WO2008037247A1

WO2008037247A1 - Klimaanlage für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: WO2008037247A1
Application number: PCT/DE2007/001494
Authority: WO
Inventors: Manfred Pfalzgraf; Markus Bedenbecker; Matthias Boltze; Andreas Engl
Original assignee: Enerday Gmbh
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2008-04-03
Also published as: DE102006045756A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage (12 ) für ein Kraftfahrzeug (10), mit einer Brennstoffzelle (26) und einem Kältekreis (16), der mittels von der Brennstoffzelle (26) erzeugter Energie betreibbar ist, wobei die Klimaanlage (12) dazu ausgelegt ist, bei Stillstand eines Antriebsaggregats, welches zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs (10) dient, betreibbar zu sein. Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass die Klimaanlage (12) dazu ausgelegt ist, bei Stillstand des Antriebsaggregats zumindest zeitweise die Temperatur im Innenraum (78) des Kraftfahrzeugs (10) auf eine Bereitschafts- Solltemperatur zu regeln, die sich von einer endgültigen, vom Benutzer gewünschten Solltemperatur unterscheidet. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben solch einer Klimaanlage und ein Kraftfahrzeug mit solch einer Klimaanlage.

Description

Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennstoffzelle und einem Kältekreis, der mittels von der Brennstoffzelle erzeugter Energie betreibbar ist, wobei die Klimaanlage dazu ausgelegt ist, bei Stillstand eines Antriebsaggregats, welches zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs dient, betreibbar zu sein.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten: Betreiben eines Kältekreises der Klimaanlage mittels von einer Brennstoffzelle erzeugter Energie und

Betreiben der Klimaanlage bei Stillstand eines Antriebsaggregats, welches zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs dient.

Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Klimaanlage.

Aus der DE 102 23 949 Al ist eine Klimaanlage mit einer Brennstoffzelle zur Standklimatisierung eines Fahrzeugs bekannt. Allgemein benötigen Standklimaanlagen jedoch eine beträchtliche Zeit, bis sie ein sehr stark aufgeheiztes Fahrzeug auf eine angenehme Temperatur kühlen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die gattungsgemäße Klimaanlage derart weiterzubilden, dass eine schnellere Erreichung der gewünschten Temperatur erzielt 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 die Klimaanlage dazu ausgelegt ist, bei Stillstand des Antriebsaggregats zu- mindest zeitweise die Temperatur im Innenraum des Kraftfahrzeugs auf eine Bereitschafts-Solltemperatur zu regeln, die sich von einer endgültigen, vom Benutzer gewünschten Solltemperatur unterscheidet. Durch diese Auslegung wird der Innenraum auf einer Temperatur gehalten, von der aus eine schnellere Erreichung einer gewünschten Wohlfühltempe- ratur gewährleistet werden kann. Außerdem wird dadurch vermieden, dass sich die Fahrzeuginnenausstattung, wie beispielsweise Sitze oder Verkleidungen im Falle einer hohen Außentemperatur sehr stark aufheizen, und somit der Effekt vermieden, dass diese aufgeheizten Ausstattungen Wärme speichern, die eine schnelle Kühlung erschweren.

Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Klimaanlage so ausgelegt ist, dass sie bei Stillstand des Antriebsag- gregats automatisch in einen Bereitschaftsbetriebsmodus schaltet, in dem die Temperatur im Innenraum des Kraftfahrzeugs auf die Bereitschafts-Solltemperatur geregelt wird. Dadurch kann ein Dauerbetrieb realisiert werden, in dem der Innenraum zu jeder Zeit sehr schnell auf eine gewünschte Temperatur geregelt werden kann.

Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass die Klimaanlage aktivierbar ist, die einzuregelnde Solltemperatur von der Bereitschafts-Solltemperatur auf die vom Benutzer gewünschte Solltemperatur zu wechseln.

Ferner kann die Klimaanlage so ausgebildet sein, dass die Klimaanlage des Weiteren eine Wärmefördereinrichtung um- fasst, mit der eine Abwärme der Brennstoffzelle für Heiz- zwecke in den Innenraum eines Kraftfahrzeugs führbar ist. Somit wird die Abwärme nicht nutzlos verschwendet, sondern dazu genutzt, eine bessere Heizleistung zu erreichen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit dem Kraftfahrzeug, welches eine solche Klimaanlage aufweist, können die vorstehend genannten Vorteile in übertragener Weise erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet sein, dass die Bereitschafts- Solltemperatur höher festgesetzt wird als die endgültige, vom Benutzer gewünschte Solltemperatur, falls die Außentem- peratur höher ist als die vom Benutzer gewünschte Solltemperatur, und dass die Bereitschafts-Solltemperatur niedriger festgesetzt wird als die endgültige, vom Benutzer gewünschte Solltemperatur, falls die Außentemperatur niedriger ist als die vom Benutzer gewünschte Solltemperatur. In anderen Worten bedeutet dies, dass im erstgenannten Fall ein Kühlbetrieb vorliegt, bei dem die Bereitschafts- Solltemperatur höher ist als die endgültige, vom Benutzer gewünschte "kühle Temperatur" - der Fahrzeuginnenraum wird demnach "nur vorgekühlt". Im zuletzt genannten Fall liegt ein Heizbetrieb vor, bei dem die Bereitschafts-

Solltemperatur höher ist als die endgültige, vom Benutzer gewünschte "warme Temperatur" - der Fahrzeuginnenraum wird demnach "nur vorgewärmt" . Auf diese Weise kann einerseits ausgehend von der Bereitschafts-Solltemperatur im Fahrzeu- ^ _

ginnenraum sehr schnell eine gewünschte Temperatur erreicht werden und andererseits Kühl- bzw. Heizleistung eingespart werden, da nicht ganz bis zur endgültigen Temperatur gekühlt bzw. geheizt werden muss.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend 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 einer erfindungsgemäßen Klimaanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ;

Figur 4 eine schematische Darstellung eines Kraftfahr- zeugs in dem die erfindungsgemäße Klimaanlage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel montiert ist; und

Figur 5 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Klimati- sierungsbetriebs .

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die in einem Kraftfahrzeug 10 installierte Klimaan- läge 12 (Einbaulage siehe Fig. 2) , die in Figur 1 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 dargestellten Brennstofftank Brennstoff zuführbar ist. Ferner ist dem Reformer 18 an einer zweiten Brennstoffzuführstufe mittels eines BrennstoffStrangs 22 ebenfalls aus dem Brenn- stofftank Brennstoff zuführbar. Als BrennstoffSorten kommen Diesel, Benzin, Erdgas und weitere aus dem Stand der Technik 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 Brennstoffzellenstapels 26 auch nur eine Brennstoffzelle vorgesehen sein. Bei dem Reformat handelt es sich um ein Wasserstoffhaltiges 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 Anodenabgassträng 38 einer Mischeinheit 40 eines Nachbrenners 42 zuführbar. Ferner ist dem Nachbrenner 42 über einen Brennstoffsträng 44 Brennstoff aus dem Brennstofftank 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 Kathoden- abluft 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 BrennstoffZellensystem 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 Außenluft- leitung 66 kann von Außen Umgebungsluft angesaugt werden.

Der Begriff "von Außen", wie er im Zusammenhang mit sämtlichen Ausführungsbeispielen 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 Luftstrom 70 an dem Verdampfer 62 vorüber. Auf diese Weise kann dem Luft- strom 70 durch den Verdampfer 62 Wärmeenergie entzogen wer- _η

den. Der gekühlte Luftstrom kann dann über eine Stelleinrichtung 72 und eine Luftführung 74 über eine Hutablage 76 einem Fahrzeuginnenraum 78 zugeführt werden. Die Stelleinrichtung 72 kann beispielsweise durch ein Elektromagnetven- til oder durch Rückschlagventile, welche jeweils nur eine Strömung von den beiden Zuleitungen hin zur Luftführung 74 zulassen, realisiert werden. Die gekühlte Luft strömt durch den Fahrzeuginnenraum 78 und verlässt diesen unterhalb einer Sitzbank 80, vorzugsweise der hinteren Sitzbank. An- schließend strömt die Luft über eine Luftführung 82 zurück zu der Stelleinrichtung 68, wo sie ganz oder teilweise nach Außen abgeführt wird oder zurück zum Gebläse 64 geleitet wird. Für die Führung der Luft nach Außen ist eine entsprechende Leitung vorgesehen, die aus Gründen der Übersicht- lichkeit 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 Misch- formen dieser Betriebsarten sind möglich. Ferner kann mittels der Stelleinrichtung 68, die über die Außenluftleitung 66 eingeleitete 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 Brenn- stoffZeilensystems 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 Brennstoffzellenstapel 26 und der Nachbrenner 42. Auf diese Weise kann durch die Abwärme der heißen Teile des

Brennstoffzellensystems 14 dem Luftstrom 88 Wärmeenergie zugeführt werden. Der erwärmte Luftstrom 88 führt über eine Luftführung 90 zu der elektrischen Heizeinrichtung 36, die direkt von einer vom Brennstoffzellenstapel 26 erzeugten _fl

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oder von der Batterie 34 gespeicherten Energie versorgt wird. Somit kann in einem Heizbetrieb die ohnehin schon vorgewärmte Luft in der Luftführung 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 Luftström 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 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel realisierbar sind:

Kühlbetrieb mit Umluftzirkulation: In diesem Betriebszu- stand ist die Stelleinrichtung 68 so geschaltet, dass Luft aus dem Innenraum 78 über die Luftführung 82 zu dem Gebläse 64 geführt wird. Dieser Luftstrom 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 der Klimaanlage 12 (insbesondere des Brennstoffzellensystems 14, des Kondensators 58, des Kom- pressors 56 und des Elektromotors 32) 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 geführt 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 der Klimaanlage 12 werden die im Rahmen des vorstehend be- schriebenen Kühlbetriebs erläuterten Maßnahmen ergriffen.

Heizbetrieb mit UmluftZirkulation: In diesem Betriebszustand 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 Luftström 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 elektrischem Strom betrieben. Anschließend strömt die erwärmte Luft über die Stelleinrichtung 72 und die Luftführung 74 in den Innenraum 78.

Heizbetrieb mit AußenluftZuführung: In diesem Betriebszustand wird Außenluft über die Außenluftleitung 66 von der Stelleinrichtung 68 der Luftführung 84 zugeführt. Die durch den Betrieb des BrennstoffZeilensystem 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 Luftstrom 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 Solltemperaturen 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 Fahrzeu- ginnenraum 78, d.h. Einführen der Luft über die Hutablage 76 und Abführen der Luft unterhalb der Sitzbank 80 kann im Kühl- und/oder Heizbetrieb auch umgekehrt sein. Für eine derartige Abwandlung müsste entsprechend die Luftführung 74 unterhalb der Sitzbank 80 in den Fahrzeuginnenraum 78 mün- den und die Luftführung 82 über die Hutablage 76 in den Fahrzeuginnenraum 78 münden.

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 Innenraum 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 einer erfindungsgemäßen Klimaanlage gemäß einem zweiten Ausführungs- beispiel . Zur Vermeidung von Wiederholungen wird für Kompo- nenten, die denen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, auf eine Beschreibung verzichtet, und es werden für diese Komponenten gleiche Bezugszeichen wie in Figur 1 und 2 verwendet. Die Klimaanlage 112 des zweiten Ausführungsbeispiels hat die äußere Gestalt eines Klimatisierungsturms 192, dessen Innenaufbau durch die gestrichelte Linie 194 umrissen ist. Der Klimatisierungsturm 192 hat einen Luf- tauslass 196 und einen Lufteinlass 198. Ferner ist in dem Klimatisierungsturm 192 ein Kühlschrank 200 angeordnet. Der Kältekreis 116 unterscheidet sich vom Kältekreis 16 des ersten Ausführungsbeispiels dadurch, dass parallel zum Verdampfer 62 ein Kühlschrankverdampfer 202 geschaltet ist, der im Kühlschrank 200 angeordnet ist. An den Abzweigungen zum Kühlschrankverdampfer 202 sind Stelleinrichtungen 204 platziert, mit denen wahlweise der Verdampfer 62, der Kühl- Schrankverdampfer 202 oder beide in den Kältekreis 116 eingebunden werden können. Ferner ist im zweiten Ausführungsbeispiel dem Kondensator 58 ein Gebläse 206 zugeordnet, mit dem ein Luftstrom 208 von einer Stelleinrichtung 168 zu einer Luftführung 184 oder entgegengesetzt dazu erzeugt wer- den kann. Der wesentliche Unterschied der Stelleinrichtung 68 des ersten Ausführungsbeispiels zur Stelleinrichtung 168 des zweiten Ausführungsbeispiels besteht darin, dass der in den Figuren nach links führende Luftström zu unterschiedli- chen Komponenten geführt wird. Der Luftström 208 wird an dem Kondensator 58 vorüber geführt, wo ihm Wärmeenergie zugeführt wird, falls der Kältekreis 116 in Betrieb ist. Der so vorgewärmte Luftstrom wird der Luftführung 184 zugeführt, die an einer Stelleinrichtung 210 endet. An der Stelleinrichtung 210 kann der vorgewärmte Luftström wahlweise zusätzlich über ein Gebläse 212 mit Abwärme von den heißen Teilen des Brennstoffzellensystems 14 beaufschlagt werden. Dieser warme Luftström wird in eine Luftführung 190 geleitet, die mit der elektrischen Heizeinrichtung 36 zum weiteren Erwärmen des Luftstroms versehen ist und den Luft- strom weiter zur Stelleinrichtung 72 und von dort zu dem Lufteinlass 196 führt.

Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraft- fahrzeugs 110 in dem die erfindungsgemäße Klimaanlage 112 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel montiert ist. Bei dem Kraftfahrzeug 110 handelt es sich vorzugsweise um eine Stretchlimousine, in welcher die Klimaanlage 112 turmförmig angeordnet ist.

Nachfolgend werden verschiedene Betriebszustände aufgezeigt, die mittels der Klimaanlage 112 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel realisierbar sind; dabei kann wahlweise bei allen Betriebszuständen zusätzlich oder alternativ der Kühlschrankverdampfer 202 mittels der Stelleinrichtungen

204 in den Kältekreis 116 eingebunden werden, so dass beispielsweise Getränke im Kühlschrank gekühlt werden können: Kühlbetrieb mit Umluftzirkulation: In diesem Betriebszustand ist die Stelleinrichtung 168 so geschaltet, dass Luft aus dem Innenraum 178 über den Lufteinlass 198, die Luftführung 82 zu dem Gebläse 64 geführt wird. Dieser Luftstrom 70 wird gekühlt und über die Stelleinrichtung 72, die Luftführung 74 und den Luftauslass 196 in den Innenraum 178 geführt, wodurch dieser gekühlt wird. Um im Kühlbetrieb ein Aufheizen des Innenraums 178 zu vermeiden, wird die Abwärme des Brennstoffzellensystem 14 vom Gebläse 212 zu der Stell- einrichtung 210 geführt. Die Stelleinrichtung 210 leitet die Abwärme weiter über die Luftführung 184 zum Gebläse 206, welches derart betrieben wird, dass die Luft aus der Luftführung 184 direkt über den Kondensator 58 hinweg zur Stelleinrichtung 168 geführt wird, wodurch auch die Abwärme des Kondensators 58 auf die Luft übertragen wird. Dieser

Abwärmeluftström wird von der Stelleinrichtung 168 nach Außen abgegeben. Alternativ können auch entsprechende (nicht dargestellte) zusätzliche Gebläse und Leitungen vorgesehen sein, welche die Abwärme des BrennstoffZellensystems 14 und die Abwärme des Kondensators 58 nach Außen abführen.

Kühlbetrieb mit AußenluftZuführung: In diesem Betriebszustand ist die Stelleinrichtung 168 so geschaltet, dass Außenluft über die Außenluftleitung 66 zu dem Gebläse 64 ge- führt wird. Der Luftstrom 70 wird gekühlt und über die

Stelleinrichtung 72, die Luftführung 74 und den Luftauslass 196 in den Innenraum 178 geführt. Der über die Luftführung 82 aus dem Innenraum 178 führende Luftstrom wird von der Stelleinrichtung 168 nach Außen abgegeben. Hinsichtlich des Abführens der Abwärme des BrennstoffZellensystems 14 und des Kondensators 58 werden die im Rahmen des vorstehend beschriebenen Kühlbetriebs erläuterten Maßnahmen ergriffen. Heizbetrieb mit Umluftzirkulation: In diesem Betriebszustand wird über den Lufteinlass 198, die Luftführung 82 und die Stelleinrichtung 168 ein Luftstrom 208 zum Gebläse 206 geführt. Falls der Kühlschrank 200 gekühlt werden soll, ist der Kältekreis 116 derart in Betrieb, dass die Stelleinrichtungen 204 nur den Kühlschrankverdampfer 202 in den Kältekreis 116 einbinden. Durch diesen Betrieb des Kältekreises 116 wird Abwärme am Kondensator 58 freigesetzt. Mit dieser Abwärme wird der Luftström 208 vorgewärmt. Der vor- gewärmte Luftstrom strömt über die Luftführung 184 zur

Stelleinrichtung 210, wo der Luftstrom zusätzlich über das Gebläse 212 mit Abwärme der heißen Teile des Brennstoffzel- lensystems 14 beaufschlagt werden kann. Falls der Kühlschrankverdampfer 202 nicht in Betrieb ist, dann wird hier der Luftstrom zum ersten mal erwärmt. Die auf diese Weise vorgewärmte Luft wird mittels der Luftführung 190 zu der elektrischen Heizeinrichtung 36 und weiter zur Stelleinrichtung 72 geführt. Die elektrische Heizeinrichtung 36 wird zur Erwärmung der Luft in der Luftführung 190 mit e- lektrischem Strom betrieben. Anschließend strömt die erwärmte Luft über die Stelleinrichtung 72, die Luftführung 74 und den Luftauslass 196 in den Innenraum 178.

Heizbetrieb mit AußenluftZuführung: In diesem Betriebszu- stand wird Außenluft über die Außenluftleitung 66 von der Stelleinrichtung 168 dem Gebläse 206 zugeführt. Falls der Kondensator 58 durch die Kühlung des Kühlschranks 200 Abwärme erzeugt, wie vorstehend beschrieben, wird mit dieser der Luftstrom vorgewärmt. Dieser Luftstrom wird, wie im vorstehend beschriebenen Betriebszustand, über die Luftführung 184, die Stelleinrichtung 210 mit der damit verbundenen Erwärmung, die Luftführung 190, die elektrische Heizeinrichtung 36, die Stelleinrichtung 72, die Luftführung 74 und den Luftauslass 196 in den Innenraum 178 geleitet. An- schließend wird die Luft über die Luftführung 82 zur Stelleinrichtung 168 geführt, wo sie nach Außen abgegeben wird.

Die elektronische Steuereinheit ist im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels im Unterschied zu der elektronischen Steuereinheit des ersten Ausführungsbeispiels mit den zusätzlich zu schaltenden Komponenten, wie beispielsweise den Stelleinrichtungen 204 und den Gebläsen 206 und 212 verbunden.

In einer Abwandlung kann die Luftführung in bzw. aus dem Fahrzeuginnenraum 178 auch umgekehrt erfolgen, d.h. die Luft kann am Klimatisierungsturm 192 auch seitlich ausgeblasen und oben angesaugt werden.

Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm des Klimatisierungsbetriebs der erfindungsgemäßen Klimaanlagen 12 und 112 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. Die Routine aus Figur 5, welche von der elektronischen Steuereinheit ausge- führt wird, startet bei Schritt SlOO, wenn die Klimaanlage

12 bzw. 112 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 bzw. 112 einen automatischen Bereitschafts- betrieb 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 _, , _e

zu Schritt S105 fort, bei dem eine Wohlfühlklimatisierung durchgeführt wird. Bei dieser Wohlfühlklimatisierung wird der Innenraum 78 bzw. 178 des Kraftfahrzeugs 10 bzw. 110 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 bzw. 112 manuell abgestellt wurde. Bei einer manuellen Abschaltung endet der Prozess bei Schritt S112, ansonsten kehrt der Prozess zurück zu Schritt S105. Falls der Benut- zer 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 bzw. 178 auf eine Bereitschafts- Solltemperatur (z.B. 25⁰C) 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 hin- gegen die Außentemperatur niedrig, dann ist die Bereitschafts-Solltemperatur geringer als die Wohlfühltemperatur . Somit wird beispielsweise bei hoher Außentemperatur ein Aufheizen des Innenraumes 78 bzw. 178 verhindert und im Be- darfsfall ein sehr schnelles Erreichen der Wohlfühltempera- tur gewährleistet, weil der Innenraum 78 bzw. 178 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 bzw. 112 sieht in der Praxis so aus, dass eine automatische Bereitschaftsklimatisierung gewählt ist. Wird das Antriebsaggregat 94 betrieben, dann kann der Innenraum 78 bzw. 178 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 bzw. 110 eventuell verlassen) , startet die Klimaanlage 12 bzw. 112 die Bereitschaftsklimatisierung, die den Innenraum bei hoher Außentemperatur auf beispielsweise 25⁰C kühlt. Dieser Bereitschaftsklimatisierungsbe- trieb kann mit 60 Litern Brennstoff problemlos 12 Tage im Dauerbetrieb erfolgen. Der Bereitschaftsklimatisierungsbe- trieb wird solange durchgeführt, bis der Benutzer kurz vor Fahrtantritt eine Wohlfühlklimatisierung wählt, die dann den Innenraum 78 bzw. 178 auf beispielsweise 18°C kühlt. Die Wohlfühlklimatisierung wird dann solange durchgeführt bis das Antriebsaggregat 94 wieder gestartet wird. Obwohl vorstehend beschrieben wurde, dass die Klimaanlage 12 bzw. 112 nur im Stand, d.h. bei Stillstand des Antriebsaggregats 94, betrieben wird, ist dies nur die bevorzugte Betriebsweise und es ist auch möglich, die Klimaanlage 12 bzw. 112 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.

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Bezugszeichenliste :

10 Kraftfahrzeug

12 Klimaanlage 14 Brennstoffzellensystem

16 Kältekreis

18 Reformer

20 BrennstoffStrang

22 Brennstoffsträng 24 Oxidationsmittelstrang

26 Brennstoffzellenstapel

28 Kathodenzuluftstrang

30 Elektrische Leitung

32 Elektromotor 34 Batterie

36 Elektrische Heizeinrichtung

38 Anodenabgassträng

40 Mischeinheit

42 Nachbrenner 44 Brennstoffsträng

46 Oxidationsmittelstrang

48 Mischeinheit

50 Kathodenabluftstrang

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

110 Kraftfahrzeug

112 Klimaanlage

116 Kältekreis 168 Stelleinrichtung

178 Innenraum

184 Luftführung

190 Luftführung

192 Klimatisierungsturm 194 Innenaufbau der Klimaanlage

196 Luftauslass

198 Lufteinlass

200 Kühlschrank

202 Kühlschrankverdampfer 204 Stelleinrichtungen

206 Gebläse

208 Luftström

210 Stelleinrichtung

212 Gebläse

Claims

ANSPRÜCHE

1. Klimaanlage (12; 112) für ein Kraftfahrzeug (10; 110), mit :

einer Brennstoffzelle (26) und

- einem Kältekreis (16; 116) , der mittels von der Brennstoffzelle (26) erzeugter Energie betreibbar ist,

wobei die Klimaanlage (12; 112) dazu ausgelegt ist, bei Stillstand eines Antriebsaggregats (94) , welches zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs (10; 110) dient, betreibbar zu sein,

dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage (12; 112) dazu ausgelegt ist, bei Stillstand des Antriebsaggregats (94) zumindest zeitweise die Temperatur im Innenraum (78; 178) des Kraftfahrzeugs (10; 110) auf eine Bereitschafts- Solltemperatur zu regeln, die sich von einer endgültigen, vom Benutzer gewünschten Solltemperatur unterscheidet.

2. Klimaanlage (12; 112) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage (12; 112) so ausgelegt ist, dass sie bei Stillstand des Antriebsaggregats (94) automatisch in einen Bereitschaftsbetriebsmodus schaltet, in dem die Temperatur im Innenraum (78; 178) des Kraftfahr- zeugs (10; 110) auf die Bereitschafts-Solltemperatur geregelt wird.

3. Klimaanlage (12; 112) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage _

(12; 112) aktivierbar ist, die einzuregelnde Solltemperatur von der Bereitschafts-Solltemperatur auf die vom Benutzer gewünschte Solltemperatur zu wechseln.

4. Klimaanlage (12; 112) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage (12; 112) des Weiteren eine Wärmefördereinrichtung (86; 212) umfasst, mit der eine Abwärme der Brennstoffzelle (26) für Heizzwecke in den Innenraum (78; 178) eines Kraftfahr- zeugs (10; 110) führbar ist.

5. Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage (12; 112) für ein Kraftfahrzeug (10; 110) , mit den Schritten:

- Betreiben eines Kältekreises (16; 116) der Klimaanlage (12; 112) mittels von einer Brennstoffzelle (26) erzeugter Energie; und

Betreiben der Klimaanlage (12; 112) bei Stillstand ei- nes Antriebsaggregats (94) , welches zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs (10; 110) dient,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zumindest zeitweise bei Stillstand des Antriebsaggregats (94) die Tempe- ratur im Innenraum (78; 178) des Kraftfahrzeugs (10; 110) auf eine Bereitschafts-Solltemperatur regelt, die sich von einer endgültigen, vom Benutzer gewünschten Solltemperatur unterscheidet .

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage (12; 112) bei Stillstand des Antriebs- aggregats (94) automatisch in einen Bereitschaftsbetriebs- modus schaltet, in dem die Temperatur im Innenraum (78; 178) des Kraftfahrzeugs (10; 110) auf die Bereitschafts- Solltemperatur geregelt wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6 , dadurch gekenn- zeichnet, dass die Klimaanlage (12; 112) aktiviert wird, die einzuregelnde Solltemperatur von der Bereitschafts- Solltemperatur auf die vom Benutzer gewünschte Solltemperatur zu wechseln.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitschafts-Solltemperatur höher festgesetzt wird als die endgültige, vom Benutzer gewünschte Solltemperatur, falls die Außentemperatur höher ist als die vom Benutzer gewünschte Solltemperatur, und dass die die Bereitschafts-Solltemperatur niedriger festgesetzt wird als die endgültige, vom Benutzer gewünschte Solltemperatur, falls die Außentemperatur niedriger ist als die vom Benutzer gewünschte Solltemperatur.

9. Kraftfahrzeug (10; 110) mit einer Klimaanlage (12; 112) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.