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Die Erfindung betrifft ein Luftführungssystem zur Belüftung eines Fahrgastraums und eines in einem Motorraum angeordneten Brennstoffzellenstapels eines Fahrzeugs. Das Luftführungssystem umfasst ein Innenraumgebläse, das ausgestaltet ist, einen Frischluftmassestrom bereitzustellen, welcher zumindest anteilig dem Fahrgastraum und zumindest anteilig dem Brennstoffzellenstapel zuführbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Belüftung eines Fahrgastraums und eines in einem Motorraum angeordneten Brennstoffzellenstapels eines Fahrzeugs.
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Bei konventionellen Belüftungssystemen zur Belüftung eines Brennstoffzellenstapels wird heiße und meist verschmutzte Luft aus dem Motorraum angesaugt. Einzelne Lösungen sehen daher einen separaten Filter zur Reinigung der angesaugten Luft vor. Durch den Einsatz des separaten Filters wird zusätzlicher Bauraum benötigt.
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In der
DE 103 48 385 A1 wird deshalb ein Luftführungssystem der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem ein einer Fahrgastzelle zugeführter Luftstrom in der Fahrgastzelle zunächst zirkuliert, bevor er als Kühlmassenstrom einer Antriebszelle in Form einer Brennstoffzelle zugeführt wird.
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Die
DE 10 2006 045 677 A1 zeigt ein Luftführungssystem, bei dem ein über eine Außenluftleitung angesaugter Luftstrom durch einen Kältekreislauf dem Innenraum des Fahrzeugs zugeführt wird. Ein anderer Anteil des angesaugter Luftstroms kann an heißen Teilen eines Brennstoffzellensystems vorbeigeführt werden, wo dieser erwärmt wird, bevor er in den Innenraum des Fahrzeugs geleitet wird.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Luftführungssystem und ein Verfahren zur Belüftung eines Fahrgastraums und eines in einem Motorraum angeordneten Brennstoffzellenstapels eines Fahrzeugs anzugeben, die eine geringere Verschmutzung an den belüfteten Bauteilen des Fahrzeugs hervorrufen.
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Die das Luftführungssystem betreffende Aufgabe wird durch ein Luftführungssystem mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 1 gelöst, wobei insbesondere ein Luftfilter zur Filterung des Frischluftmassestroms vorgesehen ist, der sowohl dem Fahrgastraum als auch dem Motorraum vorgeschaltet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Luftführungssystem zeichnet sich durch einen vereinfachten Aufbau aus, da der oftmals separat vorgesehene Filter im Motorraum entfällt, wobei sich zugleich Bauraumvorteile ergeben. Außerdem ist sowohl im Fahrgastraum als auch im oder am Brennstoffzellenstapel im Motorraum ein Frischluftmassestrom bereitgestellt, der einen deutlich höheren Reinheitsgrad aufweist. Dieser Reinheitsgrad wird durch den Einsatz des vorzugsweise als Innenraumfilter gebildeten Luftfilters erzielt.
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Um auch das Innenraumgebläse vor einer größeren Verschmutzung zu schützen, hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Luftfilter auch dem Innenraumgebläse vorgeschaltet ist.
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Zudem kann ein Wärmetauscher vorgesehen sein, der ausgestaltet ist, einen temperierten Frischluftmassestrom bereitzustellen, insbesondere dem Innenraumgebläse bereitzustellen. Dieser Wärmetauscher ist beispielsweise der Wärmetauscher einer Klimaanlage des Fahrzeugs, so dass ein bereits temperierter Luftstrom sowohl dem Fahrgastraum als auch dem Brennstoffzellenstapel im Motorraum zugeführt werden kann. Üblicherweise wird der Frischluftmassestrom mittels des Wärmetauschers auf Temperaturen zwischen 15 und 25 Grad Celsius temperiert, vorzugsweise auf eine Temperatur von ungefähr 20 Grad Celsius. Vorzugsweise kann der Luftfilter dem Wärmetauscher vorgeschaltet sein, so dass auch am Wärmetauscher ein bereits gereinigter Luftstrom zur Verfügung steht. In einer anderen Ausgestaltung ist der Wärmetauscher dem Luftfilter nachgeschaltet. In einer besonders bevorzugsten Ausgestaltung ist der Luftfilter stromabwärts des Wärmetauschers und stromaufwärts des Innenraumgebläses in einem Leitungssystem des Luftführungssystems angeordnet.
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Ein weiteres Luftführungssystem sieht eine Fahrgastraumleitung zur Leitung eines ersten Anteils des Frischluftmassestroms in den Fahrgastraum vor. Zudem ist eine Bypassleitung vorgesehen zur Leitung eines zweiten Anteils des Frischluftmassestroms an den oder in den Brennstoffzellenstapel im Motorraum. Durch eine derartige Konfiguration ist der Frischluftmassestrom bereits gefiltert und kann sehr schnell sowohl im Fahrgastraum als auch am Brennstoffzellenstapel im Motorraum zur Verfügung gestellt werden.
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Ein Luftführungssystem zur Belüftung des Fahrgastraums und des Brennstoffzellenstapels bzw. dessen Brennstoffzellenstapelgehäuses in einem Motorraum ist dabei besonders arm an Luftverlusten während des Transports, wenn der am oder im Brennstoffzellenstapel bereitgestellte zweite Anteil des Frischluftmassestroms ein komplementärer Teil zu dem im Fahrgastraum bereitgestellten ersten Anteil des Frischluftmassestroms ist.
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Ein anderes Luftführungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass der Frischluftmassestrom vollständig in den Fahrgastraum geleitet ist, bevor er an oder in den Brennstoffzellenstapel im Motorraum geführt ist. Auch lässt sich gewährleisten, dass der Frischluftmassestrom durch die vorherige Führung durch den Fahrgastraum auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt oder gekühlt wird, bevor er in den oder an den Brennstoffzellenstapel im Motorraum geführt wird.
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Die das Verfahren betreffende Aufgabe durch ein Verfahren mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 7 gelöst. Es umfasst insbesondere die folgenden Schritte:
- - Ansaugen von Frischluft und Bereitstellen eines Frischluftmassestroms mittels eines Innenraumgebläses über oder durch einen Luftfilter, und
- - zumindest anteiliges Führen des Frischluftmassestroms in den Fahrgastraum und zumindest anteiliges Führen des Frischluftmassestroms in den oder an den Brennstoffzellenstapel im Motorraum.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Durch dieses Verfahren wird gewährleistet, dass zur Belüftung des Brennstoffzellenstapels bzw. des Brennstoffzellenstapelgehäuses nur ein gefilterter Frischluftmassestrom oder ein Anteil davon verwendet wird. Hierdurch lassen sich Verschmutzungen des Fahrgastraums und des Brennstoffzellenstapels oder dessen Gehäuses vermeiden. Vorzugsweise wird der Frischluftmassestrom oder der entsprechende Anteil als Abluftmassestrom nach dem Belüften des Brennstoffzellenstapels und/oder des Brennstoffzellenstapelgehäuses an die Umgebung abgegeben.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Frischluftmassestrom zunächst vollständig in den Fahrgastraum geführt wird bevor er anschließend zumindest teilweise in den oder an den Brennstoffzellenstapel im Motorraum geleitet wird. Dadurch ist gewährleistet, dass der Frischluftmassestrom vor Einleitung in den Motorraum eine Temperatur erlangt hat, die durch die Temperatur im Fahrgastraum beeinflusst ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist es sinnvoll, wenn ein erster Teil des Frischluftmassestroms in den Fahrgastraum geführt wird, und wenn ein zweiter Teil des Frischluftmassestroms in den oder an den Brennstoffzellenstapel im Motorraum geführt wird. Damit ist gewährleistet, dass bereits frühzeitig ein zweiter Teil des Frischluftmassestroms am Brennstoffzellenstapel oder an dessen Brennstoffzellenstapelgehäuse zur Verfügung steht, wobei nicht darauf gewartet werden muss, bis ein erster Teil des Frischluftmassestroms den Fahrgastraum durchquert hat, bevor er in den Motorraum transportiert wird.
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Zusätzlich kann es sinnvoll sein, wenn der Frischluftmassestrom vor dem Ansaugen durch das Innenraumgebläse mittels eines Wärmetauschers temperiert wird, da hierdurch eine vorgebbare Temperatur für die Belüftung des Fahrgastraums und für die Belüftung des Brennstoffzellenstapels eines Fahrzeugs eingestellt werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem ersten Luftführungssystem zur Belüftung eines Fahrgastraums und eines in einem Motorraum angeordneten Brennstoffzellenstapels,
- 2 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem zweiten Luftführungssystem zur Belüftung eines Fahrgastraums und eines in einem Motorraum angeordneten Brennstoffzellenstapels, und
- 3 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem dritten Luftführungssystem zur Belüftung eines Fahrgastraums und eines in einem Motorraum angeordneten Brennstoffzellenstapels.
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In den 1 bis 3 ist schematisch ein Fahrzeug 15 dargestellt. Dieses besitzt ein ebenfalls schematisch dargestelltes Luftführungssystem 1 zur Belüftung eines Fahrgastraums 2 und eines in einem Motorraum 3 angeordneten Brennstoffzellenstapels 4 des Fahrzeugs 15. Alle gezeigten Luftführungssysteme 1 weisen ein Innenraumgebläse 5 auf, das ausgestaltet ist, einen Frischluftmassestrom 6 bereitzustellen, welcher zumindest anteilig dem Fahrgastraum 2 und zumindest anteilig dem Brennstoffzellenstapel 4 mittels eines entsprechenden Leitungssystems 7 zuführbar ist.
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Das Luftführungssystem 1, insbesondere dessen Leitungssystem 7, weist einen Luftfilter 8 auf zur Filterung des Frischluftmassestroms 6. Der Luftfilter 8 ist sowohl dem Fahrgastraum 2 als auch dem Motorraum 3 und damit auch dem Brennstoffzellenstapel 4 vorgeschaltet. Dadurch lässt sich erreichen, dass dem Brennstoffzellenstapels 4 oder ein diesem zugeordnetes Brennstoffzellenstapelgehäuse (nicht näher gezeigt) nur unverschmutzte, gefilterte Luft zugeführt wird. Ein im Motorraum 3 angeordneter, zusätzlicher Filter entfällt, denn seine Funktion wird durch den vorzugsweise als Innenraumfilter gebildeten Luftfilter 8 erfüllt.
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Wie sich aus den Figuren weiterhin ergibt, ist der Luftfilter 8 vorliegend auch dem Innenraumgebläse 5 vorgeschaltet. Zusätzlich ist ein Wärmetauscher 9 vorgesehen, der ausgestaltet ist, dem Innenraumgebläse 5 einen bereits temperierten Frischluftmassestrom 6 bereitzustellen. Dieser Wärmetauscher 9 ist vorzugsweise der Wärmetauscher 9 einer Klimaanlage des Fahrzeugs 15. Er ist vorliegend dem Luftfilter 8 vorgeschaltet, kann aber auch dem Luftfilter 8 oder sogar dem Innenraumgebläse 5 nachgeschaltet sein.
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Bei dem Luftführungssystem 1 der 1 und 2 ist der lediglich mittels des Luftfilters 8 gefilterte Frischluftmassestrom 6 vollständig in den Fahrgastraum 2 geleitet, bevor er an den oder in den Brennstoffzellenstapel 4 oder in ein entsprechendes Brennstoffzellenstapelgehäuse im Motorraum 3 geführt ist. Durch den Einsatz des Luftfilters 8 ist gewährleistet, dass sowohl im Fahrgastraum 2 als auch am Brennstoffzellenstapel 4 eine saubere und gefilterte Luft für die Belüftung bereitgestellt ist. Der Einsatz des Wärmetauschers 9 gewährleistet, dass sowohl dem Fahrgastraum 2 als auch dem Brennstoffzellenstapel 4 ein Luftstrom mit vorgebbarer oder vorgegebener Temperatur zugeführt wird. Diese vorgegebene Temperatur beträgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung zwischen 15 Grad Celsius und 25 Grad Celsius.
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Das Luftführungssystem 1 nach 2 unterscheidet sich von demjenigen nach 1 dadurch, dass das Leitungssystem 7 im Bereich des Motorraums 3 ein zusätzliches Gebläse 10 (beispielsweise ein Stapelgehäusegebläse) aufweist. Dieses Gebläse 10 ist fluidmechanisch in den Teil des Leitungssystems 7 eingekoppelt, welcher sich im Motorraum 3 befindet. Es dient unter anderem der Unterstützung des Innenraumgebläses 5.
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Das Luftführungssystem 1 nach 3 unterscheidet sich von denjenigen nach 1 und 2 dadurch, dass eine Fahrgastraumleitung 11 zur Leitung eines ersten Anteils des lediglich mittels des Luftfilters 8 gefilterten Frischluftmassestroms 6 in den Fahrgastraum 2 vorgesehen ist, und dass eine Bypassleitung 12 vorgesehen ist zur Leitung eines zweiten Anteils des Frischluftmassestroms 6 an oder in den Brennstoffzellenstapel 4 oder in ein entsprechendes Brennstoffzellenstapel Gehäuses im Motorraum 3. Hierzu weist das Leitungssystem 7 eine Abzweigung 14 auf, die sich vorzugsweise zwischen dem Fahrgastraum 2 und dem Innenraumgebläse 5 befindet, so dass das Innenraumgebläse 5 zur Förderung des ersten Anteils in den Fahrgastraum 2 sowie des zweiten Anteils in den Motorraum 3 dient. Vorliegend ist der erste Anteil des Frischluftmassestroms 6 komplementär zum zweiten Anteil des Frischluftmassestroms 6. Auch beim Luftführungssystem 1 nach 3 kann in einer entsprechenden Weiterbildung ein Gebläse 10 im Motorraum 3 angeordnet sein, wie es in 2 schematisch gezeigt ist.
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Bei allen erläuterten oder gezeigten Luftführungssystemen 1 wird der Frischluftmassestrom 6 oder der zweite Anteil des Frischluftmassestroms 6 als ein Abluftmassenstrom 13 an die Umgebung abgegeben, nachdem er den Brennstoffzellenstapel 4 oder dessen Gehäuse passiert hat. Vorzugsweise ist also eine Rückführung des Abluftmassenstroms 13 in den Fahrgastraum 2 unterbunden.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann aber eine Rückführung vorgesehen und gewünscht sein, nämlich in Fällen, in denen die durch die Brennstoffzellen im Brennstoffzellenstapel 4 erzeugte Wärme zur Erwärmung des Fahrgastraums 2 genutzt wird.
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Alle vorstehend erläuterten Luftführungssysteme 1 zeichnen sich durch einen vereinfachten Aufbau und durch eine hierdurch hervorgerufene Bauraumeinsparung aus. Zusätzlich gewährleisten die Luftführungssysteme 1 eine geringere Verschmutzung des Brennstoffzellenstapels 4 und/oder des Brennstoffzellenstapelgehäuses sowie des Fahrgastraums 2.
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Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Beschreibung explizit auch ein Fahrzeug 15 umfasst, welches einen Fahrgastraum 2 und einen in einem Motorraum 3 angeordneten Brennstoffzellenstapel 4 aufweist. Dieses Fahrzeug 15 kann hierbei mit jedem der vorstehend erläuterten oder gezeigten Luftführungssysteme 1 ausgestattet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Luftführungssystem
- 2
- Fahrgastraum
- 3
- Motorraum
- 4
- Brennstoffzellenstapel
- 5
- Innenraumgebläse
- 6
- Frischluftmassestrom
- 7
- Leitungssystem
- 8
- Luftfilter
- 9
- Wärmetauscher
- 10
- Gebläse
- 11
- Fahrgastraumleitung
- 12
- Bypassleitung
- 13
- Abluftmassestrom
- 14
- Abzweigung
- 15
- Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10348385 A1 [0003]
- DE 102006045677 A1 [0004]
