ES2215355T3 - Circuito de refrigeracion-calefaccion para un vehiculo. - Google Patents
Circuito de refrigeracion-calefaccion para un vehiculo.Info
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Abstract
Un circuito de refrigeración-calefacción para un vehículo propulsado, en particular un vehículo eléctrico con una pila de combustible, que tiene al menos dos dispositivos (10, 20) que aumentan la temperatura del circuito de refrigeración-calefacción y al menos dos dispositivos (40, 50) que reducen la temperatura del elemento de refrigeración-calefacción. Los dispositivos de aumento de la temperatura (10, 20) y/o de reducción de la temperatura (40, 50) están asociados al circuito de refrigeración-calefacción al menos hasta un cierto punto según sus estados operativos, en particular sus temperaturas. Para una utilización mejorada del calor residual, hay un circuito de bomba de calor asociado al circuito de refrigeración-calefacción.
Description
Circuito de
refrigeración-calefacción para un vehículo.
La invención se refiere a un circuito de
refrigeración-calefacción para un vehículo, en
particular, pero no exclusivamente vehículo eléctrico que tiene una
celda de combustible según el preámbulo de la reivindicación 1.
Un circuito de
refrigeración-calefacción genérico para un vehículo
accionado, que tiene por lo menos dos dispositivos que aumentan la
temperatura del circuito de
refrigeración-calefacción, por lo menos dos
dispositivos que reducen la temperatura del circuito de
refrigeración-calefacción y por lo menos una bomba,
se conoce a partir de la patente US-5 549 153. Este
sistema no ofrece una solución completamente satisfactoria respecto
a la asociación selectiva para permitir el encendido y el apagado de
los dispositivos del circuito de
refrigeración-calefacción.
Otro circuito de
refrigeración-calefacción para un vehículo accionado
se conoce a partir de la patente EP-0 638 712. En
particular, ahí se describe un dispositivo para la refrigeración de
los componentes de un vehículo a motor, con un circuito de
refrigerante en el que están dispuestos una primera unidad que se ha
de refrigerar, un primer intercambiador de calor y un dispositivo de
control. Los dispositivos de control controlan, en dependencia de
parámetros operativos, por lo menos el índice de flujo de una bomba
de refrigerante y de un ventilador asociado con el primer
intercambiador de calor. Prevista paralela al primera intercambiador
de calor hay una línea de derivación, controlable mediante una
válvula, en el circuito de refrigerante, en el que está dispuesto un
segundo intercambiador de calor al que puede proporcionarse de aire
fresco mediante un segundo ventilador y que se usa para propósitos
de calefacción. El segundo intercambiador de calor está alimentado
adicionalmente desde un segundo circuito de refrigerante en el que
está dispuesta por lo menos otra unidad. La primera unidad que se ha
de refrigerar puede ser una celda de combustible o el intercambiador
de calor de un circuito de refrigerante de celda de combustible. En
consecuencia, los dos circuitos de refrigerante están acoplados a
través de un intercambiador de calor común, cuyo calor gastado se
puede usar para calentar el compartimiento de pasajeros. En primer
lugar, como resultado, con la válvula cerrada, los dos circuitos de
refrigerante están completamente separados entre sí, en cuyo aso
solamente el segundo circuito de refrigerante está entonces
disponible para calentar el compartimiento de pasajeros. En
contraste con esto, con la válvula abierta, los dos circuitos de
refrigerante sirven para calentar el compartimiento de pasajeros.
Aunque se supone que el dispositivo conocido consigue el objetivo de
refrigerar dos unidades del vehículo cuyas temperaturas de
refrigerante están en diferentes niveles, con lo cual se optimiza al
mismo tiempo la salida calorífica disponible para el compartimiento
de pasajeros, este sistema no ofrece una solución completamente
satisfactoria respecto a la capacidad de refrigeración disponible
para las unidades o respecto a la salida calorífica que se puede
conseguir.
Por lo tanto, un objetivo de la invención es
desarrollar un circuito de refrigeración-calefacción
genérico de tal manera que se aumenta la salida térmica emitida y/o
absorbida a los dispositivos individuales. Expresado de una manera
diferente, el objetivo es proporcionar un sistema conjunto con una
eficiencia aumentada respecto a la capacidad de refrigeración que se
puede conseguir y/o salida calorífica que se puede conseguir, en
particular para unidades que se han de refrigerar para un
compartimiento de pasajeros.
Un circuito de
refrigeración-calefacción para un vehículo
accionado, que tiene por lo menos dos dispositivos que aumentan la
temperatura del circuito de
refrigeración-calefacción, por lo menos dos
dispositivo que reducen la temperatura del circuito de
refrigeración-calefacción y por lo menos una bomba,
estando asociados los dispositivos de aumento de la temperatura y/o
los dispositivos de reducción de la temperatura con el circuito de
refrigeración-calefacción por lo menos parcialmente
según sus estados operativos, según sus temperaturas, con lo cual
los dispositivos de aumento de la temperatura y/o los dispositivos
de reducción de la temperatura se pueden conmutar entre disposición
en serie y/o en paralelo por lo menos en alguna extensión respecto a
su asociación con el circuito de
refrigeración-calefacción.
En consecuencia, las condiciones operativas, en
particular las temperaturas de los dispositivos de aumento de la
temperatura, es decir, los dispositivos previstos para refrigerar
las unidades, y/o los dispositivos de reducción de la temperatura,
por ejemplo un intercambiador de calor usado para calentar el
espacio interior, se tienen en consideración por lo menos en alguna
extensión bajo la asociación de los dispositivos con el circuito de
refrigeración-calefacción. Si, por ejemplo, se han
de refrigerar componentes eléctricos, esta refrigeración ha de
producirse en un punto del circuito de
refrigeración-calefacción que sea lo más frío
posible, cuando la temperatura operativa de los componentes
eléctricos que se ha de refrigerar está en su punto inferior en
comparación con otras unidades que se han de refrigerar. Respecto a
los dispositivos de reducción de temperatura, por ejemplo un
intercambiador de calor usado para calentar el compartimiento de los
pasajeros, se han de colocar en el punto más caliente del circuito
de refrigeración-calefacción. Alternativamente a los
niveles de temperatura, respecto a la disposición de los
dispositivos individuales, su capacidad de calefacción o
requerimiento de refrigeración se podría tomar en consideración como
un estado operativo. Las unidades que se han de refrigerar ha de
interactuar preferiblemente con el circuito de
refrigeración-calefacción, de manera que se
requieren menos componentes, por ejemplo solamente una bomba. Una
celda de combustible que posiblemente se integra y que usualmente se
refrigera con agua desionizada es la única excepción, por cuya razón
se prefiere un circuito de refrigeración separado respecto a
esto.
En una realización preferida, los dispositivos de
aumento de la temperatura y/o los dispositivos de reducción de la
temperatura se pueden asociar de manera selectiva por lo menos en
alguna extensión con el circuito de
refrigeración-calefacción. Mediante la posibilidad
de asociación selectiva, por ejemplo una unidad que no requiera
refrigeración se puede excluir del circuito de
refrigeración-calefacción, en particular mediante
una línea de derivación con válvulas controlables apropiadamente.
Esta disposición también permite, por ejemplo, el encendido y
apagado selectivo de un intercambiador de calor usado para
propósitos de calefacción para el interior del vehículo.
Los dispositivos de aumento de la temperatura y/o
los dispositivos de reducción de la temperatura se pueden conectar
ventajosamente por lo menos en alguna extensión respecto a su
asociación con el circuito de
refrigeración-calefacción, en particular respecto a
la secuencia. En consecuencia, por ejemplo en un circuito de
calefacción-refrigeración con una etapa de salida de
energía eléctrica y una celda de combustible para la operación de
calentamiento en una fase inicial, en primer lugar la celda de
combustible y después la etapa de salida de energía eléctrica se
pueden accionar mediante el circuito de
refrigeración-calefacción, después de lo cual, al
conseguir unos parámetros operativos específicos, es posible una
inversión apropiada de la secuencia. De esta manera se consigue un
sistema muy flexible, que permite una adaptación a los estados
operativos instantáneos de todo el vehículo y en particular del
circuito de calefacción-refrigeración.
Aparte de la asociación determinada de los
dispositivos de aumento de la temperatura y/o de reducción de la
temperatura en conexión en serie y/o disposición en paralelo, esta
asociación también puede ser variable, de manera que en otra
realización preferida, los dispositivos de aumento de la temperatura
y/o los dispositivos de reducción de la temperatura se pueden
conmutar entre disposición en serie y/o en paralelo por lo menos en
alguna extensión respecto a su asociación con el circuito de
refrigeración-calefacción. La conmutación citada
anteriormente se produce en particular teniendo en consideración los
estados operativos de los dispositivos individuales; si, por
ejemplo, se requiere para una refrigeración de celda de combustible,
que con respecto a temperatura y/o salida virtualmente corresponde a
la de una etapa de salida de energía eléctrica, estos dos
dispositivos de aumento de la temperatura se pueden accionar
selectivamente en funcionamiento en paralelo mediante el circuito de
refrigeración-calefacción. Si ahora, como resultado
de los estados operativos de cambio durante la operación de
funcionamiento del vehículo, la temperatura de la celda de
combustible aumenta, en una operación de conexión en serie puede
haber un cambio, en el cual en primer lugar la etapa de salida de
energía eléctrica y a continuación la celda de combustible se
suministran con refrigerante. También se puede prever una
instalación correspondiente de cambio para los dispositivos de
reducción de la temperatura, lo cual es particularmente ventajoso
cuando se prevé que uno de los dispositivos de reducción de la
temperatura consiga calor utilizable, por ejemplo, un intercambiador
de calor que sirve para calentar el compartimiento de los
pasajeros.
En otra realización preferida del circuito de
refrigeración-calefacción de la invención, por lo
menos un dispositivo de aumento de la temperatura es una celda de
combustible o un intercambiador de calor de un circuito de
refrigeración de celda de combustible. Las celdas de combustible
disponibles en este momento se refrigeran usualmente con agua
desionizada, por cuya razón es necesario insertar un intercambiador
de calor, ya que el agua desionizada tiene una acción muy corrosiva,
y en consecuencia las menores líneas y los menores componentes
posible han de estar en contacto con esta agua desionizada. Las
celdas de combustible están consiguiendo incluso una importancia
mayor para vehículos accionados por motor eléctrico, y también para
vehículos híbridos, es decir, vehículos accionados mediante un motor
de combustión interna y también un motor eléctrico.
Ventajosamente, por lo menos uno de los
dispositivos de aumento de la temperatura es una etapa de salida de
energía eléctrica o un intercambiador de calor de un circuito de
refrigeración de etapa de salida de energía eléctrica. Varios
dispositivos eléctricos de un vehículo generan calor de desecho
utilizable o requieren refrigeración, de manera que se pueden
asociar ventajosamente con el circuito de
calefacción-refrigeración. En particular, los
circuitos electrónicos, compresores y unidades similares se pueden
entender mediante una etapa de salida de energía eléctrica o
combinar como tal.
Preferiblemente, por lo menos uno de los
dispositivos de aumento de la temperatura es un dispositivo de
refrigeración de gas de proceso, en particular un intercambiador de
calor para un gas combustible y/o para aire comprimido. Algunas
aplicaciones, entre otras el funcionamiento de una celda de
combustible, requieren un tratamiento preliminar de los gases de
proceso usados, en particular la compresión. El tratamiento
preliminar de los gases de proceso frecuentemente produce un aumento
en su temperatura, en cuyo caso esta temperatura se puede retirar
como calor disponible o también se ha de retirar por razones de
seguridad. En una realización particularmente preferida, de esta
manera un intercambiador de calor está asociado o se puede asociar o
se puede conectar en un lugar adecuado en el circuito de
refrigeración-calefacción, que tiene dos fases de
gas separadas, principalmente una para el aire comprimido, como se
requiere actualmente para celdas de combustible, y una para un gas
combustible caliente. Dependiendo del perfil del requerimiento, por
supuesto pueden preverse también dos intercambiadores de calor
separados o también posiblemente solamente un intercambiador de
calor para uno de los gases. Si se prevén dos intercambiadores de
calor separados, también se pueden asociar, independientemente entre
sí, en respectivas posiciones adecuadas con el circuito de
refrigeración-calefacción, opcionalmente con la
posibilidad de encendido y apagado selectivo y también una conexión
opcional en serie o en paralelo respecto a otros dispositivos de
aumento de la temperatura y/o reducción de la temperatura.
Para aumentar la eficiencia de todo el circuito
de refrigeración-calefacción o también para hacer
que el calor de desecho utilizable disponible a un nivel de
temperatura mayor, un circuito de bomba de calor, en particular un
circuito de bomba de calor reversible, está asociada con el circuito
de refrigeración-calefacción. Mediante la asociación
de un circuito de bomba de calor, se puede conseguir adicionalmente
una refrigeración del compartimiento de pasajeros. En el caso de un
circuito de comba de calor reversible, se pueden conseguir un
calentamiento y también un enfriamiento del compartimiento de
pasajeros de una manera particularmente simple.
El circuito de bomba de calor se puede asociar
ventajosamente con el circuito de
refrigeración-calefacción a través de por lo menos
un intercambiador de calor, en particular a través de dos
intercambiadores de calor. La asociación de estos intercambiadores
de calor permite un desacoplamiento de fluido completo del circuito
de la bomba de calor desde el circuito de
refrigeración-calefacción. Si se prevén varios
intercambiadores de calor, en particular dos intercambiadores de
calor, se pueden asociar en diferentes niveles de temperatura al
circuito de refrigeración-calefacción y donde
realice diferentes funciones apropiadas, por ejemplo un
intercambiador de calor puede transferir calor desde el circuito de
refrigeración-calefacción al circuito de la bomba de
calor, mientras que otro intercambiador de calor transfiere calor
desde el circuito de la bomba de calor al circuito de
refrigeración.
Finalmente, se prefiere que el intercambiador de
calor o intercambiadores de calor se puedan asociar con el circuito
de refrigeración-calefacción como un dispositivo de
aumento de la temperatura y/o dispositivos de reducción de la
temperatura. En esta realización ventajosa hay en consecuencia la
posibilidad de utilizar los diferentes niveles de temperatura del
circuito de refrigeración-calefacción para el
circuito de la bomba de calor. Debe entenderse que se pueden usar
apropiadamente un encendido y apagado selectivo correspondiente y
también una conmutación selectiva entre funcionamiento en serie y en
paralelo sobre el intercambiador de calor o los intercambiadores de
calor.
Otras ventajas y características de la presente
invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción
detallada de realizaciones actualmente preferidas con referencia a
las figuras adjuntas, en las que:
La figura 1 muestra una primera realización
preferida del circuito de refrigeración-calefacción
según la invención.
La figura 2 muestra esquemáticamente una segunda
realización del circuito de
refrigeración-calefacción según la invención, en la
que se representa un cambio selectivo entre funcionamiento en
paralelo y en serie de los dos dispositivos de aumento de
temperatura.
La figura 3 muestra una tercera realización de la
presente invención, en la que la temperatura de los gases de proceso
usados se suministran a través de un intercambiador de calor al
circuito de refrigeración-calefacción.
La figura 4 muestra una cuarta realización
preferida de la invención, que corresponde substancialmente a la
realización mostrada en la figura 3, pero con la instalación
adicional de conmutación entre el funcionamiento en serie y en
paralelo de los dos intercambiadores de calor como dispositivos de
incremento de temperatura.
La figura 5 muestra una quinta realización
preferida de la invención, en la que un circuito de bomba de calor
está asociado con el circuito de
refrigeración-calefacción a través de un
intercambiador de calor.
La figura 6 muestra esquemáticamente una sexta
realización preferida de la invención, en la que un circuito de
bomba de calor está asociado con el circuito de
refrigeración-calefacción usando dos
intercambiadores de calor.
La figura 7 muestra esquemáticamente una séptima
realización preferida de la invención con el uso de un condensador
para R134a o CO_{2} como refrigerante que está integrado en el
circuito de calefacción-refrigeración.
En las diferentes figuras, referencias numéricas
similares se refieren a partes similares.
La figura 1 muestra un circuito de
refrigeración-calefacción según una primera
realización preferida de la invención. El circuito de
refrigeración-calefacción para un vehículo a motor
comprende una bomba de refrigerante 2, que alimenta un primer
dispositivo de aumento de temperatura 10, en la realización
representa una etapa de salida de energía eléctrica. El dispositivo
de aumento de temperatura 10 puede ser, por ejemplo, un circuito
electrónico, un compresor u otro dispositivo accionado
eléctricamente, que virtualmente de manera inmediata bajo encargo
suministra calor en un valor relativamente bajo, por ejemplo, 60º
aproximadamente. Un segundo dispositivo de aumento de temperatura
20, que en la realización representada es un intercambiador de calor
de un circuito de refrigeración de celdas de combustible 200, está
situado conmutado en serie con el primer dispositivo de aumento de
temperatura 10. Este segundo dispositivo de aumento de temperatura
siguiente suministra, por ejemplo, calor en el circuito de
refrigeración-calefacción a un nivel de temperatura
de 80º aproximadamente, de manera que la coordinación de los
dispositivos de aumento de temperatura 10, 20, está prevista según
las condiciones operativas, en particular según el nivel de
temperatura existente en cada caso. Al arrancar el vehículo, donde
puede ser apropiado suministrar una refrigeración en la celda de
combustible, de manera el segundo dispositivo de aumento de
temperatura se puede evitar mediante una línea de derivación
prevista en la válvula 16. Alternativa o adicionalmente, una línea
de derivación correspondiente también puede preverse en el circuito
de refrigeración de celda de combustible 200, controlado a través de
una válvula 26.
En la realización representada, el circuito de
refrigeración de celda de combustible 200 comprende en particular
una bomba de refrigerante 22 que sigue el intercambiador de calor
20, la propia celda de combustible 25, una vasija de equilibrado 24
y la válvula 26 que controla la línea de derivación. Debe
mencionarse que en la realización representada, el circuito de
refrigeración de celda de combustible 200 está completamente
separado del circuito de refrigeración-calefacción,
y está solamente acoplado a través del intercambiador de calor 20,
ya que el circuito de refrigeración de celda de combustible 200 en
este momento está accionado con agua desionizada, de manera que el
circuito de refrigeración de celda de combustible 200 debe
mantenerse lo más pequeño posible.
Después del segundo dispositivo de aumento de
temperatura 20, es decir, el intercambiador de calor para el
circuito de calefacción de de celda de combustible, un primer
dispositivo de reducción de temperatura 40 está asociado con el
circuito de refrigeración-calefacción. En la
realización mostrada, el dispositivo de reducción de temperatura 40
es un intercambiador de calor, que puede servir para calentar el
compartimiento de pasajeros. El refrigerador 40 se acciona de manera
selectiva a través de una válvula 46, es decir, se puede alimentar o
derivar dependiendo de los requerimientos de temperatura y consumo.
La válvula 46 se puede omitir si se toman medidas en la unidad de
calentamiento/acondicionamiento de aire para evitar la recogida en
verano. El intercambiador de calor 40 se puede alimentar con aire a
través de un ventilador 42 y tiene un dispositivo de calentamiento
adicional 44, que cuando se requiera puede generar eléctricamente
calor adicional. En la realización representada, el dispositivo de
calentamiento adicional 44 es un indicador de calor PTC. Finalmente,
el circuito de refrigeración-calefacción se dirige
mediante una válvula 56 directamente de retorno a la bomba (circuito
pequeño) o se suministra a un refrigerador externo 50 como segundo
dispositivo de reducción de temperatura para retornar desde allí a
la bomba 2 (circuito de refrigeración grande). En la realización
representada, el segundo dispositivo de reducción de temperatura 50
es un refrigerador de vehículo convencional, que se puede
complementar mediante un ventilador 52, para poder aumentar la
emisión de calor a los alrededores.
Como en las soluciones conocidas previamente, los
correspondientes dispositivos de control pueden estar previstos para
los ventiladores 42, 52. Además, una vasija de equilibrado 4,
mediante la cual se pueden mantener el nivel del refrigerante en
todo el sistema, está asociada con el circuito de
refrigeración-calefacción. La vasija de equilibrado
se puede omitir si se usan mangueras flexibles en consecuencia.
Respecto a los dispositivos de reducción de temperatura 40, 50
todavía se ha de indicar que se pueden conectar en serie para poder
utilizar un nivel de temperatura máximo de, por ejemplo, 80º
aproximadamente para el calentamiento del compartimiento de
pasajeros, mientras que el refrigerador de aire externo está
suministrado con aire de 50º máximo, con el resultado de que su
temperatura operativa estará a un valor de temperatura ligeramente
más alto.
La realización descrita anteriormente se
caracteriza por una eficiencia particularmente alta, provocada por
la asociación de los dispositivos de aumento de temperatura y
reducción de temperatura, en correspondencia a las condiciones
operativas, al circuito de
refrigeración-calefacción. Los diferentes niveles de
temperatura de los dispositivos individuales ya eran conocidos en la
técnica anterior, pero no se tenía en cuenta los niveles diferentes
de temperatura, de manera que esta realización ofrece un progreso
técnico claro. También debe mencionarse que, por ejemplo con el uso
de celdas de combustible de baja temperatura, una inversión de la
secuencia puede ser una posibilidad.
La figura 2 muestra una segunda realización
preferida del circuito de refrigeración-calefacción
según la invención, en la cual los componentes que son similares o
correspondientes a la realización mostrada en la figura 1, se prevén
de correspondientes referencias numéricas. Una descripción de los
correspondientes componentes, tales como por ejemplo el circuito de
refrigeración de celda de combustible 200, no se repetirá por
propósitos de una representación más concisa. En contraste con la
realización representada en la figura 1, en esta realización los dos
dispositivos de aumento de la temperatura 10, 20, es decir, la etapa
de salida de energía eléctrica 10 y el intercambiador de calor 20
que sirve para acoplarse con el circuito de refrigeración de celda
de combustible 200, están suministrados con refrigerante tanto en
funcionamiento en paralelo como en funcionamiento en serie. A través
de dos válvulas 17, 18 que se pueden conmutar, solamente uno de los
dispositivos 10, 20 puede asociarse opcionalmente con el circuito de
refrigeración-calefacción, según los estados
operativos de los dispositivos 10, 20 que suministran calor. Además,
las válvulas 17, 18 permiten que el refrigerante fluya opcionalmente
en primer lugar a través del primer dispositivo de aumento de la
temperatura 10 y a continuación a través del segundo dispositivo de
aumento de la temperatura 20 o viceversa. Finalmente, las válvulas
17, 18 también permiten que los dos dispositivos de aumento de la
temperatura 10, 20 se suministren con refrigerante en modo en
paralelo, es decir, simultáneamente. Una ampliación correspondiente
a más de dos dispositivos de aumento de la temperatura se puede
producir de una manera similar, con lo cual los dispositivos
individuales se pueden combinar en grupos en conexión en paralelo
y/o en serie. La realización aquí representada permite un suministro
muy exacto de los dispositivos de aumento de la temperatura 10, 20
con refrigerante, según el estado de funcionamiento, en particular
la temperatura. Por ejemplo, en una fase inicial en la que las dos
unidades eléctricas se han de refrigerar y también el intercambiador
de calor del circuito de celda de combustible todavía tiene una
temperatura relativamente baja, las válvulas 17, 18 puede funcionar
en modo en paralelo, después de lo cual al alcanzar las respectivas
temperaturas operativas, se realiza la realización representada en
la figura 1 mediante las válvulas 17, 18 respecto a la ingeniería
del circuito.
La figura 3 muestra esquemáticamente una tercera
realización preferida del circuito de calentamiento según la
invención, en cuyo caso las partes correspondientes se proporcionan
otra vez de la misma referencia numérica y en este punto no se
describen con detalle otra vez. El circuito de
refrigeración-calefacción de la realización aquí
representada corresponde esencialmente a la realización mostrada en
la figura 1, en cuyo caso está asociado un tercer dispositivo de
aumento de la temperatura 30, en conexión en paralelo, con el
segundo dispositivo de aumento de la temperatura 20, es decir, el
intercambiador de calor del circuito de refrigeración de celda de
combustible 200. El tercer dispositivo de aumento de la temperatura
30 es un intercambiador de calor, que sirve para refrigerar el
combustible llevado en una línea 21 y también el aire comprimido
llevado en una línea 23. El combustible, en particular en forma
gaseosa, y el aire comprimido frecuentemente se han de tratar
previamente cuando funcionan celdas de combustible, de manera que
estos gases de proceso tienen una temperatura relativamente alta que
se puede suministrar al circuito de
refrigeración-calefacción.
Aunque no se ha representado, los tres
intercambiadores de calor 10, 20, 30 podrían también estar asociados
con el circuito de refrigeración-calefacción
conectados todos juntos en serie. Si, por ejemplo, la etapa de
salida de energía eléctrica 10 como un primer dispositivo de aumento
de la temperatura tiene un nivel de 60º aproximadamente, los gases
de proceso que se han de refrigerar tienen por ejemplo temperaturas
de 80º y el intercambiador de calor del circuito de refrigeración de
celda de combustible 200 una temperatura de 90º aproximadamente,
entonces han de preverse los tres dispositivos de aumento de la
temperatura 10, 20, 30, conectados en serie según sus temperaturas.
Aunque en la realización representada el intercambiador de calor 30
está previsto para gas combustible y también para aire comprimido,
el técnico en la materia puede reconocer que también se pueden usar
intercambiadores de calor separados para esto, que se pueden asociar
a continuación en consecuencia con el circuito de
refrigeración-calefacción conectados en serie y/o en
paralelo entre sí y respecto a los otros dispositivos de aumento de
la temperatura. Además, en ciertas aplicaciones también puede ser
necesario calentar en lugar de refrigerar los gases de proceso
mediante el circuito de refrigeración-calefacción,
de manera que el intercambiador de calor 30 actuaría como un
dispositivo de reducción de la temperatura.
La figura 4 muestra otra realización preferida
del circuito de refrigeración-calefacción según la
invención, en el cual los conceptos de las realizaciones de las
figuras 2 y 3 están esencialmente combinados. En esta realización el
refrigerante viaja desde la bomba al primer dispositivo de aumento
de la temperatura 10, por ejemplo la etapa de salida de energía
eléctrica, y entonces llega a una válvula de regulación 17.
Dependiendo de las condiciones operativas del dispositivo 10, 20,
30, mediante la válvula de regulación 17, el refrigerante se
distribuye proporcionalmente en funcionamiento en paralelo a los dos
dispositivos de aumento de la temperatura 20, 30, el refrigerante se
lleva directamente a la válvula de regulación 18 o solamente a uno
de los dispositivos de aumento de la temperatura 20, 30. En
funcionamiento en paralelo, después de pasar a través y calentarse
mediante los dos dispositivos de aumento de la temperatura 20, 30,
el flujo de refrigerante se combina mediante la válvula de
regulación 18. En el caso de asociación selectiva de solamente un
dispositivo de aumento de la temperatura 20, 30, el refrigerante se
lleva directamente también a través de la válvula de regulación 18.
En el caso de la asociación opcional en serie de los dos
dispositivos de aumento de la temperatura 20, 30, la válvula de
regulación 18 llevará el refrigerante de vuelta a la válvula de
regulación 17, desde donde el refrigerante se lleva a continuación a
través del dispositivo de aumento de la temperatura, a través del
cual no ha fluido previamente ningún refrigerante.
Una quinta realización preferida del circuito de
refrigeración-calefacción según la invención, con un
circuito de bomba de calor 100 está asociado a través de un
intercambiador de calor, está representada en la figura 5. Como en
la realización mostrada en la figura 1, después de la bomba 2 el
refrigerante llega a un primer dispositivo de aumento de la
temperatura 10, por ejemplo una etapa de salida de energía
eléctrica, y a continuación un intercambiador de calor 20, que
acopla el circuito de calefacción-refrigeración con
un circuito de refrigeración de celda de combustible 200. El técnico
en la materia entenderá que las indicaciones anteriores respecto a
la conexión en serie y en paralelo de los dispositivos individuales
de aumento de la temperatura son aplicables en consecuencia a la
realización representada. Para aumentar la eficiencia total del
circuito de refrigeración-calefacción, en esta
realización un circuito de bomba de calor 100 está acoplado a través
del intercambiador de calor 70 con el circuito de
refrigeración-calefacción. El circuito de bomba de
calor funciona con CO_{2} o R134a y en la realización representada
es del tipo reversible, es decir, se puede usar para calentar y
también para refrigerar el compartimiento de pasajeros.
El circuito de bomba de calor 100 comprende, a
parte del intercambiador de calor 70, dos compresores que cada uno
permite una operación del circuito de bomba de calor 100 en una
dirección. Alternativamente a los dos compresores, también podría
preverse un único compresor 102, que se puede accionar
apropiadamente en ambas direcciones. Alternativamente, también
podría ser posible un único compresor monodireccional, si el
circuito de bomba de calor se usara exclusivamente para calentar el
compartimiento de pasajeros o exclusivamente para refrigerar el
compartimiento de pasajeros. Además, el circuito de bomba de calor
100 comprende, de una manera que es clásica por sí misma, una
válvula de cuatro vías 106, un condensador 107; 108 y un evaporador
107; 108. Proporcionando un circuito de bomba de calor, el nivel de
temperatura utilizable se puede aumentar drásticamente, por ejemplo
para calentar la zona de los pasajeros. La asociación de un circuito
de bomba de calor es particularmente ventajosa en vista de los
esfuerzos para desarrollar celdas de combustible de baja
temperatura.
Una sexta realización preferida del circuito de
refrigeración-calefacción según la invención está
representado en la figura 6. En esta realización, está también
asignado un circuito de bomba de calor accionado con CO_{2} o
R134a. Además al acoplamiento representado en la figura 5 mediante
el intercambiador de calor 70, en la realización representada el
evaporador del circuito de bomba de calor 100 está construido como
el intercambiador de calor 60, que baja la temperatura del circuito
de refrigeración-calefacción. De otra manera, el
circuito de bomba de calor 100 corresponde substancialmente con el
representado en la figura 5, de manera que no es necesario repetir
aquí una descripción detallada de los componentes restantes.
Finalmente, una séptima realización del circuito
de refrigeración-calefacción según la invención está
representado en la figura 7. En esta realización, que esencialmente
corresponde a la realización mostrada en la figura 1, un condensador
5 para un circuito de refrigeración, que se acciona preferiblemente
con los refrigerantes R134a o CO_{2}, está adicionalmente previsto
frente a la bomba de refrigeración 2. El condensador 5 representa
otro dispositivo de aumento de la temperatura respecto al circuito
de refrigeración-calefacción y respecto a su
asociación y conmutación puede preverse en una posición adecuada tal
como se ha descrito con detalle con referencia a las realizaciones
anteriores para los dispositivos de aumento de la temperatura y
reducción de la temperatura aquí previstos. En particular, el
condensador 5 para la máxima transferencia de temperatura ha de
estar dispuesto en el punto más frío del circuito de
refrigeración-calefacción, es decir, por ejemplo y
tal como se ha representado directamente detrás del refrigerador 50
que se puede suministrar con aire ambiente. Respecto a los otros
componentes del circuito de
refrigeración-calefacción representado, se hace
referencia a la descripción de las realizaciones anteriores.
En resumen, puede decirse que con el circuito de
calefacción según la invención se consigue una eficiencia aumentada
mediante las condiciones operativas de los dispositivos individuales
de aumento de la temperatura y/o reducción de la temperatura que se
toman en consideración durante la asociación, en particular la
disposición o colocación en el circuito de
refrigeración-calefacción. Mediante la asociación de
un circuito de bomba de calor, la eficiencia se puede aumentar
incluso más con la ventaja adicional de un nivel aumentado de calor
utilizable.
Aunque la invención se ha descrito en detalle
anteriormente con referencia a las realizaciones actualmente
preferidas, el técnico en la material reconocerá que son posibles
varias modificaciones sin apartarse del concepto según la invención,
tal como se especifica en las reivindicaciones. En particular, los
circuitos en serie y/o en paralelo muy diferentes con secuencias muy
variadas, en cada caso dependiendo de los parámetros de
funcionamiento, en particular la temperatura, se han de considerar
como soluciones equivalentes. Expresado de una manera diferente, los
dispositivos individuales de aumento de la temperatura y/o reducción
de la temperatura también podrían estar combinados en grupos para
asociarlos como un grupo en serie y/o en paralelo al circuito de
refrigeración-calefacción. Además, debe mencionarse
que todas las características específicas de una realización
individual preferida se pueden transferir en cada caso a otras
realizaciones. Por ejemplo, también en el caso de las realizaciones
mostradas en las figuras 5 y 6, puede preverse además un dispositivo
de calefacción eléctrico adicional, por ejemplo en forma de un
registro de calefacción PTC.
Claims (10)
1. Circuito de
refrigeración-calefacción para un vehículo
accionado, que tiene por lo menos dos dispositivos (10, 20) que
aumentan la temperatura del circuito de
refrigeración-calefacción, por lo menos dos
dispositivo (40, 50) que reducen la temperatura del circuito de
refrigeración-calefacción y por lo menos una bomba
(2), estando asociados los dispositivos de aumento de la temperatura
(10, 20) y/o los dispositivos de reducción de la temperatura (40,
50) con el circuito de refrigeración-calefacción por
lo menos parcialmente según sus estados operativos, según sus
temperaturas,
caracterizado por el hecho de que los
dispositivos de aumento de la temperatura (10, 20) y/o los
dispositivos de reducción de la temperatura (40, 50) se pueden
conmutar entre disposición en serie y/o en paralelo por lo menos en
alguna extensión respecto a su asociación con el circuito de
refrigeración-calefacción.
2. Circuito de
refrigeración-calefacción según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que los dispositivos de aumento
de la temperatura (10, 20) y/o los dispositivos de reducción de la
temperatura (40, 50) se pueden asociar con el circuito de
refrigeración-calefacción por lo menos en alguna
extensión de manera selectiva.
3. Circuito de
refrigeración-calefacción según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que los dispositivos de aumento
de la temperatura (10, 20) y/o los dispositivos de reducción de la
temperatura (40, 50) se pueden conmutar por lo menos en alguna
extensión respecto a su asociación con el circuito de
refrigeración-calefacción, en particular respecto a
la secuencia.
4. Circuito de
refrigeración-calefacción según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que por lo menos un dispositivo
de aumento de la temperatura (20) es una celda de combustible (25) o
un intercambiador de calor de un circuito de refrigeración de celda
de combustible.
5. Circuito de
refrigeración-calefacción según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que por lo menos un dispositivo
de aumento de la temperatura (10) es una etapa de salida de energía
eléctrica o un intercambiador de calor de un circuito de
refrigeración de etapa de salida de energía eléctrica.
6. Circuito de
refrigeración-calefacción según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que por lo menos un dispositivo
de aumento de la temperatura es un dispositivo de refrigeración de
gas de proceso (30), en particular un intercambiador de calor para
un gas combustible (21) y/o aire comprimido (23).
7. Circuito de
refrigeración-calefacción según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que un condensador (5) para un
circuito refrigerante con el refrigerante R134a o CO_{2} se puede
asociar con el circuito de refrigeración.
8. Circuito de
refrigeración-calefacción según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que un circuito de bomba de
calor (100), en particular un circuito de bomba de calor reversible,
está asociado con el circuito de
refrigeración-calefacción.
9. Circuito de
refrigeración-calefacción según la reivindicación 8,
caracterizado por el hecho de que el circuito de bomba de
calor está asociado con el circuito de
refrigeración-calefacción a través de por lo menos
un intercambiador de calor, en particular a través de dos
intercambiadores de calor.
10. Circuito de
refrigeración-calefacción según la reivindicación 8,
caracterizado por el hecho de que el intercambiador de calor
o los intercambiadores de calor están asociados con el circuito de
refrigeración-calefacción como dispositivo(s)
de aumento de la temperatura y/o reducción de la temperatura.
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