DE102017214315A1 - Air conditioning system for a vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem (100) für ein Fahrzeug, mit einem Belüftungssystem (1) zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes (101), wobei im Fahrzeuginnenraum (101) eine Kabinenluft (KL) aufnehmbar ist, die durch das Belüftungssystem (1) bereitgestellt ist, und einem Antriebssystem (2) zum Antreiben des Fahrzeuges, wobei das Antriebssystem (2) mindestens einen Luftpfad (20, 40) zum Bereitstellen einer Funktionsluft (FL) an eine Antriebskomponente (2a) des Antriebssystems (2) aufweist. Hierzu ist erfindungsgemäß ein Befeuchter (3) vorgesehen, welcher die Kabinenluft (KL) durch die Funktionsluft (FL) aus dem Luftpfad (20, 40) entfeuchtet.

Figure DE102017214315A1_0000
The invention relates to an air conditioning system (100) for a vehicle, having a ventilation system (1) for air conditioning a vehicle interior (101), wherein a cabin air (KL), which is provided by the ventilation system (1), can be accommodated in the vehicle interior (101). and a drive system (2) for driving the vehicle, the drive system (2) having at least one air path (20, 40) for providing a functional air (FL) to a drive component (2a) of the drive system (2). For this purpose, a humidifier (3) is provided according to the invention, which dehumidifies the cabin air (KL) through the functional air (FL) from the air path (20, 40).
Figure DE102017214315A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs, ein Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs und ein entsprechendes Kraftfahrzeug.The invention relates to an air conditioning system for a vehicle according to the preamble of the independent device claim, a method for air conditioning a vehicle interior according to the preamble of the independent method claim and a corresponding motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

Es sind Fahrzeuge bekannt, die mit Brennstoffzellensystemen für einen Antrieb des Fahrzeuges ausgestattet sind und die ein Belüftungssystem für einen Fahrzeuginnenraum benötigen. In einem Brennstoffzellensystem findet z. B. die Reaktion von Wasserstoff zu Wasser durch die Verbindung mit dem Sauerstoff der Luft statt. Dafür wird der Anode Wasserstoff zugeführt, während der Kathode Luft, meistens eine gefilterte Umgebungsluft, zugeführt wird. Durch Einsaugen der Umgebungsluft wird diese erwärmt. Damit die verdichtete Luft die nachgeschalteten Komponenten thermisch nicht schädigt, wird die Luft durch einen Wärmetauscher auf ca. 100°C abgekühlt. Um eine Membran des Brennstoffzellensystems nicht zu entfeuchten, wird die Luft zusätzlich durch einen Befeuchter befeuchtet. I.d.R. wird ein Membranbefeuchter verwendet, wobei die Feuchte aus der nassen Abluft entnommen wird. Die neben der elektrischen Energie und Abwasser produzierte Abwärme wird durch einen Thermalkreis zu einem Fahrzeugkühler abgeführt. Ein Lüfter saugt eine Kühlluft, meistens ebenfalls eine Umgebungsluft, durch den Fahrzeugkühler. Die Kühlluft wird nach dem Durchgang des Fahrzeugkühlers aufgewärmt.Vehicles are known which are equipped with fuel cell systems for driving the vehicle and which require a ventilation system for a vehicle interior. In a fuel cell system z. For example, the reaction of hydrogen to water by the compound with the oxygen of the air instead. For this purpose, the anode is supplied with hydrogen, while the cathode air, usually a filtered ambient air, is supplied. By sucking in the ambient air, it is heated. To ensure that the compressed air does not thermally damage the downstream components, the air is cooled by a heat exchanger to approx. 100 ° C. In order not to dehumidify a membrane of the fuel cell system, the air is additionally moistened by a humidifier. I.d.R. a membrane humidifier is used whereby the moisture is removed from the wet exhaust air. The waste heat produced in addition to the electrical energy and wastewater is removed by a thermal circuit to a vehicle radiator. A fan sucks a cooling air, usually also an ambient air, through the vehicle radiator. The cooling air is warmed up after the passage of the vehicle radiator.

Ein Belüftungssystem kann ebenfalls als Klimaanlage bezeichnet werden. Ein großer Teil der Klimatisierung gilt der Entfeuchtung der Luft. Eine Kabinenluft im Fahrzeuginnenraum, die durch das Belüftungssystem bereitgestellt wird, muss tlw. sehr tief gekühlt werden, damit das Wasser kondensiert und abgeschieden werden kann. Dadurch ist der Leistungsbedarf des Belüftungssystems erheblich größer als für eine gewünschte Abkühlung der Luft notwendig wäre.A ventilation system can also be called air conditioning. Much of the air conditioning is the dehumidification of the air. A cabin air in the vehicle interior, which is provided by the ventilation system, must sometimes be cooled very deep, so that the water can be condensed and separated. As a result, the power requirement of the ventilation system is considerably greater than would be necessary for a desired cooling of the air.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung sieht ein Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch, sowie ein Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug vor. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The present invention provides an air conditioning system for a vehicle according to the independent device claim, and a method for air conditioning a vehicle interior according to the independent method claim and a corresponding motor vehicle. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the air conditioning system according to the invention, of course, also in connection with the inventive method or the motor vehicle according to the invention and in each case vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention always reciprocal reference is or may be.

Die Erfindung stellt ein Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug bereit, mit einem Belüftungssystem zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes, wobei im Fahrzeuginnenraum eine Kabinenluft aufnehmbar ist, die durch das Belüftungssystem bereitgestellt ist, und einem Antriebssystem zum Antreiben des Fahrzeuges ausgeführt ist, wobei das Antriebssystem mindestens einen Luftpfad zum Bereitstellen einer Funktionsluft an eine Antriebskomponente des Antriebssystems aufweist. Erfindungsgemäß ist ein Befeuchter vorgesehen, welcher die Kabinenluft durch die Funktionsluft aus dem Luftpfad entfeuchtet. Somit kann der Befeuchter zwischen der Kabinenluft und dem Luftpfad fluidtechnisch eingebunden sein und eine Verbindung für das Wasser, insbesondere von der Kabinenluft zum Luftpfad, bilden.The invention provides an air conditioning system for a vehicle, comprising a ventilation system for air conditioning a vehicle interior, wherein in the vehicle interior, a cabin air is provided, which is provided by the ventilation system, and a drive system for driving the vehicle is carried out, the drive system at least one air path to Providing a functional air to a drive component of the drive system. According to the invention, a humidifier is provided which dehumidifies the cabin air through the functional air from the air path. Thus, the humidifier between the cabin air and the air path can be fluidly integrated and form a connection for the water, in particular from the cabin air to the air path.

Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem (oder einfach System) kann dabei sowohl für mobile Anwendungen mit Fahrzeugen aller Art, darunter Kraftfahrzeugen, umfassend Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Flugzeuge und Schiffe, als auch für stationäre Anwendungen, bspw. in einer Notstromversorgung und/oder als ein Generator oder dergleichen, verwendet werden.The air conditioning system according to the invention (or simply system) can be used both for mobile applications with vehicles of all kinds, including motor vehicles, including passenger cars, trucks, aircraft and ships, as well as for stationary applications, for example. In an emergency power supply and / or as a generator or the like , be used.

Die Erfindung macht sich zunutze, dass im Betrieb des Fahrzeuges eine heiße Funktionsluft entsteht, die sehr trocken ist. In einem Befeuchter kann eine solche heiße und trockene Funktionsluft dazu genutzt werden, die feuchte Kabinenluft effizient zu entfeuchten. Als eine Funktionsluft kann einerseits eine Kühlluft verwendet werden, die zum Kühlen einer Antriebskomponente genutzt wird. Andererseits kann als eine Funktionsluft ein Reaktionsgas einer Antriebskomponente verwendet werden. Bei Verbrennungsmotoren als eine Antriebskomponente kann als Reaktionsgas die Umgebungsluft verwendet werden. Bei Brennstoffzellensystemen als eine Antriebskomponente kann als Reaktionsgas ebenfalls die sauerstoffhaltige Umgebungsluft für einen Kathodenpfad oder ein brennstoffhaltiges Gasgemisch für einen Anodenpfad verwendet werden. Als Befeuchter kann bspw. ein Membranbefeuchter dienen, der eine wasserdurchlässige, vorzugsweise ausschließlich wasserdurchlässige, Membran aufweisen kann. Dabei ist es denkbar, dass ein separater Befeuchter zum Entfeuchten der Kabinenluft benutzt wird. Bei einem Brennstoffzellensystem ist weiterhin denkbar, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft ein separater oder ein im System bereits vorhandener Befeuchter benutzt werden kann.The invention makes use of the fact that during operation of the vehicle a hot functional air is produced, which is very dry. In a humidifier, such hot and dry functional air can be used to efficiently dehumidify the humid cabin air. As a functional air on the one hand, a cooling air can be used, which is used for cooling a drive component. On the other hand, as a functional air, a reaction gas of a driving component may be used. In internal combustion engines as a drive component, the ambient air can be used as the reaction gas. In fuel cell systems as a driving component, the oxygen-containing ambient air for a cathode path or a fuel-containing gas mixture for an anode path may also be used as the reaction gas. As a humidifier can, for example, serve a membrane humidifier, which may have a water-permeable, preferably exclusively water-permeable, membrane. It is conceivable that a separate humidifier is used to dehumidify the cabin air. In a fuel cell system, it is furthermore conceivable that a separate or a humidifier already present in the system can be used to dehumidify the cabin air.

Mit anderen Worten liegt der Erfindungsgedanke darin, dass die Kabinenluft durch Wasseraustausch mit heißer Funktionsluft entfeuchtet wird. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass die Systemkosten im Kraftfahrzeug reduziert werden, weil das Belüftungssystem weniger Leistung bereitstellen muss als in herkömmlichen Fahrzeugen und somit kleiner ausgelegt werden kann. Außerdem benötigt ein solches Belüftungssystem einen kleineren Motor als in herkömmlichen Fahrzeugen. Somit wird durch die Erfindung die Effizienz des Klimatisierungssystems erhöht und der Energieaufwand für die Entfeuchtung der Kabinenluft erheblich reduziert. In other words, the inventive concept is that the cabin air is dehumidified by exchanging water with hot functional air. Thereby, the advantage can be achieved that the system costs are reduced in the motor vehicle, because the ventilation system must provide less power than in conventional vehicles and thus can be designed smaller. In addition, such a ventilation system requires a smaller engine than in conventional vehicles. Thus, the efficiency of the air conditioning system is increased by the invention and significantly reduces the energy required for the dehumidification of the cabin air.

Ferner kann im Rahmen der Erfindung bei einem Klimatisierungssystem vorgesehen sein, dass die Antriebskomponente des Antriebssystems in Form eines Verbrennungsmotors, eines Elektroantriebes, eines Hybridantriebes oder eines Generators ausgebildet ist, wobei der Luftpfad in Form eines Zuluftpfades oder eines Kühlluftpfades für die Antriebskomponente ausgebildet ist. Somit kann die Erfindung in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt werden, nämlich in allen Fahrzeugen oder sonstigen Maschinen, wie z. B. Flugzeugen, Zügen oder stationären Anwendungen, die mit unterschiedlichen Antriebssystemen ausgelegt sein können. Mit anderen Worten kann die Erfindung überall dort eingesetzt werden, wo Antriebskomponenten gekühlt werden müssen oder wo Antriebskomponenten eine Luft als ein Reaktionsgas benötigen und in deren unmittelbarer Nähe ein Luftvolumen, bspw. im Fahrzeugimmenraum, entfeuchtet werden soll.Furthermore, it can be provided in the context of the invention in an air conditioning system that the drive component of the drive system in the form of an internal combustion engine, an electric drive, a hybrid drive or a generator is formed, wherein the air path is formed in the form of a supply air path or a cooling air path for the drive component. Thus, the invention can be used in different areas, namely in all vehicles or other machinery, such. As aircraft, trains or stationary applications that can be designed with different drive systems. In other words, the invention can be used anywhere where drive components must be cooled or where drive components require air as a reaction gas and in the immediate vicinity of an air volume, for example. In the vehicle voice, to be dehumidified.

Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung bei einem Klimatisierungssystem vorgesehen sein, dass die Antriebskomponente des Antriebssystems in Form eines Brennstoffzellensystems ausgebildet ist, wobei der Luftpfad in Form eines Zuluftpfades eines Kathodenpfades oder eines Kühlluftpfades für die Antriebskomponente ausgebildet ist. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem in allen Fahrzeugen oder sonstigen Maschinen eingesetzt werden kann, die ein Brennstoffzellensystem als eine Antriebskomponente aufweisen. In einem Brennstoffzellensystem wird eine heiße Funktionsluft an zwei unterschiedlichen Stellen produziert. Zum einen wird die Umgebungsluft bzw. Funktionsluft als ein Reaktionsgas verwendet, die aus der Umgebung eingesaugt, verdichtet und somit erwärmt wird. Zum anderen wird die Umgebungsluft bzw. Funktionsluft als eine Kühlluft genutzt, die die Wärme im Betrieb des Brennstoffzellensystems aufnimmt und abtransportiert. Die eine oder die andere Funktionsluft kann im Rahmen der Erfindung zum Entfeuchten der Kabinenluft des Fahrzeuginnenraums genutzt werden. Weiterhin kann bei einem Brennstoffzellensystem vorteilhaft sein, dass derselbe Befeuchter, der im Brennstoffzellensystem vorhanden ist und der zum Befeuchten der aufgewärmten Kathodenluft als Reaktionsgas dient, gleichzeitig zum Entfeuchten der Kabinenluft eingesetzt wird. Somit können die Systemkosten, das Systemgewicht und die Anzahl der Bauteile im Brennstoffzellensystem reduziert werden.Furthermore, it can be provided in the context of the invention in an air conditioning system that the drive component of the drive system is in the form of a fuel cell system, wherein the air path is formed in the form of a supply air path of a cathode path or a cooling air path for the drive component. Thereby, the advantage can be achieved that the air conditioning system according to the invention can be used in all vehicles or other machines that have a fuel cell system as a drive component. In a fuel cell system, a hot functional air is produced at two different locations. First, the ambient air or functional air is used as a reaction gas, which is sucked from the environment, compressed and thus heated. On the other hand, the ambient air or functional air is used as a cooling air, which absorbs the heat during operation of the fuel cell system and transported away. One or the other functional air can be used in the invention for dehumidifying the cabin air of the vehicle interior. Furthermore, in the case of a fuel cell system, it may be advantageous for the same humidifier, which is present in the fuel cell system and serves as a reaction gas for humidifying the warmed cathode air, to be used simultaneously for dehumidifying the cabin air. Thus, the system cost, the system weight and the number of components in the fuel cell system can be reduced.

Des Weiteren kann im Rahmen der Erfindung bei einem Klimatisierungssystem vorgesehen sein, dass der Befeuchter in Form eines Membranbefeuchters ausgebildet ist. Ein solcher Befeuchter ist ein einfaches, kostengünstiges Bauteil. Ein Membranbefeuchter kann vorteilhafterweise eine wasserdurchlässige, vorzugsweise ausschließlich wasserdurchlässige, Membran aufweisen, um die Wassermoleküle aus der feuchten Kabinenluft zu entziehen und der trockenen Funktionsluft hinzuzufügen. Ferner kann als ein Befeuchter ein Absorptionsbefeuchter eingesetzt werden. Im Rahmen der Erfindung ist es zudem denkbar, dass ein im System bereits vorhandener Befeuchter zum Entfeuchten der Kabinenluft benutzt werden kann.Furthermore, it can be provided in the context of the invention in an air conditioning system that the humidifier is designed in the form of a membrane humidifier. Such a humidifier is a simple, inexpensive component. A membrane humidifier can advantageously have a water-permeable, preferably exclusively water-permeable, membrane in order to extract the water molecules from the moist cabin air and to add them to the dry functional air. Further, as a humidifier, an absorption humidifier can be used. In the context of the invention, it is also conceivable that a humidifier already present in the system can be used for dehumidifying the cabin air.

Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes bereit, wobei im Fahrzeuginnenraum eine Kabinenluft aufnehmbar ist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft eine Funktionsluft verwendet wird, die beim Antreiben des Fahrzeuges genutzt wird. Somit kann mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens der Vorteil erreicht werden, dass Feuchtigkeitsdefizite und Feuchtigkeitsüberschüsse im Fahrzeug auf eine vorteilhafte Weise ausgeglichen, vorzugsweise gegeneinander aufgehoben, werden. Im Rahmen der Erfindung kann vorteilhaft sein, dass an der Stelle im Fahrzeug, wo überschüssige Feuchtigkeit vorhanden ist, sie entnommen und an der Stelle dem Fahrzeug wieder zugefügt wird, wo ein Bedarf an Feuchtigkeit herrscht. Vorteilhafterweise wird im Rahmen der Erfindung die heiße Funktionsluft genutzt, die ohnehin beim Antreiben des Fahrzeuges entsteht, und an die Stelle im Fahrzeug geleitet, wo eine überschüssige Feuchtigkeit vorhanden ist, um diese Feuchtigkeit zu entziehen.Furthermore, the invention provides a method for air conditioning a vehicle interior, wherein a cabin air can be received in the vehicle interior. In the method according to the invention it is provided that a functional air is used to dehumidify the cabin air, which is used when driving the vehicle. Thus, with the aid of the method according to the invention, the advantage can be achieved that moisture deficits and excess moisture in the vehicle are compensated in an advantageous manner, preferably canceled out from one another. In the context of the invention, it may be advantageous that at the location in the vehicle where excess moisture is present, it is removed and re-added to the vehicle at the location where there is a demand for moisture. Advantageously, in the context of the invention, the hot functional air is used, which in any case arises when driving the vehicle, and directed to the point in the vehicle, where excess moisture is present to extract this moisture.

Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft die Funktionsluft in Form einer Kühlluft für eine Antriebskomponente des Antriebssystems verwendet wird. Antriebskomponenten produzieren meist Wärme, die mithilfe der Kühlluft abgeführt werden kann. Die nach dem Durchgang der Antriebskomponente aufgewärmte Kühlluft ist sehr trocken und eignet sich auf eine vorteilhafte Weise zum Entziehen der Feuchtigkeit aus der Kabinenluft, bspw. mithilfe eines Befeuchters.Furthermore, it can be provided in the context of the invention in a method that for dehumidifying the cabin air, the functional air is used in the form of cooling air for a drive component of the drive system. Drive components usually produce heat that can be dissipated with the help of cooling air. The heated after the passage of the drive component cooling air is very dry and is suitable in an advantageous manner for removing moisture from the cabin air, eg. Using a humidifier.

Des Weiteren kann im Rahmen der Erfindung bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft die Funktionsluft in Form eines Reaktionsgases für eine Antriebskomponente des Antriebssystems verwendet wird. Meistens wird das Reaktionsgas in einem verdichteten Zustand der Antriebskomponente zugefügt. Das verdichtete Reaktionsgas wird warm und trocken, sodass es auf eine vorteilhafte Weise zum Entfeuchten der Kabinenluft, bspw. mithilfe eines Befeuchters, geeignet ist. Bei einem Brennstoffzellensystem als eine Antriebskomponente ist als Reaktionsgas eine sauerstoffhaltige Umgebungsluft oder ein brennstoffhaltiges Gasgemisch denkbar.Furthermore, it can be provided in the context of the invention in a method that for dehumidifying the cabin air, the functional air in the form a reaction gas is used for a drive component of the drive system. Most often, the reaction gas is added in a compressed state to the drive component. The compressed reaction gas becomes warm and dry, so that it is in an advantageous manner for dehumidifying the cabin air, eg. Using a humidifier is suitable. In a fuel cell system as a drive component, an oxygen-containing ambient air or a fuel-containing gas mixture is conceivable as the reaction gas.

Des Weiteren kann im Rahmen der Erfindung bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft ein Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird. Somit können mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.Furthermore, it can be provided in the context of the invention in a method that is used for dehumidifying the cabin air, an air conditioning system according to one of the preceding claims. Thus, the same advantages can be achieved by means of the method according to the invention, which have been described above in connection with the air conditioning system according to the invention. In the present case, full reference is made to these advantages.

Ferner stellt die Erfindung ein Fahrzeug bereit, welches mit einem Belüftungssystem zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes, wobei im Fahrzeuginnenraum eine Kabinenluft aufnehmbar ist, und einem Antriebssystem zum Antreiben des Fahrzeuges ausgeführt ist, wobei das Antriebssystem mindestens einen Luftpfad zum Bereitstellen einer Funktionsluft an eine Antriebskomponente des Antriebssystems aufweist. Hierzu ist erfindungsgemäß ein Befeuchter vorgesehen, welcher die Kabinenluft durch die Funktionsluft aus dem Luftpfad entfeuchtet. Mithilfe des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem und dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird vorliegend auf diese Vorteile vollumfänglich Bezug genommen.Further, the invention provides a vehicle provided with a ventilation system for air conditioning a vehicle interior, wherein cabin air is receivable in the vehicle interior, and a drive system for driving the vehicle, the drive system having at least one air path for providing a functional air to a drive component of the drive system having. For this purpose, a humidifier is provided according to the invention, which dehumidifies the cabin air through the functional air from the air path. The motor vehicle according to the invention achieves the same advantages described above in connection with the air-conditioning system according to the invention and the method according to the invention. To avoid repetition, reference is made in the present case to these advantages in full.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele:Preferred embodiments:

Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem und seine Weiterbildungen sowie seine Vorteile und das erfindungsgemäße Verfahren und seine Weiterbildungen sowie seine Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems als eine Antriebskomponente eines Antriebssystems für ein Fahrzeug,
  • 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführung, und
  • 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführung.
The air conditioning system according to the invention and its developments as well as its advantages and the method according to the invention and its developments and its advantages are explained in more detail below with reference to drawings. Each show schematically:
  • 1 FIG. 2 a schematic representation of a fuel cell system as a drive component of a drive system for a vehicle, FIG.
  • 2 a schematic representation of an air conditioning system according to the invention for a vehicle according to an embodiment, and
  • 3 a schematic representation of an air conditioning system according to the invention for a vehicle according to a further embodiment.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile des Klimatisierungssystems 100 stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.In the different figures are the same parts of the air conditioning system 100 always provided with the same reference numerals, which is why they are usually described only once.

Die 1 zeigt ein Brennstoffzellensystem, bspw. ein Polymerelektrolyt-Brennstoffzellensystem, welches als eine Antriebskomponente 2a eines Antriebssystems 2 in einem Fahrzeug genutzt werden kann. Das Brennstoffzellensystem kann mehrere Brennstoffzellen umfassen, die in einem Stapel, einem sog. Stack, in Reihe verschaltet werden können. Im Stack findet eine kalte Verbrennung von Wasserstoff durch die Verbindung mit dem Sauerstoff der Kathodenluft statt. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem eignet sich vorteilhafterweise für mobile Anwendungen, d. h. für Anwendungen in Fahrzeugen jeder Art, sowie für stationäre Anwendungen, bspw. in Generatoren oder bei Notstromversorgung. Dafür wird einer Anode der Brennstoffzelle Wasserstoff mithilfe eines Anodenpfades 10 zugeführt, während einer Kathode der Brennstoffzelle Luft, bspw. Umgebungsluft, mithilfe eines Kathodenpfades 20 zugeführt wird. Die elektrische Leistung vom Brennstoffzellensystem wird über einen elektrischen Kreislauf an ein elektrisches Bordnetzt 102 des Fahrzeuges bereitgestellt.The 1 shows a fuel cell system, for example, a polymer electrolyte fuel cell system serving as a driving component 2a a drive system 2 can be used in a vehicle. The fuel cell system may comprise a plurality of fuel cells, which may be connected in series in a stack, a so-called stack. In the stack, a cold combustion of hydrogen takes place through the connection with the oxygen of the cathode air. The fuel cell system according to the invention is advantageously suitable for mobile applications, ie for applications in vehicles of all kinds, as well as for stationary applications, for example in generators or in emergency power supply. For this, an anode of the fuel cell becomes hydrogen using an anode path 10 supplied during a cathode of the fuel cell air, for example. Ambient air, using a cathode path 20 is supplied. The electrical power from the fuel cell system is connected via an electrical circuit to an electrical Bordnetzt 102 provided the vehicle.

Der Anodenpfad 10 umfasst eine geschlossene Anodenleitung zwischen einem Brennstoff- bzw. einen Wasserstofftank 11 und der Brennstoffzelle. Nach dem Brennstofftank 11 ist im Anodenpfad 10 ein Absperrventil 12 zum Abschalten der Brennstoffversorgung und mindestens ein Druckregler 13, bspw. in Form eines Drosselventils, zum Einstellen eines geeigneten Druckes in der Anodenleitung 10 vorgesehen. Ein unverbrauchter Brennstoff kann mittels einer Rezirkulationspumpe 14 dem frischen Brennstoff beigemischt werden. Ein Drainventil 15, bspw. in Form eines Drosselventils, ist zum Abführen eines überschüssigen Wassers aus dem Anodenpfad 10 vorgesehen.The anode path 10 includes a closed anode conduit between a fuel or hydrogen tank 11 and the fuel cell. After the fuel tank 11 is in the anode path 10 a shut-off valve 12 to shut off the fuel supply and at least one pressure regulator 13 , for example in the form of a throttle valve, for setting a suitable pressure in the anode line 10 intended. An unused fuel can by means of a recirculation pump 14 be added to the fresh fuel. A drain valve 15 For example, in the form of a throttle valve, is for discharging excess water from the anode path 10 intended.

Der Kathodenpfad 20 weist am Eingang eines Zuluftpfades einen Temperatursensor 21 auf. Zudem umfasst der Kathodenpfad 20 im Zuluftpfad einen Luftfilter 22, um die Umgebungsluft entsprechend den Erfordernissen des Brennstoffzellensystems zu filtern. Ein Verdichter 23, bspw. in Form eines Saugers, sorgt dafür, dass ausreichend Luft als ein Reaktionsgas zur Kathode der Brennstoffzelle gelangt. Ein Wärmetauscher 24 ist vorgesehen, um die verdichtete Umgebungsluft, die gemäß einer Ausführung der Erfindung gemäß der 2 als eine erfindungsgemäße Funktionsluft FL fungieren kann, nach Durchgang des Verdichters 23 auf eine geeignete Temperatur, bspw. 100°C, abzukühlen. Ein Befeuchter 25 sorgt dafür, dass die erhitzte und trockene Funktionsluft FL befeuchtet und zurück zur Kathode geschickt wird. Am Ausgang des Kathodenpfades 20 befindet sich ein Regelventil 27, bspw. in Form eines Drosselventils.The cathode path 20 has a temperature sensor at the entrance of a supply air path 21 on. In addition, the cathode path includes 20 in the Zuluftpfad an air filter 22 to filter the ambient air according to the requirements of the fuel cell system. A compressor 23 For example, in the form of a nipple, ensures that sufficient air passes as a reaction gas to the cathode of the fuel cell. A heat exchanger 24 is provided to the compressed ambient air, according to an embodiment of the Invention according to the 2 as a functional air according to the invention FL can function after passage of the compressor 23 to a suitable temperature, eg. 100 ° C, to cool. A humidifier 25 Ensures that the heated and dry functional air FL moistened and sent back to the cathode. At the exit of the cathode path 20 there is a control valve 27 , for example in the form of a throttle valve.

Die neben der elektrischen Energie und Abwasser produzierte Abwärme wird durch einen Thermalkreis 30 zu einem Fahrzeugkühler 32 abgeführt. Im Thermalkreis 30 ist außerdem eine Rezirkulationspumpe 31 zum Umwälzen eines Kühlmittels vorgesehen. Ein Lüfter 41 aus einem Kühlluftpfad 40 zieht eine Kühlluft, meistens ebenfalls eine Umgebungsluft, durch den Fahrzeugkühler 32. Die Kühlluft wird nach dem Durchgang des Fahrzeugkühlers 32 aufgewärmt und kann gemäß einer Ausführung der Erfindung gemäß der 3 als eine erfindungsgemäße Funktionsluft FL fungieren.The waste heat produced in addition to the electrical energy and sewage is through a thermal circuit 30 to a vehicle radiator 32 dissipated. In the thermal circle 30 is also a recirculation pump 31 provided for circulating a coolant. A fan 41 from a cooling air path 40 draws a cooling air, usually also an ambient air, through the vehicle radiator 32 , The cooling air is released after the passage of the vehicle radiator 32 warmed up and can according to an embodiment of the invention according to the 3 as a functional air according to the invention FL act.

Die 2 und 3 zeigen ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem 100, mit einem Brennstoffzellensystem, welches mithilfe der 1 beschrieben wurde. Das Brennstoffzellensystem in den 2 und 3 zeigt nicht alle Komponenten, die mithilfe der 1 beschrieben wurden, lediglich aus Einfachheitsgründen. Grundsätzlich kann das Brennstoffzellensystem gemäß den 2 und 3 alle oben beschriebenen Komponenten aufweisen.The 2 and 3 show an inventive air conditioning system 100 , with a fuel cell system using the 1 has been described. The fuel cell system in the 2 and 3 does not show all components using the 1 described for simplicity only. Basically, the fuel cell system according to the 2 and 3 have all components described above.

Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem 100 umfasst ein Belüftungssystem 1 zum Bereitstellen einer Kabinenluft KL in einen Fahrzeuginnenraum 101. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem 100 ein Antriebssystem 2, welches ein Brennstoffzellensystem gemäß der 1 als eine Antriebskomponente 2a nutzten kann, wobei das Antriebssystem 2 mindestens einen Luftpfad 20, 40 zum Bereitstellen einer Funktionsluft FL an eine Antriebskomponente 2a des Antriebssystems 2 aufweist.The air conditioning system according to the invention 100 includes a ventilation system 1 for providing a cabin air KL in a vehicle interior 101 , Furthermore, the air conditioning system according to the invention comprises 100 a drive system 2 , which is a fuel cell system according to the 1 as a drive component 2a can use, the drive system 2 at least one air path 20 . 40 for providing a functional air FL to a drive component 2a of the drive system 2 having.

Grundsätzlich ist es denkbar, dass als eine Antriebskomponente 2a im Sinne der Erfindung ein Verbrennungsmotor, ein Elektroantrieb, ein Hybridantrieb oder ein Generator eingesetzt werden kann. Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem 100 kann überall dort eingesetzt werden, wo beim Antreiben des Fahrzeuges, d. h. im Betrieb des Antriebssystems 2, eine heiße Funktionsluft FL entsteht und wo es einen Raum 101 mit einer Kabinenluft KL gibt, der entfeuchtet werden muss.In principle, it is conceivable that as a drive component 2a According to the invention, an internal combustion engine, an electric drive, a hybrid drive or a generator can be used. The air conditioning system according to the invention 100 Can be used anywhere where when driving the vehicle, ie during operation of the drive system 2 , a hot working air FL arises and where there is a room 101 with a cabin air KL there, which must be dehumidified.

Erfindungsgemäß ist ein Befeuchter 3 vorgesehen, welcher die Kabinenluft KL durch die Funktionsluft FL aus dem Luftpfad entfeuchtet.According to the invention is a humidifier 3 provided, which the cabin air KL through the functional air FL dehumidified from the air path.

Als Funktionsluft FL kann einerseits eine Kühlluft verwendet werden, die zum Kühlen einer Antriebskomponente 2a genutzt wird. Bei Verbrennungsmotoren als eine Antriebskomponente 2a kann als Kühlluft die Umgebungsluft verwendet werden. Bei Brennstoffzellensystemen als eine Antriebskomponente 2a kann als Kühlluft ebenfalls die sauerstoffhaltige Umgebungsluft aus dem Kühlluftpfad 40 verwendet werden.As functional air FL On the one hand, a cooling air can be used, which is used to cool a drive component 2a is being used. In internal combustion engines as a drive component 2a can be used as cooling air, the ambient air. In fuel cell systems as a driving component 2a can as cooling air also the oxygen-containing ambient air from the cooling air path 40 be used.

Andererseits kann als Funktionsluft FL ein Reaktionsgas einer Antriebskomponente 2a verwendet werden. Bei Verbrennungsmotoren als eine Antriebskomponente 2a kann als Reaktionsgas die Umgebungsluft verwendet werden. Bei Brennstoffzellensystemen als eine Antriebskomponente 2a kann als Reaktionsgas ebenfalls die sauerstoffhaltige Umgebungsluft für einen Kathodenpfad 20 oder ein brennstoffhaltiges Gasgemisch für einen Anodenpfad 10 verwendet werden.On the other hand, as functional air FL a reaction gas of a drive component 2a be used. In internal combustion engines as a drive component 2a can be used as the reaction gas, the ambient air. In fuel cell systems as a driving component 2a can also be the reaction gas as the oxygen-containing ambient air for a cathode path 20 or a fuel-containing gas mixture for an anode path 10 be used.

Als Befeuchter 3 kann bspw. ein Membranbefeuchter dienen, der eine wasserdurchlässige, vorzugsweise ausschließlich wasserdurchlässige, Membran aufweisen kann. Zudem ist ein Absorptionsbefeuchter als ein Befeuchter 3 im Sinne der Erfindung denkbar.As a humidifier 3 can serve, for example, a membrane humidifier, which may have a water-permeable, preferably exclusively water-permeable, membrane. There is also an absorption humidifier as a humidifier 3 conceivable within the meaning of the invention.

Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass ein separater Befeuchter 3 zum Entfeuchten der Kabinenluft KL benutzt wird. Bei einem Brennstoffzellensystem ist es weiterhin denkbar, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft KL ein separater Befeuchter 3 (Ausführungsbeispiel, wie gezeigt in den 2 und 3) oder ein im System bereits vorhandener Befeuchter 25, bspw. aus dem Kathodenpfad 20, (ein nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel) benutzt werden kann.In the context of the invention, it is conceivable that a separate humidifier 3 for dehumidifying the cabin air KL is used. In a fuel cell system, it is also conceivable that for dehumidifying the cabin air KL a separate humidifier 3 (Embodiment, as shown in the 2 and 3 ) or a humidifier already in the system 25 , for example, from the cathode path 20 , (An embodiment not shown) can be used.

Somit können die Gesamtkosten im Kraftfahrzeug reduziert werden, weil das Belüftungssystem 1 weniger Leistung bereitstellen muss als in herkömmlichen Fahrzeugen und somit kleiner ausgelegt werden kann. Außerdem benötigt ein solches Belüftungssystem 1 einen kleineren Motor als in herkömmlichen Fahrzeugen. Somit wird durch die Erfindung die Effizienz des Klimatisierungssystems 100 erhöht und der Energieaufwand für die Entfeuchtung der Kabinenluft KL erheblich reduziert.Thus, the total cost in the motor vehicle can be reduced because the ventilation system 1 must provide less power than in conventional vehicles and thus can be designed smaller. In addition, requires such a ventilation system 1 a smaller engine than in conventional vehicles. Thus, by the invention, the efficiency of the air conditioning system 100 increased and the energy required for the dehumidification of the cabin air KL considerably reduced.

Die voranstehende Beschreibung der 1 bis 3 beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The above description of 1 to 3 describes the present invention solely in the context of examples. Of course, individual features of the embodiments, insofar as it is technically feasible, can be freely combined with one another without departing from the scope of the invention.

Claims (9)

Klimatisierungssystem (100) für ein Fahrzeug, mit einem Belüftungssystem (1) zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes (101), wobei im Fahrzeuginnenraum (101) eine Kabinenluft (KL) aufnehmbar ist, die durch das Belüftungssystem (1) bereitgestellt ist, und einem Antriebssystem (2) zum Antreiben des Fahrzeuges, wobei das Antriebssystem (2) mindestens einen Luftpfad (20, 40) zum Bereitstellen einer Funktionsluft (FL) an eine Antriebskomponente (2a) des Antriebssystems (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Befeuchter (3) vorgesehen ist, welcher die Kabinenluft (KL) durch die Funktionsluft (FL) aus dem Luftpfad (20, 40) entfeuchtet.An air conditioning system (100) for a vehicle, comprising a ventilation system (1) for conditioning a vehicle interior (101), wherein a cabin air (KL) provided by the ventilation system (1) can be received in the vehicle interior (101) and a drive system (1). 2) for driving the vehicle, wherein the drive system (2) has at least one air path (20, 40) for providing a functional air (FL) to a drive component (2a) of the drive system (2), characterized in that a humidifier (3) is provided, which dehumidifies the cabin air (KL) by the functional air (FL) from the air path (20, 40). Klimatisierungssystem (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskomponente (2a) des Antriebssystems (2) in Form eines Verbrennungsmotors, eines Elektroantriebes, eines Hybridantriebes oder eines Generators ausgebildet ist, wobei der Luftpfad (20, 40) in Form eines Zuluftpfades oder eines Kühlluftpfades (40) für die Antriebskomponente (2a) ausgebildet ist.Air conditioning system (100) according to the preceding claim, characterized in that the drive component (2a) of the drive system (2) in the form of an internal combustion engine, an electric drive, a hybrid drive or a generator is formed, wherein the air path (20, 40) in the form of a Supply air path or a cooling air path (40) for the drive component (2a) is formed. Klimatisierungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskomponente (2a) des Antriebssystems (2) in Form eines Brennstoffzellensystems ausgebildet ist, wobei der Luftpfad (20, 40) in Form eines Zuluftpfades eines Kathodenpfades (20) oder eines Kühlluftpfades (40) für die Antriebskomponente (2a) ausgebildet ist.Air conditioning system (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the drive component (2a) of the drive system (2) in the form of a fuel cell system is formed, wherein the air path (20, 40) in the form of a supply air path of a cathode path (20) or a Cooling air path (40) for the drive component (2a) is formed. Klimatisierungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Befeuchter (3) in Form eines Membranbefeuchters oder eines Absorptionsbefeuchters ausgebildet ist.Air conditioning system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the humidifier (3) is designed in the form of a membrane humidifier or an absorption humidifier. Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes (101), wobei im Fahrzeuginnenraum (101) eine Kabinenluft (KL) aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft (KL) eine Funktionsluft (FL) verwendet wird, die beim Antreiben des Fahrzeuges genutzt wird.A method for air conditioning a vehicle interior (101), wherein in the vehicle interior (101) a cabin air (KL) is receivable, characterized in that for dehumidifying the cabin air (KL) a functional air (FL) is used, which is used when driving the vehicle. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch , dadurch gekennzeichnet, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft (KL) die Funktionsluft (FL) in Form einer Kühlluft für eine Antriebskomponente (2a) des Antriebssystems (2) verwendet wird.Method according to the preceding claim, characterized in that for dehumidifying the cabin air (KL) the functional air (FL) in the form of a cooling air for a drive component (2a) of the drive system (2) is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft (KL) die Funktionsluft (FL) in Form eines Reaktionsgases für eine Antriebskomponente (2a) des Antriebssystems (2) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for dehumidifying the cabin air (KL) the functional air (FL) in the form of a reaction gas for a drive component (2a) of the drive system (2) is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft (KL) ein Klimatisierungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for dehumidifying the cabin air (KL) an air conditioning system (100) according to one of the preceding claims is used. Fahrzeug, mit einem Belüftungssystem (1) zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes (101), wobei im Fahrzeuginnenraum (101) eine Kabinenluft (KL) aufnehmbar ist, und einem Antriebssystem (2) zum Antreiben des Fahrzeuges, wobei das Antriebssystem (2) mindestens einen Luftpfad (20, 40) zum Bereitstellen einer Funktionsluft (FL) an eine Antriebskomponente (2a) des Antriebssystems (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Befeuchter (3) vorgesehen ist, welcher die Kabinenluft (KL) durch die Funktionsluft (FL) aus dem Luftpfad (20, 40) entfeuchtet.A vehicle, comprising a ventilation system (1) for conditioning a vehicle interior (101), wherein cabin air (KL) can be received in the vehicle interior (101), and a drive system (2) for driving the vehicle, wherein the drive system (2) has at least one air path (20, 40) for providing a functional air (FL) to a drive component (2a) of the drive system (2), characterized in that a humidifier (3) is provided which exhausts the cabin air (KL) through the functional air (FL) the airway (20, 40) dehumidified.
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