocknet werden muss. Dies kann nun vermieden werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung.
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Die einzige Fig. zeigt ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Fahrzeug, welches bei dem in der Fig. veranschaulichten Ausführungsbeispiel als Kraftfahrzeug zur Personenbeförderung ausgebildet ist. Dabei ist das Fahrzeug 10 als Bus ausgebildet, welcher einen Innenraum 12 mit einem besonders großen Volumen aufweist. Dadurch kann sich im Innenraum 12 eine Vielzahl an Personen aufhalten, die mittels des Busses gefahren und dadurch befördert werden.
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Der Bus umfasst wenigstens ein Antriebsaggregat 14, mittels welchem das Fahrzeug 10 (Bus) antreibbar ist. Das Antriebsaggregat 14 umfasst beispielsweise wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher der Bus elektrisch antreibbar ist. Ferner kann das Antriebsaggregat 14 wenigstens einen Verbrennungsmotor zum Antreiben des Busses umfassen. Alternativ oder zusätzlich umfasst das Antriebsaggregat 14 wenigstens eine Brennstoffzelle beziehungsweise ein Brennstoffzellensystem, mittels welchem elektrische Energie bereitstellbar ist. Das Antriebsaggregat 14 umfasst ferner einen Energiespeicher 16, welcher beispielsweise als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie, ausgebildet ist. In dem Energiespeicher 16 kann elektrische Energie, das heißt elektrischer Strom gespeichert werden, welcher beispielsweise von dem Brennstoffzellensystem bereitgestellt wird. Die elektrische Maschine ist dabei mit der in dem Energiespeicher 16 gespeicherten elektrischen Energie und/oder mit der von dem Brennstoffzellensystem bereitgestellten elektrischen Energie versorgbar und dadurch in einem Motorbetrieb und dadurch als Elektromotor betreibbar, mittels welchem der Bus antreibbar ist. Der Bus ist dadurch als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet. Aus der Fig. ist ferner erkennbar, dass der Innenraum 12 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch einen Aufbau 17 des Busses begrenzt ist. Der Aufbau 17 ist beispielsweise an einem in der Fig. nicht erkennbaren Rahmen des Busses gehalten.
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Um den Innenraum 12 erwärmen beziehungsweise beheizen zu können, umfasst der Bus eine Heizeinrichtung 18 mit wenigstens einem thermochemischen Wärmespeicher 20. Der thermochemische Wärmespeicher 20 umfasst ein thermochemisches Speichermaterial 22, das dazu ausgebildet ist, durch Erwärmen des Speichermaterials 22 Wärme zu speichern und durch Versorgen des Speichermaterials 22 mit Wasser beziehungsweise Feuchtigkeit Wärme abzugeben, mittels welcher der Innenraum 12 beheizbar ist.
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Um nun den Innenraum 12 besonders einfach und effizient beheizen beziehungsweise erwärmen zu können, umfasst die Heizeinrichtung 18 eine an dem Aufbau 17 anordenbare beziehungsweise angeordnete Halteeinrichtung 24, eine Schnellverschlusseinrichtung 26 sowie einen Behälter 28, in welchem das Speichermaterial 22 aufgenommen ist. Hierzu weist der Behälter 28 beispielsweise einen Aufnahmeraum 30 auf, in welchem das Speichermaterial 22 angeordnet ist. Der Behälter 28 ist mittels der Schnellverschlusseinrichtung 26 reversibel lösbar an der Halteeinrichtung 24 und über diese an dem Aufbau 17 befestigbar. Dabei zeigt die Fig. einen Zustand, in welchem der Behälter 28 und somit das in dem Behälter aufgenommene Speichermaterial 22 mittels der Schnellverschlusseinrichtung 26 an der Halteeinrichtung 24 und die Halteeinrichtung 24 an dem Aufbau 17 befestigt ist, sodass der Behälter 28 über die Halteeinrichtung 24 an dem Aufbau 17 befestigt beziehungsweise gehalten ist.
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Die Schnellverschlusseinrichtung 26 ermöglicht es dabei, dass der Behälter 28 werkzeugfrei, das heißt ohne den Einsatz von Werkzeug von einer Person an der Halteeinrichtung 24 befestigt und von der Halteeinrichtung 24 gelöst werden kann, sodass beispielsweise der Behälter 28 und somit das Speichermaterial 22 besonders einfach gewechselt beziehungsweise ausgetauscht werden können.
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Insbesondere ist es denkbar, dass die Schnellverschlusseinrichtung 26 wenigstens einen in der Fig. nicht erkennbaren Schnellverschluss aufweist, über welchen der Behälter 28, insbesondere der Aufnahmeraum 30, fluidisch und reversibel lösbar mit wenigstens einem Leitungselement verbindbar ist. Das Leitungselement ist beispielsweise Teil einer Versorgungseinrichtung, mittels welcher ein Heizmedium bereitstellbar ist. Das Heizmedium kann das Leitungselement durchströmen. Ist dabei das Leitungselement über den Schnellverschluss an den Behälter 28 angeschlossen und somit mit dem Behälter 28 fluidisch verbunden, so kann beispielsweise das von der Versorgungseinrichtung bereitgestellte Heizmedium über das Leitungselement und den Schnellverschluss dem Wärmespeicher 20, insbesondere dem Speichermaterial 22, zugeführt werden, sodass das Speichermaterial 22 mittels des Heizmediums erwärmt und dadurch aufgeladen werden kann.
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Durch die Möglichkeit, den Behälter 28 und somit den Wärmespeicher 20 schnell und einfach an dem Aufbau 17 befestigen und von dem Aufbau 17 demontieren zu können, ist es möglich, den Wärmespeicher 20 mit Hilfe von Energie aufzuladen, die nicht von dem Fahrzeug 10 bereitgestellt werden muss. Insbesondere kann der Wärmespeicher 20 aufgeladen werden, während der Wärmespeicher 20 von dem Fahrzeug 10 demontiert ist und das Fahrzeug 10 mit einem vom dem Wärmespeicher 20 unterschiedlichen, zusätzlich vorgesehenen weiteren Wärmespeicher betrieben wird. Ist dann der weitere Wärmespeicher zumindest teilweise entladen, so kann der zumindest teilweise entladene weitere Wärmespeicher gegen den aufgeladenen Wärmespeicher 20 auf einfache Weise ausgetauscht werden, sodass dann das Fahrzeug 10 zusammen mit dem Wärmespeicher 20 betrieben werden kann, während der weitere Wärmespeicher aufgeladen wird. Dadurch kann die in dem Energiespeicher 16 gespeicherte elektrische Energie zumindest überwiegend zum elektrischen Antreiben des Fahrzeuges 10 verwendet werden, da beispielsweise ein nur sehr geringer Teil der in dem Energiespeicher 16 gespeicherten elektrischen Energie für Heizzwecke beziehungsweise zum Aufladen des Wärmespeichers 20 genutzt werden muss. Gleichzeitig kann eine hinreichende und somit komfortable Beheizung des Innenraums 12 sichergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeug
- 12
- Innenraum
- 14
- Antriebsaggregat
- 16
- Energiespeicher
- 17
- Aufbau
- 18
- Heizeinrichtung
- 20
- Wärmespeicher
- 22
- Speichermaterial
- 24
- Halteeinrichtung
- 26
- Schnellverschlusseinrichtung
- 28
- Behälter
- 30
- Aufnahmeraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4310836 A1 [0002]
- JP 10-144333 [0002]
