WO2008037245A1 - Klimaanlage für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2008037245A1
WO2008037245A1 PCT/DE2007/001492 DE2007001492W WO2008037245A1 WO 2008037245 A1 WO2008037245 A1 WO 2008037245A1 DE 2007001492 W DE2007001492 W DE 2007001492W WO 2008037245 A1 WO2008037245 A1 WO 2008037245A1
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WO
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air
vehicle
conditioning system
motor vehicle
interior
Prior art date
Application number
PCT/DE2007/001492
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English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Pfalzgraf
Markus Bedenbecker
Matthias Boltze
Andreas Engl
Original Assignee
Enerday Gmbh
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Publication date
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00421—Driving arrangements for parts of a vehicle air-conditioning
    • B60H1/00428—Driving arrangements for parts of a vehicle air-conditioning electric
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60H1/247—Disposition of several air-diffusers in a vehicle for ventilation-air circulation in a vehicle cabin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60H1/00207—Combined heating, ventilating, or cooling devices characterised by the position of the HVAC devices with respect to the passenger compartment
    • B60H2001/00242—Devices in the rear area of the passenger compartment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/88—Optimized components or subsystems, e.g. lighting, actively controlled glasses

Definitions

  • the invention relates to an air conditioning system for a motor vehicle, with a fuel cell.
  • the invention relates to a motor vehicle with an air conditioner, which has a fuel cell.
  • the air conditioning system according to the invention builds on the generic state of the art in that an air duct of the air conditioner is designed to open via a parcel shelf of the motor vehicle in the vehicle interior.
  • the preferred operation of the air conditioning system according to the invention is the cooling operation.
  • the junction via the parcel shelf has the advantage that in the cooling mode, the cooled air directly can be performed in the upper area of the vehicle interior, where otherwise the warm air would collect in the vehicle interior.
  • this type of air supply makes it possible to mount the air conditioning system in the rear parcel shelf, for example in the trunk, which is an otherwise little-used place, so that the use of useful storage space is kept to a minimum. Either air is blown into the vehicle interior only via the parcel shelf, which then escapes directly to the outside from vents or leaks of the vehicle interior, or an additional air duct can be provided for discharging the air.
  • an air duct of the air conditioner is provided for opening into the vehicle interior below a vehicle seat.
  • This vehicle seat is preferably a rear seat, but may also be a front vehicle seat.
  • the air ducts can be installed in the vehicle without complex conversion measures in the vehicle are required.
  • the air duct opening below the seat serves as an air outlet of air from the vehicle interior, so that a circulation of the air from the head area through the vehicle interior to a point below the seats is realized in cooperation with the opening via the parcel shelf air duct.
  • the air duct opening out into the vehicle interior via the parcel shelf is designed for an air inlet in a cooling operation
  • the air duct opening into the vehicle interior beneath a vehicle seat is designed for an air inlet in a heating operation.
  • Figure 1 is a schematic representation of an air conditioner according to the invention according to a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic representation of the motor vehicle with the air conditioner according to the invention according to the first embodiment
  • Figure 3 is a schematic representation of the motor vehicle with the air conditioner according to the invention according to a second embodiment.
  • FIG. 4 shows a flow chart of the air conditioning operation according to the invention.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an air conditioner according to the invention according to a first embodiment.
  • the air conditioner 12 installed in a vehicle 10, which is outlined with a broken line, includes as main elements a fuel cell system 14 and a refrigeration cycle 16.
  • the fuel cell system 14 comprises a reformer 18, to which fuel can be supplied via a fuel train 20 from a fuel tank (not shown). Further, the reformer 18 at a second Brennstoffzu 150069 by means of a fuel strand 22 also from the fuel tank fuel can be supplied. Suitable fuel types are diesel, gasoline, natural gas and other types of fuel known from the prior art. Furthermore, the oxidizer 24 via a Oxidationsstoffstrang 24 Oxidati- onsstoff, ie in particular air, can be fed to the reformer 18. The reformate produced by the reformer 18 can be fed to a fuel cell stack 26. Alternatively, instead of the fuel cell stack 26, only one fuel cell may be provided.
  • the reformate is a hydrogen-containing gas which is converted in the fuel cell stack 26 by means of cathode feeds conveyed via a cathode feed line 28 with generation of electrical energy and heat.
  • the generated electrical energy can be fed via an electrical line 30 to an electric motor 32, a battery 34 and an electric heater 36 of the air conditioning system 12. This can be done directly or by feeding the energy through a central node in the electrical system of the motor vehicle 10.
  • the anode exhaust gas via an anode exhaust 38 of a mixing unit 40 of an afterburner 42 can be supplied.
  • the afterburner 42 via a fuel line 44 fuel from the combustion fuel tank and via an oxidizer strand 46 Oxidati- onsstoff fed.
  • conveyors such as pumps, arranged.
  • oxidant strands 24 and 46 corresponding, not shown conveyors, in this case, preferably blower arranged.
  • These conveyors can be powered directly from the fuel cell stack 26 or from the battery 34.
  • the combustion exhaust gas which contains virtually no pollutants, flows through a heat exchanger 52 for preheating the cathode feed air and finally leaves the fuel cell system 14 via an exhaust gas outlet 54.
  • a compressor 56 In the refrigerant circuit 16, a compressor 56, a condenser 58, an expansion device 60 and an evaporator 62 are arranged.
  • the compressor 56 is drivable by the electric motor 32, which in turn is preferably powered by the fuel cell stack 26 of the fuel cell system 14 with energy, but briefly from the
  • Battery 34 can be powered.
  • the evaporator 62 is associated with a blower 64.
  • Ambient air can be drawn in from the outside via an outside air line 66.
  • the outside air duct 66 leads to an adjusting device 68, which can supply the outside air to the blower 64.
  • the from the actuator 68 to the blower 64 conducted air flows as air flow 70 past the evaporator 62. In this way, heat energy can be withdrawn from the air flow 70 through the evaporator 62.
  • the cooled air stream can then be supplied via an adjusting device 72, an air guide 74 and a parcel shelf 76 to a vehicle interior 78.
  • the adjusting device 72 can be realized, for example, by a solenoid valve or by check valves, which only permit a flow from the two supply lines to the air guide 74.
  • the cooled air flows through the vehicle interior 78 and leaves it below a seat 80, preferably the rear seat. Subsequently, the air flows via an air guide 82 back to the adjusting device 68, where it is completely or partially discharged to the outside or is led back to the fan 64. For the guidance of the air to the outside, a corresponding line is provided, which is not shown for reasons of clarity.
  • the adjusting device 68 can thus be realized either a fresh air or a recirculation concept, in the air from the outside over the
  • outside air duct 66 is sucked or the air is recirculated from the air duct 82. Mixed forms of these modes are possible. Furthermore, by means of the adjusting device 68, the air introduced via the outside air duct 66 can be supplied to an air duct 84 and via this to a blower 86. In this case, this air flows as air stream 88 on hot parts of the fuel cell system 14 directly past or by (not shown) heat exchanger, which mediate between the air stream 88 and the hot parts.
  • the hot parts of the fuel cell system 14 are preferably the reformer 18, the fuel cell stack 26 and the afterburner 42. In this way, heat energy can be supplied to the air flow 88 by the waste heat of the hot parts of the fuel cell system 14.
  • the heated te air flow 88 leads via an air guide 90 to the e- lectric heating device 36, which is supplied directly from an energy generated by the fuel cell stack 26 or stored by the battery 34.
  • the already preheated air in the air duct 90 can be further heated and fed to the interior 78 via the adjusting device 72 and the air duct 74. After flowing through the interior 78 of the air flow via the air guide 82 to the adjusting device 68, where it is either discharged to the outside or back to
  • Blower 86 is passed.
  • Cooling operation with circulating air circulation In this operating state, the adjusting device 68 is switched so that air is guided from the interior 78 via the air guide 82 to the blower 64. This air flow 70 is cooled and guided via the adjusting device 72 and the air guide 74 into the interior 78, whereby it is cooled.
  • corresponding blowers and lines (not shown) are provided, which dissipate the waste heat of the fuel cell system 14 and the waste heat of the condenser 58 to the outside. In the case of the capacitor 58, this could alternatively also be arranged on the outside of the vehicle 10, in order thus to remove the waste heat directly.
  • Cooling operation with external air supply In this operating state, the adjusting device 68 is switched so that outside air is guided via the outside air line 66 to the blower 64. The air flow 70 is cooled and over the
  • the over the air guide 82 from the interior 78 leading air flow is discharged from the actuator 68 to the outside.
  • Heating mode with circulating air circulation In this operating state, an air flow 88 is guided from the interior 78 to the fan 86 via the air guide 82, the adjusting device 68 and the air guide 84.
  • the refrigeration circuit 16 is not in operation, i. the electric motor 32 is not operated.
  • the blower 86 passes the air stream 88 past the hot parts of the fuel cell system 14.
  • the preheated in this way air is guided by the air guide 90 to the e- lectric heater 36 and on to the adjusting device 72.
  • the electric heater 36 is operated to heat the air in the air duct 90 with electric power. Subsequently, the heated flows
  • Heating mode with outside air supply In this operating state, outside air is supplied via the outside air line 66 from the
  • Adjusting device 68 of the air guide 84 is supplied.
  • the waste heat produced by the operation of the fuel cell system 14 heats the air flow 88. This heated air flow, as in the operating condition described above, over - -
  • the air guide 90, the electric heater 36, the adjusting device 72 and the air guide 74 are guided into the interior 78. Subsequently, this Gutstrotn is guided via the air guide 82 to the adjusting device 68, where it is discharged to the outside.
  • an electronic control unit which selects the suitable operating state depending on the temperature in the interior 78, outside temperature, adjusted setpoint temperatures and desired air conditioning operation.
  • This electronic control unit is not shown in the figures for reasons of clarity, but it is immediately apparent to those skilled in the art that these at least with the corresponding conveyors in the strands 20, 22, 24, 44 and 46 of the power distribution in the electrical line 30, the blowers 64 and 86, the electric heater, the electric motor 32, the adjusting means 68 and 72 and the corresponding temperature sensors is connected.
  • the above-described flow direction in the vehicle interior 78 ie introducing the air through the parcel shelf 76 and discharging the air below the seat 80 is the preferred variant, but this can also be reversed in the cooling and heating mode.
  • the air guide 74 below the bench 80 would have to open into the vehicle interior 78 and the air guide 82 would open into the vehicle interior 78 via the hatrack 76.
  • the air guide 82 would have to be interrupted halfway, with both ends are connected at the interrupted point with the adjusting device 72.
  • the adjusting Device 72 would then have to be able to guide the air from the air guide 90 into the vehicle interior 78 via the air guide 82 leading under the seat 80 and at the same time connect the air guide 74 with the air guide 82 leading to the actuator 68. Furthermore, the adjusting device 72 would have to be suitable for guiding the air flow 70 into the vehicle interior 78 via the air guide 74 leading to the hat rack 76 and at the same time connecting the air guide 82 leading under the seat 80 with the air guide 82 leading to the adjusting device 68.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the motor vehicle 10 with the inventive air conditioner 12 according to the first embodiment.
  • the air conditioner 12 according to the invention can be mounted in the trunk, preferably as a retrofittable unit.
  • the motor vehicle 10 has a conventional air conditioner 92, in which a compressor of a conventional refrigeration circuit is mechanically drivable by a drive unit 94, preferably an internal combustion engine.
  • the interior 78 can be cooled in a generally known manner via the conventional on-board air conditioning system 92 or heated by waste heat of the drive unit 94.
  • the drive unit 94 is at a standstill, the interior 78 can be conditioned via the air conditioning system 12 according to the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the motor vehicle with the air conditioning system according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment.
  • the second embodiment differs from the first embodiment essentially in that the air conditioner 12 is mounted below the hat abläge 76 hanging.
  • the air conditioner 12 is mounted directly to the parcel shelf 76, to a (not shown) body panel or to (not shown) body struts.
  • the air guide 74 can be completely dispensed with or greatly shortened, since the air can flow directly from the dashboard system 12 via corresponding inlet openings in the rear parcel shelf 76 into the vehicle interior 78.
  • FIG. 4 shows a flowchart of the air conditioning operation of the air conditioner 12 according to the first and second embodiments.
  • the routine of FIG. 4 executed by the electronic control unit starts at step S100 when the air conditioner 12 is turned on manually.
  • step SIOL it is determined whether the power plant 94 is still operating. The process does not proceed to step S102 until the query in
  • Step SlOl is negative.
  • step S102 it is determined whether the user has selected an automatic standby mode via a selector switch or a corresponding programming of the air conditioner 12. If not, the process proceeds to step S103 where it is determined whether the user has manually selected standby air conditioning. If this is not the case, then the process proceeds to step S104, where it is determined whether the user has manually selected comfort climate control. If this is to be answered with "YES”, the process proceeds to step S105, at which a comfort air-conditioning is performed. In this Wohlfühlertmaschinetmaschine the interior 78 of the motor vehicle 10 is air conditioned to a comfort temperature (eg 18 0 C) by a selection from the different heating and cooling modes is made by the electronic control unit.
  • a comfort air-conditioning In this Wohlfühlert Deutschen the interior 78 of the motor vehicle 10 is air conditioned to a comfort temperature (eg 18 0 C) by a selection from the different heating and cooling modes is made by the electronic control unit.
  • step S106 determines that this feel-good air conditioning is automatically stopped when the power plant 94 is started. Accordingly, if it is determined in step S106 that the power plant 94 is not running yet, it is determined in S107 whether the air conditioner 12 has been turned off manually. For a manual shutdown, the process ends at step S112, otherwise the process returns to step S105. If the user has not selected feel-good conditioning in step S104, the process returns to step S110. If it has been determined in step S102 that an automatic standby air conditioning has been selected, then the process proceeds from there to step S108, where it is determined whether a comfortable air conditioning has been manually selected by the user. If so, then the process proceeds to step S105, where the well-being conditioning described above is performed.
  • step S109 the standby air conditioning according to the present invention is performed.
  • the temperature in the interior 78 is regulated to a standby setpoint temperature (eg 25 ° C.), which differs from the comfort temperature. This is realized by suitably selecting the electronic control unit from the described heating and cooling modes. If the outside temperature is high, then the ready set temperature is greater than the comfort temperature. If, however, the outside temperature is low, then the ready set temperature is lower than the comfort temperature. Thus, for example, at high outside temperature heating of the interior 78 is prevented and, if necessary - -
  • step S109 the process proceeds to step S110, where it is checked if the power plant 94 has been started. If so, then the process returns to step S100. Otherwise, the process proceeds to step S11, where it is determined whether the user has manually turned off the air conditioning - if "YES”, then the process ends in step S112 and if "NO", then the process returns to step S108.
  • the preferred operation of the air conditioning system 12 in practice is to select automatic standby air conditioning. If the drive unit 94 is operated, then the interior space 78 can be conditioned via the vehicle-optimized, very effective and specially designed air conditioning system 92. Once the drive unit 94 is turned off (and the occupants may leave the vehicle 10), the air conditioner 12 starts the standby air conditioning, which cools the interior at high outdoor temperature to, for example, 25 0 C. This standby air conditioning operation can be carried out with 12 liters of fuel without any problems for 12 days in continuous operation. The standby air conditioning operation is performed until the user selects a Wohlfühlrytmaschine shortly before departure, which then cools the interior 78 to, for example 18 0 C. The Wohlfühlrytmaschine is then carried out until the drive unit 94 is restarted.
  • the air conditioning system 12 is operated only when stationary, ie when the power pack 94 is at a standstill, this is only the preferred operating mode. wise and it is also possible to operate the air conditioner 12 during operation of the drive unit 94.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit einer Brennstoffzelle. Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass eine Luftführung (74) der Klimaanlage (12) dazu ausgelegt ist, über eine Hutablage (76) des Kraftfahrzeugs (10) in den Fahrzeuginnenraum (78) zu münden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Klimaanlage.

Description

Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennstoffzelle.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage, welche eine Brennstoffzelle aufweist.
Aus der DE 102 23 949 Al ist eine Standklimaanlage mit einer Brennstoffzelle zur Klimatisierung eines Fahrzeugs bekannt. Insbesondere bei einer Nachrüstung ist jedoch die Einbindung einer solchen Klimaanlage oft aufwendig.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die gattungsgemäße Klimaanlage derart weiterzubilden, dass eine einfache Einbindung der Klimaanlage in ein Kraftfahrzeug realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst .
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- düng ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Klimaanlage baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf, dass eine Luftführung der Klimaanlage dazu ausgelegt ist, über eine Hutablage des Kraftfahrzeugs in den Fahrzeuginnenraum zu münden. Der bevorzugte Betrieb der erfindungsgemäßen Klimaanlage ist der Kühlbetrieb. Hierbei hat die Einmündung über die Hutablage den Vorteil, dass im Kühlbetrieb die gekühlte Luft direkt in den oberen Bereich des Fahrzeuginnenraums geführt werden kann, wo sich im Fahrzeuginnenraum ansonsten die warme Luft sammeln würde. Ferner ermöglicht diese Art der Luftzufuhr, dass die Klimaanlage im Bereich der Hutablage, beispiels- weise im Kofferraum, montierbar ist - eine ansonsten wenig genutzte Stelle, so dass die Inanspruchnahme von nützlichem Stauraum minimal gehalten wird. Entweder wird nur über die Hutablage Luft in den Fahrzeuginnenraum eingeblasen, die dann an Entlüftungen oder Undichtigkeiten des Fahrzeugin- nenraums direkt nach Außen entweicht oder es kann eine zusätzliche Luftführung zum Abführen der Luft vorgesehen sein.
Darüber hinaus ist vorteilhaft, dass eine Luftführung der Klimaanlage dafür vorgesehen ist, unterhalb eines Fahrzeugsitzes in den Fahrzeuginnenraum zu münden. Dieser Fahrzeugsitz ist vorzugsweise eine Rücksitzbank, kann jedoch auch ein vorderer Fahrzeugsitz sein. Somit können die Luftführungen im Fahrzeug installiert werden, ohne dass aufwendige Umbaumaßnahmen im Fahrzeug erfordlich sind. Gewöhnlich ist unterhalb der Fahrzeugsitze genügend Raum, um diese Luftführung vorzusehen. Vorzugsweise dient die unterhalb des Sitzes mündende Luftführung als Luftauslass von Luft aus dem Fahrzeuginnenraum, so dass im Zusammenwirken mit der über die Hutablage mündenden Luftführung eine Zirkulation der Luft vom Kopfbereich durch den Fahrzeuginnenraum bis zu einer Stelle unterhalb der Sitze realisiert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die über die Hutablage in den Fahrzeuginnenraum mündende Luftführung für einen Lufteinlass in einem Kühlbetrieb ausgelegt ist, und die unterhalb eines Fahrzeugsitzes in den Fahrzeuginnenraum mündende Luftführung für einen Lufteinlass in einem Heizbetrieb ausgelegt ist. Dies hat den Vorteil, dass im Kühlbetrieb die gekühlte Luft direkt in den oberen Bereich des Fahrzeuginnenraums geführt wird, wo sich im Fahrzeuginnenraum ansonsten die warme Luft sammeln würde. Ferner wird im Heizbetrieb die erwärmte Luft direkt in den unteren Bereich des Fahrzeuginnenraums geführt, wo sich ansonsten die kühle Luft sammeln würde. Dadurch kann eine gute Luftumwälzung erreicht und die Entstehung von Zonen verschiedener Temperatur verhindert werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug können die vorstehend genannten Vorteile in übertragener Weise erreicht werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfol- gend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beispielhaft erläutert .
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage gemäß einem ersten Ausführungs- beispiel;
Figur 2 eine schematische Darstellung des Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Klimaanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 3 eine schematische Darstellung des Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Klimaanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
Figur 4 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Klimatisierungsbetriebs . Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die in einem Kraftfahrzeug 10 installierte Klimaanlage 12, die mit einer gestrichelten Linie umrissen ist, umfasst als Hauptelemente ein Brennstoffzellensystem 14 und einen Kältekreis 16.
Das Brennstoffzellensystem 14 umfasst einen Reformer 18, dem über einen Brennstoffsträng 20 aus einem nicht darge- stellten Brennstofftank Brennstoff zuführbar ist. Ferner ist dem Reformer 18 an einer zweiten Brennstoffzuführstufe mittels eines BrennstoffStrangs 22 ebenfalls aus dem Brennstofftank Brennstoff zuführbar. Als BrennstoffSorten kommen Diesel, Benzin, Erdgas und weitere aus dem Stand der Tech- nik bekannte BrennstoffSorten in Frage. Weiterhin ist dem Reformer 18 über einen Oxidationsmittelstrang 24 Oxidati- onsmittel, d.h. insbesondere Luft, zuführbar. Das von dem Reformer 18 erzeugte Reformat ist einem Brennstoffzellen- stapel 26 zuführbar. Alternativ kann anstatt des Brenn- stoffzellenstapels 26 auch nur eine Brennstoffzelle vorgesehen sein. Bei dem Reformat handelt es sich um ein wasser- stoffhaltiges Gas, das in dem Brennstoffzellenstapel 26 mit Hilfe von über einen Kathodenzuluftstrang 28 geförderter Kathodenzuluft unter Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme umgesetzt wird. Die erzeugte elektrische Energie ist über eine elektrische Leitung 30 einem Elektromotor 32, einer Batterie 34 und einer elektrischen Heizeinrichtung 36 der Klimaanlage 12 zuführbar. Dies kann auf direktem Weg erfolgen oder durch Einspeisung der Energie über einen zentralen Knoten in das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs 10. Im dargestellten Fall ist das Anodenabgas über einen Anodenabgasstrang 38 einer Mischeinheit 40 eines Nachbrenners 42 zuführbar. Ferner ist dem Nachbrenner 42 über einen Brennstoffsträng 44 Brennstoff aus dem Brenn- stofftank und über einen Oxidationsmittelstrang 46 Oxidati- onsmittel zuführbar. In den Brennstoffsträngen 20, 22 und 44 sind geeignete, nicht dargestellte Fördereinrichtungen, wie beispielsweise Pumpen, angeordnet. Ebenso sind in den Oxidationsmittelsträngen 24 und 46 entsprechende, nicht dargestellte Fördereinrichtungen, in diesem Fall vorzugsweise Gebläse, angeordnet. Diese Fördereinrichtungen können direkt vom Brennstoffzellenstapel 26 oder von der Batterie 34 mit Strom versorgt werden. In dem Nachbrenner 42 erfolgt eine Umsetzung des abgereicherten Anodenabgases mit dem geförderten Brennstoff und Oxidationsmittel zu einem Verbrennungsabgas, welches in einer Mischeinheit 48 mit Kathodenabluft vermischt wird, die über einen Kathodenabluftsträng 50 von dem Brennstoffzellenstapel 26 zu der Mischeinheit 48 gefördert wird. Das Verbrennungsabgas, welches nahezu keine Schadstoffe enthält, durchströmt einen Wärmetauscher 52 zum Vorwärmen der Kathodenzuluft und verlässt schließlich das BrennstoffZeilensystem 14 über einen Abgasauslass 54.
In dem Kältekreis 16 sind ein Kompressor 56, ein Kondensator 58, ein Expansionsorgan 60 und ein Verdampfer 62 angeordnet. Der Kompressor 56 ist von dem Elektromotor 32 antreibbar, welcher wiederum vorzugsweise durch den BrennstoffStoffzellenstapel 26 des Brennstoffzellensystems 14 mit Energie versorgt wird, aber kurzzeitig auch von der
Batterie 34 mit Energie versorgt werden kann. Dem Verdampfer 62 ist ein Gebläse 64 zugeordnet. Über eine Außenluftleitung 66 kann von Außen Umgebungsluft angesaugt werden. Der Begriff "von Außen", wie er im Zusammenhang mit dieser Erfindung verwendet wird, bedeutet dabei von außerhalb des
Innenraumes 78, bezeichnet somit die das Kraftfahrzeug 10 umgebende Luft. Die Außenluftleitung 66 führt zu einer Stelleinrichtung 68, welche die Außenluft dem Gebläse 64 zuführen kann. Die von der Stelleinrichtung 68 zum Gebläse 64 geleitete Luft strömt als Luftström 70 an dem Verdampfer 62 vorüber. Auf diese Weise kann dem Luftström 70 durch den Verdampfer 62 Wärmeenergie entzogen werden. Der gekühlte Luftstrom kann dann über eine Stelleinrichtung 72, eine Luftführung 74 und eine Hutablage 76 einem Fahrzeuginnenraum 78 zugeführt werden. Die Stelleinrichtung 72 kann beispielsweise durch ein Elektromagnetventil oder durch Rückschlagventile, welche jeweils nur eine Strömung von den beiden Zuleitungen hin zur Luftführung 74 zulassen, reali- siert werden. Die gekühlte Luft strömt durch den Fahrzeuginnenraum 78 und verlässt diesen unterhalb einer Sitzbank 80, vorzugsweise der hinteren Sitzbank. Anschließend strömt die Luft über eine Luftführung 82 zurück zu der Stelleinrichtung 68, wo sie ganz oder teilweise nach Außen abge- führt wird oder zurück zum Gebläse 64 geleitet wird. Für die Führung der Luft nach Außen ist eine entsprechende Leitung vorgesehen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Über die Schaltung der Stelleinrichtung 68 lässt sich somit wahlweise ein Frischluft- oder ein Umluftkonzept realisieren, bei dem Luft von Außen über die
Außenluftleitung 66 angesaugt wird oder die Luft aus der Luftführung 82 rezirkuliert wird. Auch Mischformen dieser Betriebsarten sind möglich. Ferner kann mittels der Stelleinrichtung 68, die über die Außenluftleitung 66 eingelei- tete Luft einer Luftführung 84 und über diese einem Gebläse 86 zugeführt werden. In diesem Falle strömt diese Luft als Luftstrom 88 an heißen Teilen des Brennstoffzellensystems 14 direkt vorüber oder durch (nicht dargestellte) Wärmetauscher, die zwischen dem Luftstrom 88 und den heißen Teilen vermitteln. Die heißen Teile des Brennstoffzellensystems 14 sind vorzugsweise der Reformer 18, der Brennstoffzellensta- pel 26 und der Nachbrenner 42. Auf diese Weise kann durch die Abwärme der heißen Teile des Brennstoffzellensystems 14 dem Luftström 88 Wärmeenergie zugeführt werden. Der erwärm- te Luftström 88 führt über eine Luftführung 90 zu der e- lektrischen Heizeinrichtung 36, die direkt von einer vom Brennstoffzellenstapel 26 erzeugten oder von der Batterie 34 gespeicherten Energie versorgt wird. Somit kann in einem Heizbetrieb die ohnehin schon vorgewärmte Luft in der Luft- führung 90 weiter erwärmt werden und über die Stelleinrichtung 72 und die Luftführung 74 dem Innenraum 78 zugeführt werden. Nach dem Durchströmen des Innenraums 78 führt der Luftstrom über die Luftführung 82 zur Stelleinrichtung 68, wo er entweder nach Außen abgeführt wird oder zurück zum
Gebläse 86 geleitet wird. Auch hierbei lässt sich über die Schaltung der Stelleinrichtung 68 somit wahlweise in einem solchen Heizbetrieb ein Umluftkonzept realisieren, bei dem Luft von Außen über die Außenluftleitung 66 angesaugt wird oder die Luft aus der Luftführung 82 rezirkuliert wird.
Nachfolgend werden verschiedene Betriebszustände aufgezeigt, die mittels der vorstehend beschriebenen Klimaanlage realisierbar sind:
Kühlbetrieb mit Umluftzirkulation: In diesem Betriebszustand ist die Stelleinrichtung 68 so geschaltet, dass Luft aus dem Innenraum 78 über die Luftführung 82 zu dem Gebläse 64 geführt wird. Dieser Luftström 70 wird gekühlt und über die Stelleinrichtung 72 und die Luftführung 74 in den Innenraum 78 geführt, wodurch dieser gekühlt wird. Um im Kühlbetrieb ein Aufheizen des Kofferraums, in dem die Klimaanlage 12 angeordnet ist, zu vermeiden, sind entsprechende (nicht dargestellte) Gebläse und Leitungen vorgesehen, welche die Abwärme des Brennstoffzellensystems 14 und die Abwärme des Kondensators 58 nach Außen abführen. Im Falle des Kondensators 58 könnte dieser alternativ auch Außen am Fahrzeug 10 angeordnet werden, um somit die Abwärme direkt abzutransportieren. Kühlbetrieb mit AußenluftZuführung: In diesem Betriebszustand ist die Stelleinrichtung 68 so geschaltet, dass Außenluft über die Außenluftleitung 66 zu dem Gebläse 64 ge- führt wird. Der Luftström 70 wird gekühlt und über die
Stelleinrichtung 72 und die Luftführung 74 in den Innenraum 78 geführt. Der über die Luftführung 82 aus dem Innenraum 78 führende Luftstrom wird von der Stelleinrichtung 68 nach Außen abgegeben. Hinsichtlich des Abführens der Abwärme des BrennstoffZeilensystems 14 und des Kondensators 58 werden die im Rahmen des vorstehend beschriebenen Kühlbetriebs erläuterten Maßnahmen ergriffen.
Heizbetrieb mit UmluftZirkulation: In diesem Betriebszu- stand wird über die Luftführung 82, die Stelleinrichtung 68 und die Luftführung 84 ein Luftstrom 88 aus dem Innenraum 78 zum Gebläse 86 geführt. Der Kältekreis 16 ist nicht in Betrieb, d.h. der Elektromotor 32 wird nicht betrieben. Das Gebläse 86 führt den Luftstrom 88 an den heißen Teilen des Brennstoffzellensystems 14 vorüber. Die auf diese Weise vorgewärmte Luft wird mittels der Luftführung 90 zu der e- lektrischen Heizeinrichtung 36 und weiter zur Stelleinrichtung 72 geführt. Die elektrische Heizeinrichtung 36 wird zur Erwärmung der Luft in der Luftführung 90 mit elektri- schem Strom betrieben. Anschließend strömt die erwärmte
Luft über die Stelleinrichtung 72 und die Luftführung 74 in den Innenraum 78. r
Heizbetrieb mit AußenluftZuführung: In diesem Betriebszu- stand wird Außenluft über die Außenluftleitung 66 von der
Stelleinrichtung 68 der Luftführung 84 zugeführt. Die durch den Betrieb des Brennstoffzellensystem 14 entstehende Abwärme erwärmt den Luftstrom 88. Dieser erwärmte Luftstrom wird, wie im vorstehend beschriebenen Betriebszustand, über - -
die Luftführung 90, die elektrische Heizeinrichtung 36, die Stelleinrichtung 72 und die Luftführung 74 in den Innenraum 78 geleitet. Anschließend wird dieser Luftstrotn über die Luftführung 82 zur Stelleinrichtung 68 geführt, wo er nach Außen abgegeben wird.
Diese unterschiedlichen Betriebszustände werden über eine elektronische Steuereinheit angesteuert, die je nach Temperatur im Innenraum 78, Außentemperatur, eingestellten SoIl- temperaturen und gewünschtem Klimatisierungsbetrieb den geeigneten Betriebszustand auswählt. Diese elektronische Steuereinheit ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren nicht dargestellt, jedoch ist dem Fachmann sofort ersichtlich, dass diese zumindest mit den entsprechenden Fördereinrichtungen in den Strängen 20, 22, 24, 44 und 46 der Energieverteilung in der elektrischen Leitung 30, den Gebläsen 64 und 86, der elektrischen Heizeinrichtung, dem Elektromotor 32, den Stelleinrichtungen 68 und 72 sowie den entsprechenden Temperatursensoren verbunden ist .
Die vorstehend beschriebene Strömungsrichtung im Fahrzeuginnenraum 78, d.h. Einführen der Luft über die Hutablage 76 und Abführen der Luft unterhalb der Sitzbank 80 ist die bevorzugte Variante, diese kann jedoch im Kühl- und Heizbe- trieb auch umgekehrt sein. Für eine derartige Abwandlung müsste entsprechend die Luftführung 74 unterhalb der Sitz- bank 80 in den Fahrzeuginnenraum 78 münden und die Luftfüh- rung 82 über die Hutablage 76 in den Fahrzeuginnenraum 78 münden. Ferner ist vorteilhaft, die Zirkulationsrichtung der Luft im Fahrzeuginnenraum 78 davon abhängig zu machen, ob ein Kühl- oder Heizbetrieb durchgeführt wird. Dazu müsste beispielsweise die Luftführung 82 auf halbem Wege unterbrochen sein, wobei beide Enden an der unterbrochenen Stelle mit der Stelleinrichtung 72 verbunden sind. Die Stell- einrichtung 72 müsste dann in der Lage sein, im Heizbetrieb die Luft aus der Luftführung 90 über die unter die Sitzbank 80 führende Luftführung 82 in den Fahrzeuginnenraum 78 zu führen und gleichzeitig die Luftführung 74 mit der zur Stelleinrichtung 68 führenden Luftführung 82 zu verbinden. Ferner müsste die Stelleinrichtung 72 geeignet sein, im Kühlbetrieb den Luftström 70 über die zur Hutablage 76 führende Luftführung 74 in den Fahrzeuginnenraum 78 zu führen und gleichzeitig die unter die Sitzbank 80 führende Luft- führung 82 mit der zur Stelleinrichtung 68 führenden Luftführung 82 zu verbinden.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Kraftfahrzeugs 10 mit der erfindungsgemäßen Klimaanlage 12 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In Figur 2 ist insbesondere die Einbaulage der Klimaanlage 12 veranschaulicht. Die erfindungsgemäße Klimaanlage 12 ist im Kofferraum montierbar, vorzugsweise als nachrüstbare Einheit. Zusätzlich zur beschriebenen Klimaanlage 12 hat das Kraftfahrzeug 10 eine herkömmliche Klimaanlage 92, bei der ein Kompressor eines herkömmlichen Kältekreises mechanisch von einem Antriebsaggregat 94, vorzugsweise einem Verbrennungsmotor, antreibbar ist. Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs 10 und dem damit verbundenen Betrieb des Antriebsaggregats 94 kann der In- nenraum 78 über die herkömmliche, fahrzeugeigene Klimaanlage 92 in allgemein bekannter Weise gekühlt bzw. mittels Abwärme des Antriebsaggregats 94 erwärmt werden. Bei Stillstand des Antriebsaggregats 94 kann der Innenraum 78 über die erfindungsgemäße Klimaanlage 12 klimatisiert werden.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung des Kraftfah- zeugs mit der erfindungsgemäßen Klimaanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden an dieser Stelle nur die Unterschiede des zweiten Ausführungsbeispiels gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Klimaanlage 12 unterhalb der Hut- abläge 76 hängend montiert ist. Dazu wird die Klimaanlage 12 direkt an die Hutablage 76, an ein (nicht dargestelltes) Karosserieblech oder an (nicht dargestellte) Karosserieverstrebungen montiert. Die Luftführung 74 kann ganz entfallen oder stark verkürzt werden, da die Luft direkt aus der KIi- maanlage 12 über entsprechende Einlassöffnungen in der Hutablage 76 in den Fahrzeuginnenraum 78 strömen kann.
Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm des Klimatisierungsbetriebs der erfindungsgemäßen Klimaanlage 12 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. Die Routine aus Figur 4, welche von der elektronischen Steuereinheit ausgeführt wird, startet bei Schritt SlOO, wenn die Klimaanlage 12 manuell eingeschaltet wird. Bei Schritt SlOl wird bestimmt, ob das Antriebsaggregat 94 immer noch in Betrieb ist. Der Prozess fährt erst dann zu Schritt S102 fort, wenn die Abfrage in
Schritt SlOl negativ ist. In Schritt S102 wird bestimmt, ob der Benutzter über einen Auswahlschalter oder eine entsprechende Programmierung der Klimaanlage 12 einen automatischen Bereitschaftsbetrieb ausgewählt hat. Falls dies nicht der Fall ist, fährt der Prozess zu Schritt S103 fort, wo bestimmt wird, ob der Benutzer manuell eine Bereitschaftsklimatisierung ausgewählt hat. Ist dies nicht der Fall, dann fährt der Prozess zu Schritt S104 fort, wo bestimmt wird, ob der Benutzer manuell eine Wohlfühlklimatisierung ausgewählt hat. Falls dies mit "JA" zu beantworten ist, fährt der Prozess zu Schritt S105 fort, bei dem eine Wohlfühlklimatisierung durchgeführt wird. Bei dieser Wohlfühlklimatisierung wird der Innenraum 78 des Kraftfahrzeugs 10 auf eine Wohlfühltemperatur (z.B. 180C) klimatisiert, indem eine Auswahl aus den verschiedenen Heiz- und Kühlmodi von der elektronischen Steuereinheit getroffen wird. Mit dem nachfolgenden Schritt S106 wird festgelegt, dass diese Wohlfühlklimatisierung automatisch gestoppt wird, wenn das Antriebsaggregat 94 gestartet wird. Wenn in Schritt S106 demnach bestimmt wird, dass das Antriebsaggregat 94 noch nicht läuft, wird in S107 bestimmt, ob die Klimaanlage 12 manuell abgestellt wurde. Bei einer manuellen Abschaltung endet der Prozess bei Schritt S112, ansonsten kehrt der Prozess zurück zu Schritt S105. Falls der Benutzer in Schritt S104 keine Wohlfühlklimatisierung gewählt hat, kehrt der Prozess zu Schritt SlOl zurück. Falls in Schritt S102 bestimmt wurde, dass eine automatische Bereitschaftsklimatisierung gewählt wurde, dann fährt der Prozess von dort zu Schritt S108 fort, wo bestimmt wird, ob von dem Benutzer manuell eine Wohlfühlklimatisierung gewählt wurde. Ist dies der Fall, dann fährt der Prozess zu Schritt S105 fort, wo die bereits beschriebene Wohlfühlklimatisierung durchgeführt wird. Falls in Schritt S108 bestimmt wird, dass der Benutzer keine Wohlfühlklimatisierung ausgewählt hat, dann fährt der Prozess zu Schritt S109 fort, wo die erfindungsgemäße Bereitschaftsklimatisierung durchgeführt wird. Bei dieser Bereitschaftsklimatisierung wird die Temperatur im Innenraum 78 auf eine Bereitschafts- Solltemperatur (z.B. 25°C) geregelt, die sich von der Wohl- fühltemperatur unterscheidet. Dies wird realisiert, indem die elektronische Steuereinheit in geeigneter Weise aus den beschriebenen Heiz- und Kühlbetriebsarten auswählt. Ist die Außentemperatur hoch, dann ist die Bereitschafts- Solltemperatur größer als die Wohlfühltemperatur . Ist hingegen die Außentemperatur niedrig, dann ist die Bereitschafts-Solltemperatur geringer als die Wohlfühltemperatur. Somit wird beispielsweise bei hoher Außentemperatur ein Aufheizen des Innenraumes 78 verhindert und im Bedarfsfall - -
ein sehr schnelles Erreichen der Wohlfühltemperatur gewährleistet, weil der Innenraum 78 bereits "vorgekühlt" ist. Nach Schritt S109 fährt der Prozess zu Schritt SIlO fort, wo überprüft wird, ob das Antriebsaggregat 94 gestartet wurde. Ist dies der Fall, dann kehrt der Prozess zu Schritt SlOO zurück. Ansonsten fährt der Prozess zu Schritt SlIl fort, wo bestimmt wird, ob der Benutzer die Klimatisierung manuell abgestellt hat - wenn "JA", dann endet der Prozess bei Schritt S112 und wenn "NEIN" , dann kehrt der Prozess zu Schritt S108 zurück.
Der bevorzugte Betrieb der Klimaanlage 12 sieht in der Praxis so aus, dass eine automatische Bereitschaftsklimatisierung gewählt ist. Wird das Antriebsaggregat 94 betrieben, dann kann der Innenraum 78 über die auf das Fahrzeug optimierte, sehr effektive und speziell ausgelegte Klimaanlage 92 klimatisiert werden. Sobald das Antriebsaggregat 94 abgestellt wird (und die Insassen das Kraftfahrzeug 10 eventuell verlassen) , startet die Klimaanlage 12 die Bereit- Schaftsklimatisierung, die den Innenraum bei hoher Außentemperatur auf beispielsweise 250C kühlt. Dieser Bereitschaftsklimatisierungsbetrieb kann mit 60 Litern Brennstoff problemlos 12 Tage im Dauerbetrieb erfolgen. Der Bereitschaftsklimatisierungsbetrieb wird solange durchgeführt, bis der Benutzer kurz vor Fahrtantritt eine Wohlfühlklimatisierung wählt, die dann den Innenraum 78 auf beispielsweise 180C kühlt. Die Wohlfühlklimatisierung wird dann solange durchgeführt bis das Antriebsaggregat 94 wieder gestartet wird.
Obwohl vorstehend beschrieben wurde, dass die Klimaanlage 12 nur im Stand, d.h. bei Stillstand des Antriebsaggregats 94, betrieben wird, ist dies nur die bevorzugte Betriebs- weise und es ist auch möglich, die Klimaanlage 12 während des Betriebs des Antriebsaggregats 94 zu betreiben.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste :
10 Kraftfahrzeug
12 Klimaanlage 14 Brennstoffzellensystem
16 Kältekreis
18 Reformer
20 Brennstoffsträng
22 Brennstoffstrang 24 Oxidationsmittelstrang
26 Brennstoffzellenstapel
28 Kathodenzuluftstrang
30 Elektrische Leitung 32 Elektromotor 34 Batterie
36 Elektrische Heizeinrichtung
38 Anodenabgasstrang
40 Mischeinheit 42 Nachbrenner 44 BrennstoffStrang
46 Oxidationsmittelstrang
48 Mischeinheit
50 Kathodenabluftsträng
52 Wärmetauscher 54 Abgasauslass
56 Kompressor
58 Kondensator
60 Expansionsorgan
62 Verdampfer 64 Gebläse
66 Außenluftleitung
68 Stelleinrichtung
70 Luftström
72 Stelleinrichtung 74 Luftführung
76 Hutablage
78 Fahrzeuginnenraum
80 Sitzbank
82 Luftführung
84 Luftführung
86 Gebläse
88 Luftstrom
90 Luftführung
92 Herkömmliche Klimaanlage
94 Antriebsaggregat

Claims

ANSPRUCHE
1. Klimaanlage (12) für ein Kraftfahrzeug (10), mit einer Brennstoffzelle (26) , dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftführung (74) der Klimaanlage (12) dazu ausgelegt ist, über eine Hutablage (76) des Kraftfahrzeugs (10) in den Fahrzeuginnenraum (78) zu münden.
2. Klimaanlage (12) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftführung (82) der Klimaanlage (12) dafür vorgesehen ist, unterhalb eines Fahrzeugsitzes (80) in den Fahrzeuginnenraum (78) zu münden.
3. Klimaanlage (12) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Hutablage (76) in den Fahrzeuginnenraum (78) mündende Luftführung (74) für einen Luft- einlass in einem Kühlbetrieb ausgelegt ist, und die unter- halb eines Fahrzeugsitzes (80) in den Fahrzeuginnenraum
(78) mündende Luftführung (82) für einen Lufteinlass in einem Heizbetrieb ausgelegt ist.
4. Kraftfahrzeug (10) mit einer Klimaanlage (12), welche eine Brennstoffzelle (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftführung (74) der Klimaanlage (12) über eine Hutablage (76) des Kraftfahrzeugs (10) in den Fahrzeuginnenraum (78) mündet .
5. Kraftfahrzeug (10) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftführung (82) der Klimaanlage (12) unterhalb eines Fahrzeugsitzes (80) in den Fahrzeuginnenraum (78) mündet .
6. Kraftfahrzeug (10) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Hutablage (76) in den Fahrzeuginnenraum (78) mündende Luftführung (74) für einen Luft- einlass in einem Kühlbetrieb ausgelegt ist, und die unter- halb eines Fahrzeugsitzes (80) in den Fahrzeuginnenraum
(78) mündende Luftführung (82) für einen Lüfteinlass in einem Heizbetrieb ausgelegt ist.
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