DE19927518B4 - stationary air conditioning - Google Patents
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Abstract
Klimaanlage, insbesondere Standklimaanlage für ein Fahrzeug, mit einem zumindest einen Kompressor (12) enthaltenden Kältekreis (10), wobei der Kompressor elektrisch angetrieben werden kann und wobei der Kompressor (12) mit einer Brennstoffzelle (20) verbunden ist, die aus einem Brennstoffreservoir (30) gespeist wird, welches den Brennstoff abhängig von einem Wärmeeinfall in das Reservoir (30) umgibt.Air conditioning system, in particular parking cooler for a vehicle, with a refrigeration circuit (10) containing at least one compressor (12), the compressor being able to be driven electrically and the compressor (12) being connected to a fuel cell (20) which consists of a fuel reservoir ( 30) is fed, which surrounds the fuel depending on the incidence of heat in the reservoir (30).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Klimaanlage, und insbesondere eine Standklimaanlage für ein Fahrzeug.The present invention relates to generally an air conditioner, and especially a parking cooler for a Vehicle.
Bedingt durch die ständig zunehmenden Anforderungen an den Komfort in Fahrzeugen hat sich in den letzten Jahren eine Klimaanlage bereits als Standardausrüstung etabliert. Solche Klimaanlagen umfassen typischerweise einen über einen Kompressor angetriebenen Kältekreis, in dem eine Kältefluid nacheinander durch einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer geführt wird. Die in dem Verdampfer bereitgestellte Kälte kann unter Zwischenschaltung eines Wärmetauscherkreises oder unmittelbar über durchtretende Luft in den Fahrgastraum befördert werden. Der Kompressor wird üblicherweise mechanisch über das Antriebsaggregat des Fahrzeuges angetrieben.Due to the ever increasing Requirements for comfort in vehicles has changed in recent years Years ago, air conditioning was already established as standard equipment. Such air conditioners include typically one over a compressor driven cooling circuit, in which a refrigerant fluid in succession through a condenser, an expansion valve and an evaporator guided becomes. The cold provided in the evaporator can be interposed a heat exchanger circuit or immediately above air passing through it is conveyed into the passenger compartment. The compressor is usually mechanically over the drive unit of the vehicle is driven.
Nachdem in den letzten Jahren auch sog. Standheizungssysteme immer häufiger Anwendung finden, hat sich herausgestellt, daß am Markt auch eine hohe Nachfrage für eine Standklimatisierung besteht, wie sie derzeit fast ausschließlich im Lkw-Bereich anzutreffen ist. Bei den maßgeblich im Lkw-Bereich anzutreffenden Lösungen wird üblicherweise im Fahrbetrieb überschüssig vorliegende Kälte aus dem Kältekreis gespeichert. Zu diesem Zweck sind u. a. ein Heizspeicher bekannt, der über einen Sekundärsolekreis mit dem Kältekreis über einen Wärmetauscher in Verbindung steht. Die Speicherung von Kälte erfordert jedoch meist ein großes Volumen und läßt sich daher im Pkw-Bereich nur schwer realisieren. Des weiteren ist eine Speicherung von Kälte zeitlich problematisch, da bekannte Kältespeicher weder über eine lange Zeit speichern können, noch über einen längeren Zeitraum abgeben können.After in recent years too so-called auxiliary heating systems are increasingly used it turned out that on Market is also in high demand for Stand air conditioning exists, as is currently almost exclusively the case in Truck sector can be found. Among those that are mainly found in the truck sector solutions is usually excess present in driving operation Cold out the refrigeration cycle saved. For this purpose u. a. a heater is known the over a secondary molecule rice with the cooling circuit over one heat exchangers communicates. However, storing cold mostly requires a big Volume and can therefore difficult to implement in the car sector. Furthermore is one Storage of cold problematic in terms of time, since known cold stores have neither can save for a long time still over a longer one Period.
Gemäß einem internen Stand der Technik der Anmelderin wurde es daher versucht, eine Standklimatisierung mittels des von der Klimaanlage vorliegenden Kältekreises darzustellen, bei welcher der Kompressor elektrisch angetrieben werden kann. Zur elektrischen Versorgung des Kompressors kann dann die Fahrzeugbatterie verwendet werden, die jedoch lediglich eine beschränkte Kühldauer ermöglicht und zum anderen das Risiko mit sich bringt, daß nach erfolgter Standklimatisierung die zum Starten erforderliche Betriebsspannung nicht mehr vorliegt.According to an internal status of Technique of the applicant was therefore attempted to air condition the stand by means of the refrigeration circuit present by the air conditioning system, at which the compressor can be driven electrically. For electrical The vehicle battery can then be used to supply the compressor that only allows a limited cooling time and on the other hand that Risk entails that after the air conditioning required the operating voltage required for starting is no longer available.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Klimaanlage, insbesondere eine Standklimaanlage für ein Fahrzeug
anzugeben, welche über
eine Selbstregefunktion verfügt,
ohne daß hierfür zwingend
aktive Komponenten, wie der Wärmetauscherkreislauf
mit Pumpe gemäß dem US-Patent
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine" Klimaanlage in solch einer Weise auszubilden, daß bei hohen Umgebungstemperaturen hohe Kühlleistungen bereitgestellt werden. Schließlich ist es noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Klimaanlage derart weiterzubilden, daß eine Standklimatisierung praktisch unabhängig von Standzeiten des Fahrzeuges realisiert werden kann.Another object of the invention is to design an "air conditioner in such a way that at high ambient temperatures provided high cooling capacities become. Finally It is still another object of the invention to provide an air conditioner to develop in such a way that a stand air conditioning practically independent of vehicle downtimes can be realized.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Klimaanlage mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.According to the invention, this object is achieved by a Air conditioning system with the features of claim 1 solved. preferred embodiments are in the dependent claims Are defined.
Erfindungsgemäß wird eine Klimaanlage, insbesondere Standklimaanlage für ein Fahrzeug vorgeschlagen, die einen zumindest einen Kompressor enthaltenden Kältekreis aufweist, wobei der Kompressor elektrisch angetrieben werden kann. Der Kompressor ist mit einer Brennstoffzelle verbunden, die aus einem Brennstoffreservoir gespeist wird, welches, den Brennstoff abhängig von einem direkten Wärmeeinfall in das Reservoir abgibt. Anders ausgedrückt wird bei einem bestimmten Umgebungslufttemperaturniveau des Reservoirs ausreichend Brenn stoff freisetzen, um die Brennstoffzelle zünden zu können, so daß in einem Zustand, in dem keine Klimatisierung erforderlich ist, und beim Starten der Klimatisierung praktisch keine Energie und keine separaten Aggregate erforderlich sind. Wenn deinzufolge höhere Umgebungslufttemperaturen vorliegen, wird der Wärmeeinfall in das Reservoir höher sein, somit mehr Brennstoff abgeben, z. B. durch Verdampfung, und somit mehr elektrische Leistung für den Kompressor zur Verfügung stellen, so daß schließlich fahrzeugseitig eine stärkere Klimatisierung stattfindet. Anders ausgedrückt kann das erfindungsgemäße System praktisch selbstregelnd die Standklimatisierung eines Fahrzeuges übernehmen, in dem das Reservoir als Temperaturregeleleinent dient.According to the invention, an air conditioning system, in particular a parking cooler for a vehicle, is proposed which has a refrigeration circuit containing at least one compressor, the compressor being able to be driven electrically. The compressor is connected to a fuel cell, which is fed from a fuel reservoir, which, depending on a direct heat input, releases the fuel into the reservoir. In other words , at a certain ambient air temperature level of the reservoir, sufficient fuel is released to be able to ignite the fuel cell, so that in a state in which no air conditioning is required and when starting the air conditioning, virtually no energy and no separate units are required. As a result, if there are higher ambient air temperatures, the heat incidence in the reservoir will be higher, thus giving off more fuel, e.g. B. by evaporation, and thus provide more electrical power for the compressor, so that finally a stronger air conditioning takes place on the vehicle side. In other words, the system according to the invention can virtually self-regulate the parking air conditioning of a vehicle in which the reservoir serves as a temperature control element.
Vorteilhafterweise umfaßt die Klimaanlage zumindest eine Einrichtung, die den Wärmeeinfall in das Reservoir steuern kann und/oder Wärme in das Reservoir einbringen kann. Durch eine gesteuerte oder aktive Wärmeeinbringung in das Reservoir kann somit die Selbstregelung unterstützt werden, wobei die Prinzipien der vom Wärmeeinfall abhängigen Klimatisierung beibehalten wird.The air conditioning system advantageously comprises at least a device that the heat incidence can steer into the reservoir and / or bring heat into the reservoir can. Through controlled or active heat input into the reservoir can thus support self-regulation, taking the principles that of heat dependent Air conditioning is maintained.
Die Einrichtung kann eine Elektroheizeinrichtung, insbesondere eine Elektroheizeinrichtung vom Peltier-Typ enthalten. Wenn z. B. in dem Reservoir ein gewisser Brennstoffdampfdruck vorliegt, wird durch die Einbringung von Wärme mittels Elektroheizer dieser erhöht, so daß mehr Brennstoff aus dem Reservoir zu der Brennstoffzelle geliefert wird, welche wiederum wie vorangehend erwähnt mehr elektrische Leistung erzeugt und somit eine stärkere Kühlung für den Fahrzeuginnenraum bereitstellt. Sog. Peltier-Elemente ermöglichen es, einerseits Wärme und andererseits Kälte bereitzustellen. Wenn daher solche PeltierElemente zur Einbringung von Wärme in das Reservoir verwendet werden, kann die an einer anderen Stelle anfallende Kälteleistung ebenfalls zur Klimatisierung des Fahrgastinnenraumes verwendet werden.The device may include an electric heater, particularly a Peltier-type electric heater. If e.g. B. in the reservoir a certain fuel vapor pressure is present, this is increased by the introduction of heat by means of an electric heater, so that more fuel is supplied from the reservoir to the fuel cell, which in turn generates more electrical power as previously mentioned and thus provides more cooling for the vehicle interior. So-called. Peltier elements make it possible to provide both heat and cold. Therefore, if such Peltier elements are used to introduce heat into the reservoir, the cooling capacity that arises at another point can also be used to air-condition the passenger compartment.
Der Wärmeeinfall in das Reservoir kann unterstützend auch mittels einer Fluidbeaufschlagung gesteuert oder veranlaßt sein. Zu diesem Zweck ist es möglich, das Brennstoffreservoir mit einem Fluidkreis in wärmetauschende Beziehung zu bringen, so daß einerseits Wärme in das Reservoir gebracht und andererseits Kälte aus dem Brennstoffreservoir entnommen werden kann.The heat in the reservoir can be supportive can also be controlled or induced by means of a fluid application. For this purpose it is possible the fuel reservoir with a fluid circuit in heat exchanging Bring relationship so that on the one hand Warmth in brought the reservoir and on the other hand cold from the fuel reservoir can be removed.
Vorteilhafterweise ist eine Luftbeaufschlagungseinrichtung vorgesehen. Die Luftbeaufschlagungseinrichtung kann einerseits dazu dienen, direkt das Brennstoffreservoir mit Luft zu umströmen, so daß ein stärkerer Wärmeübergang stattfindet, oder auch einen Wärmetauscher eines dem Brennstoffreservoir zugeordneten Fluidkreises. Auch hier dient die Luftbeaufschlagung einerseits dazu, Wärme in das Reservoir einzubringen und andererseits, Kälte aus dem Reservoir zu Klimatisierungszwecken abzuführen.An air application device is advantageous intended. The air application device can do this on the one hand serve to directly flow around the fuel reservoir with air, so that a stronger heat transfer takes place, or a heat exchanger of a fluid circuit assigned to the fuel reservoir. Here too air exposure serves to introduce heat into the reservoir and on the other hand, cold out to drain the reservoir for air conditioning purposes.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Einrichtung Mittel, die eine thermische Isolierung des Reservoirs verändern. Dies kann z. B. einfach durch eine festgelegte oder variable Oberflächenvergrößerung des Reservoires erfolgen oder auch, indem die Eigenschaften einer Isolierung verändert werden, z. B. mittels einer Vakuumpumpe, die ein Vakuum der Isolierung erhöhen und absenken kann. Bei einer Vakuumisolation wird der Wärmeeinfall bei höherem Vakuum niedriger sein, so daß das Brennstoffreservoir weniger Brennstoff zu der Brennstoffzelle liefert, so daß fahrzeugseitig weniger Kälteleistung zur Verfügung steht.In a preferred embodiment comprises the establishment means that thermal insulation of the reservoir change. This can e.g. B. simply by a fixed or variable surface enlargement of the Reservoirs are made or even by the properties of an insulation changed be, e.g. B. by means of a vacuum pump, which is a vacuum of the insulation increase and can lower. With vacuum insulation, the heat incidence at higher Vacuum should be lower, leaving the fuel reservoir delivers less fuel to the fuel cell, so that on the vehicle side less cooling capacity to disposal stands.
Wie bereits mehrfach angeführt kann die Einrichtung zum Steuern und/oder Einbringen der in das Reservoir gelangenden Wärme auch dazu ausgenutzt werden, Kälte aus diesem Zwecken der Klimatisierung eines Fahrgastraumes verwendet werden, z. B. als Vorkühlung der durch den Verdampfer zu kühlenden Luft.As already mentioned several times the device for controlling and / or introducing the into the reservoir warmth also be exploited to cold used for this purpose of air conditioning a passenger compartment be, e.g. B. as pre-cooling the one to be cooled by the evaporator Air.
Zwischen der Brennstoffzelle und dem Brennstoffreservoir ist vorteilhafterweise eine Brennstoff- und/oder -sperreinrichtung vorgesehen, die neben der mittelbaren Steuerung über die Temperatur einen direkten Eingriff z. B. in einer Notfallsituation ein Sperren ermöglicht.Between the fuel cell and the fuel reservoir is advantageously a fuel and / or locking device provided in addition to the indirect Control over the temperature a direct intervention z. B. in an emergency situation Locking enabled.
Vorteilhafterweise ist zwischen der Brennstoffzelle und dem Brennstoffreservoir ein Wärmetauscher vorgesehen, der es ermöglicht, in dem Brennstoffreservoir enthaltene Kälte zu nutzen.It is advantageous between the Fuel cell and the fuel reservoir a heat exchanger provided that enables to use cold contained in the fuel reservoir.
Ferner ist es bevorzugt, daß zwischen der Brennstoffzelle und dem Kompressor eine elektrische Leistungssteuerung für die Brennstoffzelle vorgesehen ist. Bei dieser Ausgestaltung kann der Zustand des Brennstoffreservoires zumindest teilweise über die Brennstoffzelle gesteuert oder geregelt werden. Wenn z. B. fahrzeugseitig weniger Kühlleistung erforderlich ist als sich mit der elektrischen Leistung der Brennstoffzelle realisieren ließe, bedingt durch den Wärme einfall in das Brennstoffreservoir, könnte durch die elektrische Leistungssteuerung der Druck in dem Reservoir erhöht werden, so daß zumindest kurzfristig weniger Brennstoff aus dem Brennstoffreservoir abgegeben wird.It is further preferred that between electrical power control of the fuel cell and the compressor for the Fuel cell is provided. With this configuration, the Condition of the fuel reservoir at least partially via the Fuel cell controlled or regulated. If e.g. B. on the vehicle side less cooling capacity required is to be realized with the electrical power of the fuel cell could, due to the heat into the fuel reservoir, could through the electrical power control the pressure in the reservoir can be increased so at least in the short term less fuel is released from the fuel reservoir.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Reservoir ein Tief- oder Niedertemperaturspeicher, insbesondere für Wasserstoff. Tieftemperaturspeicher wie auch Niedertemperaturspeicher zeigen in dem für das vorliegende Anwendungsgebiet kritischen Temperaturbereich vorteilhaftes Ansprechverhalten. Ein insbesondere bevorzugter Speicher wird daher sein maximales Ansprechverhalten bei den üblicherweise vorliegenden Umgebungslufttemperaturniveaus zeigen. Beispielhaft könnte ein Speicher vorgesehen sein, der bei ca. –30°C Brennstoff verdampft oder freisetzt. Der Fachmann wird erkennen, daß selbstverständlich neben der Temperatur auch die Druckauslegung in dem Reservoir eine wesentliche Rolle spielt. Die Druckveränderungen in der Umgebung sind jedoch nur von peripherer Bedeutung und eine Steuerung oder Regelung einer Standklimatisierung mittels Drucksteuerung in dem Reservoir ist zwar generell möglich, und kann auch unterstützend verwendet werden, wird jedoch derzeit bedingt durch eine Komplexität derselben kaum berücksichtigt.In a preferred embodiment the reservoir is a low or low temperature storage, in particular for hydrogen. Low temperature storage as well as low temperature storage show in that for the present application critical temperature range advantageous Response. A particularly preferred memory is therefore its maximum response at the usual ambient air temperature levels demonstrate. Exemplary could a store can be provided which evaporates fuel at approx. -30 ° C or releases. Those skilled in the art will recognize that, of course, besides the temperature, the pressure design in the reservoir also plays an important role plays. The pressure changes in the area, however, are only peripheral and one Control or regulation of stationary air conditioning by means of pressure control in the reservoir is generally possible and can also be used as a support are, however, currently due to their complexity hardly considered.
Obwohl das Brennstoffreservoir auch ein Flüssiggasspeicher, wie z. B. ein LH2-Speicher sein könnte, ist es aus sicherheitstechnischen Betrachtungen derzeit bevorzugt, daß das Reservoir einen Hydridspeicher, insbesondere einen Metallhydridspeicher umfaßt. Bei derartigen Speichern werden Gasmoleküle an Gitterzwischnplätzen eingelagert, die bei entsprechenden Temperatur- und/oder Druckveränderungen aus dem Hydrid freigesetzt werden können. Anders ausgedrückt wirkt solch ein Hydridspeicher ähnlich wie ein Schwamm. Es ist jedoch zu erwähnen, daß, obwohl ein Hydridspeicher insbesondere derzeit bevorzugt wird, auch Flüssiggaslösungen vorteilhaft sein können, wenn z. B. sehr lange Standklimatisierungszeiten bestehen, oder wenn sehr großvolumige Fahrzeugräume zu klimatisieren sind.Although the fuel reservoir too a liquid gas storage, such as B. could be an LH2 memory, it is for security reasons Considerations currently prefer that the reservoir has a hydride storage, in particular comprises a metal hydride storage. With such stores become gas molecules at intermediate grids stored with corresponding temperature and / or pressure changes can be released from the hydride. In other words, it works similar to a hydride storage like a sponge. However, it should be noted that although a hydride storage It is currently particularly preferred that liquid gas solutions can also be advantageous if z. B. there are very long air conditioning times, or if very high volume vehicle spaces are to be air-conditioned.
Des weiteren ist es bevorzugt, daß der Kompressor optional mechanisch und/oder über einen Fahrzeugstromkreis betreibbar ist. Anders ausgedrückt sollte der Kompressor des Kältekreises, z. B. im Fahrbetrieb, auch über das Antriebsaggregat des Fahrzeuges oder, über die fahrzeugeigene Lichtmaschine mit zugeordneter Batterie betrieben werden können.Furthermore, it is preferred that the compressor can optionally be operated mechanically and / or via a vehicle circuit. In other words, the compressor of the refrigeration circuit, e.g. B. while driving, also on the drive unit of the Vehicle or, via the vehicle's alternator can be operated with an associated battery.
Schließlich ist es bevorzugt, daß die Brennstoffzelle eine optionale Lufterwärmung bereit stellt, insbesondere mittels eines Kühlkreises für die Brennstoffzelle und/oder einer von der Brennstoffzelle gespeisten Elektroheizeinrichtung. Die Elektroheizeinrichtung kann z. B. in der Form einer PTC-Heizeinrichtung ausgebildet sein. Durch die mögliche Erwärmung von Luft kann einerseits eine feinere Abstimmung der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft erzielt werden, und andererseits kann bei entsprechender Auslegung die gesamte Fahrzeugbeheizung mittels der Abwärme der Brennstoffzelle und der zur Verfügung gestellten elektrischen Heizung, optional durch die Abwärme der Traktion z. B. des Verbrennungsmotors unterstützt, bereitgestellt werden.Finally, it is preferred that the fuel cell optional air heating provides, in particular by means of a cooling circuit for the fuel cell and / or an electric heater powered by the fuel cell. The electric heater can e.g. B. in the form of a PTC heater be trained. By the possible warming On the one hand, air can fine-tune the passenger compartment supplied Air can be achieved, and on the other hand, with the appropriate design the entire vehicle heating using the waste heat from the fuel cell and the available provided electrical heating, optionally by the waste heat of the Traction z. B. supported the internal combustion engine, are provided.
Weitere Vorteile und Merkmale der
vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten
Beschreibung einiger derzeit rein illustrativer bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichungen, in welchen die
In
Die Brennstoffzelle
Zur Kühlung der Brennstoffzelle
In
In
Bei der in
Bei der in
In
Bei der in
In
Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mittels der erfindungsgemäßen Klimaanlage eine Standklimatisierung ermöglicht wird, die sowohl lange Standzeiten mit Klimatisierung als auch ohne Klimatisierung mit anschließender Klimatisierung ermöglicht. Nachdem die Klimatisierung abhängig von dem direkten Wärmeeinfall in das Reservoir und somit üblicherweise von der Umgebungstemperatur ist, besteht ein gewisser Grad an Selbstregelgung. Neben der vorteilhaften Selbstregelung ergibt sich, daß in dem Brennstoff gespeicherte Kälte oder bei der Freisetzung von Brennstoff erzeugte Kälte zusätzlich ausgenutzt werden kann.In summary, it can be said that by means of the air conditioning system according to the invention stand air conditioning enables that both long service life with air conditioning and without Air conditioning with subsequent Air conditioning enables. After the air conditioning is dependent from the direct incidence of heat into the reservoir and therefore usually is from the ambient temperature, there is some degree of self-regulation. In addition to the advantageous self-regulation, it follows that in the Fuel stored cold or cold generated during the release of fuel is also used can be.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorangehend vollständig. und im Detail unter Bezugnahme auf einige derzeit bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, daß verschiedenste Veränderungen und Modifikationen im Rahmen derbeiliegenden Ansprüche möglich sind. Insbesondere sollte der Fachmann erkennen, daß einzelne Merkmale einer Ausführungsform beliebig mit anderen Merkmalen anderer Ausführungsfor-IDen kombinierbar und/oder austauschbar sind. Schießlich ist zu erwähnen, daß das Reservoir als wiederbefüllbares oder auch als austauschbares Reservoir ausgebildet sein kann.Although the present invention previously complete. and in detail with reference to some currently preferred embodiments has been described, those skilled in the art should recognize that various changes and modifications are possible within the scope of the attached claims. In particular, those skilled in the art should recognize that individual features of an embodiment Can be combined and / or exchanged as desired with other features of other design IDs are. Schießlich is to be mentioned that this Reservoir as refillable or can also be designed as an exchangeable reservoir.
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