Der Begriff Brennstoffzellenanlagen kann hier neben der eigentlichen Brennstoffzelle gegebenenfalls auch einen Reformer umfassen. Es ist bekannt, dass Brennstoffzellen- anlagen, beispielsweise für Brennstoffzellenanlagenfahr- zeuge, zum Betrieb der Brennstoffzellenanlage (ein- schließlich des gegebenenfalls vorhandenen Kraftstoffre- formers) einen Luftkompressor beziehungsweise einen Ver- dichter benötigen, der die für den innerhalb der Brenn- stoffzellenanlage stattfindenden Prozess erforderliche Luft verdichtet, um sie vom Umgebungsdruck, der bei- spielsweise 1 bar betragen kann, auf einen höheren Druck zu verdichten, beispielsweise auf 2 bar oder mehr. In diesem Zusammenhang ist es beispielsweise bekannt, Kol-

ben-, Scroll-oder Turboverdichter einzusetzen, wobei zum Antrieb der Verdichter Elektromotoren verwendet werden.

Es ist möglich, einen Teil der aufgebrachten Verdichter- arbeit durch einen Expander beziehungsweise eine Expansi- onsmaschine im Abgasstrang der Brennstoffzellenanlage wieder zurückzugewinnen. In diesem Fall können der Ver- dichter, der den Verdichter antreibende Elektromotor und der Expander beispielsweise auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sein. Wegen der Unverträglichkeit des Brenn- stoffzellenprozesses und des gegebenenfalls vorgesehenen Reformprozesses mit Schmieröl werden in der Regel ölfreie Verdichter und Expander eingesetzt.

Im Zusammenhang mit Brennstoffzellenanlagenfahrzeugen ist es weiterhin bekannt, derartige Fahrzeuge mit Klimaanla- gen auszustatten, die auf der Grundlage eines Kaltdampf- Kompressionsprozesses arbeiten. Die Verdichter derartiger Klimaanlagen können beispielsweise als hermetische Kom- pressoren ausgeführt sein, bei denen der elektrische An- triebsmotor des Verdichters und der Verdichter in einem gemeinsamen Gehäuse ohne Wellendurchführung untergebracht sind.

Aus dem Gebiet der Klimatechnik sind weiterhin Kaltluft- prozess-Klimaanlagen bekannt, bei denen Luft das Arbeits- medium für den Kühlprozess bildet. Eine derartige bekann- te Kaltluftprozess-Klimaanlage ist in Figur 1 darge- stellt. Die Kaltluftprozess-Klimaanlage gemäß Figur 1 weist einen Verdichter 1 auf, der von einem Elektromotor 2 angetrieben wird. Der Verdichter 1 verdichtet aus der Umgebung oder einem bestimmten Raum angesaugte Luft, wo- durch-diese erwärmt wird. Die erwärmte und verdichtete

Luft wird nachfolgend einem Wärmetauscher 5 zugeführt, wo der verdichteten Luft Wärmeenergie entzogen wird, die im dargestellten Fall Luft. zugeführt wird, die beispielswei- se aus einer Fahrzeugkabine 4 stammen kann. Nachdem die verdichtete Luft den Wärmetauscher 5 passiert hat, wird sie einem Expander 3 zugeführt, wobei durch den Expansi- onsvorgang die Temperatur der Luft abnimmt. Die eine niedrigere Temperatur (als die vom Verdichter 1 angesaug- te Luft) aufweisende Luft kann dann beispielsweise einer Fahrzeugkabine 4 zugeführt werden. Über den Expander 3 kann ein Teil der Verdichterarbeit zurückgewonnen werden, weshalb die Expansionsmaschine beziehungsweise der Expan- der 3, der Elektromotor 2 und der Verdichter 1 gemäß der Darstellung von Figur 1 auf einer gemeinsamen Welle ange- ordnet sind.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass beispielsweise mit einer Klimaanlage ausgestattete Brennstoffzellenanlagen- fahrzeuge gemäß dem Stand der Technik zwei Verdichter mit zwei Antrieben aufweisen, wodurch beispielsweise das Fahrzeuggewicht in unerwünschter Weise zunimmt.

Vorteile der Erfindung Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor- gesehen ist, dass zumindest ein Teil der von dem Verdich- ter verdichteten Luft einer Brennstoffzellenanlage zuge- führt wird, muss die Vorrichtung nur noch einen einzigen Verdichter aufweisen, wodurch beispielsweise das Gewicht der Vorrichtung und/oder die Gesamtkosten reduziert wer-

den können. Dies wirkt sich beispielsweise bei Brenn- stoffzellenanlagenfahrzeugen äußerst positiv aus.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Kaltluftprozess-Klimaanlage einen ersten Wärmetauscher aufweist, dem der nicht der Brenn- stoffzellenanlage zugeführte Teil der von dem Verdichter verdichteten Luft zugeführt wird. Der erste Wärmetauscher dient dazu, der verdichteten Luft Wärmeenergie zu entzie- hen. Diese Wärmeenergie kann beispielsweise einem Luft- strom zugeführt werden, der durch den ersten Wärmetau- scher geleitet wird. Selbstverständlich kann die Wärme- energie auch auf andere Medien übertragen werden. In die- sem Zusammenhang können beispielsweise an sich bekannte Schaltungen für Kaltluft-Klima-oder Kaltluft- Wärmepumpenprozesse verwendet werden, wobei eine oder mehrere Verdichterstufen und eine oder mehrere Expansi- onsstufen beziehungsweise Expander vorgesehen sein kön- nen.

Die der Brennstoffzellenanlage zugeführte verdichtete Luft weist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugs- weise einen Druck von mehr als 1,5 bar auf, beispielswei- se einen Druck von 2 bar. Ein Druckniveau von 2 bar ist zum Betrieb der an sich bekannten Brennstoffzellenanlagen in vielen Fällen, geeignet.

Weiterhin sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugs- weise vor, dass aus dem ersten Wärmetauscher austretende verdichtete Luft einem ersten Expander zugeführt wird.

Durch die Expansion der Luft nimmt deren Temperatur ab, wobei in der Regel deutlich niedrigere Temperaturwerte

erzielt werden, als sie die vom Verdichter angesaugte Luft aufweist.

Insbesondere wenn die Temperatur der aus der Brennstoff- zellenanlage austretenden verdichteten Luft beziehungs- weise des austretenden verdichteten Abgases hoch ist, kann vorgesehen sein, dass der Brennstoffzellenanlage ein zweiter Wärmetauscher nachgeschaltet ist, durch den aus der Brennstoffzellenanlage austretende verdichtete Luft beziehungsweise verdichtetes Abgas gekühlt wird.

Zusätzlich oder alternativ kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass aus der Brennstoffzel- lenanlage austretende verdichtete Luft beziehungsweise austretendes verdichtetes Abgas (gegebenenfalls über den zweiten Wärmetauscher) einem zweiten Expander zugeführt wird. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn aus dem ersten Expander austretende Luft zur Kühlung von bei- spielsweise einem Fahrgastraum verwendet werden soll und es unerwünscht ist, dass die aus der Brennstoffzellenan- lage austretende Luft beziehungsweise austretendes Abgas mit der zur Kühlung verwendeten Luft vermischt wird.

Die aus dem ersten Expander austretende Luft mit niedri- ger Temperatur kann wie erwähnt beispielsweise dem Fahr- zeuginnenraum eines Fahrzeugs zugeführt werden, um diesen zu kühlen.

In diesem Zusammenhang kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch vorgesehen sein, dass die aus dem ersten Expander austretende Luft einem dritten Wärmetauscher zu- geführt wird. Dieser dritte Wärmetauscher kann beispiels-

weise dazu vorgesehen sein, die Temperatur von zur Küh- lung verwendeter Luft zu senken. Diese Ausführungsform kann insbesondere dann eingesetzt werden, wenn aus der Brennstoffzellenanlage austretende verdichtete Luft be- ziehungsweise austretendes verdichtetes Abgas und aus dem ersten Wärmetauscher austretende verdichtete Luft dem gleichen (ersten) Expander zugeführt wird und es nicht erwünscht ist, dass aus der Brennstoffzellenanlage aus- tretenden Luft beziehungsweise austretendes Abgas direkt als Kühlluft verwendet wird.

Wie erwähnt, wird der verdichteten Luft in dem ersten Wärmetauscher Wärmeenergie entzogen.

Hierzu wird dem ersten Wärmetauscher vorzugsweise ein Me- dium zugeführt, auf das Wärmeenergie der verdichteten Luft übertragen wird, wobei das dem ersten Wärmetauscher zugeführte Medium beispielsweise Luft aus einem durch die Kaltluftprozess-Klimaanlage gekühlten Raum sein kann, beispielsweise dem erwähnten Fahrzeuginnenraum. Im Wärme- pumpenbetrieb wird dagegen beispielsweise der Fahrzeugin- nenraum beheizt und der Umgebung Wärme entzogen.

Der Verdichter wird vorzugsweise von einer elektrischen Maschine in Form eines Elektromotors angetrieben.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades kann weiterhin vorge- sehen sein, dass der erste Expander und/oder der zweite Expander beziehungsweise die Expansionsmaschine einen Teil der Verdichtungsarbeit wieder zurückgewinnt.

Um die vom ersten Expander und/oder vom zweiten Expander zurückgewonnene Verdichtungsarbeit dem System wieder zu- zuführen, kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor- gesehen sein, dass der Verdichter, der den Verdichter an- treibende Elektromotor und der erste Expander und/oder der zweite Expander kraftschlüssig verbindbar sind.

Zu diesem Zweck ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Verdichter, der den Verdichter antreibende Elektromotor und der erste Expander und/oder der zweite Expander auf einer gemeinsamen Welle oder auf durch Getriebeeinrich- tungen gekoppelten Wellen angeordnet sind.

Die Leistung des Verdichters und/oder des den Verdichter antreibenden Elektromotors kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart ausgelegt werden, dass sie der von der Brennstoff zellenanlage abgeforderten Spitzenleistung ent- spricht. In diesem Fall kann durch Verzicht auf Klimati- sierung, während der relativ seltenen durch die Brenn- stoffzellenanlage verursachten Spitzenlastfälle, in vie- len Fällen ein Verdichter verwendet werden, dessen Leis- tung ungefähr der Leistung entspricht, die üblicherweise für Brennstoffzellenanlagen versorgende Verdichter ohne- hin vorgesehen wird.

In den Schutzbereich der zugehörigen Ansprüche fällt jede Verwendung einer Kaltluftprozess-Klimaanlage oder - Wärmepumpe als Quelle für verdichtete Luft, die einer Brennstoffzellenanlage zugeführt wird.

In den Schutzbereich der zugehörigen Ansprüche fällt in ähnlicher Weise jede Verwendung eines eine Brennstoffzel-

lenanlage mit verdichteter Luft versorgenden Verdichters als Quelle für verdichtete Luft, die das Arbeitsmedium einer Klimaanlage oder Wärmepumpe bildet oder mitbildet.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht beispielsweise ein Brennstoffzellenanlagenfahrzeug, das eine Klimaanlage und einen Luftverdichter aufweist, wobei bei im Vergleich zum Stand der Technik in etwa gleicher Effizienz sowohl das Fahrzeuggesamtgewicht als auch die Kosten gesenkt werden können. Aufgrund von Synergi-und Gleichzeitigkeitseffek- ten kann je nach Ausführungsform die Leistung des einge- setzten Verdichters geringer sein, als die Summe der Leistungen der beiden gemäß dem Stand der Technik einge- setzten Verdichter.

Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigen : Figur 1 eine Kaltluftprozess-Klimaanlage gemäß dem Stand der Technik, Figur 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung, Figur 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung, bei der eine Vermischung von

Brennstoffzellenanlagen-Abgas und Kaltluft ver- mieden wird, Figur 4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung, bei der ein Kühler für aus der Brennstoffzellenanlage austretende Luft bezie- hungsweise austretendes Abgas vorgesehen ist, und Figur 5 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung, die im Wesentlichen der drit- ten Ausführungsform entspricht, jedoch zusätz- lich mit einem Wärmetauscher zur Nutzung der Kaltluft ausgestattet ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Vorrichtung, bei der nur ein einziger Verdichter 1 vorgesehen ist, der von einem Elektromotor 2 angetrie- ben wird. Der Verdichter 1 saugt Umgebungsluft an und verdichtet diese, wodurch die verdichtete Luft eine höhe- re Temperatur aufweist als die vom Verdichter 1 angesaug- te Luft. Ein Teil der von dem Verdichter 1 verdichteten Luft wird einem ersten Wärmetauscher 5 zugeführt, der Be- standteil einer Kaltluftprozess-Klimaanlage ist. In dem ersten Wärmetauscher 5 wird der durchströmenden verdich- teten Luft Wärmeenergie entzogen, indem diese auf Luft übertragen wird, die im dargestellten Fall aus einer Fahrzeugkabine 4 stammt. Der nicht dem ersten Wärmetau- scher 5 zugeführte Teil der von dem Verdichter 1 verdich-

teten Luft wird einer Brennstoffzellenanlage 6 zugeführt, um den Betrieb der Brennstoffzellenanlage 6 zu ermögli- chen. Sowohl die aus dem ersten Wärmetauscher 5 austre- tende Luft als auch die aus der Brennstoffzellenanlage 6 austretende Luft wird bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 einem ersten Expander 3 zugeführt. Durch die Expansion der Luft nimmt deren Temperatur ab, so däss die aus dem ersten Expander 3 ausströmende Luft zur Kühlung bei- spielsweise einer Fahrzeugkabine 4 verwendet werden kann.

Der erste Expander 3 ist weiterhin dazu geeignet, einen Teil der Verdichterarbeit wiederzugewinnen und diese wie- dergewonnene Energie dem Antriebssystem des Verdichters 1 zuzuführen. Hierzu sind der erste Expander 3 beziehungs- weise die Expansionsmaschine 3, der Elektromotor 2 und der Verdichter 1 auf einer gemeinsamen Welle angeordnet.

Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Vorrichtung, bei der eine Vermischung von aus der Brennstoffzellenanlage 6 austretender Luft beziehungswei- se austretendem Abgas mit der zur Kühlung vorgesehenen Kaltluft vermieden wird. Zu diesem Zweck ist ein zweiter Expander 7 vorgesehen, dem die aus der Brennstoffzellen- anlage 6 austretende verdichtete Luft beziehungsweise austretendes verdichtetes Abgas zugeführt wird. Auch der zweite Expander 7 ist dazu geeignet, einen Teil der Ver- dichtungsarbeit wiederzugewinnen und diese wiedergewonne- ne Energie dem Antriebssystem des Verdichters 1 zuzufüh- ren. Zu diesem Zweck ist der zweite Expander 7 auf der gleichen Welle angeordnet, wie der Verdichter 1, der E- lektromotor 2 und der erste Expander 3.

Figur 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Vorrichtung, die im Wesentlichen der ersten Aus- führungsform gemäß Figur 2 entspricht. Bei der in Figur 4 dargestellten dritten Ausführungsform der erfindungsgemä- ßen Vorrichtung ist der Brennstoffzellenanlage 6 ein zweiter Wärmetauscher 8 nachgeschaltet. Der zweite Wärme- tauscher 8 dient dazu, aus der Brennstoffzellenanlage 6 austretende verdichtete Luft beziehungsweise austretendes verdichtetes Abgas abzukühlen, bevor es dem ersten Expan- der 3 zugeführt wird.

Figur 5 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungs- gemäßen Vorrichtung die auf der in Figur 4 dargestellten dritten Ausführungsform aufbaut. Im Vergleich zu der dritten Ausführungsform gemäß Figur 4 weist die vierte Ausführungsform gemäß Figur 5 der erfindungsgemäßen Vor- richtung einen dritten Wärmetauscher 9 auf, der dem ers- ten Expander 3 nachgeschaltet ist. Bei dieser Ausfüh- rungsform wird zwar die aus dem ersten Wärmetauscher 5 austretende Luft mit der aus der Brennstoffzellenanlage 6 austretenden Luft beziehungsweise dem aus der Brennstoff- zellenanlage austretenden Abgas vermischt, die aus dem ersten Expander 3 austretende gemischte Luft wird jedoch nicht direkt dem Fahrzeuginnenraum zugeführt. Stattdessen wird die aus dem ersten Expander 3 austretende Kaltluft in dem dritten Wärmetauscher 9 dazu verwendet, die Tempe- ratur von beispielsweise zur Kühlung des Fahrzeuginnen- raums vorgesehener Luft zu senken.

Für den Fachmann ist klar, dass die in den Figuren 2 bis 5 dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfin- dung in geeigneter Weise kombiniert werden können.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung mit Brennstoffzellenanlagenfahrzeugen'beschränkt, sondern sie kann überall dort eingesetzt werden, wo sowohl eine Brennstoffzellenanlage als auch eine Klimaanlage vorgese- hen ist, beispielsweise zur Energieversorgung und Kühlung von Gebäuden.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrati- ven Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Er-. findung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Ände- rungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.