WO2019034480A1 - Klimatisierungssystem für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2019034480A1
WO2019034480A1 PCT/EP2018/071379 EP2018071379W WO2019034480A1 WO 2019034480 A1 WO2019034480 A1 WO 2019034480A1 EP 2018071379 W EP2018071379 W EP 2018071379W WO 2019034480 A1 WO2019034480 A1 WO 2019034480A1
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drive
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cabin
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PCT/EP2018/071379
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Frank Heber
Helerson Kemmer
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Robert Bosch Gmbh
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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
    • B60H3/00—Other air-treating devices
    • B60H3/02—Moistening ; Devices influencing humidity levels, i.e. humidity control
    • B60H3/024—Moistening ; Devices influencing humidity levels, i.e. humidity control for only dehumidifying the air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to an air conditioning system for a vehicle according to the preamble of the independent device claim, a method for air conditioning a vehicle interior according to the preamble of the independent method claim and a corresponding motor vehicle.
  • Vehicles which are equipped with fuel cell systems for driving the vehicle and which require a ventilation system for a vehicle interior.
  • a fuel cell system z For example, the reaction of hydrogen to water by the compound with the oxygen of the air instead.
  • the anode is supplied with hydrogen, while the cathode air, usually a filtered ambient air, is supplied. By sucking in the ambient air, it is heated. To ensure that the compressed air does not thermally damage the downstream components, the air is cooled by a heat exchanger to approx. 100 ° C.
  • the air is humidified by a humidifier to prevent dehumidification of the fuel cell system.
  • a humidifier to prevent dehumidification of the fuel cell system.
  • L. D. R. a membrane humidifier is used, wherein the moisture is removed from the wet exhaust air.
  • the waste heat produced in addition to the electrical energy and wastewater is removed by a thermal circuit to a vehicle radiator.
  • a fan sucks a cooling air, usually also an ambient air, through the vehicle radiator. The cooling air is warmed up after the passage of the vehicle radiator.
  • a ventilation system can also be called air conditioning. Much of the air conditioning is the dehumidification of the air. A cabin air in the The interior of the vehicle, which is provided by the ventilation system, sometimes has to be cooled very deeply, so that the water can be condensed and separated. As a result, the power requirement of the ventilation system is considerably greater than would be necessary for a desired cooling of the air.
  • the present invention provides an air conditioning system for a vehicle according to the independent apparatus claim, and a method for
  • the invention provides an air conditioning system for a vehicle, with a ventilation system for air conditioning a vehicle interior, wherein in the vehicle interior, a cabin air can be accommodated by the
  • Ventilation system is provided, and a drive system for driving the vehicle is executed, wherein the drive system has at least one air path for providing a functional air to a drive component of the drive system.
  • a humidifier is provided which dehumidifies the cabin air through the functional air from the air path.
  • the humidifier between the cabin air and the air path can be fluidly integrated and form a connection for the water, in particular from the cabin air to the air path.
  • the air conditioning system according to the invention (or simply system) can be used both for mobile applications with vehicles of all kinds, including
  • Motor vehicles including passenger cars, trucks, aircraft and ships, as well as for stationary applications, for example, in one
  • Emergency power supply and / or as a generator or the like may be used.
  • the invention makes use of the fact that during operation of the vehicle a hot functional air is produced, which is very dry.
  • a hot and dry functional air can be used to efficiently dehumidify the humid cabin air.
  • a cooling air can be used, which is used for cooling a drive component.
  • Drive component can be used.
  • the ambient air can be used as the reaction gas.
  • the oxygen-containing ambient air for a
  • Cathode path or a fuel-containing gas mixture can be used for an anode path.
  • a humidifier can, for example, serve a membrane humidifier, which may have a water-permeable, preferably exclusively water-permeable, membrane. It is conceivable that a separate humidifier is used to dehumidify the cabin air. In a fuel cell system, it is furthermore conceivable that a separate or a humidifier already present in the system can be used to dehumidify the cabin air.
  • the inventive concept is that the cabin air is dehumidified by exchanging water with hot functional air.
  • the advantage can be achieved that the system costs are reduced in the motor vehicle, because the ventilation system must provide less power than in conventional vehicles and thus can be designed smaller.
  • the drive component of the drive system in the form of an internal combustion engine, an electric drive, a hybrid drive or a generator is formed, wherein the air path is formed in the form of a supply air path or a cooling air path for the drive component.
  • the invention can be used in different areas, namely in all vehicles or other machinery, such. As aircraft, trains or stationary applications that can be designed with different drive systems. In other words, the invention can be used anywhere where drive components must be cooled or where
  • Drive components require an air as a reaction gas and in the immediate vicinity of an air volume, for example. In the vehicle voice, to be dehumidified.
  • the drive component of the drive system is in the form of a fuel cell system, wherein the air path in the form of a supply air path of a cathode path or a cooling air path for the
  • the air conditioning system according to the invention can be used in all vehicles or other machines that have a fuel cell system as a drive component.
  • a hot functional air is produced at two different locations.
  • the ambient air or functional air is used as a reaction gas, which is sucked from the environment, compressed and thus heated.
  • the ambient air or functional air is used as a cooling air, which absorbs the heat during operation of the fuel cell system and transported away.
  • the one or the other functional air can be used in the invention for dehumidifying the
  • Cabin air of the vehicle interior can be used. Furthermore, it may be advantageous in a fuel cell system that the same humidifier used in the
  • Fuel cell system is present and for wetting the
  • warmed cathode air serves as a reaction gas, is used at the same time for dehumidifying the cabin air.
  • the humidifier in the form of a membrane humidifier is trained.
  • a humidifier is a simple, inexpensive component.
  • a membrane humidifier can advantageously have a water-permeable, preferably exclusively water-permeable, membrane in order to extract the water molecules from the moist cabin air and to add them to the dry functional air. Further, as a humidifier
  • Absorption humidifiers are used. In the context of the invention, it is also conceivable that a humidifier already present in the system can be used for dehumidifying the cabin air.
  • the invention provides a method for air conditioning a
  • Vehicle interior ready, with cabin air is received in the vehicle interior.
  • a functional air is used, which in the
  • Moisture deficits and moisture surpluses in the vehicle are balanced in an advantageous manner, preferably canceled against each other.
  • the functional air is used in the form of cooling air for a drive component of the drive system.
  • Drive components usually produce heat that can be dissipated with the help of cooling air.
  • the heated after the passage of the drive component cooling air is very dry and is suitable in an advantageous manner for removing moisture from the cabin air, eg. Using a humidifier.
  • the functional air is used in the form of a reaction gas for a drive component of the drive system.
  • the reaction gas is added in a compressed state to the drive component.
  • the compressed reaction gas becomes warm and dry, so that it is in an advantageous manner for dehumidifying the cabin air, eg.
  • a humidifier is suitable.
  • an oxygen-containing ambient air or a fuel-containing gas mixture is conceivable as the reaction gas.
  • the invention provides a vehicle, which with a
  • Ventilation system for air conditioning a vehicle interior, wherein in the vehicle interior, a cabin air is receivable, and a drive system for driving the vehicle is carried out, wherein the drive system at least one air path for providing a functional air to a
  • a humidifier is provided according to the invention, which dehumidifies the cabin air through the functional air from the air path.
  • the motor vehicle according to the invention achieves the same advantages described above in connection with the air-conditioning system according to the invention and the method according to the invention. To avoid repetition, reference is made in the present case to these advantages in full.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a fuel cell system as a drive component of a drive system for a vehicle
  • Fig. 2 is a schematic representation of an inventive
  • Air conditioning system for a vehicle according to an embodiment
  • Fig. 3 is a schematic representation of an inventive
  • Air conditioning system for a vehicle according to another embodiment.
  • FIG. 1 shows a fuel cell system, for example a polymer electrolyte fuel cell system, which is used as a drive component 2 a of a
  • Drive system 2 can be used in a vehicle.
  • Fuel cell system may comprise a plurality of fuel cells, which can be connected in series in a stack, a so-called stack. In the stack, a cold combustion of hydrogen through the connection with the
  • the fuel cell system according to the invention is advantageously suitable for mobile applications, ie for applications in vehicles of all kinds, as well as for stationary applications, for example in generators or in emergency power supply.
  • an anode of the fuel cell is supplied with hydrogen by means of an anode path 10, while air is supplied to a cathode of the fuel cell, for example ambient air, by means of a cathode path 20.
  • the electrical power from the fuel cell system is provided via an electrical circuit to an electrical system 102 of the vehicle.
  • the anode path 10 includes a closed anode lead between a fuel tank 11 and the fuel cell.
  • a shut-off valve 12 for switching off the fuel supply and at least one pressure regulator 13, for example.
  • a throttle valve for setting a suitable pressure in the anode line 10.
  • An unused fuel can by means of a
  • Recirculation pump 14 are added to the fresh fuel.
  • the cathode path 20 has at the entrance of a Zu Kunststoffpfad one
  • the cathode path 20 in the supply air path includes an air filter 22 to filter the ambient air according to the requirements of the fuel cell system.
  • a compressor 23, for example in the form of a nipple, ensures that sufficient air passes as a reaction gas to the cathode of the fuel cell.
  • a heat exchanger 24 is provided for cooling the compressed ambient air, which according to an embodiment of the invention according to FIG. 2 can act as a functional air FL according to the invention, after passage of the compressor 23 to a suitable temperature, for example 100 ° C.
  • a humidifier 25 ensures that the heated and dry functional air FL is moistened and sent back to the cathode.
  • the waste heat produced in addition to the electrical energy and wastewater is removed by a thermal circuit 30 to a vehicle cooler 32. in the
  • Thermal circuit 30 is also provided a recirculation pump 31 for circulating a coolant.
  • a fan 41 from a cooling air path 40 draws a cooling air, usually also an ambient air, through the vehicle radiator 32.
  • the cooling air is warmed up after the passage of the vehicle radiator 32 and, according to an embodiment of the invention according to FIG. 3, can function as a functional air FL according to the invention.
  • FIGS. 2 and 3 show an inventive air conditioning system 100, with a fuel cell system, which described with reference to Figure 1 has been.
  • the fuel cell system in FIGS. 2 and 3 does not merely show all the components described with reference to FIG.
  • the fuel cell system according to FIGS. 2 and 3 can have all the components described above.
  • the air conditioning system 100 comprises a
  • Ventilation system 1 for providing a cabin air KL in one
  • Air conditioning system 100 a drive system 2, which a
  • Fuel cell system according to the figure 1 can use as a drive component 2a, wherein the drive system 2 at least one air path 20, 40 for providing a functional air FL to a drive component 2a of
  • Air conditioning system 100 can be used wherever, when configured
  • a humidifier 3 which dehumidifies the cabin air KL through the functional air FL from the air path.
  • a cooling air which is used for cooling a drive component 2 a can be used as functional air FL.
  • the ambient air can be used as the cooling air.
  • the oxygen-containing ambient air from the cooling air path 40 may also be used as the cooling air.
  • Drive component 2a can be used.
  • the ambient air may be used as the reaction gas become.
  • Cathode path 20 or a fuel-containing gas mixture for an anode path 10 can be used.
  • humidifier 3 for example, can serve a membrane humidifier, which may have a water-permeable, preferably exclusively water-permeable, membrane.
  • an absorption humidifier is conceivable as a humidifier 3 in the context of the invention.
  • a separate humidifier 3 is used for dehumidifying the cabin air KL.
  • a separate humidifier 3 (embodiment, as shown in Figures 2 and 3) or a system already existing in the humidifier 25, for example, from the cathode path 20, (not shown Embodiment) can be used.
  • the total cost in the motor vehicle can be reduced because the ventilation system 1 must provide less power than in conventional vehicles and thus can be designed smaller.
  • such a ventilation system 1 requires a smaller engine than in conventional
  • Air conditioning system 100 increases and significantly reduces the energy required for the dehumidification of the cabin air KL.

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Abstract

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

Description

Beschreibung Titel
Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs, ein Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes nach dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs und ein entsprechendes Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Es sind Fahrzeuge bekannt, die mit Brennstoffzellensystemen für einen Antrieb des Fahrzeuges ausgestattet sind und die ein Belüftungssystem für einen Fahrzeuginnenraum benötigen. In einem Brennstoffzellensystem findet z. B. die Reaktion von Wasserstoff zu Wasser durch die Verbindung mit dem Sauerstoff der Luft statt. Dafür wird der Anode Wasserstoff zugeführt, während der Kathode Luft, meistens eine gefilterte Umgebungsluft, zugeführt wird. Durch Einsaugen der Umgebungsluft wird diese erwärmt. Damit die verdichtete Luft die nachgeschalteten Komponenten thermisch nicht schädigt, wird die Luft durch einen Wärmetauscher auf ca. 100°C abgekühlt. Um eine Membran des
Brennstoffzellensystems nicht zu entfeuchten, wird die Luft zusätzlich durch einen Befeuchter befeuchtet. l.d. R. wird ein Membranbefeuchter verwendet, wobei die Feuchte aus der nassen Abluft entnommen wird. Die neben der elektrischen Energie und Abwasser produzierte Abwärme wird durch einen Thermalkreis zu einem Fahrzeugkühler abgeführt. Ein Lüfter saugt eine Kühlluft, meistens ebenfalls eine Umgebungsluft, durch den Fahrzeugkühler. Die Kühlluft wird nach dem Durchgang des Fahrzeugkühlers aufgewärmt.
Ein Belüftungssystem kann ebenfalls als Klimaanlage bezeichnet werden. Ein großer Teil der Klimatisierung gilt der Entfeuchtung der Luft. Eine Kabinenluft im Fahrzeuginnenraum, die durch das Belüftungssystem bereitgestellt wird, muss tlw. sehr tief gekühlt werden, damit das Wasser kondensiert und abgeschieden werden kann. Dadurch ist der Leistungsbedarf des Belüftungssystems erheblich größer als für eine gewünschte Abkühlung der Luft notwendig wäre.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung sieht ein Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch, sowie ein Verfahren zum
Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes nach dem unabhängigen
Verfahrensanspruch sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug vor. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten
Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im
Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren oder dem
erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die Erfindung stellt ein Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug bereit, mit einem Belüftungssystem zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes, wobei im Fahrzeuginnenraum eine Kabinenluft aufnehmbar ist, die durch das
Belüftungssystem bereitgestellt ist, und einem Antriebssystem zum Antreiben des Fahrzeuges ausgeführt ist, wobei das Antriebssystem mindestens einen Luftpfad zum Bereitstellen einer Funktionsluft an eine Antriebskomponente des Antriebssystems aufweist. Erfindungsgemäß ist ein Befeuchter vorgesehen, welcher die Kabinenluft durch die Funktionsluft aus dem Luftpfad entfeuchtet. Somit kann der Befeuchter zwischen der Kabinenluft und dem Luftpfad fluidtechnisch eingebunden sein und eine Verbindung für das Wasser, insbesondere von der Kabinenluft zum Luftpfad, bilden.
Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem (oder einfach System) kann dabei sowohl für mobile Anwendungen mit Fahrzeugen aller Art, darunter
Kraftfahrzeugen, umfassend Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Flugzeuge und Schiffe, als auch für stationäre Anwendungen, bspw. in einer
Notstromversorgung und/oder als ein Generator oder dergleichen, verwendet werden.
Die Erfindung macht sich zunutze, dass im Betrieb des Fahrzeuges eine heiße Funktionsluft entsteht, die sehr trocken ist. In einem Befeuchter kann eine solche heiße und trockene Funktionsluft dazu genutzt werden, die feuchte Kabinenluft effizient zu entfeuchten. Als eine Funktionsluft kann einerseits eine Kühlluft verwendet werden, die zum Kühlen einer Antriebskomponente genutzt wird. Andererseits kann als eine Funktionsluft ein Reaktionsgas einer
Antriebskomponente verwendet werden. Bei Verbrennungsmotoren als eine Antriebskomponente kann als Reaktionsgas die Umgebungsluft verwendet werden. Bei Brennstoffzellensystemen als eine Antriebskomponente kann als Reaktionsgas ebenfalls die sauerstoffhaltige Umgebungsluft für einen
Kathodenpfad oder ein brennstoffhaltiges Gasgemisch für einen Anodenpfad verwendet werden. Als Befeuchter kann bspw. ein Membranbefeuchter dienen, der eine wasserdurchlässige, vorzugsweise ausschließlich wasserdurchlässige, Membran aufweisen kann. Dabei ist es denkbar, dass ein separater Befeuchter zum Entfeuchten der Kabinenluft benutzt wird. Bei einem Brennstoffzellensystem ist weiterhin denkbar, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft ein separater oder ein im System bereits vorhandener Befeuchter benutzt werden kann.
Mit anderen Worten liegt der Erfindungsgedanke darin, dass die Kabinenluft durch Wasseraustausch mit heißer Funktionsluft entfeuchtet wird. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass die Systemkosten im Kraftfahrzeug reduziert werden, weil das Belüftungssystem weniger Leistung bereitstellen muss als in herkömmlichen Fahrzeugen und somit kleiner ausgelegt werden kann.
Außerdem benötigt ein solches Belüftungssystem einen kleineren Motor als in herkömmlichen Fahrzeugen. Somit wird durch die Erfindung die Effizienz des Klimatisierungssystems erhöht und der Energieaufwand für die Entfeuchtung der Kabinenluft erheblich reduziert.
Ferner kann im Rahmen der Erfindung bei einem Klimatisierungssystem vorgesehen sein, dass die Antriebskomponente des Antriebssystems in Form eines Verbrennungsmotors, eines Elektroantriebes, eines Hybridantriebes oder eines Generators ausgebildet ist, wobei der Luftpfad in Form eines Zuluftpfades oder eines Kühlluftpfades für die Antriebskomponente ausgebildet ist. Somit kann die Erfindung in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt werden, nämlich in allen Fahrzeugen oder sonstigen Maschinen, wie z. B. Flugzeugen, Zügen oder stationären Anwendungen, die mit unterschiedlichen Antriebssystemen ausgelegt sein können. Mit anderen Worten kann die Erfindung überall dort eingesetzt werden, wo Antriebskomponenten gekühlt werden müssen oder wo
Antriebskomponenten eine Luft als ein Reaktionsgas benötigen und in deren unmittelbarer Nähe ein Luftvolumen, bspw. im Fahrzeugimmenraum, entfeuchtet werden soll.
Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung bei einem Klimatisierungssystem vorgesehen sein, dass die Antriebskomponente des Antriebssystems in Form eines Brennstoffzellensystems ausgebildet ist, wobei der Luftpfad in Form eines Zuluftpfades eines Kathodenpfades oder eines Kühlluftpfades für die
Antriebskomponente ausgebildet ist. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem in allen Fahrzeugen oder sonstigen Maschinen eingesetzt werden kann, die ein Brennstoffzellensystem als eine Antriebskomponente aufweisen. In einem Brennstoffzellensystem wird eine heiße Funktionsluft an zwei unterschiedlichen Stellen produziert. Zum einen wird die Umgebungsluft bzw. Funktionsluft als ein Reaktionsgas verwendet, die aus der Umgebung eingesaugt, verdichtet und somit erwärmt wird. Zum anderen wird die Umgebungsluft bzw. Funktionsluft als eine Kühlluft genutzt, die die Wärme im Betrieb des Brennstoffzellensystems aufnimmt und abtransportiert. Die eine oder die andere Funktionsluft kann im Rahmen der Erfindung zum Entfeuchten der
Kabinenluft des Fahrzeuginnenraums genutzt werden. Weiterhin kann bei einem Brennstoffzellensystem vorteilhaft sein, dass derselbe Befeuchter, der im
Brennstoffzellensystem vorhanden ist und der zum Befeuchten der
aufgewärmten Kathodenluft als Reaktionsgas dient, gleichzeitig zum Entfeuchten der Kabinenluft eingesetzt wird. Somit können die Systemkosten, das
Systemgewicht und die Anzahl der Bauteile im Brennstoffzellensystem reduziert werden.
Des Weiteren kann im Rahmen der Erfindung bei einem Klimatisierungssystem vorgesehen sein, dass der Befeuchter in Form eines Membranbefeuchters ausgebildet ist. Ein solcher Befeuchter ist ein einfaches, kostengünstiges Bauteil. Ein Membranbefeuchter kann vorteilhafterweise eine wasserdurchlässige, vorzugsweise ausschließlich wasserdurchlässige, Membran aufweisen, um die Wassermoleküle aus der feuchten Kabinenluft zu entziehen und der trockenen Funktionsluft hinzuzufügen. Ferner kann als ein Befeuchter ein
Absorptionsbefeuchter eingesetzt werden. Im Rahmen der Erfindung ist es zudem denkbar, dass ein im System bereits vorhandener Befeuchter zum Entfeuchten der Kabinenluft benutzt werden kann.
Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zum Klimatisieren eines
Fahrzeuginnenraumes bereit, wobei im Fahrzeuginnenraum eine Kabinenluft aufnehmbar ist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft eine Funktionsluft verwendet wird, die beim
Antreiben des Fahrzeuges genutzt wird. Somit kann mithilfe des
erfindungsgemäßen Verfahrens der Vorteil erreicht werden, dass
Feuchtigkeitsdefizite und Feuchtigkeitsüberschüsse im Fahrzeug auf eine vorteilhafte Weise ausgeglichen, vorzugsweise gegeneinander aufgehoben, werden. Im Rahmen der Erfindung kann vorteilhaft sein, dass an der Stelle im Fahrzeug, wo überschüssige Feuchtigkeit vorhanden ist, sie entnommen und an der Stelle dem Fahrzeug wieder zugefügt wird, wo ein Bedarf an Feuchtigkeit herrscht. Vorteilhafterweise wird im Rahmen der Erfindung die heiße
Funktionsluft genutzt, die ohnehin beim Antreiben des Fahrzeuges entsteht, und an die Stelle im Fahrzeug geleitet, wo eine überschüssige Feuchtigkeit vorhanden ist, um diese Feuchtigkeit zu entziehen.
Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft die Funktionsluft in Form einer Kühlluft für eine Antriebskomponente des Antriebssystems verwendet wird.
Antriebskomponenten produzieren meist Wärme, die mithilfe der Kühlluft abgeführt werden kann. Die nach dem Durchgang der Antriebskomponente aufgewärmte Kühlluft ist sehr trocken und eignet sich auf eine vorteilhafte Weise zum Entziehen der Feuchtigkeit aus der Kabinenluft, bspw. mithilfe eines Befeuchters. Des Weiteren kann im Rahmen der Erfindung bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft die Funktionsluft in Form eines Reaktionsgases für eine Antriebskomponente des Antriebssystems verwendet wird. Meistens wird das Reaktionsgas in einem verdichteten Zustand der Antriebskomponente zugefügt. Das verdichtete Reaktionsgas wird warm und trocken, sodass es auf eine vorteilhafte Weise zum Entfeuchten der Kabinenluft, bspw. mithilfe eines Befeuchters, geeignet ist. Bei einem Brennstoffzellensystem als eine Antriebskomponente ist als Reaktionsgas eine sauerstoffhaltige Umgebungsluft oder ein brennstoffhaltiges Gasgemisch denkbar.
Des Weiteren kann im Rahmen der Erfindung bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft ein Klimatisierungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird. Somit können mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die gleichen Vorteile erreicht werden, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
Ferner stellt die Erfindung ein Fahrzeug bereit, welches mit einem
Belüftungssystem zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes, wobei im Fahrzeuginnenraum eine Kabinenluft aufnehmbar ist, und einem Antriebssystem zum Antreiben des Fahrzeuges ausgeführt ist, wobei das Antriebssystem mindestens einen Luftpfad zum Bereitstellen einer Funktionsluft an eine
Antriebskomponente des Antriebssystems aufweist. Hierzu ist erfindungsgemäß ein Befeuchter vorgesehen, welcher die Kabinenluft durch die Funktionsluft aus dem Luftpfad entfeuchtet. Mithilfe des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Klimatisierungssystem und dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird vorliegend auf diese Vorteile vollumfänglich Bezug genommen.
Bevorzugte Ausführungsbeisp
Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem und seine Weiterbildungen sowie seine Vorteile und das erfindungsgemäße Verfahren und seine Weiterbildungen sowie seine Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brennstoffzellensystems als eine Antriebskomponente eines Antriebssystems für ein Fahrzeug,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Klimatisierungssystems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführung, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Klimatisierungssystems für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführung.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile des Klimatisierungssystems 100 stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.
Die Figur 1 zeigt ein Brennstoffzellensystem, bspw. ein Polymerelektrolyt- Brennstoffzellensystem, welches als eine Antriebskomponente 2a eines
Antriebssystems 2 in einem Fahrzeug genutzt werden kann. Das
Brennstoffzellensystem kann mehrere Brennstoffzellen umfassen, die in einem Stapel, einem sog. Stack, in Reihe verschaltet werden können. Im Stack findet eine kalte Verbrennung von Wasserstoff durch die Verbindung mit dem
Sauerstoff der Kathodenluft statt. Das erfindungsgemäße Brennstoffzellensystem eignet sich vorteilhafterweise für mobile Anwendungen, d. h. für Anwendungen in Fahrzeugen jeder Art, sowie für stationäre Anwendungen, bspw. in Generatoren oder bei Notstromversorgung. Dafür wird einer Anode der Brennstoffzelle Wasserstoff mithilfe eines Anodenpfades 10 zugeführt, während einer Kathode der Brennstoffzelle Luft, bspw. Umgebungsluft, mithilfe eines Kathodenpfades 20 zugeführt wird. Die elektrische Leistung vom Brennstoffzellensystem wird über einen elektrischen Kreislauf an ein elektrisches Bordnetzt 102 des Fahrzeuges bereitgestellt. Der Anodenpfad 10 umfasst eine geschlossene Anodenleitung zwischen einem Brennstoff- bzw. einen Wasserstofftank 11 und der Brennstoffzelle. Nach dem Brennstofftank 11 ist im Anodenpfad 10 ein Absperrventil 12 zum Abschalten der Brennstoffversorgung und mindestens ein Druckregler 13, bspw. in Form eines Drosselventils, zum Einstellen eines geeigneten Druckes in der Anodenleitung 10 vorgesehen. Ein unverbrauchter Brennstoff kann mittels einer
Rezirkulationspumpe 14 dem frischen Brennstoff beigemischt werden. Ein Drainventil 15, bspw. in Form eines Drosselventils, ist zum Abführen eines überschüssigen Wassers aus dem Anodenpfad 10 vorgesehen.
Der Kathodenpfad 20 weist am Eingang eines Zuluftpfades einen
Temperatursensor 21 auf. Zudem umfasst der Kathodenpfad 20 im Zuluftpfad einen Luftfilter 22, um die Umgebungsluft entsprechend den Erfordernissen des Brennstoffzellensystems zu filtern. Ein Verdichter 23, bspw. in Form eines Saugers, sorgt dafür, dass ausreichend Luft als ein Reaktionsgas zur Kathode der Brennstoffzelle gelangt. Ein Wärmetauscher 24 ist vorgesehen, um die verdichtete Umgebungsluft, die gemäß einer Ausführung der Erfindung gemäß der Figur 2 als eine erfindungsgemäße Funktionsluft FL fungieren kann, nach Durchgang des Verdichters 23 auf eine geeignete Temperatur, bspw. 100°C, abzukühlen. Ein Befeuchter 25 sorgt dafür, dass die erhitzte und trockene Funktionsluft FL befeuchtet und zurück zur Kathode geschickt wird. Am Ausgang des Kathodenpfades 20 befindet sich ein Regelventil 27, bspw. in Form eines Drosselventils.
Die neben der elektrischen Energie und Abwasser produzierte Abwärme wird durch einen Thermalkreis 30 zu einem Fahrzeugkühler 32 abgeführt. Im
Thermalkreis 30 ist außerdem eine Rezirkulationspumpe 31 zum Umwälzen eines Kühlmittels vorgesehen. Ein Lüfter 41 aus einem Kühlluftpfad 40 zieht eine Kühlluft, meistens ebenfalls eine Umgebungsluft, durch den Fahrzeugkühler 32. Die Kühlluft wird nach dem Durchgang des Fahrzeugkühlers 32 aufgewärmt und kann gemäß einer Ausführung der Erfindung gemäß der Figur 3 als eine erfindungsgemäße Funktionsluft FL fungieren.
Die Figuren 2 und 3 zeigen ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem 100, mit einem Brennstoffzellensystem, welches mithilfe der Figur 1 beschrieben wurde. Das Brennstoffzellensystem in den Figuren 2 und 3 zeigt nicht alle Komponenten, die mithilfe der Figur 1 beschrieben wurden, lediglich aus
Einfachheitsgründen. Grundsätzlich kann das Brennstoffzellensystem gemäß den Figuren 2 und 3 alle oben beschriebenen Komponenten aufweisen.
Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem 100 umfasst ein
Belüftungssystem 1 zum Bereitstellen einer Kabinenluft KL in einen
Fahrzeuginnenraum 101. Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße
Klimatisierungssystem 100 ein Antriebssystem 2, welches ein
Brennstoffzellensystem gemäß der Figur 1 als eine Antriebskomponente 2a nutzten kann, wobei das Antriebssystem 2 mindestens einen Luftpfad 20, 40 zum Bereitstellen einer Funktionsluft FL an eine Antriebskomponente 2a des
Antriebssystems 2 aufweist.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass als eine Antriebskomponente 2a im Sinne der Erfindung ein Verbrennungsmotor, ein Elektroantrieb, ein Hybridantrieb oder ein Generator eingesetzt werden kann. Das erfindungsgemäße
Klimatisierungssystem 100 kann überall dort eingesetzt werden, wo beim
Antreiben des Fahrzeuges, d. h. im Betrieb des Antriebssystems 2, eine heiße Funktionsluft FL entsteht und wo es einen Raum 101 mit einer Kabinenluft KL gibt, der entfeuchtet werden muss.
Erfindungsgemäß ist ein Befeuchter 3 vorgesehen, welcher die Kabinenluft KL durch die Funktionsluft FL aus dem Luftpfad entfeuchtet.
Als Funktionsluft FL kann einerseits eine Kühlluft verwendet werden, die zum Kühlen einer Antriebskomponente 2a genutzt wird. Bei Verbrennungsmotoren als eine Antriebskomponente 2a kann als Kühlluft die Umgebungsluft verwendet werden. Bei Brennstoffzellensystemen als eine Antriebskomponente 2a kann als Kühlluft ebenfalls die sauerstoffhaltige Umgebungsluft aus dem Kühlluftpfad 40 verwendet werden.
Andererseits kann als Funktionsluft FL ein Reaktionsgas einer
Antriebskomponente 2a verwendet werden. Bei Verbrennungsmotoren als eine Antriebskomponente 2a kann als Reaktionsgas die Umgebungsluft verwendet werden. Bei Brennstoffzellensystemen als eine Antriebskomponente 2a kann als Reaktionsgas ebenfalls die sauerstoffhaltige Umgebungsluft für einen
Kathodenpfad 20 oder ein brennstoffhaltiges Gasgemisch für einen Anodenpfad 10 verwendet werden.
Als Befeuchter 3 kann bspw. ein Membranbefeuchter dienen, der eine wasserdurchlässige, vorzugsweise ausschließlich wasserdurchlässige, Membran aufweisen kann. Zudem ist ein Absorptionsbefeuchter als ein Befeuchter 3 im Sinne der Erfindung denkbar.
Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass ein separater Befeuchter 3 zum Entfeuchten der Kabinenluft KL benutzt wird. Bei einem Brennstoffzellensystem ist es weiterhin denkbar, dass zum Entfeuchten der Kabinenluft KL ein separater Befeuchter 3 (Ausführungsbeispiel, wie gezeigt in den Figuren 2 und 3) oder ein im System bereits vorhandener Befeuchter 25, bspw. aus dem Kathodenpfad 20, (ein nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel) benutzt werden kann.
Somit können die Gesamtkosten im Kraftfahrzeug reduziert werden, weil das Belüftungssystem 1 weniger Leistung bereitstellen muss als in herkömmlichen Fahrzeugen und somit kleiner ausgelegt werden kann. Außerdem benötigt ein solches Belüftungssystem 1 einen kleineren Motor als in herkömmlichen
Fahrzeugen. Somit wird durch die Erfindung die Effizienz des
Klimatisierungssystems 100 erhöht und der Energieaufwand für die Entfeuchtung der Kabinenluft KL erheblich reduziert.
Die voranstehende Beschreibung der Figuren 1 bis 3 beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. Klimatisierungssystem (100) für ein Fahrzeug, mit
einem Belüftungssystem (1) zum Klimatisieren eines
Fahrzeuginnenraumes (101),
wobei im Fahrzeuginnenraum (101) eine Kabinenluft (KL) aufnehmbar ist, die durch das Belüftungssystem (1) bereitgestellt ist,
und einem Antriebssystem (2) zum Antreiben des Fahrzeuges, wobei das Antriebssystem (2) mindestens einen Luftpfad (20, 40) zum Bereitstellen einer Funktionsluit (FL) an eine Antriebskomponente (2a) des Antriebssystems (2) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Befeuchter (3) vorgesehen ist, welcher die Kabinenluft (KL) durch die Funktionsluft (FL) aus dem Luftpfad (20, 40) entfeuchtet.
2. Klimatisierungssystem (100) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebskomponente (2a) des Antriebssystems (2) in Form eines Verbrennungsmotors, eines Elektroantriebes, eines Hybridantriebes oder eines Generators ausgebildet ist,
wobei der Luftpfad (20, 40) in Form eines Zuluftpfades oder eines
Kühlluftpfades (40) für die Antriebskomponente (2a) ausgebildet ist.
3. Klimatisierungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Antriebskomponente (2a) des Antriebssystems (2) in Form eines
Brennstoffzellensystems ausgebildet ist,
wobei der Luftpfad (20, 40) in Form eines Zuluftpfades eines
Kathodenpfades (20) oder eines Kühlluftpfades (40) für die
Antriebskomponente (2a) ausgebildet ist.
4. Klimatisierungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Befeuchter (3) in Form eines Membranbefeuchters oder eines Absorptionsbefeuchters ausgebildet ist.
5. Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraumes (101),
wobei im Fahrzeuginnenraum (101) eine Kabinenluft (KL) aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet,
dass zum Entfeuchten der Kabinenluft (KL) eine Funktionsluft (FL) verwendet wird, die beim Antreiben des Fahrzeuges genutzt wird.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch ,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Entfeuchten der Kabinenluft (KL) die Funktionsluft (FL) in Form einer Kühlluft für eine Antriebskomponente (2a) des Antriebssystems (2) verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Entfeuchten der Kabinenluft (KL) die Funktionsluft (FL) in Form eines Reaktionsgases für eine Antriebskomponente (2a) des
Antriebssystems (2) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Entfeuchten der Kabinenluft (KL) ein Klimatisierungssystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird. Fahrzeug, mit
einem Belüftungssystem (1) zum Klimatisieren eines
Fahrzeuginnenraumes (101),
wobei im Fahrzeuginnenraum (101) eine Kabinenluft (KL) aufnehmbar ist, und einem Antriebssystem (2) zum Antreiben des Fahrzeuges, wobei das Antriebssystem (2) mindestens einen Luftpfad (20, 40) zum Bereitstellen einer Funktionsluft (FL) an eine Antriebskomponente (2a) des Antriebssystems (2) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Befeuchter (3) vorgesehen ist, welcher die Kabinenluft (KL) durch die Funktionsluft (FL) aus dem Luftpfad (20, 40) entfeuchtet.
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