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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Luftkühlsystem, das ein Brennstoffzellensystem benutzt, um einen Energieverbrauch für ein Luftkühlen zu reduzieren, während eine Produktion und ein Verbrauch von Elektrizität durch ein Zuführen von Luft zum Brennstoffzellensystem ermöglicht wird.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Ein Luftkühlsystem steuert die Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Strömung und Sauberkeit von Luft in einem Innenraum oder an einem besonderen Ort gemäß einem besonderen Zweck oder einer Benutzung.
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Beispielsweise weisen die Luftkühlsysteme von Gebäuden eine Luftzufuhrausstattung wie beispielsweise einen Ventilator oder ein Gebläse zum Zuführen von Luft in den Innenraum auf, sodass Luft, die von der Luftzufuhrausstattung geschickt wird, durch einen Luftfilter gereinigt wird und dann in die Gebäude zugeführt wird, und die verunreinigte Luft im Innenraum wird nach außerhalb der Gebäude abgegeben.
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Die Energie zum Zuführen von Luft in den Innenraum wird hauptsächlich durch mechanische Ausstattung, beispielsweise einen Ventilator oder ein Gebläse, verbraucht, die elektrische Energie benutzt, sodass ein Bedarf an einem Plan besteht, der einen Energieverbrauch für ein Luftkühlen reduzieren kann.
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Die oben als verwandte Technik der vorliegenden Offenbarung bereitgestellte Beschreibung dient nur dem Unterstützen des Verständnisses des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung und sollte nicht so ausgelegt werden, dass sie in der dem Fachmann bekannten verwandten Technik enthalten ist.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung stellt ein Luftkühlsystem bereit, das ein Brennstoffzellensystem benutzt, um einen Energieverbrauch für ein Luftkühlen zu reduzieren, während es eine Produktion und eine Benutzung von Elektrizität durch ein Zuführen von Luft zum Brennstoffzellensystem ermöglicht.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Luftkühlsystem für ein Brennstoffzellensystem auf: eine Lufteinlassleitung, die zwischen einem Innenraum und einer Umgebung eines Gebäudes verbunden ist, das ein Luftkühlen benötigt; ein Luftgebläse, das in der Lufteinlassleitung angeordnet ist und Umgebungsluft zum Innenraum zuführt; ein erstes Einlasssperrventil, das so ausgestaltet ist, dass es die Lufteinlassleitung öffnet oder schließt; ein Brennstoffzellensystem, das Luft im Innenraum durch einen Betrieb eines Brennstoffzellengebläses empfängt und elektrische Energie durch eine chemische Reaktion zwischen der empfangenen Luft und einem Wasserstoffbrennstoff produziert; und eine Steuerung, die einen Betrieb des ersten Einlasssperrventils so steuert, dass die Lufteinlassleitung geöffnet ist und Umgebungsluft zum Innenraum zugeführt wird, wenn das Brennstoffzellensystem betrieben wird.
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Die Lufteinlassleitung kann in eine erste Einlassleitung und eine zweite Einlassleitung geteilt sein, das Luftgebläse kann in der ersten Einlassleitung angeordnet sein und das erste Einlasssperrventil kann in der zweiten Einlassleitung angeordnet sein.
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Die Lufteinlassleitung kann eine gemeinsame Leitung, die ein erstes mit der Umgebung verbundenes Ende aufweist, und eine erste Teilleitung und eine zweite Teilleitung, die erste Enden, die sich von einem zweiten Ende der gemeinsamen Leitung trennen, und zweite Enden aufweisen, die mit dem Innenraum verbunden sind, aufweisen, das erste Einlasssperrventil kann ein Drei-Wege-Ventil sein und an einem Teilungspunkt der ersten Teilleitung und der zweiten Teilleitung angeordnet sein, und das Luftgebläse kann in der ersten Teilleitung angeordnet sein.
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Die Steuerung kann den Betrieb des ersten Einlasssperrventils so steuern, das die erste Teilleitung geöffnet ist, wenn das Luftkühlsystem durch einen Betrieb des Luftgebläses betrieben wird; und wenn das Brennstoffzellensystem betrieben wird, ohne, dass das Luftkühlsystem betrieben wird, kann die Steuerung den Betrieb des ersten Einlasssperrventils so steuern, dass die zweite Teilleitung geöffnet ist.
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Ein Luftkühlsystem für ein Brennstoffzellensystem weist auf: eine Lufteinlassleitung, die zwischen einem Innenraum und einer Umgebung eines Gebäudes verbunden ist, das eine Luftkühlung erfordert; ein Luftgebläse, das in der Lufteinlassleitung angeordnet ist und Umgebungsluft in den Innenraum zuführt; eine Strömungsratensteuerungseinheit, welche die Strömungsrate der Luft, die durch die Lufteinlassleitung strömt, detektiert und steuert; ein Brennstoffzellensystem, das Luft im Innenraum durch einen Betrieb eines Brennstoffzellengebläses empfängt und elektrische Energie über eine chemische Reaktion zwischen der empfangenen Luft und einem Wasserstoffbrennstoff erzeugt; und eine Steuerung, die den Betrieb des Brennstoffzellensystems, des Luftgebläses und der Strömungsratensteuerungseinheit basierend auf der Strömungsrate der Luft, die durch die Lufteinlassleitung in den Innenraum strömt, wenn das Brennstoffzellensystem betrieben wird, steuert.
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Die Strömungsratensteuerungseinheit kann aufweisen: einen Strömungsratensensor, der in der Lufteinlassleitung angeordnet ist und die Strömungsrate der Luft, die durch die Lufteinlassleitung strömt, detektiert; und ein Proportional-Strömungssteuerungsventil, das in der Lufteinlassleitung angeordnet ist und so wirkt, dass es die Strömungsrate an Luft, die durch die Lufteinlassleitung strömt, steuert.
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Die Steuerung kann die Menge an vom Brennstoffzellengebläse geblasener Luft reduzieren, wenn die Strömungsrate von Luft, die vom Strömungsratensensor detektiert wird, einen festgelegten Wert erfüllt, und kann das Ausmaß einer Öffnung des Proportional-Strömungssteuerungsventils auf ein Maximum steuern und die Menge an vom Luftgebläse geblasener Luft so steuern, dass sie ansteigt, wenn die Strömungsrate an Luft, die vom Strömungsratensensor detektiert wird, den festgelegten Wert nicht erfüllt.
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Die Steuerung kann das Ausmaß der Öffnung des Proportional-Strömungssteuerungsventils auf das Maximum steuern und eine Luftflussmenge des Luftgebläses so steuern, dass sie ansteigt, wenn das Brennstoffzellensystem nicht betrieben wird.
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Die Lufteinlassleitung kann eine gemeinsame Leitung, die ein erstes Ende aufweist, das mit der Umgebung verbunden ist, und eine erste Teilleitung und eine zweite Teilleitung aufweisen, die erste Enden, die von einem zweiten Ende der gemeinsamen Leitung abzweigen, und zweite Enden aufweisen, die mit dem Innenraum verbunden sind, das erste Einlassabsperrventil kann ein Drei-Wege-Ventil sein und kann an einem Teilungspunkt der ersten Teilleitung und der zweiten Teilleitung angeordnet sein, und das Luftgebläse kann in der ersten Teilleitung angeordnet sein.
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Die Steuerung kann den Betrieb des ersten Einlasssperrventils so steuern, dass die erste Teilleitung geöffnet wird, wenn das Luftkühlsystem durch einen Betrieb des Luftgebläses betrieben wird, und wenn das Brennstoffzellensystem betrieben wird, ohne, dass das Luftkühlsystem betrieben wird, kann die Steuerung den Betrieb des ersten Einlasssperrventils so steuern, dass die zweite Teilleitung geöffnet ist.
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Das Luftkühlsystem kann ferner aufweisen: eine Hilfsabgasleitung, die zwischen dem Inneren und dem Brennstoffzellensystem so verbunden ist, dass sie Innenluft zum Brennstoffzellensystem abgibt; eine Brennstoffzelleneinlassleitung, die mit der Hilfsabgasleitung verbunden ist, um Umgebungsluft zuzuführen; und ein zweites Einlasssperrventil, das ein Drei-Wege-Ventil ist und an der Verbindung der Brennstoffzelleneinlassleitung und der Hilfsabgasleitung angeordnet ist.
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Wenn das Brennstoffzellensystem betrieben wird, ohne, dass das Luftgebläse betrieben wird, kann die Steuerung das zweite Einlasssperrventil so steuern, dass Außenluft über die erste Brennstoffzelleneinlassleitung zum Brennstoffzellensystem zugeführt wird.
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Ein Feuchtigkeitssensor und ein Sauerstoffsensor können vor dem zweiten Einlasssperrventil eingerichtet sein, um die Feuchtigkeit und Sauerstoffdichte der Innenraumluft, die in die Hilfsabgasleitung strömt, zu messen, und die Steuerung kann das zweite Einlasssperrventil so steuern, dass Außenluft durch die Brennstoffzelleneinlassleitung zum Brennstoffzellensystem zugeführt wird, wenn die vom Feuchtigkeitssensor und dem Sauerstoffsensor gemessenen Werte die festgelegten Werte nicht erfüllen.
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Die Lufteinlassleitung kann eine gemeinsame Leitung, die ein erstes Ende aufweist, das mit der Umgebung verbunden ist, und eine erste Teilleitung und eine zweite Teilleitung aufweisen, die erste Enden, die von einem Ende der gemeinsamen Leitung abzweigen, und zweite Enden aufweisen, die mit dem Innenraum verbunden sind, das erste Einlasssperrventil kann ein Drei-Wege-Ventil sein und kann an einem Teilungspunkt der ersten Teilleitung und der zweiten Teilleitung angeordnet sein, und das Luftgebläse kann in der ersten Teilleitung angeordnet sein.
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Die Steuerung kann den Betrieb des ersten Einlasssperrventils so steuern, dass die erste Teilleitung geöffnet ist, wenn das Luftkühlsystem durch einen Betrieb des Luftgebläses betrieben wird, und wenn das Brennstoffzellensystem betrieben wird, ohne, dass das Luftkühlsystem betrieben wird, kann die Steuerung den Betrieb des ersten Einlasssperrventils so steuern, dass die zweite Teilleitung geöffnet ist.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es, da das Brennstoffzellengebläse, das betrieben wird, um Brennstoffzellen zu betreiben, auch für ein Luftkühlen benutzt wird, möglich, einen Energieverbrauch für ein Luftkühlen zu reduzieren, und es ist auch möglich, die durch ein Betreiben der Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität zu benutzen, wodurch Energie gespart werden kann.
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Figurenliste
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Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlicher, in denen:
- 1 eine Ansicht ist, welche die Ausgestaltung eines Luftkühlsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellt;
- 2 eine Ansicht ist, welche die Ausgestaltung eines Luftkühlsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellt;
- 3 eine Ansicht ist, welche die Ausgestaltung eines Luftkühlsystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellt;
- 4 eine Ansicht ist, welche die Ausgestaltung eines Luftkühlsystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellt;
- 5 eine Ansicht ist, welche die Ausgestaltung eines Luftkühlsystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellt; und
- 6 eine Ansicht ist, welche die Ausgestaltung eines Luftkühlsystems gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die hierin benutzte Terminologie dient nur dem Beschreiben besonderer Ausführungsformen und ist nicht dazu gedacht, für die Offenbarung beschränkend zu sein. Es ist beabsichtigt, dass die hierin benutzten Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, es sei denn, dass der Kontext etwas anderes klar anzeigt. Es wird ferner verstanden werden, dass die Begriffe „weist auf“ und/oder „aufweisend“, wenn sie in dieser Beschreibung benutzt werden, die Anwesenheit der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten angeben, die Anwesenheit oder das Hinzufügen von einem oder anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon aber nicht ausschließen. Der hierin benutzte Ausdruck „und/oder“ beinhaltet jede und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Gegenstände. In der gesamten Spezifikation wird das Wort „aufweisen“ und Variationen wie beispielsweise „weist auf“ oder „aufweisend“ so verstanden, dass es ein Vorhandensein von angegebenen Elementen impliziert, den Ausschluss von irgendwelchen anderen Elementen jedoch nicht, es sei denn, dass das Gegenteil explizit beschrieben ist. Zusätzlich meinen die Begriffe „Einheit“, „-er“, „-or“ und „Modul“, die in der Beschreibung beschrieben sind, Einheiten zum Bearbeiten von mindestens einer Funktion oder einem Vorgang und können durch Hardware-Komponenten oder Software-Komponenten und Kombination davon eingerichtet sein.
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Darüber hinaus kann die Steuerungslogik der vorliegenden Offenbarung als ein nicht vorübergehendes computerlesbares Medium auf einem computerlesbaren Medium, das von einem Prozessor, einer Steuerung oder dergleichen ausgeführte ausführbare Programmanweisungen enthält, verwirklicht werden. Beispiele für computerlesbare Medien beinhalten ROM, RAM, Compact-Disc (CD)-ROMs, Magnetbänder, Disketten, Speicher-Sticks, Smartcards und optische Datenspeichervorrichtungen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Das computerlesbare Medium kann auch in netzwerkgekoppelten Computersystemen verteilt sein, sodass das computerlesbare Medium auf eine verteilte Weise, beispielsweise durch einen Telematik-Server oder einen Controller Area Network (CAN) gespeichert und ausgeführt wird.
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden detailliert unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Das Luftkühlsystem, das ein Brennstoffzellensystem der vorliegenden Offenbarung benutzt, wurde nicht nur dazu gestaltet, Elektrizität unter Benutzung von Brennstoffzellen zu erzeugen, sondern auch dazu, die Energie- und Unterhaltskosten zum Bereitstellen einer Luftkühlung in einem Gebäude 1, insbesondere dem Gebäude 1 wie beispielsweise einem Passivhaus, dessen Isolation und Abschlussleistung verbessert sind, durch ein Anwenden eines Brennstoffzellensystems 23 auf ein Luftkühlsystem des Gebäudes 1 zu reduzieren.
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1 ist eine Ansicht, welche die Ausgestaltung eines Luftkühlsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellt, dass im Wesentlichen eine Lufteinlassleitung 5, ein Luftgebläse 7, ein erstes Einlasssperrventil 9, ein Brennstoffzellensystem 23 und eine Steuerung CLR aufweist.
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Unter Bezugnahme auf 1 weist zunächst die Lufteinlassleitung 5, die ein zwischen einem Innenraum und einer Umgebung eines Gebäudes 1, das ein Luftkühlen erfordert, verbundenes Rohr ist, ein mit dem Innenraum 3 des Gebäudes 1 verbundenes Ende und das mit der Umgebung des Gebäudes 1 verbundene andere Ende auf.
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Das Luftgebläse 7 ist in der Einlassleitung 5 angeordnet und führt Umgebungsluft zum Innenraum 3 zu.
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Das erste Einlasssperrventil 9, das die Lufteinlassleitung 5 öffnet/schließt, wird durch einen Aktor betätigt, um die Lufteinlassleitung 5 zu öffnen oder zu schließen.
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Das Brennstoffzellensystem 23, das durch einen Betrieb eines Brennstoffzellengebläses 25 Luft im Innenraum empfängt, und durch eine chemische Reaktion zwischen der empfangenen Luft und einem Wasserstoffbrennstoff Energie erzeugt, kann durch ein Kombinieren von mehreren Stapelmodulen ausgestaltet sein. Allerdings ist die Ausgestaltung von Brennstoffzellen, die eine elektrochemische Reaktion in den Stapelmodulen erzeugen, bekannt, sodass sie hierin nicht beschrieben wird.
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Die Steuerung CLR steuert einen Betrieb des ersten Einlasssperrventils 9 so, dass die Lufteinlassleitung 5 geöffnet wird und Umgebungsluft zum Innenraum zugeführt wird, wenn das Brennstoffzellensystem 23 betrieben wird.
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Die Steuerung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann durch einen (nicht gezeigten) nicht vorübergehenden Speicher, der so ausgestaltet ist, dass er Algorithmen zum Steuern des Betriebs von verschiedenen Komponenten oder von Daten über Softwarebefehle zum Ausführen der Algorithmen speichert, und einen (nicht gezeigten) Prozessor eingerichtet sein, der so ausgestaltet ist, dass er einen unten beschriebenen Vorgang unter Benutzung der im Speicher gespeicherten Daten durchführt. Der Speicher und der Prozessor können einzelne Chips sein. Alternativ können der Speicher und der Prozessor in einem Signalchip integriert sein. Der Prozessor kann als einer oder mehrere Prozessoren eingerichtet sein.
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Insbesondere ist in der Ausgestaltung gemäß der ersten Ausführungsform die Lufteinlassleitung 5 in eine erste Einlassleitung 5a und eine zweite Einlassleitung 5b geteilt, die so vorgesehen sind, dass sie bewirken, dass Umgebungsluft geeignet in entsprechende Einlassleitungen strömt, abhängig von den Erfordernissen einer Luftkühlung des Gebäudes 1.
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Zu diesem Zweck sind die erste Einlassleitung 5a und die zweite Einlassleitung 5b einzeln eingerichtet und das Luftgebläse 7 ist in der ersten Einlassleitung 5a angeordnet, sodass, wenn das erste Luftgebläse 7 betrieben wird, Umgebungsluft durch die erste Einlassleitung 5a in den Innenraum strömen kann.
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Ferner ist das erste Einlasssperrventil 9 in der zweiten Einlassleitung 5b angeordnet, sodass, wenn das Brennstoffzellengebläse 25 betrieben wird, um das Brennstoffzellensystem 23 zu betätigen, die zweite Einlassleitung 5b durch den Betrieb des ersten Einlasssperrventils 9 geöffnet ist, wodurch Umgebungsluft durch die zweite Einlassleitung 5b in den Innenraum strömen kann.
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Beispielsweise ist ein Luftfilter 11 an jedem der Einlässe der ersten Einlassleitung 5a und der zweiten Einlassleitung 5b angeordnet, um die in die Einlassleitungen strömende Luft zu reinigen und dann zum Innenraum zu leiten.
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Eine Luftabgasleitung 13 ist zwischen der Umgebung und dem Innenraum verbunden und ein Abgassperrventil 15, das sich so verhalten kann, dass es öffnet/schließt, ist in der Luftabgasleitung 13 so angeordnet, dass die Luft im Innenraum zur Umgebung abgegeben werden kann. Das Abgassperrventil 15 wird auch durch einen Aktor betätigt, ähnlich wie das erste Einlasssperrventil 9, und der Aktor arbeitet als Antwort auf ein Betriebssignal von der Steuerung CLR.
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Ein Wärmetauscher 17 kann mit der Lufteinlassleitung 5 und der Luftabgasleitung 13 so verbunden sein, dass die Luft, die durch die Lufteinlassleitung 5 in den Innenraum strömt, und die Luft, die über die Luftabgasleitung 13 zur Umgebung abgegeben wird, Wärme miteinander austauschen.
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Eine Hilfsabgasleitung 27 zum Abgeben der Innenraumluft zum Brennstoffzellensystem 23 ist zwischen dem Innenraum des Gebäudes 1 und dem Brennstoffzellensystem 23 angeordnet und das Brennstoffzellengebläse 25 ist in der Hilfsabgasleitung 27 angeordnet, sodass die Innenraumluft durch einen Betrieb des Brennstoffzellengebläses 25 zum Brennstoffzellensystem 23 geführt werden kann.
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Das heißt, dass gemäß der Ausgestaltung der ersten Ausführungsform das Rohr zum Zuführen von Luft zum Brennstoffzellensystem 23 mit dem Innenraum und der einzelnen zweiten Einlassleitung 5b im Gegensatz zur ersten Einlassleitung 5a, der Umgebungsluft zugeführt wird, wenn das Luftgebläse 7 betätigt wird, verbunden ist, wodurch die Luftkühlung durch das Luftgebläse 7 durch das Brennstoffzellensystem 23 unterstützt werden kann.
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Deswegen ist es, da das Brennstoffzellengebläse 25, das betätigt wird, um Brennstoffzellen zu betreiben, auch für ein Luftkühlen benutzt wird, möglich, einen Energieverbrauch zum Luftkühlen zu reduzieren, und es ist auch möglich, die durch ein Betreiben der Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität zu benutzen, wodurch Energie gespart werden kann.
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2 ist eine Ansicht, welche die Ausgestaltung eines Luftkühlsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellt, wobei die Ausgestaltung der Lufteinlassleitung 5 im Vergleich zur Ausgestaltung der ersten Ausführungsform geändert ist.
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Unter Bezugnahme auf 2 weist die Lufteinlassleitung 5 in der zweiten Ausführungsform eine gemeinsame Leitung 5c, eine erste Teilleitung 5d und eine zweite Teilleitung 5e auf, und ein erstes Ende der gemeinsamen Leitung 5c ist mit der Umgebung verbunden.
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Ein zweites Ende der gemeinsamen Leitung 5C ist mit einem ersten Ende der ersten Teilleitung 5d und einem ersten Ende der zweiten Teilleitung 5e verbunden, die erste Teilleitung 5d und die zweite Teilleitung 5e zweigen vom zweiten Ende der gemeinsamen Leitung 5c ab und ein zweites Ende der ersten Teilleitung 5d und ein zweites Ende der zweiten Teilleitung 5e sind mit dem Innenraum verbunden.
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Ein erstes Einlasssperrventil 9 ist an der Stelle angeordnet, an der die erste Teilleitung 5d und die zweite Teilleitung 5e abzweigen. Das erste Einlasssperrventil 9, das ein Drei-Wege-Ventil ist, wirkt so, dass es wahlweise die erste Teilleitung 5d und die zweite Teilleitung 5e öffnet oder schließt.
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Ferner ist ein Luftgebläse 7 in der ersten Teilleitung 5d angeordnet, sodass Umgebungsluft, wenn das Luftgebläse 7 betrieben wird, über die erste Teilleitung 5d in den Innenraum strömen kann.
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Beispielsweise ist in der zweiten Ausführungsform der vordere Abschnitt der Lufteinlassleitung 5 die gemeinsame Leitung 5c und ein Luftfilter 11 ist am Einlass der gemeinsamen Leitung 5c so angeordnet, dass Luft, die in die erste Teilleitung 5d und die zweite Teilleitung 5e strömt, gereinigt wird und dann über die gemeinsame Leitung 5c in den Innenraum geleitet wird.
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Ähnlich zur ersten Ausführungsform sind eine Luftabgasleitung 13, ein Abgassperrventil 15, ein Wärmetauscher 17 und eine Hilfsabgasleitung 27 installiert, was die gleiche Ausgestaltung wie in der ersten Ausführungsform ist, sodass sie nicht nur hier nicht beschrieben wird, sondern auch in den unten beschriebenen Ausführungsformen.
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Ferner steuert die Steuerung CLR in der zweiten Ausführungsform, wenn das Luftgebläse 7 betrieben wird und das Luftkühlsystem betrieben wird, den Betrieb des ersten Einlasssperrventils 9, um die erste Teilleitung 5d so zu öffnen, dass Umgebungsluft durch die erste Teilleitung 5d in den Innenraum strömen kann.
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Auf der anderen Seite steuert die Steuerung, wenn das Brennstoffzellengebläse 25 betrieben wird, um das Brennstoffzellensystem 23 zu betreiben, ohne, dass das Luftkühlsystem betrieben wird, den Betrieb des ersten Einlasssperrventils 9, um die zweite Teilleitung 5e so zu öffnen, dass Umgebungsluft über die zweite Teilleitung 5e in den Innenraum strömen kann, sodass Luft in das Brennstoffzellensystem 23 zugeführt werden kann.
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Das heißt, dass es gemäß der Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform, da das Drei-Wege-Ventil in der Lufteinlassleitung 5 installiert ist, möglich ist, ein Luftkühlen über das Luftgebläse 7 durchzuführen oder ein Luftkühlen durch ein Betreiben des Brennstoffzellensystems 23 durchzuführen.
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Deswegen ist es, da das Brennstoffzellengebläse 25, das betrieben wird, um Brennstoffzellen zu betreiben, auch für ein Luftkühlen benutzt wird, möglich, einen Energieverbrauch zum Luftkühlen zu reduzieren und es ist auch möglich, die durch ein Betreiben der Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität zu benutzen, wodurch Energie gespart werden kann.
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3 ist eine Ansicht, welche die Ausgestaltung eines Luftkühlsystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellt, das im Wesentlichen eine Lufteinlassleitung 5, ein Luftgebläse 7, eine Strömungsratensteuerungseinheit, ein Brennstoffzellensystem 23 und eine Steuerung CLR aufweist.
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Bezug nehmend auf 3 weist zunächst die Lufteinlassleitung 5, die ein zwischen dem Innenraum und der Umgebung eines Gebäudes 1, das ein Luftkühlen benötigt, verbundenes Rohr ist, ein mit dem Innenraum 3 des Gebäudes 1 verbundenes Ende und das andere mit der Umgebung des Gebäudes 1 verbundene Ende auf.
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Das Luftgebläse 7 ist in der Lufteinlassleitung 5 angeordnet und führt Umgebungsluft zum Innenraum 3 zu.
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Die Strömungsratensteuerungseinheit, welche die Strömungsrate von durch die Lufteinlassleitung 5 strömender Luft detektiert und steuert, weist einen Strömungsratensensor 19 und ein Proportional-Strömungssteuerungsventil 21 auf.
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Beispielsweise ist der Strömungsratensensor 19 in der Lufteinlassleitung 5 angeordnet und detektiert die Strömungsrate von Luft, die durch die Lufteinlassleitung 5 strömt.
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Das Proportional-Strömungssteuerungsventil 21 ist in der Lufteinlassleitung 5 hinter dem Strömungsratensensor 19 angeordnet und wird betätigt, um die Strömungsrate von Luft, die durch die Lufteinlassleitung 5 strömt, zu steuern.
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Der Strömungsratensensor 19 ist mit der Steuerung CLR verbunden, sodass der vom Strömungsratensensor 19 gemessene Wert in die Steuerung CLR eingegeben wird. Ferner wird das Proportional-Strömungssteuerungsventil 21 durch einen Aktor betätigt und der Aktor wird als Antwort auf ein Betätigungssignal von der Steuerung CLR betätigt.
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Das Brennstoffzellensystem 23, das durch den Betrieb eines Brennstoffzellengebläses 25 Luft im Innenraum empfängt und über eine chemische Reaktion zwischen der empfangenen Luft und Wasserstoffbrennstoff elektrische Energie erzeugt, kann durch ein Kombinieren von mehreren Stapelmodulen ausgestaltet sein.
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Wenn das Brennstoffzellensystem 23 betrieben wird, steuert die Steuerung CLR das Brennstoffzellensystem 23 und den Betrieb des Luftgebläses 7 und die Strömungsratensteuerungseinheit basierend auf der Strömungsrate von durch die Lufteinlassleitung 5 in den Innenraum strömender Luft.
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Gemäß der Steuerungsausgestaltung reduziert die Steuerung CLR die Menge an vom Brennstoffzellengebläse 25 geblasener Luft, wenn die Strömungsrate von Luft, die vom Strömungsratensensor 19 detektiert wird, einen festgelegten Wert erfüllt.
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Allerdings wird, wenn die Strömungsrate von Luft, die vom Strömungsratensensor 19 detektiert wird, den festgelegten Wert nicht erfüllt, das Ausmaß einer Öffnung des Proportional-Strömungssteuerungsventils 21 auf ein Maximum gesteuert und die Menge von durch das Luftgebläse 7 geblasener Luft wird so gesteuert, dass sie ansteigt.
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Das heißt, dass die hauptsächliche Luftkühlung in der dritten Ausführungsform durch das Brennstoffzellensystem 23 durchgeführt werden kann. Wenn ein Luftkühlen vom Brennstoffzellensystem 23 durchgeführt wird und die vom Strömungsratensensor 19 gemessene Luftströmungsrate (Luftkühlungs-Strömungsrate) ausreichend ist, wird die vom Brennstoffzellengebläse 25 geblasene Luftmenge durch ein Steuern der Abgabe der Brennstoffzelle reduziert. Demgemäß wird die Strömungsrate von in den Innenraum strömender Luft reduziert, sodass die Luftströmungsrate geeignet gesteuert werden kann.
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Allerdings wird, wenn vom Brennstoffzellensystem 23 ein Hauptluftkühlen durchgeführt wird und die vom Strömungsratensensor 19 gemessene Luftströmungsrate (Luftkühlungs-Strömungsrate) unzureichend ist, das Ausmaß einer Öffnung des Proportional-Strömungssteuerungsventils 21 auf das Maximum gesteuert und die Menge von vom Luftgebläse 7 geblasener Luft wird erhöht. Demgemäß wird die in den Innenraum strömende Luftströmungsrate erhöht, sodass die Luftkühlungs-Strömungsrate geeignet gesteuert werden kann.
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Ferner steuert die Steuerung CLR, wenn das Brennstoffzellensystem 23 nicht betrieben wird, das Ausmaß einer Öffnung des Proportional-Strömungssteuerungsventils 21 auf das Maximum und erhöht die Menge von vom Luftgebläse 7 geblasener Luft.
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Das heißt, dass, wenn das Brennstoffzellensystem 23 abgeschaltet ist und nicht betrieben wird, das Ausmaß einer Öffnung des Proportional-Strömungssteuerungsventils 21 auf das Maximum gesteuert wird und die vom Luftgebläse 7 geblasene Luftmenge erhöht wird. Demgemäß wird die Strömungsrate von in den Innenraum strömender Luft erhöht, sodass die Luftkühlungsrate geeignet gesteuert werden kann. Ferner kann ein Luftkühlen für den Innenraum durch einen Betrieb des Luftgebläses 7 durchgeführt werden.
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4 ist eine Ansicht, welche die Ausgestaltung eines Luftkühlsystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellt, wobei im Vergleich zur Ausgestaltung der dritten Ausführungsform das erste Einlasssperrventil 9 ferner in der Lufteinlassleitung 5 angeordnet ist.
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Bezug nehmend auf 4 weisen die Lufteinlassleitungen 5 sowohl in der dritten als auch in der vierten Ausführungsform eine gemeinsame Leitung 5c, eine erste Teilleitung 5d und eine zweite Teilleitung 5e auf und ein Ende der gemeinsamen Leitung 5c ist mit der Umgebung verbunden.
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Ein zweites Ende der gemeinsamen Leitung 5C ist mit einem ersten Ende der ersten Teilleitung 5d und einem ersten Ende der zweiten Teilleitung 5e verbunden, die erste Teilleitung 5d und die zweite Teilleitung 5e zweigen vom zweiten Ende der gemeinsamen Leitung 5c ab und ein zweites Ende der ersten Teilleitung 5d und ein zweites Ende der zweiten Teilleitung 5e sind mit dem Innenraum verbunden.
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Ein erstes Einlasssperrventil 9 ist an der Stelle angeordnet, an der die erste Teilleitung 5d und die zweite Teilleitung 5e abzweigen. Das erste Einlasssperrventil 9, das ein Drei-Wege-Ventil ist, wirkt so, dass es die erste Teilleitung 5d und die zweite Teilleitung 5e wählbar öffnet oder schließt.
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Ferner ist das Luftgebläse 7 in der ersten Teilleitung 5d so angeordnet, dass, wenn das Luftgebläse 7 betrieben wird, Umgebungsluft über die erste Teilleitung 5d in den Innenraum strömen kann.
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Ferner steuert in der vierten Ausführungsform, wenn das Luftgebläse 7 betrieben wird und das Luftkühlsystem betrieben wird, die Steuerung CLR den Betrieb des ersten Einlasssperrventils 9, um die erste Teilleitung 5d so zu öffnen, dass Umgebungsluft durch die erste Teilleitung 5d in den Innenraum strömen kann.
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Auf der anderen Seite steuert die Steuerung, wenn das Brennstoffzellengebläse 25 betrieben wird, um das Brennstoffzellensystem 23 zu betreiben, ohne, dass das Luftkühlsystem betrieben wird, den Betrieb des ersten Einlasssperrventils 9, um die zweite Teilleitung 5e zu öffnen, sodass Umgebungsluft über die zweite Teilleitung 5e in den Innenraum strömen kann, sodass Luft in das Brennstoffzellensystem 23 zugeführt werden kann.
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Das heißt, dass es gemäß der Ausgestaltung der vierten Ausführungsform, da das Drei-Wege-Ventil als das erste Einlasssperrventil 9 genutzt wird, möglich ist, ein Luftkühlen über das Luftgebläse 7 durchzuführen oder ein Luftkühlen durch ein Betreiben des Brennstoffzellensystems 23 durchzuführen.
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Deswegen ist es, da das Brennstoffzellengebläse 25, das betrieben wird, um Brennstoffzellen zu betreiben, auch für ein Luftkühlen genutzt wird, möglich, einen Energieverbrauch für ein Luftkühlen zu reduzieren und es ist auch möglich, die durch ein Betreiben der Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität zu benutzen, wodurch Energie gespart werden kann.
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5 ist eine Ansicht, welche die Ausgestaltung eines Luftkühlsystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellt, bei der im Vergleich zur Ausgestaltung der dritten Ausführungsform ferner eine Einlassleitung zum Zuführen von Umgebungsluft zum Brennstoffzellensystem 23 vorgesehen ist.
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Unter Bezugnahme auf 5 ist eine Hilfsabgasleitung 27 zwischen dem Innenraum des Gebäudes 1 und dem Brennstoffzellensystem 23 verbunden, um dadurch Innenraumluft zum Brennstoffzellensystem 23 abzugeben.
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Ein erstes Ende einer Brennstoffzelleneinlassleitung 31 ist mit der Hilfsabgasleitung 27 verbunden und ein zweites Ende der Brennstoffzelleneinlassleitung 31 ist mit der Umgebung des Gebäudes 1 verbunden, sodass Umgebungsluft über die Brennstoffzelleneinlassleitung 31 zur Hilfsabgasleitung 27 zugeführt werden kann.
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Ein zweites Einlasssperrventil 33, das ein Drei-Wege-Ventil ist, ist an der Verbindung der Brennstoffzelleneinlassleitung 31 und der Hilfsabgasleitung 27 angeordnet. Demgemäß kann Innenraumluft zum Brennstoffzellensystem 23 zugeführt werden oder Umgebungsluft kann von der Brennstoffzelleneinlassleitung 31 durch einen Betrieb des zweiten Einlasssperrventils 33 zugeführt werden.
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Beispielsweise ist die Brennstoffzellenabgasleitung 29 vorgesehen, um Luft, die im Brennstoffzellensystem 23 an einer Reaktion teilgenommen hat, zur Umgebung abzugeben, und ein Abgassperrventil (nicht gezeigt), das Öffnen und Schließen kann, kann ferner in der Brennstoffzellenabgasleitung 29 angeordnet sein.
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Ferner wird das zweite Einlasssperrventil 33 auch von einem Aktor betätigt, ähnlich wie das erste Einlasssperrventil 9, und der Aktor wirkt als Antwort auf ein Betätigungssignal von der Steuerung CLR.
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Demgemäß kann die Steuerung CLR, wenn das Brennstoffzellensystem 23 betrieben wird, ohne, dass das Luftgebläse 7 betrieben wird, das zweite Einlasssperrventil 33 so steuern, dass Umgebungsluft durch die Brennstoffzelleneinlassleitung 31 zum Brennstoffzellensystem 23 zugeführt wird.
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Das heißt, dass, wenn Umgebungsluft durch ein Öffnen der Brennstoffzelleneinlassleitung 31 unter Benutzung des zweiten Einlasssperrventils 33 zugeführt wird, das Brennstoffzellensystem 23 unabhängig von einer Innenraumluftkühlung durch das Luftgebläse 7 betrieben werden kann. Ein Innenraum-Luftkühlen kann durch einen Betrieb des Luftgebläses 7 durchgeführt werden. Ferner ist es möglich, die Luftkühl-Luftstrommenge zu steuern, während eine Leistung des Luftgebläses 7 minimiert wird, indem das Verhältnis der von der Brennstoffzelleneinlassleitung 31 zugeführten Umgebungsluft und der durch die Hilfsabgasleitung 27 zugeführten Innenraumluft gesteuert wird.
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Ferner können in der fünften Ausführungsform ein Feuchtigkeitssensor 35 und ein Sauerstoffsensor 37 vor dem zweiten Einlasssperrventil 33 installiert sein (d.h. davor), um die Feuchtigkeit und Sauerstoffdichte der in die Hilfsabgasleitung 27 strömenden Innenraumluft zu messen. Die vom Feuchtigkeitssensor 35 und dem Sauerstoffsensor 37 gemessenen Werte werden in die Steuerung CLR eingegeben, wodurch das zweite Einlasssperrventil 33 gesteuert werden kann.
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Dazu kann die Steuerung CLR, wenn die vom Feuchtigkeitssensor 35 und dem Sauerstoffsensor 37 gemessenen Werte die festgelegten Werte nicht erfüllen, das zweite Einlasssperrventil 33 so steuern, dass durch die Brennstoffzelleneinlassleitung 31 Umgebungsluft zum Brennstoffzellensystem 23 zugeführt wird.
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Das heißt, dass, wenn die Feuchtigkeit, Sauerstoffdichte etc. der Luft, die durch die Hilfsleitung 27 vom Innenraum abgegeben wird, gemessen werden und es festgestellt wird, dass die Feuchtigkeit und die Sauerstoffdichte für ein Betreiben der Brennstoffzellen nicht geeignet sind, Umgebungsluft durch die Brennstoffzelleneinlassleitung 31 zugeführt werden kann und benutzt werden kann, um das Brennstoffzellensystem 23 zu betreiben.
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6 ist eine Ansicht, welche die Ausgestaltung eines Luftkühlsystem gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beispielhaft darstellt, wobei im Vergleich zur Ausgestaltung der fünften Ausführungsform das erste Einlasssperrventil 9 ferner in der Lufteinlassleitung 5 angeordnet ist.
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Unter Bezugnahme auf 6 weist die Lufteinlassleitung 5 sowohl in der fünften als auch in der sechsten Ausführungsform eine gemeinsame Leitung 5c, eine erste Teilleitung 5d und eine zweite Teilleitung 5e auf, und ein Ende der gemeinsamen Leitung 5c ist mit der Umgebung verbunden.
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Ein zweites Ende der gemeinsamen Leitung 5C ist mit einem ersten Ende der ersten Teilleitung 5d und einem ersten Ende der zweiten Teilleitung 5e verbunden, die erste Teilleitung 5d und die zweite Teilleitung 5e zweigen vom zweiten Ende der gemeinsamen Leitung 5c ab und ein zweites Ende der ersten Teilleitung 5d und ein zweites Ende der zweiten Teilleitung 5e sind mit dem Innenraum verbunden.
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Ein erstes Einlasssperrventil 9 ist an der Stelle, an der die erste Teilleitung 5d und die zweite Teilleitung 5e abzweigen, angeordnet. Das erste Einlasssperrventil 9, das ein Drei-Wege-Ventil ist, wirkt so, dass es die erste Teilleitung 5d und die zweite Teilleitung 5e wählbar öffnet oder schließt.
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Ferner ist ein Luftgebläse 7 in der ersten Teilleitung 5d angeordnet, sodass, wenn das Luftgebläse 7 betrieben wird, Umgebungsluft durch die erste Teilleitung 5d in den Innenraum strömen kann.
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Ferner steuert die Steuerung CLR in der sechsten Ausführungsform, wenn das Luftgebläse 7 betrieben wird und das Luftkühlsystem betrieben wird, das erste Einlasssperrventil 9, um die erste Teilleitung 5d zu öffnen, sodass Umgebungsluft durch die erste Teilleitung 5d in den Innenraum strömen kann.
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Auf der anderen Seite steuert die Steuerung, wenn das Brennstoffzellengebläse 25 betrieben wird, um das Brennstoffzellensystem 23 zu betreiben, ohne, dass das Luftkühlsystem betrieben wird, den Betrieb des ersten Einlasssperrventils 9, um die zweite Teilleitung 5e zu öffnen, sodass Umgebungsluft über die zweite Teilleitung 5e in den Innenraum strömen kann, sodass Luft in das Brennstoffzellensystem 23 zugeführt werden kann.
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Das heißt, dass es gemäß der Ausgestaltung der sechsten Ausführungsform, da das Drei-Wege-Ventil in der Lufteinlassleitung 5 installiert ist, möglich ist, ein Luftkühlen durch das Luftgebläse 7 durchzuführen oder ein Luftkühlen durch ein Betreiben des Brennstoffzellensystems 23 durchzuführen.
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Deswegen ist es, da das Brennstoffzellengebläse 25, das betrieben wird, um Brennstoffzellen zu betreiben, auch für ein Luftkühlen benutzt wird, möglich, einen Energieverbrauch für ein Luftkühlen zu reduzieren und es ist auch möglich, die durch ein Betreiben der Brennstoffzellen erzeugte Elektrizität zu benutzen, wodurch Energie gespart werden kann.
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Auf der anderen Seite ist es dem Fachmann, auch wenn die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf die detaillierten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Arten geändert und modifiziert werden kann, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen und es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Änderungen und Modifikationen in den Ansprüchen beinhaltet sind.
