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DE102014017806A1 - Brennstoffzellensystem und Klimaanlage - Google Patents

Brennstoffzellensystem und Klimaanlage Download PDF

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DE102014017806A1
DE102014017806A1 DE102014017806.4A DE102014017806A DE102014017806A1 DE 102014017806 A1 DE102014017806 A1 DE 102014017806A1 DE 102014017806 A DE102014017806 A DE 102014017806A DE 102014017806 A1 DE102014017806 A1 DE 102014017806A1
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air conditioning
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Andreas Knoop
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Daimler AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) mit einem Brennstoffzellensystem (2) und einer Kaltluftprozess-Klimaanlage (13), wobei eine gemeinsame Luftfördereinrichtung (6) zur Bereitstellung von verdichteter Luft vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die verdichtete Luft durch eine Zuluftleitung (9) mit einem Ladeluftkühler (8) zu einer Brennstoffzelle (3) des Brennstoffzellensystems (2) strömt, wobei die Zuluftleitung (9) zwischen dem Ladeluftkühler (8) und der Brennstoffzelle (3) einen Abzweig (12) für einen Teil der verdichteten Luft zu der Kaltluftprozess-Klimaanlage (13) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Brennstoffzellensystem und einer Kaltluftprozess-Klimaanlage nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
  • Brennstoffzellensysteme, insbesondere zur Bereitstellung von elektrischer Antriebsleistung für Fahrzeuge, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Ebenso ist es bekannt und üblich, in Fahrzeugen Klimaanlagen vorzusehen. Bei Klimaanlagen sind verschiedene Bauformen bekannt und üblich, welche unterschiedliche Medien als Kältemittel nutzen. Eine dieser Bauformen ist eine sogenannte Kaltluftprozess-Klimaanlage, bei welcher verdichtete und dann abgekühlte Luft entsprechend entspannt wird, um die nach dem Entspannen nochmals abgekühlte kalte Luft direkt oder über Wärmetauscher zur Klimatisierung einzusetzen. Eine solche Klimatisierung kann beispielsweise zur Kühlung von Bauteilen, wie beispielsweise Traktionsbatterien oder dergleichen eingesetzt werden. Insbesondere kann die Klimatisierung jedoch auch zum Klimatisieren eines Innenraums in einem Fahrzeug verwendet werden. Der Nachteil bei herkömmlichen Klimaanlagen besteht insbesondere darin, dass die Kältemittel, welche typischerweise eingesetzt werden, teilweise sicherheitskritisch und für die Umwelt schädlich sind, wenn sie im Falle einer Undichtheit in die Umgebung gelangen. Hier hat eine geeignete Kaltluftprozess-Klimaanlage klare Vorteile gegenüber den Klimaanlagen, wie sie derzeit beispielsweise in Fahrzeugen üblich sind.
  • Aus der gattungsgemäßen DE 101 01 914 A1 ist die grundlegende Kombination eines Brennstoffzellensystems mit einer Kaltluftprozess-Klimaanlage bereits bekannt. Der Aufbau ist dabei so gestaltet, dass die Luftversorgung über eine Luftversorgungseinheit erfolgt, welche das Brennstoffzellensystem und die Kaltluftprozess-Klimaanlage parallel zueinander versorgt. Der Aufbau ist entsprechend aufwändig und komplex, da beide Systeme vorgehalten werden müssen, und lediglich die Luftfördereinrichtung bzw. der Verdichter gemeinsam genutzt werden kann. Darüber hinaus ist es ein gravierender Nachteil, dass die Abkühlung der verdichteten Luft für die Kaltluftprozess-Klimaanlage über die Abluft aus dem Fahrzeug erfolgt, da dies letztlich dazu führt, dass die Abkühlung eher gering bleibt, da die mit dem Fahrgastraum ausgetauschten Luftströme typischerweise eher klein sind. Die gewünschte kalte Luft steht somit nur auf einem relativ hohen Temperaturniveau zur Verfügung.
  • Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung, wie insbesondere ein Fahrzeug, mit einem Brennstoffzellensystem und einer Klimaanlage anzugeben, welche gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist und insbesondere die oben genannten Nachteile vermeidet.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich dabei aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen, dass – vergleichbar wie im gattungsgemäßen Stand der Technik – eine gemeinsame Luftfördereinrichtung zur Bereitstellung von verdichteter Luft genutzt wird. Erfindungsgemäß ist es so, dass die verdichtete Luft, wie insbesondere in Brennstoffzellensystemen üblich, durch eine Zuluftleitung mit einem Ladeluftkühler zu einer Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems, und hier natürlich insbesondere zur Kathodenseite der Brennstoffzelle strömt. Insbesondere beim Einsatz von PEM-Brennstoffzellen ist der Ladeluftkühler und häufig ein optionaler dem Ladeluftkühler nachgeschalteter Befeuchter entscheidend, um eine ausreichend kühle und gegebenenfalls feuchte Luft in den Kathodenbereich der Brennstoffzelle einzubringen. Hierdurch wird ein Austrocknen der Membranen, was zu einer Schädigung der Membranen führen könnte, sicher und zuverlässig vermieden.
  • Erfindungsgemäß ist es nun so, dass die Zuluftleitung zwischen dem Ladeluftkühler und der Brennstoffzelle einen Abzweig für einen Teil der verdichteten Luft zu der Kaltluftprozess-Klimaanlage aufweist. Die Luft für die Kaltluftprozess-Klimaanlage wird also aus der Zuluftleitung zu der Brennstoffzelle des Brennstoffzellensystems in Strömungsrichtung der Zuluft – im Betrieb des Brennstoffzellensystems – nach dem Ladeluftkühler abgezweigt. Der Ladeluftkühler, welcher prinzipbedingt für eine sehr effiziente Kühlung der Zuluft sorgt, indem er beispielsweise von Brennstoffzellenabluft und/oder einem Kühlmedium eines Kühlkreislaufs der Brennstoffzelle durchströmt wird, ermöglicht dabei eine sehr effiziente Abkühlung, welche deutlich effizienter und typischerweise auf ein deutlich niedrigeres Temperaturniveau erfolgt, als es bei dem im gattungsgemäßen Stand der Technik beschriebenen Aufbau der Fall ist. Durch den einen Ladeluftkühler, welcher nun also sowohl die zu der Brennstoffzelle strömende Luft als auch die für die Kaltluftprozess-Klimaanlage abgezweigte Luft entsprechend abkühlt, entsteht ein sehr einfacher, zuverlässiger und in seiner Wirkungsweise sehr guter Aufbau.
  • Eine besonders günstige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht es vor, dass die Luftfördereinrichtung als Strömungsverdichter ausgebildet ist. Ein solcher Strömungsverdichter, insbesondere wenn er gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung als hochdrehende Strömungsmaschine realisiert, ist für die erfindungsgemäße Anwendung besonders gut geeignet. Vor allem die hochdrehende Strömungsmaschine, welche auch als Turboverdichter bezeichnet wird, wird bei Brennstoffzellensystemen häufig als Luftfördereinrichtung eingesetzt. Derartige Turboverdichter haben bekanntermaßen eine sogenannte Pumpgrenze, also ein Verhältnis von Luftmassenstrom zu Druck, welches nicht unterschritten werden kann, sodass eine höhere Luftmenge, welche durch den Turboverdichter gefördert wird, immer auch einen höheren Druck zulässt. Insbesondere bei höheren Umgebungstemperaturen ist dies ein entscheidender Vorteil für den Betrieb der Brennstoffzelle. Da gleichzeitig bei höheren Umgebungstemperaturen im Allgemeinen auch eine verstärkte Klimatisierung, also ein erhöhter Luftbedarf der Kaltluftprozess-Klimaanlage auftritt, ergibt sich hierdurch eine besondere Synergie, da der zusätzliche Volumenstrom das weitere Anheben des Drucks erlaubt, was sich einerseits auf die Klimatisierung und andererseits auf den Betrieb des Brennstoffzellensystems vorteilhaft auswirkt.
  • Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht es ferner vor, dass eine Expansionseinrichtung der Kaltluftprozess-Klimaanlage als Blende ausgebildet ist. Eine solche als Blende ausgebildete Expansionseinrichtung ist außerordentlich einfach und effizient. Aufgrund der guten Abkühlung der verdichteten Zuluft durch den Ladeluftkühler einerseits und dem starren Aufbau einer Blende andererseits entsteht so die Möglichkeit, sehr einfach ausreichend kühle Luft für die Kaltluftprozess-Klimaanlage zu produzieren und dabei gleichzeitig einen außerordentlich robusten und wartungsfreundlichen Aufbau zu gewährleisten.
  • Im Vergleich zu einer solchen sehr einfachen Blende kann die Expansionseinrichtung der Kaltluftprozess-Klimaanlage gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch als Expansionsmaschine, insbesondere als Turbine, ausgebildet sein. Eine solche Expansionsmaschine, insbesondere in Form einer Turbine, grundsätzlich jedoch auch in jeder anderen denkbaren Bauart, wird im Allgemeinen einen besseren Wirkungsgrad haben als die reine Blende. Dies bedeutet, dass die expandierte Luft nach der Expansionsmaschine typischerweise kühler sein wird, als nach ihrer Expansion durch die oben genannte Blende. Die Kühlung über die Kaltluftprozess-Klimaanlage wird somit verbessert. Gleichzeitig kann über die Expansionsmaschine bei der Expansion mechanische Leistung generiert werden, welche insbesondere über eine Wirkverbindung der Expansionsmaschine mit einer elektrischen Maschine als Generator, gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, genutzt werden kann. Die so entstehende elektrische Leistung kann beispielsweise in das Hochspannungs- oder Niederspannungsnetz des Brennstoffzellensystems eingespeist und/oder in einer Energiespeichereinrichtung, wie beispielweise einer Batterie, zwischengespeichert werden, wenn sie aktuell nicht benötigt wird. Darüber hinaus ist selbstverständlich auch hier, analog zum gattungsgemäßen Stand der Technik, die Kombination der Expansionsmaschine mit der Luftfördereinrichtung, beispielsweise über eine gemeinsame Welle, eine elektrische Ankopplung des soeben angesprochenen Generators an einen elektrischen Antriebsmotor der Luftfördereinrichtung und dergleichen denkbar.
  • Wie bereits mehrfach erwähnt eignet sich die Erfindung insbesondere für Systeme, in denen ein Brennstoffzellensystem und eine Klimaanlage gleichzeitig vorliegen, da hier die optimalen Synergien beispielsweise zur Kühlung weiterer Komponenten wie insbesondere einer Traktionsbatterie, oder insbesondere einem Fahrgastinnenraum, im Falle einer Verwendung in einem Fahrzeug, von besonderem Vorteil ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es deshalb vorgesehen, dass diese als Fahrzeug ausgebildet ist, welches von dem Brennstoffzellensystem mit zumindest einem Teil seiner Antriebsleistung versorgbar ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich nachfolgend aus den Ausführungsbeispielen, welche unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben sind.
  • Dabei zeigen:
  • 1 ein Fahrzeug in stark schematisierter Ausführung als Vorrichtung gemäß der Erfindung;
  • 2 eine alternative Ausführungsform des Brennstoffzellensystems in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
  • 3 eine Darstellung analog zur 2 mit einer alternativen Expansionseinrichtung;
  • 4 ein Massenstrom-Druck-Diagramm einer Luftfördereinrichtung in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
  • 5 eine zweite Ausführungsform analog zur Darstellung in 3;
  • 6 eine dritte alternative Ausführungsform analog zur Darstellung in 3; und
  • 7 eine vierte alternative Ausführungsform analog zur Darstellung in 3.
  • In der Darstellung der 1 ist sehr stark schematisiert ein Fahrzeug als Vorrichtung 1 zu erkennen. Dieses Fahrzeug als Vorrichtung 1 umfasst ein Brennstoffzellensystem 2, von welchem im Wesentlichen eine Brennstoffzelle 3 angedeutet ist. Diese Brennstoffzelle 3 selbst umfasst einen Kathodenraum 4 und einen Anodenraum 5. Dem Anodenraum 5 wird Wasserstoff in an sich bekannter Art und Weise zugeführt. Dies ist dem Fachmann der Brennstoffzellensysteme 2 geläufig, sodass hierauf nicht weiter eingegangen werden muss. Dementsprechend ist dies in den Figuren nicht dargestellt.
  • Dem Kathodenbereich 4 der Brennstoffzelle 3 wird Luft als Sauerstofflieferant zur Verfügung gestellt. Diese Luft wird über eine Luftfördereinrichtung 6, beispielsweise eine hochdrehende Strömungsmaschine bzw. einen Turboverdichter, gefördert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 ist diese Luftfördereinrichtung 6 über einen elektrischen Antriebsmotor 7 angetrieben. Die verdichtete und durch das Verdichten aufgeheizte Luft gelangt dann über einen Ladeluftkühler 8 durch eine Zuluftleitung 9 in den Kathodenbereich 4 der Brennstoffzelle 3. Der Ladeluftkühler 8 kann, wie es bei Brennstoffzellensystemen 2 allgemein bekannt und üblich ist, über ein flüssiges Kühlmittel aus einem Kühlkreislauf für die Brennstoffzelle 3 gekühlt werden. Dies ist durch die mit 10 bezeichneten Pfeile, welche den Kühlmitteleintritt und Kühlmittelaustritt in den Ladeluftkühler 8 symbolisieren sollen, in der Darstellung der 1 angedeutet. Eine grundsätzliche Alternative, welche bei Brennstoffzellensystemen 2 auch allgemein bekannt und üblich ist, ist eine Abkühlung der verdichteten Luft in dem Ladeluftkühler über die in einer Abluftleitung 11 aus dem Brennstoffzellensystem 2 bzw. dem Kathodenraum 4 der Brennstoffzelle 3 austretende Abluft. Außerdem kann auf der Kathodenseite des Brennstoffzellensystems 2 ein Befeuchter vorgesehen sein. Dieser ist ebenfalls allgemein bekannt, sodass auf eine Darstellung hier zur Vereinfachung verzichtet worden ist.
  • In Strömungsrichtung nach dem Ladeluftkühler 8 ist in der Zuluftleitung 9 ein Abzweig 12 vorgesehen. Dieser Abzweig 12 dient dazu, einen Teil der verdichteten Luft nach dem Ladeluftkühler 8 einer durch den gestrichelten Kasten angedeuteten Klimaanlage 13 zuzuführen. Diese Klimaanlage 13 soll dabei als Kaltluftprozess-Klimaanlage ausgebildet sein. Sie nutzt anstelle vom üblichen Klimamittel abgekühlte kalte Luft zur Klimatisierung insbesondere eines nicht dargestellten Fahrgastinnenraums des Fahrzeugs als Vorrichtung 1. Ein entscheidender Teil dieser Kaltluftprozess-Klimaanlage 13 ist dabei eine Expansionseinrichtung 14, welche in der Darstellung der 1 als Blende 15 beispielhaft angedeutet ist. Die verdichtete und in dem Ladeluftkühler 8 wieder abgekühlte Luft wird im Bereich der Expansionseinrichtung 14 bzw. der Blende 15 entspannt und kühlt hierdurch noch weiter ab. Über die kühle Luft kann dann eine Klimatisierung des Fahrgastraums des Fahrzeugs als Vorrichtung 1 direkt oder mittelbar über dazwischengeschaltete Wärmetauscher und dergleichen erfolgen.
  • Der in 1 dargestellte Aufbau der Kombination aus Brennstoffzellensystem 2 und Klimaanlage 13 ist außerordentlich effizient, da er sowohl die Luftfördereinrichtung 6 als auch den Ladeluftkühler 8 gemeinsam nutzt. Außerdem ist der Aufbau mit der Blende 15 als Expansionseinrichtung 14 außerordentlich einfach und robust.
  • In der Darstellung der 2 ist ein Ausschnitt des Brennstoffzellensystems 2 und der Klimaanlage 13 nochmals dargestellt. Der einzige Unterschied gegenüber der Ausführung in 1 besteht nun darin, dass zusätzlich zu der Luftfördereinrichtung 6 und dem Elektromotor 7 eine Abluftturbine 16 in der Abluftleitung 11 für die Abluft aus dem Kathodenbereich 4 der Brennstoffzelle 3 angedeutet ist. Ein solcher Aufbau ist ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. Er wird typischerweise als elektrischer Turbolader oder motorunterstützter Turbolader bezeichnet. Die in der Abluft noch enthaltene Restenergie wird im Bereich der Abluftturbine 16 zumindest teilweise zurückgewonnen und hilft dem Elektromotor 7 beim Antrieb der Luftfördereinrichtung 6. Kommt in Sonderfällen im Bereich der Abluftturbine 16 eine größere Leistung zustande, als von der Luftfördereinrichtung 6 benötigt wird, dann kann der elektrische Motor 7 auch als Generator betrieben werden, um so elektrische Energie aus der Abluft mittels der Abluftturbine 16 zurückzugewinnen. Ansonsten ist der Aufbau dem in 1 dargestellten Aufbau vergleichbar.
  • Nun ist es so, dass die als Expansionseinrichtung 14 genutzte Blende 15 außerordentlich einfach und robust ist. Eine Expansionsmaschine, insbesondere eine Turbine 17 als Expansionseinrichtung 14, kann jedoch einen besseren Wirkungsgrad erreichen und somit noch weiter abgekühlte Luft für die Klimatisierung zur Verfügung stellen. Deshalb ist bei dem in 3 dargestellten Aufbau, welcher so weitgehend dem in 2 gezeigten Aufbau entspricht, anstelle der Blende 15 eine Turbine 17 als Expansionseinrichtung 14 vorgesehen. Diese Turbine 17 stellt also die kalte Luft für die Klimaanlage 13 zur Verfügung. Gleichzeitig fällt an der Turbine 17 mechanische Arbeit an. Diese wird über eine elektrische Maschine 18 als Generator in elektrische Leistung umgesetzt. Diese elektrische Leistung kann ergänzend oder unterstützend zur Leistung der Brennstoffzelle 3 beispielsweise für den Fahrantrieb des Fahrzeugs 1, zum Antreiben des Elektromotors 7 für die Luftfördereinrichtung 6 oder dergleichen eingesetzt werden. Sie kann, wenn aktuell kein Bedarf an elektrischer Leistung besteht, auch in einer Batterie zwischengespeichert werden.
  • Insgesamt entsteht bei einem derartigen System nun der entscheidende Vorteil, dass der Betrieb sowohl des Brennstoffzellensystems 2 als auch der Klimaanlage 13 sich, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen, verbessern lässt. Dies lässt sich insbesondere aus dem in der Darstellung der 4 gezeigten Diagramm erkennen. Auf der Senkrechten ist dabei der Druck p aufgetragen, auf der Waagrechten der Luftmassenstrom, welcher durch die Luftfördereinrichtung 6 gefördert wird. Dieser ist mit Amf (Air mass flow) abgekürzt. Die durchgezogen eingezeichnete Gerade, welche mit dem Bezugszeichen 19 versehen ist, stellt die bei Strömungsverdichtern als Luftfördereinrichtungen 6 allgemein bekannte sogenannte Pumpgrenze dar. Ein Betrieb links oberhalb dieser Pumpgrenze 19 ist nicht möglich. Um also einen höheren Druck p zu erreichen, müsste auch der Luftmassenstrom Amf entsprechend erhöht werden. Dies ist beim Betrieb der Brennstoffzelle 3 bei bestimmten vorgegebenen Betriebssituationen typischerweise jedoch nicht möglich, eine Druckerhöhung wäre jedoch im Hinblick auf den Wirkungsgrad des Brennstoffzellensystems 2 oft wünschenswert. Dies gilt insbesondere bei höheren Umgebungstemperaturen. Nun ist es jedoch so, dass insbesondere bei solchen höheren Umgebungstemperaturen auch eine verstärkte Klimatisierung beispielsweise eines Fahrgastinnenraums erfolgen soll. Hierdurch wird mehr Luft für die Klimaanlage 13 benötigt. Dieser in der Darstellung der 4 mit ΔAmf bezeichnete zusätzliche Luftmassenstrom ermöglicht nun eine zusätzliche Steigerung des Drucks um Δp, wie es aus der Darstellung der 4 zu erkennen ist. Die erhöhten Anforderungen an die Klimatisierung und die damit benötigte höhere Luftmenge für die Klimaanlage 13 erlauben also bei der Verwendung einer Strömungsmaschine als Luftfördereinrichtung 6 einen höheren Druck. Dies kommt der Brennstoffzelle 3 zugute, insbesondere wenn diese sich in einem Betrieb bei erhöhter Umgebungstemperatur befindet. Damit entsteht eine entscheidende Synergie, welche zu einer deutlichen Verbesserung sowohl der Klimatisierung als auch der Betriebseigenschaften der Brennstoffzelle 3 führt. Letztlich kann so ein verbesserter Gesamtwirkungsgrad des Systems erzielt werden, sodass bei besserer Leistung und höherem Komfort insgesamt weniger Leistung benötigt wird, als bei einer unabhängigen Bereitstellung der Leistung für den Antrieb und die Klimatisierung erzielt werden kann.
  • In den beiden Darstellungen der 5 und 6 sind weitere Ausführungsformen der Vorrichtung 1 analog zur Darstellung in 3 gezeigt. Diese verzichten auf die zusätzliche elektrische Maschine 18 als Generator, indem sie – im Beispiel der 5 – die als Expansionseinrichtung 14 genutzte Turbine 17 zusätzlich zum Elektromotor 7 der Luftfördereinrichtung 6 und der Abluftturbine 16 auf dieselbe Welle setzen. Hierdurch wirkt nun die Abluftturbine 16 ebenso wie die Turbine 17 mit der an ihr anfallenden Leistung auf die Welle der Luftfördereinrichtung 6, sodass die über den Elektromotor 7 zugeführte Leistung verringert werden kann. Der Aufbau ist, so wie er in der Darstellung der 5 dargestellt ist, dabei jedoch entsprechend komplex hinsichtlich der Lagerung der beiden Turbinen 16, 17 und der Luftfördereinrichtung 6 auf derselben Welle, zusammen mit dem Elektromotor 7. Daher kann es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 auch vorgesehen sein, so wie es in der Darstellung der 6 zu erkennen ist, dass lediglich die Turbine 17 mit dem Elektromotor 7 und der Luftfördereinrichtung 6 kombiniert wird, während die Abluftleitung 11, vergleichbar zur Darstellung in 1, direkt in die Umgebung führt.
  • Eine weitere alternative Ausführungsform analog zu den Darstellungen in den 5 und 6 ist in 7 zu erkennen. Der Aufbau ist hier so ausgeführt, dass die Luftfördereinrichtung 6 zweistufig ausgebildet ist, mit einem ersten Strömungsverdichter 6a, welcher in Wirkverbindung mit der elektrische Maschine 7 und der Abluftturbine 16 steht. Dieser Aufbau entspricht somit im Wesentlichen dem in der Darstellung der 3 gezeigten Aufbau. Über den Abzweig 12 wird die Luft nun wiederum der Turbine 17 als Expansionseinrichtung 14 zugeführt. Diese steht nicht mit einem Generator 18 in Wirkverbindung, sondern ihrerseits mit einer zweiten Stufe 6b der Luftfördereinrichtung 6, in diesem Fall in Strömungsrichtung vor der anderen Stufe 6a, wobei diese Reihenfolge auch andersherum realisiert sein könnte. Dieser Aufbau der zweiten Stufe 6b der Luftfördereinrichtung 6 und der Turbine 17 kann dabei als einfacher Freiläufer ausgeführt sein, sodass hier ein Bauteil eingesetzt werden kann, wie es aus dem Bereich der Abgasturbolader bekannt ist. Dieses ist in entsprechend hoher Stückzahl und Qualität kostengünstig am Markt verfügbar, sodass der Aufbau nicht wesentlich teurer wird als die zuvor beschriebenen Aufbauten. Dadurch, dass keine mechanische Kopplung zwischen den beiden Turbinen 16, 17 gegeben sein muss, wie es in der Darstellung der 5 der Fall ist, wird der Aufbau außerordentlich einfach und effizient.
  • Selbstverständlich ist der Aufbau auch in der anderen Reihenfolge denkbar, so kann beispielsweise die Turbine 17 mit der zweiten Stufe 6b der Luftfördereinrichtung 6 mit dem Elektromotor 7 verbunden werden, während die aus der zweiten Stufe 6a der Luftfördereinrichtung 6 und der Abluftturbine 16 bestehende Stufe als Freiläufer ausgebildet ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10101914 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Vorrichtung (1) mit einem Brennstoffzellensystem (2) und einer Kaltluftprozess-Klimaanlage (13), wobei eine gemeinsame Luftfördereinrichtung (6) zur Bereitstellung von verdichteter Luft vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die verdichtete Luft durch eine Zuluftleitung (9) mit einem Ladeluftkühler (8) zu einer Brennstoffzelle (3) des Brennstoffzellensystems (2) strömt, wobei die Zuluftleitung (9) zwischen dem Ladeluftkühler (8) und der Brennstoffzelle (3) einen Abzweig (12) für einen Teil der verdichteten Luft zu der Kaltluftprozess-Klimaanlage (13) aufweist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkühler (8) als Wärmetauscher ausgebildet ist, welcher von der verdichteten Luft einerseits und von einem flüssigen Kühlmittel (10) eines Kühlkreislaufs des Brennstoffzellensystems (2) andererseits durchströmt ist.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladeluftkühler (8) als Wärmetauscher ausgebildet ist, welcher von der verdichteten Luft einerseits und von Abluft aus dem Brennstoffzellensystem (2) andererseits durchströmt ist.
  4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfördereinrichtung (6, 6a, 6b) ein- oder mehrstufig ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfördereinrichtung (6) als ein- oder mehrstufiger Strömungsverdichter (6, 6a, 6b), insbesondere als hochdrehende Strömungsmaschine, ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Expansionseinrichtung (14) der Kaltluftprozess-Klimaanlage (13) als Blende (15) ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Expansionseinrichtung (14) der Kaltluftprozess-Klimaanlage (13) als Expansionsmaschine, insbesondere als Turbine (17), ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine mit einer elektrische Maschine (7, 18) und/oder der Luftfördereinrichtung (6) oder einer Stufe der Luftfördereinrichtung (6a, 6b) in Wirkverbindung steht.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als Fahrzeug, welches von dem Brennstoffzellensystem (2) mit zumindest einem Teil seiner Antriebsleistung versorgbar ist.
  10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltluftprozess-Klimaanlage (13) zur Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs und/oder einer Traktionsbatterie eines elektrischen Antriebssystems des Fahrzeugs dient.
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CN113119684A (zh) * 2020-01-15 2021-07-16 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池车用空气循环系统
DE102022108522B3 (de) 2022-04-08 2023-05-04 Audi Aktiengesellschaft Brennstoffzellenvorrichtung und Verfahren zur Behandlung und Nutzung des kathodenseitigen Abgases
WO2024074688A3 (de) * 2022-10-07 2024-06-13 Transport Innovation Gmbh Mobile kühltransportvorrichtung, kraftfahrzeug oder fahrzeuganhänger hiermit sowie deren verwendung

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DE10101914A1 (de) 2001-01-16 2002-07-25 Bosch Gmbh Robert Luftkompressionsanlage für Brennstoffzellenanlage und Kaltluftprozess-Klimaanlage oder -Wärmepumpe

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