DE60319291T2

DE60319291T2 - Anordnung zur thermischen Verwaltung, insbesondere für ein Fahrzeug, das mit einer Brennstoffzelle ausgerüstet ist

Info

Publication number: DE60319291T2
Application number: DE60319291T
Authority: DE
Inventors: Sebastien Samuel; Gerard Olivier; Abdelhakim Oulefki
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2023-01-16
Also published as: DE60319291D1; FR2834778B1; EP1329344A1; ES2299673T3; EP1329344B1; FR2834778A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmesteuervorrichtung für mehrere Wärmetauscher, insbesondere für ein mit einer Brennstoffzelle ausgerüstetes Kraftfahrzeug, mit

– einem Primärkältemittelkreis, in dem ein Kältemittel zirkuliert und in den in Reihe wenigstens ein Kompressor, ein Kondensator, ein Entspanner und ein Verdampfer eingefügt sind,
– einem Sekundärkreis, in dem ein Wärmefluid zirkuliert und der enthält: a) einen ersten, einen zweiten und einen dritten parallelen Zweig, in denen ein erster der Tauscher, der Kondensator bzw. der Verdampfer eingefügt sind, b) Mittel zum wahlweisen Verbinden des ersten Zweigs mit dem zweiten Zweig oder mit dem dritten Zweig, c) Mittel zum Zirkulierenlassen des Wärmefluids, d) Mittel zum Steuern des Kompressors, der Mittel zum wahlweisen Verbinden und der Zirkulationsmittel.

Aus der Patentanmeldung FR 0 111 603 , eingereicht am 7. September 2001 von der Anmelderin, ist eine Wärmesteuervorrichtung für mehrere Wärmetauscher, die in einem mit einer Brennstoffzelle ausgerüsteten Kraftfahrzeug vorkommen können, bekannt. Diese Tauscher sind in Wärmeaustauschbeziehung mit den Organen des Fahrzeugs, die erwärmt und/oder gekühlt werden müssen, beispielsweise mit dem Fahrgastraum des Fahrzeugs, der Brennstoffzellen, den Batterien, dem Elektromotor oder einer Gruppe elektronischer Komponenten.
Die in der Patentanmeldung FR 0 111 603 beschriebene Vorrichtung enthält einen Primärkältemittelkreis, in den in Reihe ein Kompressor, ein Kondensator, ein Entspanner und ein Verdampfer eingefügt sind. Ein Kältemittel, das in diesem Primärkreis zirkuliert, setzt bei seiner Kondensation in dem Kondensator Wärmeenergie und bei seinem Verdampfen in dem Verdampfer Kälte hervorrufende Energie frei.
Diese Vorrichtung enthält außerdem einen Sekundärkreis, in dem ein Wärmefluid zirkuliert und in den Wärmetauscher, der Kondensator und der Verdampfer sowie Mittel zum Herstellen einer Wärmeaustauschbeziehung, über das Wärmefluid, der Tauscher mit wahlweise dem Kondensator oder dem Verdampfer, derart, dass jeder der Tauscher wahlweise Wärme bzw. Kälte hervorrufende Energie empfangen kann.
Zu diesem Zweck enthält der Sekundärkreis sekundäre Leitungen, die mit Ventilen ausgestattet sind und jeden Tauscher mit dem Kondensator oder mit dem Verdampfer verbinden oder zusammenschalten. Je nach der Stellung dieser Ventile kann das Wärmefluid, das einen Tauscher durchströmt, vom Kondensator oder vom Verdampfer kommen.
Der Sekundärkreis wird folglich umso komplexer, je größer die Anzahl der Tauscher ist. Die Länge der Leitungen dieses Kreises nimmt ebenfalls zu. Folglich nehmen auch die Kosten der Vorrichtung zu. Die europäische Patentanmeldung EP 0 595 714 , die als der am nächsten kommende Stand der Technik angesehen wird, beschreibt ebenfalls eine solche Vorrichtung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Wärmesteuervorrichtung zu schaffen, welche die Vorteile der Vorrichtung gemäß der Patentanmeldung Nr. 0 111 603 oder nach der europäischen Patentanmeldung EP 0 595 714 bietet, aber eine Länge der sekundären Leitungen aufweist, die kleiner als bei dieser Letzteren ist.
Diese Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung des im Oberbegriff beschriebenen Typs erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Primärkreis außerdem Mit tel zum Umkehren der Zirkulationsrichtung des primären Fluids in dem Kondensator und dem Verdampfer enthält, derart, dass das primäre Fluid in dem Kondensator bzw. in dem Verdampfer wahlweise kondensiert bzw. verdampft oder aber verdampft bzw. kondensiert.
Wie in der Folge noch in weiteren Einzelheiten zu sehen sein wird, kann deshalb die Auswahl der Wärme oder Kälte hervorrufenden Art der Energie, die von dem Wärmetauscher empfangen wird, aus einer Umkehrung der Rollen des Kondensators und des Verdampfers resultieren. Der Tauscher braucht folglich nicht mehr notwendig mit dem Kondensator und mit dem Verdampfer verbunden zu sein. Die Architektur des Sekundärkreises ist dadurch vereinfacht und die Länge der Leitungen ist reduziert.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung

– enthält der Sekundärkreis wenigstens einen vierten Zweig, der zu dem ersten Zweig, dem zweiten Zweig und dem dritten Zweig parallel ist und in den wenigstens ein zweiter der Tauscher und Mittel für die Verbindung des vierten Zweigs mit einem des zweiten Zweigs und des dritten Zweigs, wenn der erste Zweig mit dem anderen des zweiten Zweigs und des dritten Zweigs verbunden ist, eingefügt sind, derart, dass ein erster und ein zweiter Unterkreis, die voneinander unabhängig sind, gebildet werden, und Mittel zum Zirkulierenlassen des Wärmefluids in den Unterkreisen;
– enthält der Sekundärkreis wenigstens einen fünften Zweig und einen sechsten Zweig, in die ein dritter bzw. ein vierter der Tauscher eingefügt sind, wobei der Sekundärkreis außerdem enthält:
– Mittel zum wahlweisen Verbinden des fünften Zweigs mit dem zweiten Zweig oder mit dem dritten Zweig, derart, dass der dritte Tauscher wahlweise in den ersten Unterkreis oder in den zweiten Unterkreis eingefügt wird,
– Mittel zum wahlweisen Verbinden des sechsten Zweigs mit dem zweiten Zweig oder mit dem dritten Zweig, derart, dass der vierte Tauscher wahlweise in den ersten Unterkreis oder in den zweiten Unterkreis eingefügt wird,
– Mittel zum wahlweisen Verbinden des fünften Zweigs mit dem sechsten Zweig, derart, dass ein dritter Unterkreis gebildet wird, der von dem ersten Unterkreis und von dem zweiten Unterkreis unabhängig ist, und
– Mittel zum Zirkulierenlassen des Wärmefluids in den Unterkreisen;
– enthält der Sekundärkreis Verbindungsmittel, die dazu bestimmt sind, den fünften Zweig, den sechsten Zweig und wenigstens einen des zweiten Zweigs und des dritten Zweigs gleichzeitig zu verbinden;
– enthält der Sekundärkreis wenigstens einen siebten Ableitungszweig des vierten Tauschers und Mittel zum Einstellen des Wärmefluiddurchsatzes in dem Ableitungszweig;
– enthält der Primärkreis einen zweiten Verdampfer, der in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Fahrgastraum des Fahrzeugs steht;
– ist der zweite Verdampfer zu dem ersten Verdampfer parallel geschaltet;
– sind der zweite Verdampfer und wenigstens einer der Tauscher des Sekundärkreises, die für die Heizung und Klimatisierung des Fahrgastraumes bestimmt sind, in ein System eingefügt, das eine Leitung für die Zuführung von Luft zu dem zweiten Verdampfer und zu dem Tauscher, eine erste Klappe, die in dem Weg der Luft angeordnet ist und deren Stellung die Anteile der Luft, die zu dem zweiten Verdampfer und zu dem Tauscher geleitet werden, bestimmt, und eine zweite Klappe, die in dem Weg der durch den Tauscher gegangenen Luft angeordnet ist und deren Position die Anteile der Luft, die in die äußere Umgebung und in den Fahrgastraum abgeführt werden, bestimmt, enthält;
– ist einer der Tauscher ein Luftheizgerät, durch das die Luft strömt, die dazu bestimmt ist, in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs zu zirkulieren, oder ein Kühler, der mit dem Wärmeaustausch mit der äußeren Umgebung des Fahrzeugs in Beziehung steht oder mit dem Wärmeaustausch mit der Brennstoffzelle in Beziehung steht oder mit dem Wärmeaustausch mit wenigstens einer Batterie des Fahrzeugs in Beziehung steht oder mit dem Wärmeaustausch mit einer Gruppe elektronischer Komponenten des Fahrzeugs in Beziehung steht oder mit dem Wärmeaustausch mit einem Entfeuchter in Beziehung steht;
– ist ein Kältespeichersystem in den Sekundärkreis eingefügt, wobei der Sekundärkreis außerdem Mittel zum Ableiten des Wärmefluids des Kältespeichersystems und Mittel zum Regulieren des Wärmefluiddurchsatzes in dem Kältespeichersystem enthält.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung und durch die beigefügte Zeichnungen deutlich, in denen
1 bis 4 die Vorrichtung gemäß der Erfindung in verschiedenen Betriebsarten in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch darstellen;
5 eine Einzelheit des Systems der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt, das insbesondere für die Beheizung und die Klimatisierung des Fahrgastraumes des Fahrzeugs bestimmt ist.
Zwei Organe sind, wie gesagt wird, "miteinander verbunden" oder "zusammengeschaltet", wenn sie in ein und denselben Kreis eingefügt sind.
Als "Verbindung" zwischen zwei Organen wird die Situation bezeichnet, in der ein Fluid zwischen diesen beiden Organen zirkulieren kann.
Zwei "miteinander verbundene" oder "zusammengeschaltete" Organe können folglich zusammengeschlossen sein oder nicht, beispielsweise je nach geöffneter bzw. geschlossener Stellung eines Ventils, das in eine Leitung eingefügt ist, die diese beiden Organe miteinander verbindet.
Die in 1 bis 4 dargestellte Vorrichtung enthält einen Primärkreis oder Kältemittelkreis 1, in dem ein Kältemittel zirkuliert, wobei er drei parallele Zweige 1a, 1b und 1c sowie eine Umkehrschleife 1d enthält.
In die drei Zweige 1a, 1b und 1c sind jeweils ein Kondensator 2, ein erster Verdampfer 3 bzw. ein zweiter Verdampfer 4 eingefügt. Den Verdampfern 3 und 4 sind Entspanner 5 bzw. 6 und Ventile 7 bzw. 8 zugeordnet. Der zweite Verdampfer 4 ist in Wärmeaustauschbeziehung mit einem nicht dargestellten Fahrgastraum des Fahrzeugs und wird auch erstes "Luftheizgerät" genannt.
Die Umkehrschleife 1d enthält einen Kompressor 9, wovon der Einlass mit 9' bezeichnet ist und der Auslass mit 9''. Sie ist über ein Vierwegeventil 10 einerseits mit dem Kondensator 2, andererseits mit den Ventilen 7 und 8 verbunden, sodass je nach der Stellung des Vierwegeventils 10 die wahlweise Verbindung des Einlasses 9' und des Auslasses 9'' des Kompressors 9 mit dem Kondensator 2 einerseits und dem Ventil 7 bzw. 8 andererseits oder mit den Ventilen 7 und 8 einerseits und dem Kondensator 2 andererseits möglich ist.
Der Kondensator 2 und der Verdampfer 3 sind ebenfalls in einen Sekundärkreis 11 eingefügt, in dem ein Wärmefluid, beispielsweise destilliertes Wasser, zirkuliert.
Außerdem sind in den Sekundärkreis 11 mehrere Wärmetauscher in Wärmebeziehung mit mehreren Organen eines Fahrzeugs V, symbolisch angegeben, eingefügt, wobei jedes Paar aus Tauscher und Organ eine Funktionseinheit definiert.
Wenn das Wärmefluid mit einem Organ vereinbar ist, kann es mit ihm in Kontakt sein, wobei der Tauscher und das Organ dann ineinander übergehen. Andernfalls kann die Wärmeaustauschbeziehung zwischen einem Organ und einem Tauscher über ein Wärmefluid wie beispielsweise Luft oder Öl verwirklicht werden.
Der besseren Klarheit wegen sind nur die Tauscher der verschiedenen Funktionseinheiten des Fahrzeugs V dargestellt worden.
Der Sekundärkreis 11 enthält zehn Tauscher 12 bis 21.
Der Tauscher 12 oder "Zellen-Tauscher" ist in Wärmeaustauschbeziehung mit einer Brennstoffzelle, um ihre Temperatur in einen optimalen Betriebsbereich zu bringen und dort zu halten. Er und die Zelle selbst gehen eventuell ineinander über.
Der Tauscher 13 oder "Entfeuchter-Regenerator" ist wahlweise in Wärmeaustauschbeziehung mit einem Luftentfeuchter, um ihn zu regenerieren, d. h. das Wasser, das dieser Letztere kondensiert hat, zu verdampfen, wobei beispielsweise die Luft, die von der Vorrichtung zur Klimatisierung des Fahrgastraumes des Fahrzeugs V abgekühlt werden soll, entfeuchtet wird. Dem Tauscher 13 ist ein Ventil 23 zugeordnet.
Die Tauscher 14 und 15 oder "zweiten und dritten Luftheizgeräte" sind in Wärmeaustauschbeziehung mit dem Fahrgastraum des Fahrzeugs V. Der Tauscher 14 ist so angeordnet, dass er von der aus dem Fahrgastraum herausbeförderten Luft durchströmt wird.
Die parallel zueinander eingebauten Tauscher 17 und 18 sind in Wärmeaustauschbeziehung mit einer oder mehreren Batterien bzw. mit einer Gruppe elektronischer Komponenten.
Schließlich sind die Tauscher 20 und 21 oder der erste bzw. zweite Kühler in Wärmeaustauschbeziehung mit der Außenluft.
Vorzugsweise ist dem Tauscher 20 ein Ventilator 28 zugeordnet.
Der Ventilator 28 kann auch dem Tauscher 21 zugeordnet sein.
Der Sekundärkreis 11 enthält sieben parallele Zweige 31 bis 37.
In die sechs Zweige 31 bis 36 sind jeweils der Zellenlauscher 12 und eine Pumpe 38, der Entfeuchter-Regenerator 13 und das Ventil 23, der Tauscher 14 und ein Ventil 39, das Luftheizgerät 15, dem einerseits ein Dreiwegeventil 40, andererseits ein Dreiwegeventil 41 zugeordnet ist, der erste Kühler 20, dem einerseits ein Dreiwegeventil 43, andererseits ein Dreiwegeventil 47 zugeordnet ist, bzw. der zweite Kühler 21, dem ein Dreiwegeventil 48 zugeordnet ist, eingefügt.
Der siebte Zeig 37 ist ein Ableitungszweig des zweiten Kühlers 21. Er ist an das Dreiwegeventil 48 angeschlossen.
Die Zweige 31 bis 37 sind durch einen ersten und zweiten gemeinsamen Zweig, 49 bzw. 50, miteinander verbunden, wobei der gemeinsame Zweig 49 an das Dreiwegeventil 48 angeschlossen ist.
Der Sekundärkreis 11 enthält außerdem einen Zweig 52, der einerseits an das Dreiwegeventil 43, andererseits an das Dreiwegeventil 47 angeschlossen ist und in den eine Pumpe 54, und der Kondensator 2 eingefügt sind, sowie einen Zweig 56, der einerseits an das Dreiwegeventil 40, andererseits an das Dreiwegeventil 41 angeschlossen ist und in den der Verdampfer 3, eine Pumpe 58 und ein Dreiwegeventil 60 eingefügt sind.
Ein Ableitungszweig 62 enthält in Reihe ein Kältespeichersystem 65, beispielsweise einen Druckbehälter, der ermöglicht, das Wärmefluid, das beim Durchströmen des Verdampfers 3 abgekühlt worden ist, zu speichern, ein Dreiwegeventil 67, und eine Baueinheit 69, welche die parallel geschalteten Tauscher 17 und 18 umfasst, und ist einerseits an den Auslass der Pumpe 58 angeschlossen, andererseits an einen Punkt 71 des Zweigs 56, der sich unmittelbar vor dem Dreiwegeventil 41 befindet. Ein Zweig 73 schließt die zwei Dreiwegeventile 60 und 67 zusammen.
Das Kältespeichersystem 65 kann auch einen Druckbehälter umfassen, der ein Fluid enthält, das Kälte hervorrufende Energie durch Phasenänderung (beispielsweise von der flüssigen zur festen Phase) während des Durchgangs des abgekühlten Wärmefluids durch den Verdampfer 3 speichern kann und diese Energie durch die umgekehrte Phasenänderung während des Durchgangs eines wärmeren Wärmefluids wieder freisetzen kann.
Vorzugsweise sind die Entspanner 5 und 6 des Primärkreises und die Ventile des Sekundärkreises bezüglich des Durchsatzes stufenlos regelbar, sodass die Mengen von Wärme oder Kälte hervorrufenden Energie, die durch einen Tauscher übertragen werden, präzise einstellbar sind.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält schließlich Steuermittel, beispielsweise einen Rechner 75, der den Kompressor 9 und die verschiedenen Ventile und Pumpen in Abhängigkeit insbesondere von Temperaturmesswerten von der Brennstoffzelle, T_pile, und Temperaturen T₁ bis T₄ des Entfeuchter-Regenerators, der Luft des Fahrgastraumes, der Batterien bzw. der Gruppe elektronischer Komponenten überwacht und steuert, um an ihre jeweiligen Tauscher eine Wärmeleistung zu liefern, die an ihren Bedarf angepasst ist.
5 veranschaulicht ein System, das dazu bestimmt ist, die Wirksamkeit des Luftheizgerätes 15 und des Verdampfers 4 zu optimieren.
Dieses System enthält eine Leitung 101 für die Zuführung von Luft, die aus einem geregelten Gemisch aus Außenluft und Umluft aus dem Fahrgastraum stammt, eine erste Klappe 102, eine zweite Klappe 104 und Leitungen 106 und 108 zum Abführen der Luft in die äußere Umgebung bzw. zum Fahrgastraum.
Die Luft strömt durch die Leitung 101 (Pfeil F1) ein und wird je nach der Stellung der Klappe 102 zum Teil zum Luftheizgerät 15 (Pfeil F2) und zum Teil zum Verdampfer 4 (Pfeil F3) geleitet.
Die Stellung der zweiten Klappe 104 bestimmt die Anteile der Luft, die, nachdem sie das Luftheizgerät 15 durchströmt hat, durch die Leitung 106 in die äußere Umgebung (Pfeil F4) und durch die Leitung 108 zum Fahrgastraum (Pfeil F5) abgeführt werden.
Die Luft, die den Verdampfer 4 durchströmt hat, wird durch die Leitung 108 (Pfeil F6) zum Fahrgastraum abgeführt.
Vorteilhaft ermöglicht dieses System, das Luftheizgerät 15 in ein Element zum Beheizen oder zum Klimatisieren des Fahrgastraumes oder in ein Mittel zum Abführen von Energie in die äußere Umgebung des Fahrzeugs V umzuwandeln.
1 bis 4 veranschaulichen die Funktionsweise der Vorrichtung in vier Hauptsituationen: Kaltstart im Sommer, stabiler Betrieb, d. h. mit Ausnahme der Startphase, im Sommer, Kaltstart im Winter bzw. stabiler Betrieb im Winter.
Die Situation "im Sommer" bzw. "im Winter" bezieht sich auf eine Situation, die ein Kühlen bzw. ein Heizen des Fahrgastraumes erfordert.

Die nachstehende Tabelle 1 fasst die Stellungen der verschiedenen Organe der Vorrichtung gemäß der Erfindung in den verschiedenen Situationen zusammen. Tabelle 1

Situation		Kaltstart, im Sommer		stabil, im Sommer	Kaltstart, im Winter	stabil, im Winter
Situation		Fig. 1	T_pile ausreichend	Fig. 2	Fig. 3	Fig. 4
Ventile	23	G	G	O	-	-
	39	G	G	G	-	-
	7	O	O	G	O	-
	8	O	O	O	O	-
Dreiwegeventil	40	15–56	15–56	15–56	15–56	15–56
	41	15–56	15–56	15–56	15–56	15–56
	43	49–52	20–52	20–52	20–52	-
	47	50–52	20–52	20–52	20–52	-
	48	G	37–49*	21–49	-	-
	60	41–73	41–73	58–73	58–73	-
	67	60–65	60–65	69–73	69–73	69–73
Vierwegeventil	10	9'–7 und 8 9''–2	9'–7 und 8 9''–2	9'–7 und 8 9''–2	9'–7 und 8 9''–2	-
Kompressor	9	in Betrieb	in Betrieb	in Betrieb	in Betrieb	nicht in Betrieb
Pumpen	38	in Betrieb	in Betrieb	in Betrieb	nicht in Betrieb	nicht in Betrieb
	54	nicht in Betrieb	in Betrieb	in Betrieb	in Betrieb	nicht in Betrieb
	58	in Betrieb	in Betrieb	in Betrieb	in Betrieb	in Betrieb
-: bedeutet, dass die Stellung des Organs beliebig sein kann
*: unter bestimmten Bedingungen, die nachstehend beschrieben sind
o: offen
G: geschlossen (alle Wege des Ventilssind abgesperrt)
xx-yy: bringt die mit xx und yy bezeichneten Organe in Verbindung

Die in 1 bis 4 dargestellten Pfeile geben die Zirkulationsrichtung der Fluide an.
Der Primärkreis 1 kann je nach der Stellung des Vierwegeventils 10 als Klimatisierung oder als Wärmepumpe wirksam werden.
Bei der ersten Stellung des Vierwegeventils 10 (1 und 2), die der Wirkungsweise als Klimatisierung entspricht, kondensiert das durch den Kompressor 9 verdichtete Kältemittel, wenigstens teilweise, in dem Kondensator 2, wobei Wärmeenergie erzeugt wird, und wird dann durch wenigstens einen der Entspanner 5 und 6 entspannt, um anschließend, wenigstens teilweise, in we nigstens einem der Verdampfer 3 bzw. 4 zu verdampfen, wobei Kälte hervorrufende Energie erzeugt wird, bevor es über das Vierwegeventil 10 in den Einlass 9' des Kompressors 9 zurückgeschickt wird.
Bei der zweiten Stellung des Vierwegeventils 10, die der Wirkungsweise als Wärmepumpe entspricht, kondensiert das den Kompressor 9 verlassende Kältemittel, wenigstens teilweise, in wenigstens einem der Verdampfer 3 und 4 und wird dann durch wenigstens einen der Entspanner 5 bzw. 6 entspannt, um anschließend, wenigstens teilweise, in dem Kondensator 2 zu verdampfen, bevor es über das Vierwegeventil 10 in den Einlass 9' des Kompressors 9 zurückgeschickt wird.
Die Änderung der Stellung des Vierwegeventils 10 ermöglicht folglich, die Funktionen des Kondensators 2 und der Verdampfer 3 und 4 umzukehren bzw. zu vertauschen.
In der Startsituation im Sommer (1) wird der Primärkreis als Klimatisierung wirksam, wobei in den beiden Verdampfern 3 und 4 Kälte hervorrufende Energie freigesetzt wird.
Die im Verdampfer 4 freigesetzte Kälte hervorrufende Energie wird, wenigstens teilweise, durch die Luftzirkulation rings um den Verdampfer 4 direkt in den Fahrgastraum übertragen, wobei die Klappen 102 und 104 in einer Zwischenstellung bzw. einer Stellung, die die Leitung 106 absperrt, sind.
Die in dem Verdampfer 3 freigesetzte, Kälte hervorrufende Energie wird, wenigstens teilweise, auf das durch die Pumpe 58 in Zirkulation versetzte Wärmefluid, dann auf das Luftheizgerät 15 und durch Luftzirkulation rings um dieses Letztere auf den Fahrgastraum des Fahrzeugs übertragen.
Die Erfindung erfordert nicht unbedingt das Vorhandensein des Verdampfers 4. Vorteilhaft ermöglicht sie, eine zweite Kältequelle vorzusehen, um den Fahrgastraum zu kühlen.
Um die Erzeugung von Kälte hervorrufender Energie durch den Kältemittelkreis und folglich den Energieverbrauch des Kompressors 9 niedrig zu halten, sind vorteilhaft die Dreiwegeventile 60 und 67 so positioniert, dass eine Zirkulation des Wärmefluids durch das Kältespeichersystem 65 ermöglicht wird. Damit wird die Kälte hervorrufende Energie, vorerst im System 65 gespeichert, in den Situationen der übermäßigen Freisetzung von Kälte hervorrufender Energie durch den Primärkreis auf das Wärmefluid übertragen.
Der geringe Energieverbrauch des Kompressors 9 ermöglicht vorteilhaft, die von der Brennstoffzelle geforderte Leistung in einer Situation, in der ihre Temperatur nicht optimal ist oder ihr Wirkungsgrad schlecht ist, zu verringern.
Die Dreiwegeventile 40 und 41 sind so positioniert, dass das Wärmefluid in einer Schleife in einem ersten Unterkreis C1 zirkuliert, wobei es nacheinander den Verdampfer 3, die Pumpe 58, eventuell das Kältespeichersystem 65 und das Dreiwegeventil 67, die Dreiwegeventile 60 und 41, das Luftheizgerät 15 und das Dreiwegeventil 40 durchströmt.
Beim Anlassen muss die Brennstoffzelle angewärmt werden, damit sie eine optimale Betriebstemperatur erreicht, d. h. einen guten energetischen Wirkungsgrad ermöglicht.
Das durch die Pumpe 38 in Zirkulation versetzte Wärmefluid wird durch die Wärme, die durch die Kondensation des Kältemittels im Kondensator 2 beim Durchströmen dieses Letzteren erzeugt wird, erwärmt. Auf diese Weise erwärmt, strömt es bis zum Zellen-Tauscher 12, wo es Wärmeenergie an die Zelle abgibt, bevor es über das Ventil 43 wieder zum Kondensator 2 zurückkehrt. Das Wärmefluid zirkuliert folglich in einer Schleife in einem zweiten Unterkreis C2, der unabhängig vom ersten ist, d. h. dass sich das Wärmefluid des zweiten Unterkreises C2 nicht mit jenem mischt, das im ersten Unterkreis C1 zirkuliert.
Wenn die Temperatur der Zelle T_pile zufriedenstellend ist, (nicht dargestellte Situation), beispielsweise weil sie ungefähr 60°C erreicht, muss die Wärmeenergiezufuhr zu der Zelle durch das Wärmefluid aufhören, aber die Wärmeenergieerzeugung in dem Kondensator 2 muss aufrechterhalten werden, um eine Freisetzung von Kälte hervorrufender Energie in den Verdampfern 3 und 4 zu ermöglichen.
Die Dreiwegeventile 43, 47 und 48 ändern die Stellung und die Pumpe 54 wird eingeschaltet, sodass das Wärmefluid, nachdem es den Kondensator 2 durchströmt hat, in einer Schleife in einem vom ersten Unterkreis C1 unabhängigen Unterkreis zum Kühlen des Kondensators 2 durch die Pumpe 54, das Dreiwegeventil 43, den Kühler 20 und das Dreiwegeventil 47 zirkuliert. Die in dem Kondensator 2 erzeugte und auf das Wärmefluid übertragene Wärme wird dann mittels des Kühlers 20 in die äußere Umgebung abgeführt. Falls erforderlich, wird der Ventilator 28 in Bewegung versetzt.
In dem Fall, in dem der Zellen-Tauscher 12 in die Zelle integriert ist, bleibt die Pumpe 38 vorzugsweise eingeschaltet und das Dreiwegeventil 48 wird so positioniert, dass das vom Zellen-Tauscher 12 kommende Wärmefluid den Ableitungszweig 37 durchströmt, bevor es zum Zellen-Tauscher 12 zurückkehrt. Die Zirkulation des Wärmefluids in einem Unterkreis, der von den Unterkreisen C1 und von der Kühlung des Kondensators 2 unabhängig ist, hat dann nicht mehr zum Ziel, die Zelle zu er wärmen, sondern vorteilhaft, ihre Temperatur zu homogenisieren.
In der Situation des stabilen Betriebs im Sommer (2) müssen der Fahrgastraum, die Zelle, die elektronischen Komponenten und die Batterien gekühlt werden. Die Tabelle 1 gibt die Stellungen der verschiedenen Organe der erfindungsgemäßen Vorrichtung an.
Der Primärkreis wird als Klimatisierung wirksam, derart, dass durch Verdampfen von Kältemittel im Verdampfer 4 Kälte hervorrufende Energie freigesetzt wird.
Die Klappe 102 ist in der Zwischenstellung, sodass der Fahrgastraum durch diese Kälte hervorrufende Energie gekühlt werden kann.
Vorzugsweise ist das Ventil 7 geschlossen und der Verdampfer 3 ist inaktiv, d. h. dass er nicht der Ort irgendeiner Freisetzung von Kälte durch Verdampfen des Kältemittels ist.
Das Wärmefluid des Sekundärkreises zirkuliert in drei unabhängigen Unterkreisen.
Der erste dieser Unterkreise, C1', ist zum Kühlen der Batterien und der elektronischen Komponenten bestimmt. Er enthält nacheinander die Baueinheit 69 aus den Tauschern 17 und 18, das Dreiwegeventil 41, das Luftheizgerät 15, das Dreiwegeventil 40, den Verdampfer 3, die Pumpe 58 und das Dreiwegeventil 60. Die durch die Tauscher 17 und 18 übertragene Wärme wird über das Luftheizgerät 15 in die äußere Umgebung abgeführt, wobei die Klappen 102 und 104 in der Zwischenstellung bzw. in der Stellung sind, in welcher der Zugang zu der Leitung 108 für die Luft verschlossen ist.
Folglich kann das Luftheizgerät 15 vorteilhaft als Mittel zur Wärmeübertragung in Richtung der äußeren Umgebung oder in Richtung des Fahrgastraumes dienen.
Vorteilhaft verfügt der Verdampfer 4 über ein Wärmeaustauschvermögen, das den Kühlbedarf des Fahrgastraumes in der Situation des stabilen Betriebs im Sommer erfüllen kann. Der Verdampfer 3 und das Luftheizgerät 15 werden nur in den Situationen in Anspruch genommen, in denen der Kühlbedarf des Fahrgastraumes vorübergehend erhöht ist, beispielsweise in der Sommer-Startsituation (1), wenn es erforderlich ist, den Fahrgastraum "durchzulüften", d. h. die Luft, die er enthält, schnell zu erneuern.
In diesen Situationen ermöglicht die Nutzung der Kälte hervorrufenden Energie, die im Speichersystem 65 gespeichert ist, vorteilhaft, die Menge der Kälte hervorrufenden Energie, die an den Fahrgastraum abgegeben wird, weiter zu vergrößern.
Die Anordnung des Verdampfers 4 und des Luftheizgeräts 15 in dem System, das in 5 dargestellt ist, verleiht damit ihrer Verwendung eine große Flexibilität, die von Vorteil ist, um den Energieverbrauch des Kompressors 9 und die Größe der Tauscher zu optimieren.
Bei der in 2 dargestellten Konfiguration ist der Verdampfer 3 inaktiv und das Wärmefluid empfängt im Wesentlichen keine Kälte hervorrufende Energie, während es ihn durchströmt. Die Abkühlung der Tauscher 17 und 18 wird folglich nur mittels der Kälte der Außenluft sichergestellt, die durch das Luftheizgerät 15 auf das Wärmefluid übertragen wird. Der Kompressor 9 arbeitet nur, um Kälte hervorrufende Energie zum Kühlen des Fahrgastraumes zu erzeugen, wodurch sein Energieverbrauch niedrig gehalten wird.
Wenn sich die Temperatur der Tauscher 17 und 18 übermäßig erhöht (Situation nicht dargestellt), oder wenn die Maximaltemperatur der Zelle erreicht ist, kann das Ventil 7 geöffnet werden, um den Verdampfer 3 zu aktivieren. Es kann auch auf die Kälte hervorrufende Energie zurückgegriffen werden, die im Speichersystem 65 gespeichert ist.
Schließlich können der Verdampfer 3 und das Luftheizgerät 15 gleichzeitig verwendet werden, um das Wärmefluid abzukühlen, falls das Luftheizgerät 15 allein nicht ausreicht.
Der zweite Unterkreis C2 ist zur Kühlung der Zelle bestimmt. In dem Unterkreis C2' strömt das Wärmefluid, das durch die Pumpe 38 in einer geschlossenen Schleife in Zirkulation versetzt wird, durch den Zellen-Tauscher 12 und wird dann beim Durchströmen des Kühlers 21 abgekühlt.
Das Ventil 23 kann offen sein, damit der Tauscher 13 die Wärme abführt, um den Luftentfeuchter zu regenerieren. Folglich dient der Tauscher 13 vorteilhaft als Mittel zum Abführen der Wärme, die durch die Zelle freigesetzt wird, und gleichzeitig als Mittel zum Regenerieren des Entfeuchters.
Der dritte Unterkreis C3' ist dazu bestimmt, über den Kühler 20 die durch die Kondensation des Kältemittels in dem Kondensator 2 freigesetzte und auf das Wärmefluid in diesem Kondensator 2 übertragene Wärme in die äußere Umgebung des Fahrzeugs V abzuführen. Der Unterkreis C3' arbeitet wie der vorher beschriebene Unterkreis zum Kühlen des Kondensators 2.
In dieser Konfiguration umfasst der Sekundärkreis folglich drei Unterkreise C1', C2' und C3', die unabhängig sind und den Kreisen zum Kühlen der Batterien und der Gruppe elektronischer Komponenten, der Zelle bzw. des Kondensators 2 entsprechen.
Falls die Temperatur der Zelle trotz der Wärmeabführung durch den Entfeuchter-Regenerator 13 und den Kühler 21 ansteigt (Situation nicht dargestellt), wird die Stellung der Ventile 43 und 47 so verändert, dass ein Teil des Wärmefluids, das von dem Zellen-Tauscher 12 kommt, in den Zweig 35 umgeleitet und beim Durchströmen des Kühlers 20 abgekühlt wird.
Falls die Leistung der Brennstoffzelle eine Wärmemenge erzeugt, die so groß ist, dass die Kühler 20 und 21 und den Entfeuchter-Regenerator 13 nicht ausreichen, um sie abzuführen, wird die Pumpe 58 abgestellt und die drei Wege der Ventile 40 und 41 werden freigegeben. Das von dem Zellen-Tauscher 12 kommende Wärmefluid wird dann beim Durchströmen des Entfeuchter-Regenerators 13 teilweise abgekühlt und beim Durchströmen der Kühler 20 und 21 teilweise abgekühlt und beim Durchströmen des Luftheizgeräts 15 teilweise abgekühlt und teilweise zu dem Zweig 56 umgeleitet, um die Baueinheit 69 zum Kühlen der Batterien und der Gruppe elektronischer Komponenten zu kühlen.
Falls bei dieser Konfiguration die Temperatur der Zelle immer noch zu hoch ist, wird das Ventil 39 geöffnet (Situation nicht dargestellt), wodurch zugelassen wird, dass der Tauscher 14 von dem Wärmefluid durchströmt wird, dass vom Zellen-Tauscher 12 kommt. Kühle Luft, die aus dem Fahrgastraum herausströmt und den Tauscher 14 durchquert, kühlt folglich das Wärmefluid ab, bevor es wieder zurückströmt, um die Brennstoffzelle zu kühlen.
Ein Teil der über den Verdampfer 4 in den Fahrgastraum übertragenen Kälte wird folglich genutzt, um die Zelle zu kühlen. Dieses Merkmal ist besonders vorteilhaft, da andernfalls diese Kälte in die äußere Umgebung abgegeben wird und verlorengeht.
In der Situation des Kaltstarts im Winter ist es erforderlich, den Fahrgastraum zu beheizen, und die Zelle, die Batterien und die elektronischen Komponenten müssen eventuell angewärmt werden. 3 veranschaulicht die Situation, in der die Zelle, im Unterschied zu den Batterien und den elektronischen Komponenten, ein Anwärmen erfordert.
Der Kompressor 9 ist in Betrieb, aber die Stellung des Vierwegeventils 10 ist umgekehrt, sodass der Primärkreis 1 als Wärmepumpe wirksam wird und durch Kondensation des Kältemittels in den Verdampfern 3 und 4 Wärmeenergie freisetzt und durch Verdampfung des Kältemittels in dem Kondensator 2 Kälte hervorrufende Energie freisetzt.
Der Fahrgastraum wird durch die in dem einzigen Verdampfer 4 erzeugt Wärme erwärmt, wobei die Klappe 102 so positioniert ist, dass sie das Strömen von Luft aus der Leitung 101 in den Verdampfer 4 zulässt.
Die Pumpe 58 wird nur in Gang gesetzt, falls ein Beheizen der Baueinheit 69 erforderlich ist. Das Wärmefluid zirkuliert dann in einem Unterkreis C1', der dem Unterkreis C1' völlig gleicht, aber in dem das Durchströmen des Verdampfers 3 das Wärmefluid mit Wärmeenergie versorgt. Um die Wärmeenergieverluste niedrig zu halten, sperrt vorzugsweise die Klappe 102 den Zugang zum Luftheizgerät 15 ab. Dadurch, dass jedoch die Klappe 102, wenigstens teilweise, geöffnet wird, und die Klappe 104 so positioniert wird, dass sie die zur äußeren Umgebung führende Leitung 106 absperrt, kann ein Teil der von dem Wärmefluid transportierten Energie auf den Fahrgastraum übertragen werden, als Ergänzung zu der Wärmeenergie, die durch den Verdampfer 4 geliefert wird, aber auf Kosten der Erwärmung der Baueinheit 69.
Falls ein Beheizen der Zelle erforderlich ist (Situation nicht dargestellt), können die Ventile 40 und 41 so positioniert werden, dass wenigstens ein Teil des vom Verdampfer 3 kommenden Wärmefluids durch den Zellen-Tauscher 12 strömt.
Die Ventile 23 und 39 werden dann geschlossen und die Ventile 43, 47 und 48 so positioniert, dass jede Zirkulation von Wärmefluid in den Zweigen 49 und 50 verhindert wird.
Selbst wenn die Zelle kein Beheizen erfordert, falls der Zellen-Tauscher 12 und die Zelle ineinander übergehen, kann vorteilhaft eine Zirkulation des Wärmefluids in einer Schleife durch die Zweige 31, 49, 37 und 50 hergestellt werden, um die Temperatur der Zelle zu homogenisieren und/oder den für die Befeuchtung der Zelle erforderlichen Volumenstrom zu liefern.
Die in dem Kondensator 2 auf das Wärmefluid übertragene Kälte hervorrufende Energie wird über den Kühler 20 in die äußere Umgebung abgeleitet, wobei das Wärmefluid in einem unabhängigen Unterkreis C3'' zirkuliert, der dem Unterkreis C3 gleicht.
In der Situation, die in 3 dargestellt ist, enthält der Sekundärkreis zwei unabhängige Unterkreise zum Beheizen der Baueinheit 69, ja sogar des Fahrgastraumes, und zum Abführen der Kälte durch den Kühler 20, nämlich C1'' bzw. C3''.
Wenn die Zelle warm genug ist (nicht dargestellte Situation), wird die Pumpe 54 abgestellt und die Ventile 43 und 47 werden so positioniert, dass wenigstens ein Teil des vom Zellen-Tauscher 12 kommenden Wärmefluids durch den Kondensator 2 strömt. Das Verdampfen des Kältemittels in dem Kondensator 2 wird durch eine hohe Temperatur des ihn durchströmenden Wärmefluids gefördert. Vor teilhaft verbessert die hohe Temperatur des vom Zellenlauscher 12 kommenden Wärmefluids die Leistungsfähigkeit des Primärkreises 1.
In der Situation des stabilen Betriebs im Winter (4) wird die von den Batterien und den elektronischen Komponenten erzeugte Wärmeenergie über das Luftheizgerät 15 je nach Stellung der Klappe 104 an die äußere Umgebung und/oder zum Fahrgastraum übertragen, wobei die Klappe 102 zulässt, dass Luft in die Leitung 101 strömt, um das Luftheizgerät 15 zu durchqueren. Die Position der Klappe 104 wird in Abhängigkeit vom Wärmebedarf des Fahrgastraumes festgelegt.
Falls diese Wärmeenergie nicht ausreicht, um den Fahrgastraum zu erwärmen (Situation nicht dargestellt), werden die Ventile 40 und 41 so positioniert, dass vom Zellen-Tauscher 12 kommendes Wärmefluid durch das Luftheizgerät 15 strömt.
Vorteilhaft ist der Kompressor 9 außer Betrieb, wodurch eine Energieeinsparung möglich ist.
Falls sich die Temperatur der Zelle trotz der Wärmeabfuhr durch das Luftheizgerät 15 erhöht, werden die Abfuhrkapazitäten der Vorrichtung wie in der Situation des stabilen Betriebs im Sommer (2) erhöht.
In allen Situationen, die den in 1 bis 4 dargestellten Konfigurationen entsprechen, liefert oder empfängt das Kältespeichersystem 65 die Kälte hervorrufende Energie des Wärmefluids nach Bedarf der Tauscher des Sekundärkreises.
Ein Temperatursensor ermöglicht, die Temperatur des im Kältespeichersystem 65 gespeicherten Wärmefluids zu messen und folglich die noch gespeicherte Menge Kälte hervorrufender Energie abzuschätzen.
Das Nachladen des Systems 65 geschieht, wenn der Bedarf an Kälte hervorrufender Energie niedrig ist. Der Primärkreis 1 arbeitet dann als Klimatisierung, die Pumpe 58 wird in Gang gesetzt und das Dreiwegeventil 60 so positioniert, dass das durch den Verdampfer 3 abgekühlte Wärmefluid durch das Speichersystem 65 strömt.
Wie jetzt deutlich zu erkennen ist, ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung die Wärmeregulierung eines oder mehrerer Tauscher und insbesondere die Auswahl der Erzeugung von Wärmeenergie oder von Kälte hervorrufender Energie in dem Tauscher bzw. den Tauschern nicht nur durch Einwirkung auf die Mittel zum wahlweisen Verbinden, die in den Sekundärkreis eingefügt sind, sondern auch durch Umkehren bzw. Vertauschen der Rollen des Kondensators 2 und des Verdampfers 3.
Um beispielsweise die Funktion der Tauscher 2, 3, 4, 15, 17, 18 und 20 in der Konfiguration des stabilen Betriebs im Sommer, die in 2 dargestellt ist, umzukehren, genügt es, die Stellung des Vierwegeventils 10 umzuschalten.
Um die Funktion einer großen Anzahl Wärmetauscher des Sekundärkreises umzukehren, kann dann sehr schnell die Stellung des Vierwegeventils 10 umgeschaltet werden, und es kann bei einigen Tauschern, deren Funktion nicht umgekehrt werden soll, ihre ursprüngliche Funktion durch Betätigen der Ventile des Sekundärkreises 11 wiederhergestellt werden. Selbstverständlich wird dann die Architektur des Sekundärkreises notwendigerweise diese letzteren Tauscher mit dem Kondensator 2 und zugleich mit einem der Verdampfer 3 und 4 verbinden müssen.
Vorteilhaft bietet die Architektur des Sekundärkreises eine große Flexibilität bei der Wärmesteuerung der Tauscher des Sekundärkreises.
Verglichen mit der Vorrichtung, die in der Patentanmeldung FR 0 111 603 beschrieben ist, ermöglicht die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch, vorteilhaft, in den Primärkreis 1 einen Tauscher, im vorliegenden Fall den Verdampfer 4, einzufügen, der wahlweise zum Beheizen oder zum Kühlen des Fahrgastraumes dienen kann. Das Beheizen oder das Kühlen des Fahrgastraumes erfolgt ab dem Zeitpunkt der Kondensation bzw. der Verdampfung des Kältemittels in diesem Tauscher, ohne dass die Wärmeenergie oder Kälte hervorrufende Energie durch ein Wärmefluid eines Sekundärkreises befördert werden muss. Der energetische Wirkungsgrad ist ebenfalls verbessert.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform, die als veranschaulichendes und nicht einschränkendes Beispiel gegeben ist, beschränkt.
Insbesondere ist die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht auf die in 1 bis 4 dargestellten Situationen beschränkt.
Außerdem können die verschiedenen Tauscher des Sekundärkreises in Wärmeaustauschbeziehung mit beliebigen Organen, die insbesondere von den beschriebenen verschieden sind, mit dem Fahrgastraum des Fahrzeugs oder mit der äußeren Umgebung des Fahrzeugs sein. Beispielsweise kann ein Tauscher, wie etwa der Tauscher 20 oder der Tauscher 12, in Wärmeaustauschbeziehung mit der Zelle, der äußeren Umgebung, dem Fahrgastraum, den Batterien, den elektronischen Komponenten oder anderen Organen des Fahrzeugs sein.
Die Erfindung betrifft folglich eine Wärmesteuervorrichtung für einen oder mehrere Tauscher, die gemäß einer Architektur, wie sie in 1 bis 4 dargestellt ist oder die äquivalent ist, angeordnet sind, und dies unabhängig vom Bestimmungsort der Wärme oder Kälte her vorrufenden Energie, die durch diesen oder diese Tauscher übertragen wird.

Claims

Wärmesteuervorrichtung für mehrere Wärmetauscher (12, 13, 14, 15, 20, 21), insbesondere für ein mit einer Brennstoffzelle ausgerüstetes Kraftfahrzeug (V), mit – einem Primärkältemittelkreis (1), in dem ein Kältemittel zirkuliert und in den in Reihe wenigstens ein Kompressor (9), ein Kondensator (2), ein Entspanner (5) und ein Verdampfer (3) eingefügt sind, und – einem Sekundärkreis (11), in dem ein Wärmefluid zirkuliert und der enthält: a) einen ersten (34), einen zweiten (52) und einen dritten (56) parallelen Zweig, in denen ein erster (15) der Tauscher, der Kondensator (2) bzw. der Verdampfer (3) eingefügt sind, b) Mittel (40, 41, 43, 47) zum wahlweisen Verbinden des ersten Zweigs (34) mit dem zweiten Zweig (52) oder mit dem dritten Zweig (56), c) Mittel (54, 58) zum Zirkulierenlassen des Wärmefluids und d) Mittel (75) zum Steuern des Kompressors (9), der Mittel (40, 41, 43, 47) zum wahlweisen Verbinden und der Zirkulationsmittel (54, 58), dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreis (1) außerdem Mittel (10) zum Umkehren der Zirkulationsrichtung des primären Fluids in dem Kondensator (2) und dem Verdampfer (3) enthält, derart, dass das primäre Fluid in dem Kondensator (2) bzw. in dem Verdampfer (3) wahlweise kondensiert bzw. verdampft oder aber verdampft bzw. kondensiert.
Wärmesteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkreis (11) wenigstens einen vierten Zweig (35), der zu dem ersten Zweig (34), dem zweiten Zweig (52) und dem dritten Zweig (56) parallel ist und in den wenigstens ein zweiter (20) der Tauscher und Mittel (40, 41, 43, 47) für die Verbindung des vierten Zweigs (35) mit einem (52) des zweiten Zweigs (52) und des dritten Zweigs (56), wenn der erste Zweig (34) mit dem anderen (56) des zweiten Zweigs (52) und des dritten Zweigs (56) verbunden ist, eingefügt sind, derart, dass ein erster (C1') und ein zweiter (C3') Unterkreis, die voneinander unabhängig sind, gebildet werden, und Mittel (54, 58) zum Zirkulierenlassen des Wärmefluids in den Unterkreisen (C1', C3') enthält.
Wärmesteuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkreis (11) wenigstens einen fünften Zweig (31) und einen sechsten Zweig (36) enthält, in die ein dritter (12) bzw. ein vierter (21) der Tauscher eingefügt sind, wobei der Sekundärkreis (11) außerdem enthält: – Mittel (40, 41, 43, 47) zum wahlweisen Verbinden des fünften Zweigs (31) mit dem zweiten Zweig (52) oder mit dem dritten Zweig (56), derart, dass der dritte Tauscher (12) wahlweise in den ersten Unterkreis (C1') oder in den zweiten Unterkreis (C3') eingefügt wird, – Mittel (40, 41, 43, 47, 48) zum wahlweisen Verbinden des sechsten Zweigs (36) mit dem zweiten Zweig (52) oder mit dem dritten Zweig (56), derart, dass der vierte Tauscher (21) wahlweise in den ersten Unterkreis (C1') oder in den zweiten Unterkreis (C3') eingefügt wird, – Mittel (40, 41, 43, 47, 48) zum wahlweisen Verbinden des fünften Zweigs (31) mit dem sechsten Zweig (36), derart, dass ein dritter Unterkreis (C2') gebildet wird, der von dem ersten Unterkreis (C1') und von dem zweiten Unterkreis (C3') unabhängig ist, und – Mittel zum Zirkulierenlassen des Wärmefluids in den Unterkreisen (38, 54, 58).
Wärmesteuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkreis (11) Verbindungsmittel (40, 41, 43, 47) enthält, die dazu bestimmt sind, den fünften Zweig (31), den sechsten Zweig (36) und wenigstens einen des zweiten Zweigs (52) und des dritten Zweigs (56) gleichzeitig zu verbinden.
Wärmesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkreis (11) wenigstens einen siebten Ableitungszweig (37) des vierten Tauschers (21) und Mittel (48) zum Einstellen des Wärmefluiddurchsatzes in dem Ableitungszweig (37) enthält.
Wärmesteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreis (1) einen zweiten Verdampfer (4) enthält, der in einer Wärmeaustauschbeziehung mit dem Fahrgastraum des Fahrzeugs (V) steht.
Wärmesteuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdampfer (4) zu dem ersten Verdampfer (3) parallel geschaltet ist.
Wärmesteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verdampfer (4) und wenigstens einer (15) der Tauscher des Sekundärkreises (11), die für die Heizung und Klimatisierung des Fahrgastraums bestimmt sind, in ein System eingefügt sind, das eine Leitung (101) für die Zuführung von Luft zu dem zweiten Verdampfer (4) und zu dem Tauscher (15), eine erste Klappe (102), die in dem Weg der Luft angeordnet ist und deren Stellung die Anteile der Luft, die zu dem zweiten Verdampfer (4) und zu dem Tauscher (15) geleitet werden, bestimmt, und eine zweite Klappe (104), die in dem Weg der durch den Tauscher (15) gegangenen Luft angeordnet ist und deren Position die Anteile der Luft, die in die äußere Umgebung und in den Fahrgastraum abgeführt werden, bestimmt, enthält.
Wärmesteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Tauscher ein Luftheizgerät (15) ist, durch das die Luft strömt, die dazu bestimmt ist, in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs (V) zu zirkulieren, oder ein Kühler (20, 21) ist, der mit dem Wärmeaustausch mit der äußeren Umgebung des Fahrzeugs (V) in Beziehung steht oder mit dem Wärmeaustausch mit der Brennstoffzelle in Beziehung steht oder mit dem Wärmeaustausch mit wenigstens einer Batterie des Fahrzeugs (V) in Beziehung steht oder mit dem Wärmeaustausch mit einer Gruppe elektronischer Komponenten des Fahrzeugs (V) in Beziehung steht oder mit dem Wärmeaustausch mit einem Entfeuchter in Beziehung steht.
Wärmesteuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältespeichersystem (65) in den Sekundärkreis (11) eingefügt ist, wobei der Sekundärkreis (11) außerdem Mittel (56, 60, 57) zum Ableiten des Wärmefluids des Kältespeichersystems (65) und Mittel (60, 67) zum Regulieren des Wärmefluiddurchsatzes in dem Kältespeichersystem (65) enthält.