EP1465784A1 - Fahrzeug mit einer klimatisierung und einer wärmequelle - Google Patents

Fahrzeug mit einer klimatisierung und einer wärmequelle

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EP1465784A1
EP1465784A1 EP02787934A EP02787934A EP1465784A1 EP 1465784 A1 EP1465784 A1 EP 1465784A1 EP 02787934 A EP02787934 A EP 02787934A EP 02787934 A EP02787934 A EP 02787934A EP 1465784 A1 EP1465784 A1 EP 1465784A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
medium
circuit
valve
heat exchanger
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02787934A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank FRÜHAUF
Klaus Harm
Alfons Rennefeld
Jürgen Wertenbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a vehicle with air conditioning and a heat source and a method for heating and cooling a vehicle.
  • a vehicle with a refrigerant circuit in which an evaporator, a compressor, a condenser and a heat exchanger cooled by ambient air are arranged in succession in a sub-circuit assigned to the air conditioning system. Furthermore, an additional heat source is arranged in a second partial circuit, the second partial circuit being arranged parallel to the evaporator.
  • a vehicle with a refrigerant circuit in which a compressor, a heat exchanger cooled by ambient air, a first part of an internal heat exchanger, a heat exchanger assigned to the vehicle interior and the second part of the internal heat exchanger are arranged in the flow direction are.
  • two switching devices are provided in order to connect the compressor, the heat exchanger assigned to the vehicle interior and a heat exchanger assigned to a heat source in succession in a second switching position.
  • the object of the invention is to provide a vehicle with an air conditioning system and a heat source in which both comfortable climatic conditions and sufficient cooling of the heat sources are made possible at high outside temperatures and a heat deficit can be easily compensated for at low outside temperatures, and a method to specify for heating and cooling the vehicle.
  • the object is achieved for a vehicle by the features of claim 1 and for a method by the features of claim 17.
  • the advantage of the solution according to the invention is that both cooling of the heat source and air conditioning of the vehicle are made possible with the same medium.
  • a single refrigeration circuit several cooling and / or heating functions can be performed simultaneously, depending on the needs of the individual heat sources and / or heat sinks in the system.
  • the number of cooling circuits in the vehicle is also reduced. Heating can be carried out selectively and as required. It is also possible to easily expand the number of heat consumers in the system at will.
  • the driving performance, in particular of a fuel cell vehicle, at high outside temperatures is improved.
  • the invention is used particularly advantageously in a vehicle with a fuel line system. At low outside temperatures, the range of the vehicle can be increased compared to an electrically heated vehicle by coupling in ambient heat in heat pump operation.
  • Fig. 1 shows a basic circuit of a preferred embodiment
  • FIG. 2 shows a basic circuit of a preferred extended refrigeration cycle for high outside temperatures
  • Fig. 3 shows a basic circuit of a preferred
  • Fig. 4 shows a basic circuit of a preferred extended refrigeration cycle at low outside temperatures.
  • a vehicle according to the invention has an air conditioning system and a heat source which is to be cooled.
  • a heat source can e.g. a charge air cooler of a vehicle powered by an internal combustion engine, in which the heated, compressed air has to be cooled.
  • a particularly preferred vehicle has a fuel cell system as a heat source.
  • the invention is described below with reference to such a vehicle, in which the heat source is at least one component of the fuel cell system to be cooled.
  • the fuel cell system can be used to supply the traction drive or as an auxiliary unit supply for the vehicle.
  • the fuel cell system comprises a fuel cell unit with an anode-side supply line for fuel to the fuel cell unit and an anode-side anode exhaust gas line for removing the anode exhaust gas from the fuel cell unit, a cathode-side supply line for oxidizing agent to the fuel cell unit and a cathode-side cathode exhaust line for removing the cathode exhaust gas from the fuel cell unit.
  • the fuel cell system can also have a gas generation system in which a fuel, preferably hydrogen, is generated from a fuel, as is familiar to the person skilled in the field of fuel cell technology.
  • the air conditioning system and at least one component of the fuel cell system are cooled by a media circuit with a common medium and / or heating.
  • the medium in the media circuit is particularly preferably gaseous under normal conditions; carbon dioxide is particularly preferably used as the medium. Normal conditions mean ambient conditions of 1 atmosphere and about 20 ° C.
  • a gaseous medium has the great advantage that the pressure and temperature of the gas can easily be changed over large areas by compressing and relaxing the gas.
  • the medium can also change its state of matter and, for example, change from the gaseous to the liquid state.
  • the large temperature spread enables components to be cooled and heated using the same medium.
  • Carbon dioxide as a medium is particularly suitable for vehicles because it is non-toxic and non-flammable and thus offers a favorable safety standard.
  • FIG. 1 A basic circuit of a preferred media circuit is shown in FIG. 1. Details of the fuel cell system are not shown. The basic circuit shown is particularly suitable for summer operation when cooling in the vehicle is particularly desirable at high outside temperatures.
  • a first branch 1 of the media circuit runs between a junction 5 and a branch 6.
  • the media circuit branches at junction 6 into a first sub-circuit 2 and a second sub-circuit 3, which are merged again at the junction 5.
  • the first sub-circuit 2 is assigned to the fuel cell system and the second sub-circuit 3 to the air conditioning system of the vehicle.
  • a condenser is arranged as component 8 for cooling cathode exhaust air from the fuel cell unit in the cathode exhaust gas line. This condenser 8 is cooled by the medium which flows through the first sub-circuit 2. Process water from the Fuel cell exhaust gas condensed out.
  • cooling the cathode exhaust air is particularly favorable in order to recover process water. This can be returned to the fuel cell system for process gas humidification or for carrying out chemical reactions in a known manner for known purposes.
  • a corresponding component can, however, also be arranged in the anode exhaust gas line.
  • the condensing capacity of the condenser can be regulated more precisely and spontaneously according to the invention.
  • a heat-exchanging component of a gas generation system assigned to the fuel cell system for generating fuel for the fuel cell unit can be flowed through by the medium of the first subcircuit 2 and cooled in this way, preferably a stage for the selective oxidation of carbon monoxide contaminants or other components in which waste heat is generated, that needs to be disposed of.
  • the fuel of the fuel cell unit is flowed through in regions by the medium of the first sub-circuit 2.
  • a compressor 10, a first heat exchanger 11 and a third valve 12 are arranged in succession in the first branch 1 between the junction 5 and the branch 6 in the flow direction of the medium.
  • the first heat exchanger 11 is preferably an air cooler in which ambient air flows through and exchanges thermal energy with the medium.
  • the compressor 10 compresses the medium to a high pressure, whereby it heats up accordingly.
  • the medium is cooled in the first heat exchanger 11 and heat is released to the surroundings.
  • the medium then passes through the third valve 12, preferably an open expansion valve.
  • the media mass flow can Depending on the cooling requirement in the sub-circuits 2, 3, divide them up.
  • a first valve 7 is arranged in the first sub-circuit 2 in the flow direction of the medium upstream of the component 8 of the fuel cell system. This relaxes the medium to a predetermined first pressure pl. As a result, the medium is cooled to a first temperature T1.
  • a second valve 9 is arranged downstream of component 8, which relaxes the medium to a second pressure p2. This second pressure corresponds to the pressure of the medium in the second sub-circuit 3 in the area of the junction 5.
  • the medium expanded by the first valve 7 to an intermediate pressure level absorbs heat in the component 8 before it is expanded to the lower pressure p2 by the second valve 9.
  • Valve 7 can be adjustable or a simple, fixed valve.
  • Valve 9 is preferably a controllable valve. If, in addition to valve 9, valve 7 can also be regulated, the cooling capacity at component 8 can be better regulated and regulation of the system can be achieved either at the operating point of maximum efficiency or at the operating point of maximum cooling or heating capacity. This also applies to other heat consumers corresponding to component 8. By means of adjustable valves upstream and downstream of a heat consumer, the cooling capacity can be set specifically for the individual heat consumer.
  • a second heat exchanger 13, a fourth valve 14 and a third heat exchanger 15 are arranged in the second sub-circuit 3, one after the other in the flow direction of the medium, the medium flowing through a first region 13a of the second heat exchanger 13.
  • the medium in the partial circuit 3 then flows between the fourth valve 14 and the junction 5 a second region 13b of the second heat exchanger 13.
  • This second heat exchanger 13 serves as an internal heat exchanger and heats up the medium on the way to the compressor 10 and at the same time cools the medium which enters the second partial circuit 3.
  • the fourth valve 14 preferably an expansion valve, the medium in the inner heat exchanger 13 cools the medium further by relaxing before it passes through the third heat exchanger 15.
  • a preferred temperature level is between 10 ° C and 0 ° C.
  • the third heat exchanger 15 is preferably assigned to the interior of the vehicle. In this third heat exchanger 15, the medium absorbs energy from the supply air to the interior, cools and dries it before it passes the second heat exchanger 13 in the second region 13b for the second time, is overheated there and finally reaches the compressor 10 again.
  • 15 additional heat sources can be connected and cooled parallel to the third heat exchanger.
  • Such a further heat source can be power electronics in the vehicle.
  • the medium can be made available with an appropriate cooling capacity on each additional heat exchanger by means of an upstream expansion valve.
  • the mass flow of the medium through the valve and thus the cooling capacity can be set via the upstream valve and, if necessary, a desired pressure level can be set via a second, downstream valve.
  • valves 9, 12, 14, 14 ⁇ can be regulated, also the valve 7 can be regulated.
  • FIG. 2 Another preferred embodiment is shown in FIG. 2.
  • the same elements as in Fig. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • a flow deflection valve 16 is arranged downstream of the compressor 10 in the direction of flow of the medium.
  • the flow deflection valve 16 connects the first branch 1 to the second sub-circuit 3.
  • the flow deflection valve 16 divides the first branch 1 into two sections 1 a, 1 b and the second sub-circuit 3 into a first section 3 a and a second section 3 b.
  • the first section la of the first branch 1 is the area between the junction 5 and the flow diverting valve 16
  • section 1b is the area between the flow diverting valve 16 and the branch 6.
  • the section 3a of the second sub-circuit 3 is the area between the flow diverting valve 16 and the branch 6 and section 3b is the area between flow deflection valve 16 and the junction 5.
  • the advantage of the flow deflection valve 16 is that it is possible to choose between operating modes and the medium compressed in the compressor 10 can be directed into different parts of the media circuit. This will e.g. heating various components of the vehicle or the fuel cell system is possible.
  • This switch position is preferred if there is an excess of waste heat at lower outside temperatures but when the fuel cell system is warm.
  • supply air can be dehumidified at a relatively low ambient temperature down to around 5 ° C.
  • the first heat exchanger 11 cools the medium to the low outside temperature.
  • the medium is expanded in the fourth valve 14 to temperatures between outside temperature and freezing point in order to dehumidify the supply air.
  • the dried supply air can then be heated to a desired temperature using a heating component. It is advantageous to use excess waste heat from the fuel cell system for heating. Waste heat from other heat sources of the vehicle can also be used.
  • the fourth valve 14 is expediently blocked in order to prevent the third heat exchanger 15 from icing up.
  • excess heat e.g. of the fuel cell system
  • the supply air into the interior e.g. can be easily heated via a heating heat exchanger, as shown in Fig. 3.
  • FIGS. 1 and 2 show a further preferred arrangement.
  • the same elements are designated with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2.
  • a heating heat exchanger 17 is assigned to the third heat exchanger 15. Both heat exchangers 5, 17 can be used to heat the interior.
  • the heating heat exchanger 17 can advantageously be integrated into any further cooling circuit of the fuel cell system, so that the heating heat exchanger 17 is acted upon by waste heat from the fuel cell system if the fuel cell system has an excess of heat.
  • the arrangement is particularly suitable for winter operation when there is a heat deficit in the vehicle or during the cold start phase of the fuel cell system.
  • the flow deflection valve 16 is brought into a second switching position, in which the first section 1 a of the first branch 1 connects to the first section 3 a of the second sub-circuit 3 and a second section 1 b of the first branch 1 connects to a second section 3 b of the second sub-circuit 3.
  • region 3b between the junction 5 and the flow deflection valve 16 the medium still flows in the same direction as in FIGS. 1 and 2, but the direction of flow is in section 3a between the branching 6 and the flow deflection valve 16 now reversed.
  • the flow deflection valve 16 is switched in such a way that the hot, compressed medium goes directly to the third heat exchanger 15, which is assigned to the interior of the vehicle, cools there and thereby heats the cold supply air to the interior. Further heat sinks can also be connected and heated parallel to the third heat exchanger 15.
  • a high-temperature coolant circuit of the fuel cell system as a heat sink, which is brought very quickly to the operating temperature. This can advantageously shorten a cold start phase of the fuel cell system.
  • the medium cools further as it passes through the region 13a and finally branches at the branch 6 into the first partial circuit 2 and the first branch 1.
  • the medium in the third valve 12 relaxes to a temperature level below the Ambient temperature and in the first heat exchanger 11 absorbs energy from the environment.
  • the medium returns to the compressor 10 via the flow deflection valve 16 and the second heat exchanger 13.
  • the medium in the first partial circuit 2 is expanded to an intermediate pressure level via the first valve 7 and absorbs heat in the component 8 before it reaches the same pressure level as at the junction 5 in the second valve 9 second sub-circuit 3 is relaxed and comes back to the compressor 10. If dehumidification of the interior is desired, the flow deflection valve 16 can be brought into the first switching position according to FIG. 2 for a short time. The second switching position can then be set again.
  • FIG. 4 shows a preferred embodiment which is particularly suitable for deicing the first heat exchanger 11 at low outside temperatures.
  • the same elements are designated with the same reference numerals as in Figures 1-3.
  • the air flowing through the first heat exchanger 11 can be cooled to such an extent that it falls below the dew point. Then there is a risk that the first heat exchanger 11 will gradually freeze over and can no longer absorb heat from the surroundings.
  • the first heat exchanger is defrosted by the hot medium compressed by the compressor 10. The medium absorbs heat both after it relaxes at the first valve from the component 8 and in the compressor 10.
  • 4 waste heat from other sources, preferably from, can be in another sub-circuit the power electronics of the vehicle, are integrated into the media cycle.
  • a temperature sensor is preferably assigned to the first heat exchanger 11, which monitors the exceeding of the upper temperature threshold and falling below a lower temperature threshold and selects the switching position of the flow deflection valve 16 depending on the temperature of the air flowing through the first heat exchanger 11.
  • the fourth valve 14 is expediently closed, so that no thermal energy is withdrawn from the medium via the third heat exchanger 15. This advantageously shortens the defrost phase.
  • the supply air is heated via the heating heat exchanger 17, which e.g. can be integrated in a high-temperature coolant circuit of the fuel cell system.
  • the first heat exchanger 11 can be arranged in the area of the rear of the vehicle. If a conventional air-cooled high-temperature coolant circuit is provided for the fuel cell system, its heat exchanger is usually located in the vehicle cooler area and is exposed to the wind. If the heat exchanger 11 of the air conditioning system is arranged in front of this cooler by air hydraulics, then both the heat dissipation of the air conditioning system and the air flow resistance through the heat exchanger 11 deteriorate the heat dissipation at the heat exchanger of the high temperature Coolant circuit. This problem is eliminated if the heat exchanger 11 can be moved to the rear of the vehicle.
  • a medium can be used in parallel sub-circuits 2, 3, 4 for cooling and / or heating components of a fuel cell system and a cooling device and / or a heating device of a vehicle interior.
  • the permeability of the second valve 9 and / or the first valve 7 can be set as a function of a desired heating or cooling output in the first sub-circuit 2, a temperature level for cooling a heat-exchanging component 15, 15 in the second and / or further sub-circuit 3, 4 ⁇ can be adjusted by a valve position of one of the heat-exchanging components upstream of the valve 14, 14.
  • a needs-based recovery of process water in the exhaust air condenser 8 in continuous part-load operation of the refrigeration system is considerably more economical in energy terms than a clocked on / off cooling operation.
  • the refrigeration system can be switched off together with its auxiliary units. The electrical power released is then fully available to the electric traction motor or other components. This strategy is beneficial if there is a sufficient supply of process water for the fuel cell system during the interrupted cooling operation.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Klimaanlage und einer Wärmequelle, wobei ein Medienkreislauf die Klimaanlage und die Wärmequelle mit einem gemeinsamen Medium zum Kühlen und/oder Heizen beaufschlagt, wobei Mittel zum Expandieren und zum Komprimieren des Mediums im Medienkreislauf vorgesehen sind, wobei ein erster Zweig des Medienkreislaufs zwischen einer Zusammenführung und einer Verzweigung verläuft und der Medienkreislauf an der Verzweigung in einen ersten, der Wärmequelle zugeordneten Teilkreislauf und einen zweiten, der Klimaanlage zugeordneten Teilkreislauf verzweigt, die an der Zusammenführung wieder zusammengeführt sind, und wobei im ersten Zweig zwischen Zusammenführung und Verzweigung ein Verdichter und ein erster, durch Umgebungsluft gekühlter Wärmetauscher angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ausserdem ein Verfahren zum Temperieren des Fahrzeugs.

Description

Fahrzeug mit einer Klimatisierung und einer Wärmequelle
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Klimatisierung und einer Wärmequelle sowie ein Verfahren zum Heizen und Kühlen eines Fahrzeugs.
Bei heutigen BrennstoffZellenfahrzeugen wird die gesamte Abwärme im Fahrzeug über ein zentrales Kühlmodul an die Umgebungsluft abgeführt. Bei hohen Umgebungstemperaturen und kritischen Fahrbedingungen, wie Bergfahrt oder Hängerbetrieb, kann die Fahrleistung dadurch eingeschränkt werden. Bei sehr hohen Umgebungstemperaturen fehlt das treibende Temperaturgefälle für eine ausreichend hohe Wärmeabfuhr. Die Wärmeabfuhr wird zusätzlich durch den hohen Strömungswiderstand verschlechtert, da die Wärmetauscher im Kühlmodul lufthydraulisch in Serie geschaltet sind. Bei tiefen Außentemperaturen dagegen liegt bei Brennstoffzellenfahrzeugen ein Wärmedefizit vor, welches sich besonders bei Kaltstart oder im Teillastbetrieb bemerkbar macht. Es ist bereits vorgeschlagen worden, zusätzliche Heizmittel wie Wasserstoffoder Methanol-Brenner einzusetzen, um dieses Wärmedefizit auszugleichen.
In der älteren Patentanmeldung DE 101 52 233 ist ein BrennstoffZeilensystem beschrieben, bei dem eine Wärmepumpe eingesetzt wird, um die Abwärme der Brennstoffzelleneinheit auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen. Dabei kann auch bei höheren Außentemperaturen effektiv Wärme aus dem System abgeführt werden. Aus der DE 43 04 076 C2 ist Elektrofahrzeug mit einer Klimaanlage bekannt, bei der der Fahrzeuginnenraum entfeuchtet wird, indem die feuchte Zuluft durch ein Adsorbens strömt und getrocknet wird.
Weiterhin ist aus der DE 196 44 583 AI ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf bekannt, bei dem in einem der Klimaanlage zugeordneten Teilkreislauf nacheinander ein Verdampfer, ein Kompressor, ein Kondensator und ein von Umgebungsluft gekühlter Wärmetauscher angeordnet sind. Weiterhin ist in einem zweiten Teilkreislauf eine zusätzliche Wärmequelle angeordnet, wobei der zweite Teilkreislauf parallel zum Verdampfer angeordnet ist .
Aus der DE 198 06 654 AI ist schließlich ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf bekannt, in dem in Strömungsrichtung nacheinander ein Kompressor, ein von Umgebungsluft gekühlter Wärmetauscher, ein erster Teil eines internen Wärmetauschers, ein dem Fahrzeuginnenraum zugeordneter Wärmetauscher und der zweite Teil des internen Wärmetauschers angeordnet sind. Vor und nach dem dem Fahrzeuginnenraum zugeordneten Wärmetauscher sind zwei Umschaltvorrichtung vorgesehen, um in einer zweiten Schaltstellung den Kompressor, den dem Fahrzeuginnenraum zugeordneten Wärmetauscher und einen einer Wärmequelle zugeordneten Wärmetauscher in Strömungsrichtung nacheinander zu verbinden.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Fahrzeug mit einer Klimaanlage und einer Wärmequelle anzugeben, bei dem bei hohen Außentemperaturen sowohl komfortable Klimabedingungen als auch eine ausreichende Kühlung der Wärmequellen ermöglicht wird und bei niedrigen Außentemperaturen ein Wärmedefizit leicht ausgeglichen werden kann, sowie ein Verfahren zum Heizen und Kühlen des Fahrzeugs anzugeben. Die Aufgabe wird für ein Fahrzeug durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für ein Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 17 gelöst.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß sowohl eine Kühlung der Wärmequelle als auch eine Klimatisierung des Fahrzeugs mit demselben Medium ermöglicht wird. Mit einem einzigen Kältekreislauf können zeitgleich mehrere Kühl- und/oder Heizfunktionen abgestimmt auf den Bedarf der einzelnen Wärmequellen und/oder Wärmesenken im System erfüllt werden. Weiterhin wird die Zahl der notwendigen Kühlkreisläufe im Fahrzeug reduziert. Eine Beheizung kann bedarfsgerecht und selektiv vorgenommen werden. Weiterhin ist es möglich, auf einfache Weise die Zahl der Wärmeverbraucher im System nach Belieben zu erweitern. Die Fahrleistung insbesondere eines Brennstoffzellenfahrzeugs bei hohen Außentemperaturen wird verbessert.
Ganz besonders vorteilhaft wird die Erfindung in einem Fahrzeug mit einem BrennstoffZeilensystem eingesetzt. Bei niedrigen Außentemperaturen kann gegenüber einem elektrisch beheizten Fahrzeug die Reichweite des Fahrzeugs durch Einkoppeln von Umgebungswärme im Wärmepumpenbetrieb vergrößert werden.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung und den weiteren Ansprüchen enthalten.
Die Erfindung ist anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 eine Prinzipschaltung eines bevorzugten
Kältekreislaufes für hohe Außentemperaturen,
Fig. 2 eine Prinzipschaltung eines bevorzugten erweiterten Kältekreislaufes für hohe Außentemperaturen, Fig. 3 eine Prinzipschaltung eines bevorzugten
Kältekreislaufes bei niedrigen Außentemperaturen, und
Fig. 4 eine Prinzipschaltung eines bevorzugten erweiterten Kältekreislaufes bei niedrigen Außentemperaturen.
Ein Fahrzeug gemäß der Erfindung weist eine Klimaanlage und eine Wärmequelle auf, welche zu kühlen ist. Eine solche Wärmequelle kann z.B. ein Ladeluftkühler eines verbrennungsmotorisch angetriebenen Fahrzeugs sein, bei dem die erhitzte, verdichtete Luft gekühlt werden muss.
Ein besonders bevorzugtes Fahrzeug weist als eine Wärmequelle ein Brennstoffzellensystem auf. Im folgenden ist die Erfindung anhand eines derartigen Fahrzeugs beschrieben, bei dem die Wärmequelle zumindest eine zu kühlende Komponente des Brennstoffzellensystems ist. Das Brennstoffzellensystem kann zur Versorgung des Fahrantriebs oder auch als Nebenaggregatversorgung des Fahrzeugs eingesetzt sein. Das Brennstoffzellensystem umfasst eine BrennstoffZeileneinheit mit einer anodenseitigen Zuführleitung für Brennmittel zur Brennstoffzelleneinheit und einen anodenseitigen Anodenabgasleitung zur Abfuhr des Anodenabgases aus der Brennstoffzelleneinheit , einer kathodenseitigen Zuführleitung für Oxidationsmittel zur Brennstoffzelleneinheit und einer kathodenseitigen Kathodenabgasleitung zur Abfuhr des Kathodenabgases aus der Brennstoffzelleneinheit . Das Brennstoffzellensystem kann auch ein Gaserzeugungssystem aufweisen, in dem ein Brennmittel, vorzugsweise Wasserstoff, aus einem Brennstoff erzeugt wird, wie es dem Fachmann auf dem Gebiet der Brennstoffzellentechnik geläufig ist.
Gemäß der Erfindung ist die Klimaanlage und zumindest eine Komponente des Brennstoffzellensystems durch einen Medienkreislauf mit einem gemeinsamen Medium zum Kühlen und/oder Heizen beaufschlagt. Besonders bevorzugt ist das Medium im Medienkreislauf bei Normalbedingungen gasförmig, besonders bevorzugt wird als Medium Kohlendioxid verwendet. Unter Normalbedingungen werden Umgebungsbedingungen von 1 Atmosphäre und etwa 20 °C verstanden. Ein gasförmiges Medium hat den großen Vorteil, daß durch Komprimieren und Entspannen des Gases sowohl Druck als auch Temperatur des Gases leicht über große Bereiche verändert werden kann. Dabei kann das Medium auch seinen Aggregatszustand verändern und z.B. vom gasförmigen in den flüssigen Zustand übergehen. Die große Temperaturspreizung ermöglicht unter Verwendung desselben Mediums ein Kühlen und Heizen von Komponenten. Kohlendioxid als Medium ist besonders für Fahrzeuge geeignet, da es ungiftig und unbrennbar ist und so einen günstigen Sicherheitsstandard bietet .
Eine Prinzipschaltung eines bevorzugten Medienkreislaufs ist in Fig. 1 dargestellt. Details des Brennstoffzellensystems sind nicht dargestellt. Die gezeigte Prinzipschaltung ist besonders für den Sommerbetrieb geeignet, wenn bei hohen Außentemperaturen vor allem eine Kühlung im Fahrzeug erwünscht ist .
Ein erster Zweig 1 des Medienkreislaufs verläuft zwischen einer Zusammenführung 5 und einer Verzweigung 6. Der Medienkreislauf verzweigt an der Verzweigung 6 in einen ersten Teilkreislauf 2 und einen zweiten Teilkreislauf 3, die an der Zusammenführung 5 wieder zusammengeführt werden. Der erste Teilkreislauf 2 ist dem Brennstoffzellensystem und der zweite Teilkreislauf 3 der Klimaanlage des Fahrzeugs zugeordnet. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Kondensator als Komponente 8 zum Abkühlen von Kathodenabluft der Brennstoffzelleneinheit in der Kathodenabgasleitung angeordnet. Dieser Kondensator 8 wird durch das Medium gekühlt, welches den ersten Teilkreislaufs 2 durchströmt. Dabei wird Prozesswasser aus dem Brennstoffzellenabgas auskondensiert. Da das bei der Reaktion in der Brennstoffzelleneinheit entstehende Produktwasser zum größten Teil in der Kathodenabluft anfällt, ist eine Kühlung der Kathodenabluft besonders günstig, um Prozesswasser zurückzugewinnen. Dieses kann dem Brennstoffzellensystem zur Prozessgasbefeuchtung oder zur Durchführung chemischer Reaktionen in bekannter Weise für bekannte Zwecke zurückgeführt werden. Eine entsprechende Komponente kann jedoch auch in der Anodenabgasleitung angeordnet sein. Gegenüber einem konventionellen Kühlkreislauf des Brennstoffzellensystems kann gemäß der Erfindung die Kondensationsleistung des Kondensators präziser und spontaner geregelt werden.
Es kann jedoch auch eine wärmetauschende Komponente eines dem Brennstoffzellensystem zugeordneten Gaserzeugungssystems zur Erzeugung von Brennmittel für die Brennstoffzelleneinheit vom Medium des ersten Teilkreislaufs 2 durchströmt und in dieser Weise gekühlt werden, vorzugsweise eine Stufe zur selektiven Oxidation von Kohlenmonoxidverunreinigungen oder andere Komponenten, bei denen Abwärme anfällt, die entsorgt werden muss. Ebenso kann z.B. die Brennstoffzelleneinheit bereichsweise vom Medium des ersten Teilkreislaufs 2 durchströmt werden.
Im ersten Zweig 1 sind zwischen Zusammenführung 5 und Verzweigung 6 in Strömungsrichtung des Mediums aufeinander folgend ein Verdichter 10, ein erster Wärmetauscher 11 und ein drittes Ventil 12 angeordnet. Der erste Wärmetauscher 11 ist vorzugsweise ein Luftkühler, bei dem Umgebungsluft durchströmt und mit dem Medium thermische Energie tauscht. Der Verdichter 10 verdichtet das Medium auf einen hohen Druck, wobei es sich entsprechend erwärmt. Im ersten Wärmetauscher 11 wird das Medium abgekühlt und Wärme an die Umgebung abgegeben. Dann passiert das Medium das dritte Ventil 12, vorzugsweise ein offenes Expansionsventil. Der Medienmassenstrom kann sich abhängig vom Kältebedarf in den Teilkreisläufen 2, 3 auf diese aufteilen.
Im ersten Teilkreislauf 2 ist in Strömungsrichtung des Mediums stromauf der Komponente 8 des Brennstoffzellensystems ein erstes Ventil 7 angeordnet. Dieses entspannt das Medium auf einen vorgegebenen ersten Druck pl . Dadurch wird das Medium auf eine erste Temperatur Tl abgekühlt. Stromab der Komponente 8 ist ein zweites Ventil 9 angeordnet, welches das Medium auf einen zweiten Druck p2 entspannt. Dieser zweite Druck entspricht dem Druck des Mediums im zweiten Teilkreislauf 3 im Bereich der Zusammenführung 5. Das vom ersten Ventil 7 auf ein Zwischendruckniveau entspannte Medium nimmt in der Komponente 8 Wärme auf, bevor es vom zweiten Ventil 9 auf den niedrigeren Druck p2 entspannt wird. In dem bevorzugten Kondensator 8 wird die feuchte Prozessluft abgekühlt und entfeuchtet. Ventil 7 kann regelbar sein oder ein einfaches, fest eingestelltes Ventil. Vorzugsweise ist Ventil 9 ein regelbares Ventil. Ist neben Ventil 9 auch das Ventil 7 regelbar, so kann dadurch die Kälteleistung an der Komponente 8 besser geregelt werden und eine Regelung der Anlage entweder auf den Betriebspunkt maximale Effizienz oder den Betriebspunkt maximale Kälte- bzw. Heizleistung erzielt werden. Dies gilt auch für weitere, der Komponente 8 entsprechende Wärmeverbraucher. Mittels regelbarer Ventile stromauf und stromab eines Wärmeverbrauchers kann die Kälteleistung am einzelnen Wärmeverbraucher gezielt eingestellt werden.
Im zweiten Teilkreislauf 3 sind, in Strömungsrichtung des Mediums aufeinander folgend, ein zweiter Wärmetauscher 13, ein viertes Ventil 14 und ein dritter Wärmetauscher 15 angeordnet, wobei das Medium durch einen ersten Bereich 13a des zweiten Wärmetauschers 13 strömt. Nach der Passage durch den dritten Wärmetauscher 15 strömt das Medium im Teilkreislauf 3 dann zwischen dem vierten Ventil 14 und der Zusammenführung 5 durch einen zweiten Bereich 13b des zweiten Wärmetauschers 13. Dieser zweite Wärmetauscher 13 dient als innerer Wärmetauscher und erwärmt das Medium auf dem Weg zum Verdichter 10 wieder auf und kühlt gleichzeitig das Medium, welches in den zweiten Teilkreislauf 3 eintritt, ab. Beim Passieren des vierten Ventils 14, vorzugsweise ein Expansionsventil, kühlt das Medium im inneren Wärmetauscher 13 abgekühlte Medium durch Entspannen weiter ab, bevor es den dritten Wärmetauscher 15 passiert. Ein bevorzugtes Temperaturniveau liegt zwischen 10 °C und 0°C. Der dritte Wärmetauscher 15 ist vorzugsweise dem Innenraum des Fahrzeugs zugeordnet. In diesem dritten Wärmetauscher 15 nimmt das Medium Energie aus der Zuluft zum Innenraum auf, kühlt und trocknet diese, bevor es zum zweiten Mal den zweiten Wärmetauscher 13 im zweiten bereich 13b passiert, dort überhitzt wird und schließlich wieder zum Verdichter 10 gelangt.
Es können optional parallel zum dritten Wärmetauscher 15 weitere Wärmequellen angeschlossen und gekühlt werden. Eine solche weitere Wärmequelle kann eine Leistungselektronik im Fahrzeug sein.
Günstig ist, daß an jedem zusätzlichen Wärmetauscher mittels eines vorgeschalteten Expansionsventils das Medium bedarfsgerecht mit einer entsprechenden Kälteleistung zur Verfügung gestellt werden kann. Über das vorgeschaltete Ventil lässt sich der Massenstrom des Mediums durch das Ventil und damit die Kälteleistung einstellen und über ein zweites, nachgeschaltetes Ventil gegebenenfalls ein gewünschtes Druckniveau einstellen.
Vorteilhaft ist, daß durch eine Veränderung der Ventilstellungen des vierten und in weiteren Teilkreisläufen 4 angeordneten weiteren Ventilen 14 λ und dem zweiten Ventil 9 zueinander die insgesamt verfügbare Kälteenergie im Medienkreislauf sowie das Temperaturniveau der Kälte bedarfsabhängig an einzelne Wärmequellen verteilt werden kann. Vorzugsweise sind die Ventile 9, 12, 14, 14 Λ regelbar, auch Ventil 7 kann regelbar sein.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Gleiche Elemente wie in Fig. 1 sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In der gezeigten Prinzipskizze ist in Strömungsrichtung des Mediums stromab des Verdichters 10 ein Strömungsumlenkventil 16 angeordnet. Das Strömungsumlenkventil 16 verbindet den ersten Zweig 1 mit dem zweiten Teilkreislauf 3. Das Strömungsumlenkventil 16 zerteilt den ersten Zweig 1 in zwei Abschnitte la, lb und den zweiten Teilkreislauf 3 in einen ersten Teilabschnitt 3a und einen zweiten Teilabschnitt 3b. Der erste Abschnitt la des ersten Zweigs 1 ist der Bereich zwischen Zusammenführung 5 und Strömungsumlenkventil 16, Abschnitt lb der Bereich zwischen Strömungsumlenkventil 16 und Verzweigung 6. Der Abschnitt 3a des zweiten Teilkreislaufs 3 ist der Bereich zwischen Strömungsumlenkventil 16 und Verzweigung 6 und Abschnitt 3b der Bereich zwischen Strömungsumlenkventil 16 und der Zusammenführung 5.
Der Vorteil des Strömungsumlenkventil 16 ist, daß zwischen Betriebsmoden gewählt werden kann und das im Verdichter 10 komprimierte Medium in verschiedene Teile des Medienkreislaufs geleitet werden kann. Dadurch wird z.B. eine Beheizung verschiedener Komponenten des Fahrzeugs oder auch des Brennstoffzellensystems möglich.
Die Strömungsrichtung des Mediums in den einzelnen Teilen des
Medienkreislaufs entspricht derjenigen aus der Fig. 1, da das
Strömungsumlenkventil 16 im ersten Zweig 1 den ersten und zweiten Abschnitt la, lb und im zweiten Teilkreislauf 3 den ersten und zweiten Abschnitt 3a, 3b verbindet. Diese Schaltstellung ist bevorzugt, wenn bei geringeren Außentemperaturen, aber betriebswarmem Brennstoffzellensystem ein Abwärmeüberschuss vorliegt.
Bei relativ geringer Umgebungstemperatur bis etwa 5°C hinunter kann auf diese Weise Zuluft entfeuchtet werden. Dabei kühlt der erste Wärmetauscher 11 das Medium auf die geringe Außentemperatur ab. Das Medium wird im vierten Ventil 14 auf Temperaturen zwischen Außentemperatur und Gefrierpunkt entspannt, um die Zuluft zu entfeuchten. Die getrocknete Zuluft kann sodann über eine Heizkomponente auf eine gewünschte Temperatur erwärmt werden. Vorteilhaft ist, überschüssige Abwärme des Brennstoffzellensystems zum Aufheizen zu verwenden. Ebenso kann Abwärme anderer Wärmequellen des Fahrzeugs verwendet werden.
Bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts wird das vierte Ventil 14 zweckmäßigerweise gesperrt, um ein Vereisen des dritten Wärmetauschers 15 zu vermeiden. Bei Wärmeüberschuss z.B. des Brennstoffzellensystems kann die Zuluft in den Innenraum z.B. über einen Heizungswärmetauscher, wie in Fig. 3 dargestellt, problemlos erwärmt werden.
In Fig. 3 ist eine weitere bevorzugte Anordnung dargestellt. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 bezeichnet. Dem dritten Wärmetauscher 15 ist ein Heizungswärmetauscher 17 zugeordnet. Beide Wärmetauscher !5, 17 können zur Beheizung des Innenraums eingesetzt werden. Der Heizungswärmetauscher 17 kann günstigerweise in einen weiteren etwaigen Kühlkreislauf des Brennstoffzellensystems eingebunden sein, so dass der Heizungswärmetauscher 17 von Abwärme des Brennstoffzellensystems beaufschlagt wird, sofern das Brennstoffzellensystem über einen Wärmeüberschuss verfügt. Die Anordnung ist besonders für den Winterbetrieb geeignet, wenn ein Wärmedefizit im Fahrzeug herrscht, oder etwa in der Kaltstartphase des Brennstoffzellensystems .
Das Strömungsumlenkventil 16 wird in eine zweite Schaltstellung gebracht, bei der der erste Abschnitt la des ersten Zweigs 1 mit dem ersten Abschnitt 3a des zweiten Teilkreislaufs 3 und einen zweiten Abschnitt lb des ersten Zweigs 1 mit einem zweiten Abschnitt 3b des zweiten Teilkreislaufs 3 verbindet. Dies führt zu einer bereichsweisen Strömungsumkehr des Mediums im zweiten Teilkreislauf 3. So strömt im Bereich 3b zwischen der Zusammenführung 5 und dem Strömungsumlenkventil 16 das Medium noch in derselben Richtung wie in den Figuren 1 und 2, die Strömungsrichtung ist jedoch im Abschnitt 3a zwischen der Verzweigung 6 und dem Strömungsumlenkventil 16 nunmehr umgekehrt .
Das Strömungsumlenkventil 16 ist so geschaltet, dass das heiße, komprimierte Medium direkt zum dritten Wärmetauscher 15 gelangt, welcher dem Innenraum des Fahrzeugs zugeordnet ist, sich dort abkühlt und dabei die kalte Zuluft zum Innenraum erwärmt. Es können auch weitere Wärmesenken parallel zum dritten Wärmetauscher 15 angeschlossen und erwärmt werden.
Besonders günstig ist es etwa, als Wärmesenke einen Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf des Brennstoffzellensystems zu verwenden, welcher dadurch sehr schnell auf Betriebstemperatur gebracht wird. Dies kann eine Kaltstartphase des Brennstoffzellensystems vorteilhaft verkürzen.
Im zweiten Wärmetauscher 13 kühlt sich das Medium bei der Passage des Bereichs 13a weiter ab und verzweigt sich schließlich an der Verzweigung 6 in den ersten Teilkreislauf 2 und den ersten Zweig 1. Im Zweig 1 entspannt sich das Medium im dritten Ventil 12 auf ein Temperaturniveau unterhalb der Umgebungstemperatur und nimmt im ersten Wärmetauscher 11 Energie aus der Umgebung auf.
Über das Strömungsumlenkventil 16 und den zweiten Wärmetauscher 13 gelangt das Medium zurück zum Verdichter 10.
Wie im Sommerbetrieb gemäß den voranstehend beschriebenen Figuren wird das Medium im ersten Teilkreislauf 2 über das erste Ventil 7 auf ein Zwischendruckniveau entspannt und nimmt in der Komponente 8 Wärme auf, bevor es über das zweite Ventil 9 auf das gleiche Druckniveau wie an der Zusammenführung 5 im zweiten Teilkreislauf 3 entspannt wird und zum Verdichter 10 zurück gelangt. Falls eine Entfeuchtung des Innenraums erwünscht ist, kann kurzzeitig das Strömungsumlenkventil 16 in die erste Schaltposition gemäß Fig. 2 gebracht werden. Anschließend kann wieder die zweite Schaltstellung eingestellt werden.
In Fig. 4 ist eine bevorzugte Ausgestaltung dargestellt, welche besonders zum Enteisen des ersten Wärmetauschers 11 bei niedrigen Außentemperaturen geeignet ist. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen wie in den Figuren 1-3 bezeichnet.
Bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts kann die Luft, die durch den ersten Wärmetauscher 11 strömt, soweit abgekühlt werden, dass sie den Taupunkt unterschreitet. Dann besteht die Gefahr, dass der erste Wärmetauscher 11 sukzessive vereist und keine Wärme mehr aus der Umgebung aufnehmen kann. Durch Umstellung des Strömungsumlenkventils in die erste Schaltstellung gemäß der Figur wird der erste Wärmetauscher durch das heiße, vom Verdichter 10 komprimierte Medium abgetaut. Das Medium nimmt Wärme sowohl nach seiner Entspannung am ersten Ventil aus der Komponente 8 als auch im Verdichter 10 auf. Optional kann in einem anderen Teilkreislauf 4 Abwärme aus anderen Quellen, vorzugsweise aus der Leistungselektronik des Fahrzeugs, in den Medienkreislauf eingebunden werden.
Sobald die Temperatur des Mediums am Austritt des ersten Wärmetauschers 11 eine vorgegebene Temperaturschwelle überschreitet, vorzugsweise etwa 5°C, ist der Abtauprozess abgeschlossen und das Strömungsumlenkventil 16 kann wieder in seine zweite SchaltStellung gemäß Fig. 3 umgeschaltet werden. Bevorzugt wird dem ersten Wärmetauscher 11 ein Temperatursensor zugeordnet, welcher das Überschreiten der oberen Temperaturschwelle und ein Unterschreiten einer unteren Temperaturschwelle überwacht und abhängig von der Temperatur der Luft, die durch den ersten Wärmetauscher 11 strömt, die Schaltstellung des Strömungsumlenkventils 16 wählt.
Während der kurzen Abtauphase wird das vierte Ventil 14 zweckmäßigerweise geschlossen, so dass dem Medium keine Wärmeenergie über den dritten Wärmetauscher 15 entzogen wird. Dies verkürzt vorteilhaft die Abtauphase.
Über diesen Zeitraum erfolgt die Heizung der Zuluft über den Heizungswärmetauscher 17, der z.B. in einem Hochtemperatur- Kühlmittelkreislauf des Brennstoffzellensystems eingebunden sein kann.
Besonders günstig ist, dass der erste Wärmetauscher 11 im Bereich des Fahrzeughecks angeordnet sein kann. Falls ein üblicher luftgekühlter Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf für das Brennstoffzellensystem vorgesehen ist, befindet sich dessen Wärmetauscher üblicherweise im Fahrzeugkühlerbereich und ist dem Fahrtwind ausgesetzt. Ist der Wärmetauscher 11 der Klimaanlage lufthydraulisch vor diesem Kühler angeordnet, so verschlechtert sowohl die Wärmeabgabe der Klimaanlage als auch der Luftströmungswiderstand durch den Wärmetauscher 11 die Wärmeabfuhr am Wärmetauscher des Hochtemperatur- Kühlmittelkreislaufs. Dieses Problem entfällt, wenn der Wärmetauscher 11 ins Fahrzeugheck verlagert werden kann.
Gemäß der Erfindung kann ein Medium in parallelen Teilkreisläufen 2, 3, 4 zum Kühlen und/oder Heizen von Komponenten eines Brennstoffzellensystems und einer Kühleinrichtung und/oder einer Heizeinrichtung eines Fahrzeuginnenraums eingesetzt werden. Dabei kann die Durchlässigkeit des zweiten Ventils 9 und/oder des ersten Ventils 7 abhängig von einer gewünschten Heiz- oder Kühlleistung im ersten Teilkreislauf 2 eingestellt werden, wobei ein Temperaturniveau zum Kühlen einer wärmetauschenden Komponente 15, 15 im zweiten und/oder weiteren Teilkreislauf 3, 4 durch eine Ventilstellung eines der wärmetauschenden Komponenten stromauf vorgeschalteten Ventils 14, 14 λ eingestellt werden kann.
Bei ungünstigen Betriebsbedingungen eines Brennstoffzellenfahrzeugs, etwa bei einem Überholmanöver, längerer Bergfahrt und dergleichen, kann es erforderlich sein, dass der Ausstoß an Prozesswasser im Abluftkondensator 8 kurzzeitig maximiert werden muss. Bei thermisch komfortablen Innenraumbedingungen kann die Leistung der Klimaanlage reduziert oder kurzzeitig ausgeschaltet werden, um die maximale Kälteleistung am Kondensator 8 zu erhalten. Durch Maßnahmen wie Umschaltung auf Umluftbetrieb im Innenraum kann der Klimakomfort in der Fahrgastzelle eine gewisse Zeit lang gehalten werden.
Eine bedarfsgerechte Rückgewinnung von Prozesswasser im Abluft- Kondensator 8 im kontinuierlichen Teillastbetrieb der Kälteanlage ist energetisch erheblich wirtschaftlicher als ein getakteter Ein/Aus-Kältebetrieb. Bei kurzzeitiger Anforderung maximaler Fahrleistung etwa bei einem Überholmanöver, kann die Kälteanlage zusammen mit ihren Hilfsaggregaten ausgeschaltet werden. Die frei gewordene elektrische Leistung steht dann voll dem elektrischen Fahrmotor oder anderen Komponenten zur Verfügung. Diese Strategie ist günstig, wenn ein ausreichender Vorrat an Prozesswasser für das Brennstoffzellensystem während des unterbrochenen Kältebetriebs zur Verfügung steht.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug mit einer Klimaanlage und einer Wärmequelle (8), wobei ein Medienkreislauf die Klimaanlage und die Wärmequelle (8) mit einem gemeinsamen Medium zum Kühlen und/oder Heizen beaufschlagt,
- wobei Mittel (10, 7, 8, 9, 12, 14, 14 ) zum Expandieren und zum Komprimieren des Mediums im Medienkreislauf vorgesehen sind, wobei ein erster Zweig (1) des Medienkreislaufs zwischen einer Zusammenführung (5) und einer Verzweigung (6) verläuft und der Medienkreislauf an der Verzweigung (6) in einen ersten, der Wärmequelle zugeordneten Teilkreislauf (2) und einen zweiten, der Klimaanlage zugeordneten Teilkreislauf (3) verzweigt, die an der Zusammenführung (5) wieder zusammengeführt sind, und wobei im ersten Zweig (1) zwischen Zusammenführung (5) und Verzweigung (6) ein Verdichter (10) und ein erster, durch Umgebungsluft gekühlter Wärmetauscher (11) angeordnet sind.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teilkreislauf (2) in Strömungsrichtung des Mediums stromauf der Wärmequelle (8) ein erstes Ventil (7) zum Entspannen des Mediums auf einen vorgegebenen ersten Druck (pl) und stromab der Wärmequelle (8) ein zweites Ventil (9) zum Entspannen des Mediums auf einen zweiten Druck (p2) angeordnet ist .
3. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Zweig (1) ein drittes Ventil (12) ist.
4. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Teilkreislauf (3) in Strömungsrichtung des Mediums aufeinander folgend ein zweiter Wärmetauscher (13) , ein viertes Ventil (14) und ein dritter Wärmetauscher (15) vorgesehen ist, wobei das Medium durch einen ersten Bereich (13a) des zweiten Wärmetauschers (13) geführt ist.
5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium zwischen dem vierten Ventil (14) und der Zusammenführung (5) durch einen zweiten Bereich (13b) des zweiten Wärmetauschers (13) geführt ist.
6. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem dritten Wärmetauscher (15) ein Heizungswärmetauscher (17) zugeordnet ist.
7. Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungswärmetauscher (17) von Abwärme der Wärmequelle (8) beaufschlagt ist.
8. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Verdichters (10) ein Strömungsumlenkventil (16) angeordnet ist, welches in einer zweiten Schaltstellung einen ersten Abschnitt (la) des ersten Zweigs (1) mit einem ersten Abschnitt (3a) des zweiten Teilkreislaufs (3) und einen zweiten Abschnitt (lb) des ersten Zweigs (1) mit einem zweiten Abschnitt (3b) des zweiten Teilkreislaufs (3) verbindet.
9. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum zweiten Teilkreislauf (3) zumindest ein weiterer Teilkreislauf (4) zum Temperieren von weiteren Komponenten (15Λ) des Fahrzeugs vorgesehen ist.
10. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium im Medienkreislauf unter Normalbedingungen gasförmig ist.
11. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium Kohlendioxid aufweist.
12. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauscher (11) im Bereich des Fahrzeughecks angeordnet ist.
13. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle (8) Bestandteil eines Brennstoffzellensystems ist.
14. Fahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle (8) ein Kondensator zum Abkühlen von
Kathodenabluft in einer Kathodenabgasleitung einer
Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist, wobei der Kondensator zum Kühlen vom Medium des ersten Teilkreislaufs (2) durchströmt ist .
15. Fahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle (8) eine wärmetauschende Komponente eines dem Brennstoffzellensystem zugeordneten Gaserzeugungssystems zur Erzeugung von Brennmittel für die Brennstoffzelleneinheit vom Medium des ersten Teilkreislaufs (2) durchströmt ist.
16. Fahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelleneinheit bereichsweise vom Medium des ersten Teilkreislaufs (2) durchströmt ist.
17. Verfahren zum Temperieren eines Fahrzeugs nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames Medium in parallelen Teilkreisläufen (2, 3, 4) zum Kühlen und/oder Heizen einer Wärmequelle (8) und einer Kühleinrichtung und/oder einer Heizeinrichtung eines Fahrzeuginnenraums eingesetzt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlässigkeit des ersten Ventils (7) und/oder des zweiten Ventils (9) abhängig von einer gewünschten Heiz- oder Kühlleistung im ersten Teilkreislauf (2) eingestellt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturniveau zum Kühlen einer wärmetauschenden Komponente (15, 15") im zweiten und/oder weiteren Teilkreislauf (3, 4) durch eine Ventilstellung eines der wärmetauschenden Komponenten stromauf vorgeschalteten Ventils (14, 14 Λ) eingestellt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Veränderung der Ventilstellungen der vorgeschalteten Ventile (14, 14λ) relativ zum zweiten Ventil (9) das Temperaturniveau bedarfsabhängig an einzelne wärmetauschende Komponenten (15, 15 λ) eingestellt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zum Heizen des Fahrzeuginnenraums bei geringen Außentemperaturen das Schaltventil (16) in seiner ersten Schaltstellung betrieben wird, so daß das komprimierte Medium dem dritten Wärmetauscher (15) zugeführt wird und diesen aufheizt .
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass bei geringen Außentemperaturen zum Enteisen des ersten Wärmetauschers (11) das Schaltventil (16) in eine zweite Schaltstellung gebracht wird, bei der das komprimierte Medium den ersten Wärmetauscher (11) aufheizt.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten einer dem ersten Wärmetauscher (11) zugeordneten vorgegebenen Temperaturschwelle das Schaltventil (16) von seiner zweiten in seine erste Schaltstellung umgeschaltet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass, solange das Schaltventil (16) in seiner zweiten Schaltstellung ist, die Heizung des Fahrzeuginnenraums über einen Heizungswärmetauscher (17) erfolgt, der in einen separaten Kühlmittelkreislauf eingebunden ist.
25. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entfeuchten von Zuluft im Fahrzeuginnenraum bei betriebswarmem Brennstoffzellensystem und Umgebungstemperaturen oberhalb des Gefrierpunkts das Schaltventil (16) in seine zweite Ventilstellung gebracht wird und das Medium über das vierte Ventil (14) auf eine Temperatur zwischen Gefrierpunkt und Umgebungstemperatur entspannt wird, die Zuluft durch den dritten Wärmetauscher (15) entfeuchtet wird und anschließend durch einen weiteren Heizungswärmetauscher (17) aufgewärmt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein Kondensator (8) in der Kathodenabgasleitung gekühlt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anforderung einer erhöhten Wasserabscheidung aus dem Brennstoffzellenabgas nur der erste Teilkreislauf (2) betrieben wird.
28. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anforderung einer hohen Fahrleistung der Medienkreislauf mit den zugehörigen elektrischen Verbrauchern (10, 7, 914, 14 ) kurzzeitig abgeschaltet wird.
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