WO2013013790A1 - Klimatisierung zum temperieren von komponenten sowie eines innenraums eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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    • B60H1/323—Cooling devices using compression characterised by comprising auxiliary or multiple systems, e.g. plurality of evaporators, or by involving auxiliary cooling devices

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for air conditioning an interior and tempering of components of a motor vehicle and a vehicle according to the method and device according to the invention.
  • the air conditioning and temperature control of components of an interior of a motor vehicle is known. This can be done with a cooling medium operated refrigerant circuits and operated with a refrigerant refrigerant circuits.
  • the coolant may in particular be water or a mixture of antifreeze and water.
  • the refrigerant may be an evaporating medium for operating the refrigerant circuit having a high pressure side and a low pressure side. It is known to use the refrigerant circuit in a heat pump operation for heating components and / or an interior of the motor vehicle with.
  • the components of the motor vehicle may in particular be components of an electric traction and an electrical energy source for operating the electric traction of the motor vehicle.
  • an air conditioning system for a vehicle is known with a flowing through a refrigerant, designed as a heat pump and refrigeration system circuit refrigerant circuit and associated with these, a compressor, at least one outdoor heat exchanger and at least one Internal heat exchanger, which is associated with a mecanicalkondensator, and with a device for generating a with the inner heat exchanger and the mecanicalkondensator thermally coupled air flow, and a metering device by means of a flow through the mecanicalkondensatprs with at least a partial flow of the thermally coupled air flow can be metered.
  • the refrigerant in a heat pump operation, is conveyed from the high pressure side of the compressor in the mecanicakondensator or is conveyed from the mecanicakondensator by an expansion valve to the internal heat exchanger is conveyed or promoted by the indoor heat exchanger by a bilaterally flow-through expansion valve to the outdoor heat exchanger is conveyed or promoted is conveyed from the external heat exchanger of the low pressure side of the compressor or is conveyed and in a refrigeration plant operation, the refrigerant from the high pressure side of the compressor is directly conveyed into the mecanicholickondensator or is promoted from mecanicholickondensator bypassing the expansion valve to the outdoor heat exchanger is conveyed or is funded by the outdoor heat exchanger through the two-way flowable expansion valve to the internal heat exchanger, from the internal heat exchanger to the low pressure side of the compressor can be conveyed.
  • DE 10 2005 048 241 A1 discloses a vehicle air conditioning system with a thermodynamic primary circuit comprising a compressor controlled by a switching device, and with a primary cooling thermodynamically coupled secondary cooling circuit for cooling of electric units, for example a battery, the at least one to a signal of the switching device of the primary circuit contains appealing component.
  • US 2003 0182961 A1 relates to an air conditioning system for a compartment.
  • the air conditioner has a compressor, an external heat exchanger and an internal heat exchanger.
  • the air conditioner on a cooling heat exchanger and a cooling heat exchanger upstream of the decompression device, which is open in a cooling operation.
  • DE 103 01 006 A1 relates to a heating / cooling circuit for a motor vehicle with an evaporator for cooling air to be supplied from an interior, a heating heat exchanger for heating the air to be supplied to the interior, an outdoor heat exchanger with a compressor for conveying refrigerant, a first expansion element, associated with the evaporator, a second expansion member associated with the outdoor heat exchanger and refrigerant piping via which the aforesaid components are interconnected, a defrost circuit comprising the compressor, the outdoor heat exchanger and the second expansion member.
  • the object of the invention is to allow air conditioning and temperature control of components and an interior of a motor vehicle so that with as few heat exchangers as large a number of temperature and operating conditions of the motor vehicle can be covered.
  • the object is an air conditioning for tempering components and an interior of a motor vehicle, comprising a first water pump for driving a first coolant circuit, a second water pump for driving a second coolant circuit, a compressor for driving a high pressure side and a low pressure side having a refrigerant circuit, a water side in the first coolant circuit connected and the ' interior air upstream upstream air-water heat exchanger, a refrigerant side connected in the refrigerant circuit and the air-water heat exchanger on the water side upstream first refrigerant coolant Heat exchanger dissolved.
  • heat can be transferred from the refrigerant-refrigerant heat exchanger from the refrigerant circuit to the first refrigerant circuit.
  • the first coolant circuit is arranged in an air conditioner of the air conditioning and serves for heating and / or cooling of air blown into the interior of the motor vehicle.
  • the first refrigerant-refrigerant heat exchanger is arranged outside of the air conditioner, so that this is heat source free except for the air-water heat exchanger provided there.
  • a heating of the blown into the interior air inside the air conditioner is optionally only via the air-water heat exchanger of the first coolant circuit. If the air-water heat exchanger is not supplied with heat, the air conditioner is advantageous heat source free.
  • this allows efficient heating of the interior and / or cooling of the interior.
  • the first refrigerant coolant heat exchanger is connected in the high pressure side of the refrigerant circuit.
  • the heat conducted in the high-pressure side of the refrigerant circuit can be dissipated via the first refrigerant-refrigerant heat exchanger.
  • the air conditioning has a valve arrangement by means of which the first refrigerant-refrigerant heat exchanger on the refrigerant side can be switched out of the refrigerant circuit.
  • the air conditioning can be controlled by means of the valve arrangement.
  • the valve arrangement can be controlled with a central control, which in particular also receives measurement and sensor signals and converts them into control signals for actuating the valve arrangement.
  • the first refrigerant-coolant heat exchanger can be switched out of the refrigerant circuit on the refrigerant side so that it does not receive any heat from the refrigerant circuit, that is, it can flow through the first coolant circuit without appreciable heat transfer.
  • an air damper for controlling a via the air-water heat exchanger flowing into the interior air flow is connected upstream.
  • a heat and / or cold transition between the air flow and the air-water heat exchanger can be prevented. It is possible that the entire air flow flows through the air-water heat exchanger, which completely comes to a halt by closing the air damper.
  • closing the air damper means an air-side disconnection of the air-water heat exchanger from the air flow.
  • only a part of the air-water heat exchanger can be switched out of the air flow by means of the air flap, so that the heat and / or cold transition is thus controllable, in particular reducible.
  • the air conditioning in a further embodiment of the air conditioning is provided that by means of the valve assembly, a heat source of the motor vehicle into the first coolant circuit einschaltbar and thus the first refrigerant-coolant heat exchanger is vorschaltbar.
  • the first coolant circuit in addition to the task of heat transfer from the first refrigerant-coolant heat exchanger to the air-water heat exchanger of the air conditioner still take over a temperature, in particular cooling and / or heating of the additional einschaltbaren heat sources.
  • the heat sources of the motor vehicle comprises at least one element of the group: an electrical component, an electric traction component, a power electronics, a battery, an internal combustion engine, an electric heater.
  • the most different components of the motor vehicle can be tempered, that is warmed and / or cooled.
  • its waste heat can be used to heat the interior, e.g. via the coupling with the refrigerant-coolant heat exchanger.
  • the cooling circuit generated cold and / or heat for cooling and / or heating of various electrical components can be used.
  • the air conditioning has a refrigerant side connected in a low pressure side of the coolant circuit and the air-water heat exchanger air side upstream evaporator.
  • the air stream flowing into the interior can be cooled by means of the evaporator. Accordingly, it can be supplied to the refrigerant circuit heat.
  • the air conditioning has a water side in the second coolant circuit and the refrigerant side connected in the low pressure side of the refrigerant circuit second refrigerant coolant heat exchanger.
  • the second refrigerant-coolant heat exchanger heat from the refrigerant circuit to the second coolant circuit be transmitted.
  • the second coolant circuit has a heat source, so that this heat can be transmitted to the coolant circuit by means of the second coolant-coolant heat exchanger.
  • the refrigerant circuit comprises a flowed through by an ambient air flow condenser, which is selectively switched by means of the valve arrangement in the high pressure side or in the low pressure side of the refrigerant circuit.
  • the capacitor can be used by means of the control of the valve arrangement for supplying or alternatively for removing heat from the refrigerant circuit. This can be advantageously utilized, in particular in a heat pump operation, since an enlarged heat exchange surface is available via the condenser which can be switched over by means of the valve arrangement and the evaporator in recirculation mode.
  • the air conditioning has a driven by a third water pump third coolant circuit for the separate cooling of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine can optionally be cooled separately by means of the third coolant circuit, for example, if this generates a high heat output, which is not deductible or usable over the remaining circuits.
  • the object is also achieved by a method for conditioning an electric traction motor vehicle by means of a previously described air conditioning, with transporting a heat flow from the first refrigerant coolant heat exchanger in the air-water heat exchanger in a heating operation of the air conditioning, wherein the heat flow, controlled by the valve assembly derived from at least one of the following components of the motor vehicle: the heat source of the motor vehicle, the electrical component, the electrical traction component, the power electronics, the battery, the internal combustion engine, and / or the high pressure side of the coolant circuit; and transporting a refrigerant flow in a component cooling operation from the second refrigerant-coolant heat exchanger to at least one of the following components of the motor vehicle: the heat source, the battery, the internal combustion engine, and / or the electric heater.
  • the interior of the motor vehicle can be heated, wherein the actual heat exchange for supplying the heat flow by means of the first refrigerant-coolant heat exchanger in the air-water heat exchanger via a supply line, so that advantageously the air conditioner is heat source free, so the first refrigerant-coolant Heat exchanger is arranged outside of the air conditioner.
  • the heat can be generated in a heat pump operation of the refrigerant circuit to the first coolant circuit of the heating heat exchanger and transported by means of the air flow in the interior.
  • the component cooling operation by means of the coolant circuit can be used to cool the cooling components of the motor vehicle used.
  • the heating operation and the component cooling operation can be controlled independently of each other, so that a pure component cooling operation, a pure heating operation and a combined heating and component cooling operation by means of the valve arrangement are advantageously controllable.
  • transporting a refrigerant flow in an indoor cooling operation or an indoor rotary operation of the evaporator. provided in the interior of the motor vehicle.
  • Under an interior cooling operation can be understood that the interior of the motor vehicle is cooled by the air flow.
  • Under a heating operation can be understood that the interior of the motor vehicle is heated by the air flow.
  • Under an indoor Dreheat plante can be understood that the blown into the interior air flow is dehumidified.
  • a cooling and / or heating of the interior may optionally take place, since the air flow injected into the interior is first cooled and thus dehumidified and then reheated.
  • a cooled or heated and dried air stream can be blown into the interior space.
  • the object is also achieved in a motor vehicle that is designed, set up, constructed and / or equipped with software for performing a method described above and / or is equipped with a previously described air conditioning. This results in the advantages described above.
  • Figure 1 is a schematic view of an air conditioning for controlling the temperature of components and an interior of a motor vehicle, wherein the air conditioning has an electric heater;
  • FIG 2 is a schematic view of another air conditioning analogous to the air conditioning shown in Figure 1, wherein in contrast instead of the auxiliary heater, an internal combustion engine is provided.
  • FIG 3 is a schematic overview of various modes of operation of the air conditioning shown in Figure 1;
  • FIG. 4 is a schematic overview of various modes of operation of the air conditioning shown in FIG.
  • FIG. 1 shows an air-conditioning system 7 for conditioning an interior 3 of a motor vehicle 1 by means of an air conditioning unit 5.
  • the air conditioning system 7 shown in FIG. 1 has a first coolant circuit 100, which is driven or drivable by a first water pump C.3.
  • the air conditioning 7 has a second coolant circuit 200, which is driven by a second water pump C.4 or is driven.
  • the air conditioning 7 has a refrigerant circuit 300, which is driven by a compressor A.1 or can be driven.
  • the refrigerant circuit 300 is operated with a refrigerant, and may operate in an air conditioner operation and a heat pump operation.
  • the coolant circuits 100 and 200 are operated with a coolant, for example a cooling water, in particular a coolant-antifreeze mixture.
  • a coolant for example a cooling water, in particular a coolant-antifreeze mixture.
  • the motor vehicle 1 has a control unit, not shown, for example, a climate control unit and / or a central control unit.
  • the controller controls a Ventilanördnung 400, which acts on the circles 100, 200 and 300.
  • the control unit receives measuring signals from pressure-temperature sensors, namely from a first pressure-temperature sensor A.5, a second pressure-temperature sensor A.8 and a third pressure-temperature sensor A.1.
  • electric expansion valves namely a first electric expansion valve A.3, a second electric expansion valve A.6 and a third electric expansion valve A.9 of the refrigerant circuit 300 controlled.
  • the electric expansion valves A.3, A.6 and A.9 are each nachgescbaltet heat exchangers, which are designed as an evaporator or are operable as an evaporator, namely an evaporator A.4, a capacitor A.7 and a second refrigerant-coolant heat exchanger A.10.
  • first coolant circuit 100 and the refrigerant circuit 300 a first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2, the refrigerant side, the first electrical expansion valve A.3 and the coolant side upstream of an air-water heat exchanger C.5 of the air conditioner 5 is connected.
  • the refrigerant circuit 300 Upstream of the compressor A.1, the refrigerant circuit 300 has a collector A.12.
  • the valve assembly 400 has in the circuits 100 - 300 connected 2/2-way valves and 3/2-way valves. In detail, these are a first 2/2-way valve B.1, a second 2/2-way valve B.2, a third 2/2-way valve B.3, a fourth 2/2-way valve B.5 , a fifth 2/2-way valve B.6, a sixth 2/2-way valve B.7 and a seventh 2/2-way valve B.8, a first 3/2-way valve D.1, a second 3/2 Way valve D.2 and a third 3/2-way valve D.3.
  • the valve assembly 400 has a third 2/2-way valve B. 3 downstream check valve B. 4, which blocks in the direction of the third 2/2-way valve B.3.
  • Dargestete motor vehicle 1 has an electric fraction, not shown, which can be supplied by means of a battery C.1 with electrical energy.
  • the battery C.1 is in the seconddemittei Vietnamese 200 mid / s the valve assembly switchable, namely to cool or warm them.
  • the motor vehicle 1 has a heat source, in the present case an electric heater C.2, which can feed heat into the second coolant circuit 200. But also on the heat input through the refrigerant circuit 300 via the refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2 in the coolant circuit 100, the battery can be warmed.
  • a heat source in the present case an electric heater C.2 which can feed heat into the second coolant circuit 200.
  • the battery can be warmed.
  • different operating states or modes of operation of the air-conditioning system shown in FIG. 1 will be described. These are each caused by a switching state of the valve assembly 400, wherein the circuits 100, 200, 300 of the air conditioning 7 change accordingly.
  • the individual components are listed below starting in each case starting from the drive source, that is to say the compressor A.1 and the water pumps C.3 and C.4 downstream. From this list also shows a respective switching state of the 3/2-way valves. Accordingly not mentioned 2/2-way valves, which are designed here as switching valves are closed in the switching state described in each case.
  • the first coolant circuit 100 runs from the first water pump C.3 to the second 3/2-way valve D.2, via the first coolant / coolant heat exchanger A.2 and the air / water heat exchanger C.5 again back to the first water pump C.3.
  • the second coolant circuit 200 runs from the second water pump C.4 to the first 3/2-way valve D.1, via the third 2/2-way valve D.3, via the electric heater C.2 and via the second refrigerant coolant Heat exchanger A.10 back to the second water pump C.4.
  • the refrigerant circuit 300 extends from the compressor A.1 via the first 2/2-way valve B.1, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2, the third electric expansion valve A.3, the evaporator A.4, the first pressure Temperature sensor A.5, the seventh 2/2-way valve B.8, the second refrigerant-coolant heat exchanger A.10, the third pressure-temperature sensor A.1 1 and the collector A.12 back to the compressor A. .1.
  • the seventh 2/2-way valve B.8 is connected in parallel to the third electric expansion valve A.9, wherein in the first embodiment of the first mode of operation, the seventh 2/2-way valve B.8 is open.
  • the first operating mode in the first embodiment can be used to heat the interior 7 of the motor vehicle 1, in particular at temperatures in an environment of the motor vehicle 1 of less than -10 ° C.
  • the heat source is the electric heater C.2.
  • a second embodiment of the first mode of operation which also serves to heat the interior 7, may originate from an environment originating from Ambient air stream 9 by means of the capacitor A.7 the refrigerant circuit 300 heat are supplied, so that it can be used in addition as a heat source in a heat pump operation.
  • the refrigerant circuit 300 additionally extends downstream of the first pressure-temperature sensor A.5 via a parallel branch, via the third 2/2-way valve B.3, the check valve B.4, the condenser A.7, the second pressure-temperature sensor A.8, the fifth 2/2-way valve B.6 and finally also via the collector A.12 back into the compressor A.1.
  • the capacitor A.7 of the refrigerant circuit 300 can serve as an evaporator for receiving heat contained in the surroundings of the motor vehicle 1 or in the ambient air flow 9.
  • the air-conditioning system 7 can be operated to heat the interior 3 at temperatures down to -10 ° C.
  • the first coolant circuit 100 is connected analogously to the first operating mode.
  • the second coolant circuit 200 is switched off, the second water pump C.4 having no pumping power.
  • the refrigerant circuit 300 extends from the compressor A.1 via the first 2-way valve B.1, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2, the first electric expansion valve A.3, the evaporator A.4, the first pressure Temperature sensor A.5, the second electric expansion valve A.6 and the third 2/2-way valve B.3 and the check valve B.4, operated as an evaporator capacitor A.7, the second pressure-temperature sensor A.8, the fifth 2/2-way valve B.6 and finally via the collector A.12 back to the compressor A.1.
  • the second refrigerant circuit 200 is also "off.
  • the battery C.1 can be heated when the motor vehicle 1 is at a standstill. This can be done by means of the first coolant circuit 100, the purpose of the first water pump C.3 via the second 3/2-way valve D.2, the first 3/2-way valve D.1, the battery C.1, the third 3rd / 2-way valve D.3, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2 and finally via the air-water heat exchanger C.5 back to the first water pump C.3 runs.
  • a flap 11 which is connected upstream of the air-water heat exchanger C.5 is closed.
  • the flap 11 is shown in Figure 1 in a partially open state.
  • the evaporator A.4 and the air-water heat exchanger C.5 are flowed through by an air stream 500 flowing into the interior 3.
  • the air flow 500 serves to temper the interior 3.
  • cooling of the battery C 1 can take place during standstill of the motor vehicle 1 by means of the coolant circuit 200.
  • the first coolant circuit 100 runs from the first water pump C.3 via the second 3/2-way valve D.2, the first coolant / coolant heat exchanger A.2 and finally via the air / water heat exchanger C.5 back to the first Water pump C.3.
  • the second coolant circuit 200 extends from the second water pump C.4 via the first 3/2-way valve D.1 via the battery C.1, via the third 3/2-way valve D.3, the electric heater C.2, the second Refrigerant coolant heat exchanger A.10 and finally back to the second water pump C.4.
  • the refrigerant circuit 300 extends from the compressor A.1 via the first 2/2-way valve B.1, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2, the first electric expansion valve A.3, the evaporator A.4, the first pressure Temperature sensor A.5, via a first parallel branch via the third electric expansion valve A.9, the seventh 2/2-way valve B.8, the second refrigerant-coolant heat exchanger A.10, the third pressure-temperature sensor A.1 1 , a second parallel branch with the second electric expansion valve A.6, the condenser A.7, the second pressure-temperature sensor A.8, the fifth 2/2-way valve B.6, and finally downstream of the parallel branches via the accumulator A.12 in the compressor A.1.
  • the air conditioning system 7 may be used to cool the battery in an air conditioning operation and to dehumidify the interior 3 in a re-heat operation.
  • the air flow 500 is first cooled and then reheated before being blown into the interior 3.
  • the first coolant circuit 100 is connected in the same way as, for example, in the first embodiment of the first mode.
  • the second coolant circuit 200 is connected in the same way as, for example, in the third embodiment of the second mode.
  • the refrigerant circuit 300 extends from the compressor A.1 via the first 2/2-way valve B.1, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2, the fourth 2/2-way valve B.5, the second pressure-temperature sensor A. .8, the capacitor operated as a capacitor
  • a first aspect of a fourth mode of air conditioning may be used to cool the battery C.1 and the interior 3 in an air conditioning operation of the refrigerant circuit 300.
  • the first coolant circuit 100 is switched off, that is, the first water pump C.3 without delivery.
  • the second coolant circuit 200 is analogous to e.g. the third expression of the second mode switched.
  • the refrigerant circuit 300 extends from the compressor A.1 via the second 2/2-way valve
  • the second pressure-temperature sensor A.8 the condenser A.7, the second electric expansion valve A.6 and from there branches parallel in a first parallel branch via the first pressure-temperature sensor A.5, the evaporator A.4 and the sixth 2/2-way valve B.7 and in a second parallel branch via the seventh 2/2-way valve B.8, the second refrigerant-coolant heat exchanger A.10 and the third pressure-temperature sensor A.1 1 and finally brought together again via the collector A.12 back to the compressor A.1.
  • the flap 1 1 is closed in the first form of the fourth mode.
  • a second embodiment of the fourth operating mode can be used for cooling the battery C.1 and the interior 3 in a re-heater operation, ie with a dehumidification of the airflow 500.
  • the first coolant circuit 100 is connected analogously, for example, the second expression of the second mode.
  • the second coolant circuit 200 is switched off, that is, the second water pump C.4 without delivery.
  • the refrigerant circuit 300 is connected analogously to the first embodiment of the fourth mode.
  • the refrigerant circuit 300 shown in FIG. 1 has a high pressure side 700 and a low pressure side 800, respectively, with the low pressure side 800 downstream of the corresponding electric expansion valve A.3, A.6 and A.9.
  • the high-pressure side 700 is corresponding downstream of the compressor A, 1 and upstream of the corresponding electric expansion valve A.3, A.6 and A.9.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of an air conditioning system 7 of a motor vehicle 1.
  • the motor vehicle 1 in addition to an electric traction on an internal combustion engine C.2.
  • the internal combustion engine C.2 can be used as a heat source and is provided according to the interconnection of Figure 2 instead of the electric heater.
  • reference numerals D.2 and D.3 designate a first 2/2-way valve D.2 and a second 2/2-way valve D.3 of the valve arrangement 400.
  • the air conditioning 7 according to the representation of Figure 2, a third coolant circuit 600 which is driven by a third water pump 300 and is driven.
  • the third coolant circuit 600 is flowed through by the ambient air flow 9 or, flow-through. Cooler C.7 switched and / or switchable.
  • the cooler C.7 is connected downstream of the condenser A.7 with respect to the ambient air flow 9.
  • the air conditioning 7 shown in Figure 2 can be operated in five different modes, which are explained in more detail below.
  • a first mode which can be used for heating the interior 3 at temperatures below -10 ° C
  • the second coolant circuit 200, the Refrigerant circuit 300 and the third coolant circuit 600 is switched off, so the respective drive sources without capacity.
  • the first coolant circuit 100 extends from the first water pump C.3 via the first 3/2-way valve D.1, the fourth 3/2-way valve D.8 and the third, the first 2/2 way valve D.2, the fifth 3/2-way valve D.9, the internal combustion engine C.2, the third 3/2-way valve D.7, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2 and finally via the air-water heat exchanger C.5 back to first water pump C.3.
  • heat generated by the internal combustion engine C.2 can be transferred via the air-water heat exchanger C.5 into the air flow 500 flowing into the interior 3 for heating the interior 3.
  • the battery C.1 can be heated in addition to the interior 3.
  • the first coolant circuit 100 extends from the first water pump C.3 via the first 3/2-way valve D.1, the battery C.1, the second 2/2-way valve D.3, the first 2/2-way valve D.2, the fifth 3/2-way valve D.9, the engine C.2, the fourth 3/2-way valve D.8, the third 3/2-way valve D.7, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2 and finally via the air-water heat exchanger C.5 back to the first water pump C.3.
  • the air-water heat exchanger C.5 heat the battery C.1 be warmed.
  • the interior 3 can be heated and the battery C.1 can be cooled, at temperatures below -10 ° C.
  • the first coolant circuit 100 is connected analogously to the first expression of the first mode.
  • the second coolant circuit 200 extends from the second water pump C.4 via the fourth 3/2-way valve D.8, the second coolant / coolant heat exchanger A.10, the second 3/2-way valve D.4, the battery C. .1, the fourth 2-way valve D.6 and finally back to the second water pump C.4.
  • the refrigerant circuit 300 runs from the compressor A.1 via the first 2-way valve B.1, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2, the first electric expansion valve A.3, the evaporator A.4, the first pressure Temperature sensor A.5 and from there branches parallel in a first parallel branch via the second electric expansion valve A.6, the condenser A.7, the second pressure-temperature sensor A.8, the fifth 2/2-way valve B.6 and in one second parallel branch via the third electric expansion valve A.9, the second refrigerant-refrigerant heat exchanger A.10, the third pressure-temperature sensor A.1 1 and finally together via the collector A.12 back to the compressor A.1.
  • the first coolant circuit 100 extends from the first water pump C.3 via the first 3/2-way valve D.1 , the third 2/2-way valve D.5, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2 and the air-water heat exchanger C.5 back to the first water pump C.3.
  • the second coolant circuit 200 extends from the second water pump C.4 via the second coolant / coolant heat exchanger A.10, the second 3/2-way valve D.4, the fifth 3/2-way valve D.9, the internal combustion engine C. .2, the fourth 3/2-way valve D.8 and finally via the third 3/2-way valve D.7 back to the second water pump C.4.
  • the refrigerant circuit 300 is connected analogously to the first embodiment of the second operating mode, with closed 2/2-way valves B.3 and B.8 and via the expansion valves A.6 and A.9 in parallel branches.
  • a third embodiment of the second mode of operation can be used for heating the interior 3 and heating the battery C.1 for temperatures below -10 ° C.
  • the first coolant circuit 100 extends from the first water pump C.3 via the first 3/2-way valve D.1, the battery C.1, the second 2/2-way valve D.3, the third 2/2-way valve D .5, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2, the air-water heat exchanger C.5 back to the first water pump C.3.
  • the second coolant circuit 200 is connected analogously to the second embodiment of the second operating mode.
  • the refrigerant circuit 300 is connected in the third embodiment of the second mode analogous to the first and second characteristics of the second mode.
  • the third coolant circuit 500 is in each case without drive, that is to say the third water pump C.6 is switched off.
  • a first aspect of a third mode may be used for heating the interior 3 and heating the battery C.1.
  • the first coolant circuit 100 runs starting from the first water pump C.3 via the first 3/2-way valve D.1, the battery C.1, the second 2/2-way valve D.3, the third 2/2-way valve D.5, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2 and finally via the air-water heat exchanger C.5 back to the first water pump C.3.
  • the second coolant circuit 200 is switched off. Also, the third coolant circuit 600 is turned off.
  • the refrigerant circuit 300 extends from the compressor A.1 via the first 2/2-way valve B.1, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2, the first electric expansion valve A.3, the evaporator A.4, the first Pressure-temperature sensor A.5, the second electric expansion valve A.6, the condenser A.7, the second pressure-temperature sensor A.8, the fifth 2/2-way valve B.6 and finally the collector A.12 back to Compressor A.1.
  • a second embodiment of the third mode can be used for heating the interior 3 and for cooling the battery C.1 for temperatures also down to -10 ° C.
  • the first coolant circuit 100 is connected as in the second embodiment of the second mode.
  • the second coolant circuit 200 is connected analogously to the first expression of the second mode.
  • the refrigerant circuit 300 is connected analogously to the first expression of the second mode.
  • a first aspect of a fourth mode may be used to cool the interior space 3 with dehumidification of the airflow 500 in a re-heat mode.
  • the first coolant circuit 100 is connected analogously to the second expression of the third mode.
  • the second coolant circuit 200 and the third coolant circuit 600 are switched off.
  • the refrigerant circuit 300 extends from the compressor A.1 via the first 2/2-way valve B.1, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2, the fourth 2/2-way valve B.5, the second pressure-temperature sensor A.8, the capacitor A.7, the second electric expansion valve A.6, the first pressure-temperature sensor A.5, the evaporator A.4, the sixth 2/2 way valve B.7 and finally via the collector A.12 back to the compressor A.1.
  • the interior 3 and the battery C.5 can be cooled by dehumidifying the airflow 500 in a re-heater mode.
  • the first coolant circuit 100 is connected analogously to the first embodiment of the fourth operating mode.
  • the second coolant circuit 200 is connected analogously to the second embodiment of the third operating mode.
  • the refrigerant circuit 300 extends from the compressor A.1 via the first 2/2-way valve B.1, the first refrigerant-refrigerant heat exchanger A.2, the fourth 2/2-way valve B.5, the second pressure-temperature sensor A.8, the capacitor A.7, the second electric expansion valve A.6 and from there continue parallel branches in a first parallel path via the first pressure-temperature sensor A.5, the evaporator A.4, the sixth 2 2-way valve B .7 and in a second parallel branch via the seventh 2/2 way valve B.8, the second refrigerant-coolant heat exchanger A.10, the third pressure-temperature sensor A.11 and from there combined via the collector A-12 back to Compressor A.1.
  • the third coolant circuit 600 is switched off.
  • a first embodiment of a fifth operating mode can be used for cooling the interior 3 and for cooling the battery C.1, wherein a dehumidification of the air flow 500 takes place via a re-heat operation.
  • the first coolant circuit 100 is connected analogously to the first embodiment of the third mode.
  • the second coolant circuit 200 and the third coolant circuit 600 are switched off.
  • the refrigerant circuit 300 extends from the compressor A.1 via the second 2/2 way valve B.2, via the second pressure-temperature sensor A.8, via the condenser A.7, via the second electric expansion valve A.6, via the first pressure-temperature sensor A.5, via the evaporator A.4, via the sixth 2/2-way valve B.7 and finally via the collector A.12 back to the compressor A.1.
  • the first coolant circuit 100 is switched off.
  • the second coolant circuit 200 is connected analogously to the second embodiment of the fourth operating mode.
  • the refrigerant circuit extends from the compressor A.1 via the second 2/2-way valve B.2, the second pressure-temperature sensor A.8, the condenser A.7, the second electric expansion valve A.6, from there branched over in parallel a first parallel branch via the first pressure-temperature sensor A.5, the evaporator A.4, the sixth 2/2-way valve B.7 and in a second parallel branch via the seventh 2 2-way valve B.8, the second refrigerant coolant - Heat exchanger A.10, the third pressure-temperature sensor A.1 1 and again merged via the collector A.12 back to the compressor A.1.
  • the third coolant circuit 600 is switched off.
  • cooling of the internal combustion engine C.2 can additionally take place.
  • the coolant circuits 100, 200 and the refrigerant circuit 300 are analogous to the second embodiment of the fifth mode switched with the difference that the third coolant circuit 600, starting from the third water pump C.6 via the fifth 3/2-way valve D.9, the engine C.2, the fourth 3/2-way valve D.8 and finally via the cooler C.7 back to the third water pump C.6 runs.
  • the flap is closed in each case in the second embodiment and the third expression of the fifth mode.
  • the air flow 500 is therefore not passed through the air-water heat exchanger C.5.
  • the air conditioner 5 may have a fan not shown in detail.
  • FIG. 3 shows an overview of the four different operating modes of the air conditioning system 7 shown in FIG. 1.
  • a first line 13 by means of plus and minus signs it is indicated that in the respective operating mode a strong heating ++, a middle heating +, an optional heating ( +), an optional cooling (-), a normal cooling, a strong cooling - the battery C.1 takes place.
  • a line 15 Also encoded in a line 15, the cooling of the battery C.1.
  • a third line 17 are temperatures in ° C of the environment of the motor vehicle. 1 located.
  • the first operating mode is denoted by the reference numeral 19, the second operating mode by the reference numeral 21, the third operating mode by the reference numeral 23 and the fourth operating mode by the reference numeral 25, which are each drawn in rectangles on the lines 13-17.
  • a recirculation mode can take place between 0 and 100%.
  • the refrigerant circuit 300 may be in a heat pump mode with the aid of the electric heater C.2 or other waste heat energy sources of the electric traction e.g. the battery C.1 are operated as a heat source.
  • the interior 3 can be heated, optionally with and without cooling and / or heating the battery C.1.
  • the refrigerant circuit 300 can be operated in a heat pump mode, wherein the interior space 3 can be heated. This can be done with and without heating and / or cooling the battery C.1.
  • the refrigerant circuit 300 may be operated in an air conditioning mode, optionally with and without cooling the battery C.1.
  • the refrigerant circuit 300 may be operated in an air conditioner mode, optionally with and without cooling the battery C.1.
  • the HV heater C.2 transfers heat to the refrigerant-cooling water heat exchanger A.10 and forwards it via the water pump C.4 back to the HV heater C.2 with the option via the battery C.1.
  • the heated refrigerant is provided on the suction side of the compressor A.1 above the collector A.10.
  • the compressor A.1 compresses the refrigerant and delivers it to the refrigerant-cooling water heat exchanger A.2.
  • the cooling water is heated and discharged by means of the water pump C.3 via the air-water heat exchanger C.5 to the air flowing through the interior (500).
  • the refrigerant After the refrigerant exits the refrigerant-cooling water heat exchanger A.2 at a slightly lower energy level, it is conveyed into the expansion valve A.3 and expands there to a lower pressure. The expanded refrigerant is promoted via the AC evaporator A.4 to the second expansion valve A.6 and third expansion valve A.9.
  • the intake air for the passenger compartment is dehumidified and re-heated via the air-water heat exchanger C.5 (ReHeat).
  • the refrigerant is expanded to a temperature lower than the ambient temperature so that the refrigerant can absorb heat from the environment.
  • the heat is absorbed by the AC capacitor A.7.
  • the refrigerant is led via the changeover valve B.6 and the collector A.12 to the suction side of the compressor A.1.
  • the refrigerant is expanded to a temperature lower than that of the inlet temperature of the warmed-up cooling water, e.g. the battery C.1, which is passed through the refrigerant-cooling water heat exchanger A.10.
  • the warmed-up refrigerant is returned to the compressor A.1 after discharge refrigerant-cooling water heat exchanger A.10 via the collector A.12.
  • the air previously cooled at the AC evaporator A.4 is reheated by the air-water heat exchanger C.5.
  • the compressor A.1 is controlled and conveys the compressed refrigerant to the refrigerant-cooling water heat exchanger A.2. This is flowed through with cooling water, this gives off the heat from the refrigerant to the cooling water.
  • the water pump C.3 conveys the heated cooling water through the air-water heat exchanger C.5.
  • the air-water heat exchanger C.5 outputs the heat of the cooling water to the air flowing through for the interior.
  • the cooled cooling water is provided via the switching valve D.2 and / or D1 refrigerant-cooling water heat exchanger A.2 or the battery C.1 available.
  • the volume flow of the cooling water is controlled by means of electrical control of the water pump C.3.
  • the refrigerant is routed via the switching valve B.5 to the AC capacitor A.7, since the electrical expansion valve A.3 is completely closed. After the refrigerant has been liquefied in the AC capacitor A.7, this is expanded at the expansion valve A.6 and then split. A portion of the expanded refrigerant flows through the AC evaporator A.4 and is on this from its cold to the air flowing through into the interior.
  • the second part of the refrigerant expands in the electric expansion valve A.9 and / or flows through the switching valve B.8 to the refrigerant-cooling water heat exchanger A.10 and gives its cold to the cooling water of the battery C.1 from.
  • the battery cooling is effected via the water pump C.4. This specifies the volume flow which can be conveyed by the battery C.1.
  • the two streams of refrigerant are combined again in front of the collector A.10 and directed to the suction side of the compressor A.1.
  • Figure 4 shows a graph analogous to the graph 3, but for the air conditioning shown in Figure 2, wherein additionally a fifth mode 27 is located.
  • the internal combustion engine C.2 can be switched on as a heat source, whereby the interior 3 is heated, optionally with and without heating the battery C.1.
  • the internal combustion engine C.2 is likewise switched on, whereby the interior 3 is heated.
  • the refrigerant circuit 300 can be operated in a heat pump operation, wherein a reheating over the refrigerant-cooling water heat exchanger A.2 of the already heated cooling water 100 from the engine C.2 and optionally cooling and / or heating of the battery C.1 can be done ,
  • the refrigerant circuit 300 can be operated in heat pump mode, wherein optionally the battery C.1 can be heated or cooled.
  • the refrigerant circuit 300 can be operated in air conditioning operation, wherein optionally the battery C.1 can be heated and cooled.
  • the refrigerant circuit 300 may be operated in the air conditioner mode, and the indoor space 3 may be cooled.
  • a cooling and / or heating of the battery C.1 can take place, with the internal combustion engine C.2 optionally being switched on or not and possibly also being cooled.
  • the internal combustion engine C.2 gives off heat to the cooling water and conducts it to the air-water heat exchanger C.5, where it is discharged to the air 500 flowing through the interior.
  • the cooling water circuit 100 is heated by the engine C.2.
  • the heated cooling water is pumped through the water pump C.3 in the small cooling water circuit. It is passed through the switching valve D.8 and D.7 via the refrigerant-cooling water heat exchanger A.2, which is flowed through only on one side, and over the air-water heat exchanger C.5.
  • the heated cooling water releases its heat to the air flowing through 500, which is pressed by the blower into the passenger compartment.
  • the cooled by the air-water heat exchanger C.5 cooling water is promoted by the water pump C.3 via the switching valve D.1, shut-off valve D.9 and D.2 switching back into the engine C.2.
  • the internal combustion engine can be switched off and driven purely electrically, wherein the battery can be cooled or heated.
  • the battery C.1 In the case of low outside temperatures, the battery C.1 must be heated so that it can be quickly brought to operating temperature and thus perform effectively and above all long-lived their service. Furthermore, heat is absorbed by the air flowing through 500 via the air-water heat exchanger C.5 and pressed through the fan into the passenger compartment. This can be controlled by a temperature flap, which is located in front of the air-water heat exchanger C.5, or adjusted by the volume flow of the blower.
  • the compressor A.1 is driven and the compressed refrigerant is conveyed to the refrigerant-cooling water heat exchanger A.2.
  • the compressed and thus hot refrigerant releases a portion of its heat to the cooling water circuit of the internal combustion engine C.2.
  • the heat is released as under Operating mode 19 described.
  • the battery C.1 can be cooled or heated with this mode.
  • the refrigerant After the refrigerant exits the refrigerant-cooling water heat exchanger A.2 at a slightly lower energy level, it is conveyed into the expansion valve A.3 and expands there to a lower pressure.
  • the expanded refrigerant is delivered via the AC evaporator A.4 to the second expansion valve A.6 and the third expansion valve A.9.
  • the intake air for the interior is dehumidified and heated again via the air-water heat exchanger C.5 (ReHeat).
  • the refrigerant is expanded to a temperature lower than the ambient temperature so that the refrigerant can absorb heat from the environment.
  • the heat is absorbed by the AC capacitor A.7.
  • the refrigerant is conducted via the shut-off valve B.6 and the collector A.12 to the suction side of the compressor A.1.
  • the refrigerant is expanded to a temperature which must be lower than that of the inlet temperature of the warmed cooling water, for example, the battery C.2, which is passed through the refrigerant-cooling water heat exchanger A.10.
  • the warmed refrigerant is fed back to the compressor A.1 after exiting the refrigerant-cooling water heat exchanger A.10 via the collector A.12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierung zum Temperieren von Komponenten und eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs mit einer ersten Wasserpumpe (C.3) zum Antreiben eines ersten Kühlmittelkreises (100), einer zweiten Wasserpumpe (C.4) zum Antreiben eines zweiten Kühlmittelkreises (200), einem Kompressor (A.1) zum Antreiben eines eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite aufweisenden Kältemittelkreises (300), einem wasserseitig in den ersten Kühlmittelkreis (100) geschalteten und dem Innenraum luftseitig vorgeschalteten Luft-Wasser-Wärmetauscher (C.5), einem kältemittelseitig in den Kältemittelkreis (300) geschalteten und dem Luft-Wasser-Wärmetauscher (C.5) wasserseitig vorgeschalteten ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (A.2) und einem kältemittelseitig in den Kältemittelkreis (300) geschalteten und den potentiellen Wärmequellen wasserseitig nachgeschalteten zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (A.10).

Description

Klimatisierung zum Temperieren von Komponenten sowie eines Innenraums eines
Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Klimatisieren eines Innenraums sowie Temperieren von Komponenten eines Kraftfahrzeugs sowie ein verfahrensgemäßes und vorrichtungsgemäßes Kraftfahrzeug.
Das Klimatisieren und Temperieren von Komponenten eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs ist bekannt. Dazu können mit einem Kühlmedium betriebene Kühlmittelkreise und mit einem Kältemittel betriebene Kältemittelkreise verwendet werden. Bei dem Kühlmittel kann es sich insbesondere um Wasser oder ein Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser handeln. Bei dem Kältemittel kann es sich um ein verdampfendes Medium zum Betreiben des Kältemittelkreises mit einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite handeln. Dabei ist es bekannt, den Kältemittelkreis in einem Wärmepumpenbetrieb zum Aufheizen von Komponenten und/oder eines Innenraums des Kraftfahrzeugs mit zu verwenden. Bei den Komponenten des Kraftfahrzeugs kann es sich insbesondere um Komponenten einer Elektrotraktion und einer elektrischen Energiequelle zum Betreiben der Elektrotraktion des Kraftfahrzeuges handeln. Aus der nicht veröffentlichten Anmeldung derselben Anmelderin mit dem Aktenzeichen DE 10 2010 044 416 ist eine Klimaanlage für ein Fahrzeug bekannt mit einem von einem Kältemittel durchströmbaren, als Wärmepumpen- und Kälteanlagenkreislauf ausgebildeten Kältemittelkreislauf und, diesen zugeordnet, einem Kompressor, zumindest einem Außenwärmeübertrager und zumindest einem Innenwärmeübertrager, dem ein Innenheizkondensator zugeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines mit dem Innenwärmeübertrager und dem Innenheizkondensator thermisch koppelbaren Luftstroms, sowie einer Dosierungsvorrichtung, mittels der eine Durchströmung des Innenheizkondensatprs mit zumindest einem Teilstrom des thermisch gekoppelten Luftstroms dosierbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass in einem Wärmepumpenbetrieb das Kältemittel von der Hochdruckseite des Kompressors in den Innenheizkondensator förderbar ist oder gefördert wird, vom Innenheizkondensator durch ein Expansionsventil zum Innenwärmeübertrager förderbar ist oder gefördert wird, vom Innenwärmeübertrager durch ein beidseitig durchströmbares Expansionsventil zum Außenwärmeübertrager förderbar ist oder gefördert wird, vom Außenwärmeübertrager von der Niederdruckseite des Kompressors förderbar ist oder gefördert wird und in einem Kälteanlagenbetrieb das Kältemittel von der Hochdruckseite des Kompressors direkt in den Innenheizkondensator förderbar ist oder gefördert wird, vom Innenheizkondensator unter Umgehung des Expansionsventils zum Außenwärmeübertrager förderbar ist oder gefördert wird, vom Außenwärmeübertrager durch das beidseitig durchströmbare Expansionsventil zum Innenwärmeübertrager, vom Innenwärmeübertrager zur Niederdruckseite des Kompressors förderbar ist.
Die DE 10 2005 048 241 A1 offenbart eine Fahrzeugklimaanlage mit einem thermodynamischen Primärkreislauf, der einen über eine Schalteinrichtung gesteuerten Verdichter umfasst, und mit einem dem Primärkreislauf thermodynamisch koppelbaren Sekundärkühlkreislauf zur Kühlung von Elektroaggregaten, zum Beispiel einer Batterie, der zumindest ein auf ein Signal der Schalteinrichtung des Primärkreises ansprechendes Bauteil enthält. Die US 2003 0182961 A1 betrifft eine Klimaanlage für ein Abteil. Die Klimaanlage weist einen Kompressor, einen externen Wärmetauscher und einen internen Wärmetauscher auf. Außerdem weist die Klimaanlage einen Kühlwärmetauscher und eine dem Kühlwärmetauscher vorgeschaltete Dekompressionsvorrichtung auf, die in einem Kühlbetrieb geöffnet ist. Die DE 103 01 006 A1 betrifft einen Heiz-/Kühlkreislauf für ein Kraftfahrzeug mit einem Verdampfer zur Abkühlung von einem Innenraum zuzuführender Luft, einem Heizwärmetauscher zur Aufheizung der dem Innenraum zuzuführenden Luft, einem Außenwärmetauscher mit einem Kompressor zum Fördern von Kältemittel, einem ersten Expansionsorgan, das dem Verdampfer zugeordnet ist, einem zweiten Expansionsorgan, das dem Außenwärmetauscher zugeordnet ist und Kältemittelleitungen, über welche die vorgenannten Komponenten miteinander verbunden sind, wobei eine Abtauschaltung des Kreislaufes den Kompressor, den Außenwärmetauscher und das zweite Expansionsorgan umfasst.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Klimatisieren und Temperieren von Komponenten und eines Innenraums eines Kraftfahrzeug so zu ermöglichen, dass mit möglichst wenig Wärmetauschern eine möglichst große Zahl an Temperatur- und Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs abgedeckt werden können.
Die Aufgabe ist durch eine Klimatisierung zum Temperieren von Komponenten und eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Wasserpumpe zum Antreiben eines ersten Kühlmittelkreises, einer zweiten Wasserpumpe zum Antreiben eines zweiten Kühlmittelkreises, einem Kompressor zum Antreiben eines eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite aufweisenden Kältemittelkreises, einem wasserseitig in den ersten Kühlmittelkreis geschalteten und dem 'Innenraum luftseitig vorgeschalteten Luft-Wasser- Wärmetauscher, einem kältemittelseitig in den Kältemittelkreis geschalteten und dem Luft- Wasser-Wärmetauscher wasserseitig vorgeschalteten ersten Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher gelöst. Vorteilhaft kann Wärme von dem Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher von dem Kältemittelkreis auf den ersten Kühlmittelkreis übertragen werden. Vorteilhaft ist der erste Kühlmittelkreis in einem Klimagerät der Klimatisierung angeordnet und dient zum Erwärmen und/oder Kühlen von in den Innenraum des Kraftfahrzeugs eingeblasener Luft. Vorteilhaft ist der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher außerhalb des Klimageräts angeordnet, so dass dieses abgesehen von dem dort vorgesehenen Luft- Wasser-Wärmetauscher wärmequellenfrei ist. Vorteilhaft erfolgt eine Erwärmung der in den Innenraum eingeblasenen Luft innerhalb des Klimageräts wahlweise nur über den Luft- Wasser-Wärrnetauscher des ersten Kühlmittelkreises. Falls der Luft-Wasser-Wärmetauscher nicht mit Wärme versorgt wird, ist das Klimagerät vorteilhaft wärmequellenfrei. Vorteilhaft kann dadurch eine effiziente Erwärmung des Innenraums und/oder Kühlung des Innenraums ermöglicht werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Klimatisierung ist vorgesehen, dass der erste Kältemittel- Kühlmittel-Wärmetauscher in die Hochdruckseite des Kältemittelkreises geschaltet ist. Vorteilhaft kann die in der Hochdruckseite des Kältemittelkreises geführte Wärme über den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher abgeführt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Klimatisierung ist vorgesehen, dass die Klimatisierung eine Ventilanordnung aufweist, mittels der der erste Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher kältemittelseitig aus dem Kältemittelkreis heraus schaltbar ist. Vorteilhaft kann mittels der Ventilanordnung eine Steuerung der Klimatisierung erfolgen. Insbesondere kann die Ventilanordnung mit einer zentralen Steuerung angesteuert werden, die insbesondere auch Mess- und Sensorsignale aufnimmt und in Steuersignale zum Ansteuern der Ventilanordnung umsetzt. Vorteilhaft kann mittels der Ventilanordnung der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher kältemittelseitig aus dem Kältemittelkreis herausgeschaltet werden, so dass dieser keine Wärme von dem Kältemittelkreis zugeführt bekommt, also ohne nennenswerte Wärmeübertragung von dem ersten Kühlmittelkreis durchströmt werden kann.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Klimatisierung ist vorgesehen, dass dem Luft- Wasser-Wärmetauscher luftseitig eine Luftklappe zum Steuern eines über den Luft-Wasser- Wärmetauscher in den Innenraum strömenden Luftstroms vorgeschaltet ist. Vorteilhaft kann mittels der Luftklappe ein Wärme- und/oder Kälteübergang zwischen dem Luftstrom und dem Luft-Wasser-Wärmetauscher unterbunden werden. Dabei ist es möglich, dass der gesamte Luftstrom durch den Luft-Wasser-Wärmetauscher strömt, wobei durch ein Schließen der Luftklappe dieser komplett zum Erliegen kommt. Alternativ und/oder zusätzlich kann zumindest ein Teil des Luftstroms an dem Luft-Wasser-Wärmetauscher vorbeigeführt werden, so dass ein Schließen der Luftklappe ein luftseitiges Herausschalten des Luft- Wasser-Wärmetauschers aus dem Luftstrom bedeutet. Alternativ und/oder zusätzlich kann mittels der Luftklappe auch nur ein Teil des Luft-Wasser-Wärmetauschers aus dem Luftstrom herausgeschaltet werden, so dass der Wärme- und/oder Kälteübergang damit steuerbar, insbesondere reduzierbar ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Klimatisierung ist vorgesehen, dass mittels der Ventilanordnung eine Wärmequelle des Kraftfahrzeugs in den ersten Kühlmittelkreis hineinschaltbar und damit dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher vorschaltbar ist. Vorteilhaft kann der erste Kühlmittelkreis neben der Aufgabe der Wärmeübertragung von dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher auf den Luft-Wasser-Wärmetauscher des Klimageräts noch eine Temperierung, insbesondere Kühlung und/oder Erwärmung der zusätzlich hineinschaltbaren Wärmequellen übernehmen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Klimatisierung ist vorgesehen, dass die Wärmequellen des Kraftfahrzeugs zumindest ein Element der Gruppe: eine Elektrokomponente, eine Elektrotraktionskomponente, eine Leistungselektronik, eine Batterie, einen Verbrennungsmotor, einen Elektrozuheizer aufweist. Vorteilhaft können unterschiedlichste Komponenten des Kraftfahrzeugs temperiert, also gewärmt und/oder gekühlt werden. Insbesondere kann deren Abwärme zum Aufheizen des Innenraums verwendet werden, z.B. über die Kopplung mit dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher. Außerdem kann mittels des Kühlkreises erzeugte Kälte und/oder Wärme zum Kühlen und/oder Wärmen der unterschiedlichsten Elektrokomponenten verwendet werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Klimatisierung ist vorgesehen, dass die Klimatisierung einen kältemittelseitig in eine Niederdruckseite des Kühlmittelkreises geschalteten und dem Luft-Wasser-Wärmetauscher luftseitig vorgeschalteten Verdampfer aufweist. Vorteilhaft kann mittels des Verdampfers der in den Innenraum strömende Luftstrom gekühlt werden. Entsprechend kann dadurch dem Kältemittelkreis Wärme zugeführt werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Klimatisierung ist vorgesehen, dass die Klimatisierung einen wasserseitig in den zweiten Kühlmittelkreis und kältemittelseitig in die Niederdruckseite des Kältemittelkreises geschalteten zweiten Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher aufweist. Vorteilhaft kann mittels des zweiten Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauschers Wärme von dem Kältemittelkreis auf den zweiten Kühlmittelkreis übertragen werden. Alternativ und/oder zusätzlich ist es denkbar, dass der zweite Kühlmittelkreis eine Wärmequelle aufweist, so dass diese Wärme mittels des zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauschers auf den Kältemittelkreis übertragbar ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Klimatisierung ist vorgesehen, dass der Kältemittelkreis einen von einem Umgebungsluftstrom durchströmten Kondensator aufweist, der mittels der Ventilanordnung wahlweise in die Hochdruckseite oder in die Niederdruckseite des Kältemittelkreises schaltbar ist. Vorteilhaft kann der Kondensator mittels der Ansteuerung der Ventilanordnung zum Zuführen oder alternativ zum Abführen von Wärme aus dem Kältemittelkreis verwendet werden. Dies kann insbesondere in einem Wärmepumpenbetrieb vorteilhaft ausgenutzt werden, da über den mittels der Ventilanordnung umschaltbaren Kondensator und den Verdampfer im Umluftbetrieb eine vergrößerte Wärmeaustauschfläche zur Verfügung steht.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Klimatisierung ist vorgesehen, dass die Klimatisierung einen von einer dritten Wasserpumpe angetriebenen dritten Kühlmittelkreis zum separaten Kühlen des Verbrennungsmotors aufweist. Vorteilhaft kann der Verbrennungsmotor mittels des dritten Kühlmittelkreises gegebenenfalls separat gekühlt werden, beispielsweise falls dieser eine hohe Wärmeleistung erzeugt, die über die übrigen Kreise nicht abführbar bzw. nutzbar ist.
Die Aufgabe ist außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Klimatisieren eines eine Elektrotraktion aufweisenden Kraftfahrzeugs mittels einer vorab beschriebenen Klimatisierung, mit Transportieren eines Wärmestroms von dem ersten Kältemittel- Kühlmittel-Wärmetauscher in den Luft-Wasser-Wärmetauscher in einem Heizbetrieb der Klimatisierung, wobei der Wärmestrom, gesteuert durch die Ventilanordnung, von zumindest einer der folgenden Komponenten des Kraftfahrzeugs stammt: der Wärmequelle des Kraftfahrzeugs, der Elektrokomponente, der Elektrotraktionskomponente, der Leistungselektronik, der Batterie, dem Verbrennungsmotor, und/oder der Hochdruckseite des Kühlmittelkreises; und mit Transportieren eines Kältestroms in einem Komponentenkühlbetrieb von dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher auf zumindest eine der folgenden Komponenten des Kraftfahrzeugs: die Wärmequelle, die Batterie, den Verbrennungsmotor, und/oder den Elektrozuheizer. Vorteilhaft kann in dem Heizbetrieb der Innenraum des Kraftfahrzeugs aufgeheizt werden, wobei der eigentliche Wärmetausch zum Zuführen des Wärmestroms mittels des ersten Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauschers in den Luft-Wasser-Wärmetauscher über eine Zuleitung erfolgt, so dass vorteilhaft das Klimagerät wärmequellenfrei ist, also der erste Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher außerhalb des Klimageräts angeordnet ist. Vorteilhaft kann die Wärme in einem Wärmepumpenbetrieb des Kältemittelkreises an dem ersten Kühlmittelkreis des Heizungswärmetauschers erzeugt und mittels des Luftstroms in den Innenraum transportiert werden. Vorteilhaft kann in dem Komponentenkühlbetrieb mittels des Kühlmittelkreises erzeugbare Kälte zum Kühlen der Komponenten des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Alternativ und/oder zusätzlich können der Heizbetrieb und der Komponentenkühlbetrieb unabhängig voneinander gesteuert werden, so dass ein reiner Komponentenkühlbetrieb, ein reiner Heizbetrieb und ein kombinierter Heiz- und Komponentenkühlbetrieb mittels der Ventilanordnung vorteilhaft steuerbar sind.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein Transportieren eines Kältestroms in einem Innenraumkühlbetrieb oder einem Innenraumreheatbetrieb von dem Verdampfer . in den Innenraum des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Unter einem Innenraumkühlbetrieb kann verstanden werden, dass der Innenraum des Kraftfahrzeugs mittels des Luftstroms gekühlt wird. Unter einem Heizbetrieb kann verstanden werden, dass der Innenraum des Kraftfahrzeugs mittels des Luftstroms geheizt wird. Unter einem Innenraumreheatbetrieb kann verstanden werden, dass der in den Innenraum eingeblasene Luftstrom entfeuchtet wird. Dabei kann gegebenenfalls wahlweise eine Kühlung und/oder eine Erwärmung des Innenraums stattfinden, da dazu der in den Innenraum eingeblasene Luftstrom zunächst gekühlt und damit entfeuchtet und anschließend wieder erwärmt wird. Je nach Steuerung der Wärme- und Kälteströme kann so ein gekühlter oder erwärmter und getrockneter Luftstrom in den in Innenraum eingeblasen werden.
Die Aufgabe ist außerdem gelöst bei einem Kraftfahrzeug, das ausgelegt, eingerichtet, konstruiert und oder ausgestattet ist mit einer Software zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens und/oder ausgerüstet ist mit einer vorab beschriebenen Klimatisierung. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Ansicht einer Klimatisierung zum Temperieren von Komponenten und eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs, wobei die Klimatisierung einen elektrischen Zuheizer aufweist;
Figur 2 eine schematische Ansicht einer weiteren Klimatisierung analog der in Fig. 1 gezeigten Klimatisierung, wobei im Unterschied anstatt des Zuheizers ein Verbrennungsmotor vorgesehen ist;
Figur 3 eine schematische Übersicht verschiedener Betriebsweisen der in Figur 1 gezeigten Klimatisierung; und
Figur 4 eine schematische Übersicht verschiedener Betriebsweisen der in Figur 2 gezeigten Klimatisierung.
Figur 1 zeigt eine Klimatisierung 7 zum Klimatisieren eines Innenraums 3 eines Kraftfahrzeugs 1 mittels eines Klimageräts 5.
Die in Figur 1 gezeigte Klimatisierung 7 weist einen ersten Kühlmittelkreis 100 auf, der von einer ersten Wasserpumpe C.3 angetrieben wird beziehungsweise antreibbar ist.
Außerdem weist die Klimatisierung 7 einen zweiten Kühlmittelkreis 200 auf, der von einer zweiten Wasserpumpe C.4 angetrieben wird beziehungsweise antreibbar ist.
Darüber hinaus weist die Klimatisierung 7 einen Kältemittelkreis 300 auf, der von einem Kompressor A.1 angetrieben wird beziehungsweise antreibbar ist. Der Kältemittelkreis 300 wird mit einem Kältemittel betrieben und kann in einem Klimaanlagenbetrieb und einem Wärmepumpenbetrieb wirken.
Die Kühlmittelkreise 100 und 200 werden mit einem Kühlmittel betrieben, beispielsweise einem Kühlwasser, insbesondere einem Kühlwasser-Frostschutzmittel-Gemisch. Zum Steuern und/oder Regeln der Klimatisierung 7 weist das Kraftfahrzeug 1 eine nicht näher dargestellte Steuereinheit, beispielsweise ein Klimasteuergerät und/oder ein zentrales Steuergerät auf. Das Steuergerät steuert eine Ventilanördnung 400, die auf die Kreise 100, 200 und 300 wirkt. Zum Generieren entsprechender Steuer- und oder Regelsignale empfängt das nicht näher dargestellte Steuergerät Messsignale von Druck- Temperatursensoren, nämlich von einem ersten Druck-Temperatursensor A.5, einem zweiten Druck-Temperatursensor A.8 und einem dritten Druck-Temperatursensor A.1 1. In Abhängigkeit der Signale der Druck-Temperatursensoren A.5, A.8 und A.11 werden insbesondere elektrische Expansionsventile, nämlich ein erstes elektrisches Expansionsventil A.3, ein zweites elektrisches Expansionsventil A.6 und ein drittes elektrisches Expansionsventil A.9 des Kältemittelkreises 300 gesteuert. Den elektrischen Expansionsventilen A.3, A.6 und A.9 sind jeweils Wärmetauscher nachgescbaltet, die als Verdampfer ausgelegt sind beziehungsweise als Verdampfer betreibbar sind, nämlich ein Verdampfer A.4, ein Kondensator A.7 sowie ein zweiter Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher A.10.
Außerdem weist der erste Kühlmittelkreis 100 und der Kältemittelkreis 300 einen ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2 auf, der kältemittelseitig dem ersten elektrischen Expansionsventil A.3 und kühlmittelseitig einem Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 des Klimageräts 5 vorgeschaltet ist.
Dem Kompressor A.1 vorgeschaltet, weist der Kältemittelkreis 300 einen Sammler A.12 auf.
Die Ventilanordnung 400 weist in die Kreise 100 - 300 geschaltete 2/2-Wegeventile und 3/2- Wegeventile auf. Im Einzelnen handelt es sich dabei um ein erstes 2/2-Wegeventil B.1 , ein zweites 2/2-Wegeventil B.2, ein drittes 2/2-Wegeventil B.3, ein viertes 2/2-Wegeventil B.5, ein fünftes 2/2-Wegeventil B.6, ein sechstes 2/2-Wegeventil B.7 und ein siebtes 2/2- Wegeventil B.8, ein erstes 3/2-Wegeventil D.1 , ein zweites 3/2-Wegeventil D.2 und ein drittes 3/2-Wegeventil D.3. Außerdem weist die Ventilanordnung 400 ein dem dritten 2/2- Wegeventil B. 3 nachgeschaltetes Rückschlagventil B. 4, das in Richtung des dritten 2/2- Wegeventils B.3 sperrt.
Das in Figur 1 dargesteWte Kraftfahrzeug 1 weist eine nicht näher dargestellte Elektrotraktion auf, die mittels einer Batterie C.1 mit elektrischer Energie versorgbar ist. Die Batterie C.1 ist in den zweiten Kühlmitteikreis 200 mitte/s der Ventilanordnung schaltbar, nämlich um diese zu kühlen oder zu wärmen.
Falls die Batterie gewärmt werden muss, weist das Kraftfahrzeug 1 eine Wärmequelle auf, vorliegend einen Elektrozuheizer C.2, der in den zweiten Kühlmittelkreis 200 Wärme einspeisen kann. Aber auch über den Wärmeeintrag über den Kältekreislauf 300 über den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2 in den Kühlmittelkreislauf 100 kann die Batterie gewärmt werden. Im Folgenden werden unterschiedliche Betriebszustände beziehungsweise Betriebsarten der in Figur 1 gezeigten Klimatisierung beschrieben. Diese werden jeweils durch einen Schaltzustand der Ventilanordnung 400 bedingt, wobei sich die Kreise 100, 200, 300 der Klimatisierung 7 entsprechend verändern. Zum Beschreiben der Betriebszustände beziehungsweise Betriebsarten werden im Folgenden jeweils beginnend von der Antriebsquelle, also dem Kompressor A.1 und den Wasserpumpen C.3 und C.4 stromabwärts die Einzelkomponenten aufgezählt. Aus dieser Aufzählung geht auch ein jeweiliger Schaltzustand der 3/2-Wegeventile hervor. Entsprechend nicht genannte 2/2- Wegeventile, die vorliegend als Schaltventile ausgeführt sind, sind in dem jeweils beschriebenen Schaltzustand geschlossen.
Bei einer ersten Ausprägung verläuft der erste Kühlmittelkreis 100 von der ersten Wasserpumpe C.3 zu dem zweiten 3/2-Wegeventil D.2, über den ersten Kältemittel- Kühlmittel-Wärmetauscher A.2 und den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 wieder zurück zur ersten Wasserpumpe C.3.
Der zweite Kühlmittelkreis 200 verläuft von der zweiten Wasserpumpe C.4 zu dem ersten 3/2-Wegeventil D.1 , über das dritte 2/2-Wegeventil D.3, über den Elektrozuheizer C.2 und über den zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.10 wieder zurück zu der zweiten Wasserpumpe C.4.
Der Kältemittelkreis 300 verläuft von dem Kompressor A.1 über das erste 2/2 -Wegeventil B.1 , den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2, das dritte elektrische Expansionsventil A.3, den Verdampfer A.4, den ersten Druck-Temperatursensor A.5, das siebte 2/2-Wegeventil B.8, den zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.10, den dritten Druck-Temperatursensor A.1 1 und über den Sammler A.12 wieder zurück zu dem Kompressor A.1.
Das siebte 2/2-Wegeventil B.8 ist zu dem dritten elektrischen Expansionsventil A.9 parallel geschaltet, wobei in der ersten Ausprägung der ersten Betriebsart das siebte 2/2-Wegeventil B.8 geöffnet ist.
Die erste Betriebsart in der ersten Ausprägung kann dazu verwendet werden, den Innenraum 7 des Kraftfahrzeugs 1 zu beheizen, insbesondere bei Temperaturen in einer Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 von unter -10°C. Als Wärmequelle dient dabei der Elektrozuheizer C.2. In einer zweiten Ausprägung der ersten Betriebsart, die ebenfalls zum Heizen des Innenraums 7 dient, kann aus einem aus der Umgebung stammenden Umgebungsluftstrom 9 mittels des Kondensators A.7 dem Kältemittelkreis 300 Wärme zugeführt werden, so dass dieser in einem Wärmepumpenbetrieb zusätzlich als Wärmequelle genutzt werden kann. Im Unterschied verläuft der Kältemittelkreis 300 zusätzlich stromabwärts des ersten Druck-Temperatursensors A.5 über einen Parallelzweig, der über das dritte 2/2-Wegeventil B.3, das Rückschlagventil B.4, den Kondensator A.7, den zweiten Druck-Temperatursensor A.8, das fünfte 2/2-Wegeventil B.6 und schließlich ebenfalls über den Sammler A.12 zurück in den Kompressor A.1 verläuft. Vorteilhaft kann in dieser Betriebsart der Kondensator A.7 des Kältemittelkreises 300 als Verdampfer zum Aufnehmen von in der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 beziehungsweise in dem Umgebungsluftstrom 9 enthaltener Wärme dienen.
In einer ersten Ausprägung einer zweiten Betriebsart kann die Klimatisierung 7 zum- Beheizen des Innenraums 3 bei Temperaturen bis -10°C betrieben werden. In der ersten Ausprägung der zweiten Betriebsart ist der erste Kühlmittelkreis 100 analog der ersten Betriebsart geschaltet. Der zweite Kühlmittelkreis 200 ist abgeschaltet, wobei die zweite Wasserpumpe C.4 keine Pumpleistung aufweist. Der Kältemittelkreis 300 verläuft von dem Kompressor A.1 über das erste 2 2-Wegeventil B.1 , den ersten Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher A.2, das erste elektrische Expansionsventil A.3, den Verdampfer A.4, den ersten Druck-Temperatursensor A.5, das zweite elektrische Expansionsventil A.6 und das dritte 2/2-Wegeventil B.3 sowie das Rückschlagventil B.4, den als Verdampfer betriebenen Kondensator A.7, den zweiten Druck-Temperatursensor A.8, das fünfte 2/2-Wegeventil B.6 und schließlich über den Sammler A.12 zurück zu dem Kompressor A.1.
In einer zweiten Ausprägung der zweiten Betriebsart ist ebenfalls' der zweite Kühlmittelkreis 200 abgeschaltet.
In dieser zweiten Ausprägung der zweiten Betriebsart kann in einem Stillstand des Kraftfahrzeugs 1 die Batterie C.1 geheizt werden. Dies kann mittels des ersten Kühlmittelkreises 100 erfolgen, der dazu von der ersten Wasserpumpe C.3 über das zweite 3/2-Wegeventil D.2, das erste 3/2-Wegeventil D.1 , die Batterie C.1 , das dritte 3/2-Wegeventil D.3, den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2 und schließlich über den Luft- Wasser-Wärmetauscher C.5 zurück zu der ersten Wasserpumpe C.3 verläuft.
Als Besonderheit der zweiten Ausprägung der zweiten Betriebsart ist eine luftseitig dem Luft- Wasser-Wärmetauscher C.5 vorgeschaltete Klappe 11 geschlossen. Die Klappe 11 ist in Figur 1 in einem teilweise geöffneten Zustand eingezeichnet. Der Verdampfer A.4 und der Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 sind von einem in den Innenraum 3 strömenden Luftstrom 500 durchströmt. Der Luftstrom 500 dient zum Temperieren des Innenraums 3.
In der zweiten Ausprägung der zweiten Betriebsart ist jedoch dieser Luftstrom 500 mittels der Klappe 11 von dem Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 abgeschirmt.
In einer dritten Ausprägung der zweiten Betnebsart kann ein Kühlen der Batterie C.1 während eines Stillstands des Kraftfahrzeugs 1 mittels des Kühlmittelkreises 200 erfolgen.
Dabei verläuft der erste Kühlmittelkreis 100 von der ersten Wasserpumpe C.3 über das zweite 3/2-Wegeventil D.2, den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2 und schließlich über den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 zurück zur ersten Wasserpumpe C.3.
Der zweite Kühlmittelkreis 200 verläuft von der zweiten Wasserpumpe C.4 über das erste 3/2-Wegeventil D.1 über die Batterie C.1 , über das dritte 3/2-Wegeventil D.3, den Elektrozuheizer C.2, den zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.10 und schließlich zurück zur zweiten Wasserpumpe C.4.
Der Kältemittelkreis 300 verläuft von dem Kompressor A.1 über das erste 2/2-Wegeventil B.1 , den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2, das erste elektrische Expansionsventil A.3, den Verdampfer A.4, den ersten Druck-Temperatursensor A.5, über einen ersten Parallelzweig über das dritte elektrische Expansionsventil A.9, das siebte 2/2- Wegeventil B.8, den zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.10, den dritten Druck- Temperatursensor A.1 1 , einen zweiten Parallelzweig mit dem zweiten elektrischen Expansionsventil A.6, den Kondensator A.7, den zweiten Druck-Temperatursensor A.8, das fünften 2/2 -Wegeventil B.6 und schließlich stromabwärts der Parallelzweige über den Sammler A.12 zurück in den Kompressor A.1.
In einer ersten Ausprägung einer dritten Betriebsart kann die Klimatisierung 7 zum Kühlen der Batterie in einem Klimaanlagenbetrieb und zum Entfeuchten des Innenraums 3 in einem ReHeatbetrieb verwendet werden. Dabei wird der Luftstrom 500 zunächst abgekühlt und dann wieder erwärmt, bevor er in den Innenraum 3 eingeblasen wird. Der erste Kühlmittelkreis 100 ist dabei gleich geschaltet wie beispielsweise in der ersten Ausprägung der ersten Betriebsart. Der zweite Kühlmittelkreis 200 ist dabei gleich geschaltet wie beispielsweise in der dritten Ausprägung der zweiten Betriebsart.
Der Kältemittelkreis 300 verläuft von dem Kompressor A.1 über das erste 2/2-Wegeventil B.1 , den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2, das vierte 2/2-Wegeventil B.5, den zweiten Druck-Temperatursensor A.8, den als Kondensator betriebenen Kondensator
A.7, das zweite elektrische Expansionsventil A.6 und von diesem stromabwärts parallel verzweigt in einem ersten Parallelzweig über den ersten Druck-Temperatursensor A.5, den Verdampfer A.4 und das sechste 2/2-Wegeventil B.7 und in einem zweiten Parallelzweig über das siebte 2/2-Wegeventil B.8, den zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.10 und den dritten Druck-Temperatursensor A.11 und schließlich wieder zusammengeführt über den Sammler A.12 zurück in den Kompressor A.1.
Eine erste Ausprägung einer vierten Betriebsart der Klimatisierung kann zum Kühlen der Batterie C.1 und des Innenraums 3 in einem Klimaanlagenbetrieb des Kältemittelkreises 300 verwendet werden. Dabei ist der erste Kühlmittelkreis 100 abgeschaltet, also die erste Wasserpumpe C.3 ohne Förderleistung. Der zweite Kühlmittelkreis 200 ist analog z.B. der dritten Ausprägung der zweiten Betriebsart geschaltet.
Der Kältemittelkreis 300 verläuft von dem Kompressor A.1 über das zweite 2/2-Wegeventil
B.2, den zweiten Druck-Temperatursensor A.8, den Kondensator A.7, das zweite elektrische Expansionsventil A.6 und von dort parallel verzweigt in einem ersten Parallelzweig über den ersten Druck-Temperatursensor A.5, den Verdampfer A.4 und das sechste 2/2-Wegeventil B.7 und in einem zweiten Parallelzweig über das siebte 2/2-Wegeventil B.8, den zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.10 und den dritten Druck-Temperatursensor A.1 1 und schließlich wieder zusammengeführt über den Sammler A.12 zurück zum Kompressor A.1.
Als Besonderheit ist in der ersten Ausprägung der vierten Betriebsart die Klappe 1 1 geschlossen.
Eine zweite Ausprägung der vierten Betriebsart kann zum Kühlen der Batterie C.1 und des Innenraums 3 in einem ReHeatbetrieb, also mit einer Entfeuchtung des Luftstroms 500 verwendet werden. Der erste Kühlmittelkreis 100 ist dabei analog z.B. der zweiten Ausprägung der zweiten Betriebsart geschaltet. Der zweite Kühlmittelkreis 200 ist abgeschaltet, also die zweite Wasserpumpe C.4 ohne Förderleistung.
Der Kältemittelkreis 300 ist analog der ersten Ausprägung der vierten Betriebsart geschaltet.
Der in Figur 1 gezeigte Kältemittelkreis 300 weist jeweils eine Hochdruckseite 700 und eine Niederdruckseite 800 auf, wobei sich die Niederdruckseite 800 stromabwärts des entsprechenden elektrischen Expansionsventils A.3, A.6 und A.9 ergibt. Die Hochdruckseite 700 liegt entsprechend stromabwärts des Kompressors A,1 und stromaufwärts des entsprechenden elektrischen Expansionsventils A.3, A.6 sowie A.9.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Klimatisierung 7 eines Kraftfahrzeugs 1. Funktionsgleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, soweit nicht explizit auf Unterschiede eingegangen wird. Außerdem wird im Folgenden lediglich auf die Schaltungsunterschiede zur Darstellung gemäß der Figur 1 eingegangen. Als Unterschied weist das Kraftfahrzeug 1 neben einer Elektrotraktion einen Verbrennungsmotor C.2 auf. Der Verbrennungsmotor C.2 kann als Wärmequelle genutzt werden und ist entsprechend der Verschaltung der Figur 2 anstelle des elektrischen Zuheizers vorgesehen. Als weitere Unterschiede sind mit den Bezugszeichen D.2 und D.3 ein erstes 2/2-Wegeventil D.2 und ein zweites 2/2-Wegeventil D.3 der Ventilanordnung 400 bezeichnet.
Als weiterer Unterschied weist die Klimatisierung 7 gemäß der Darstellung der Figur 2 einen dritten Kühlmittelkreis 600 auf, der von einer dritten Wasserpumpe 300 angetrieben ist beziehungsweise antreibbar ist. In dem dritten Kühlmittelkreis 600 ist ein von dem Umgebungsluftstrom 9 durchströmter beziehungsweise, durchströmbarer . Kühler C.7 geschaltet und/oder schaltbar.
Der Kühler C.7 ist luftseitig bezüglich des Umgebungsluftstroms 9 dem Kondensator A.7 nachgeschaltet.
Die in Figur 2 gezeigte Klimatisierung 7 kann in fünf verschiedenen Betriebsarten betrieben werden, die im Folgenden näher erläutert werden.
In einer ersten Ausprägung einer ersten Betriebsart, die für ein Heizen des Innenraums 3 bei Temperaturen unter -10°C verwendet werden kann, sind der zweite Kühlmittelkreis 200, der Kältemittelkreis 300 und der dritte Kühlmittelkreis 600 abgeschaltet, also die jeweiligen Antriebsquellen ohne Förderleistung.
Der erste Kühlmittelkreis 100 verläuft von der ersten Wasserpumpe C.3 über das erste 3/2- Wegeventil D.1 , das vierte 3/2 -Wegeventil D.8 und dem dritten das erste 2/2 -Wegeventil D.2, das fünfte 3/2-Wegeventil D.9, den Verbrennungsmotor C.2, das dritte 3/2-Wegeventil D.7, den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2 und schließlich über den Luft-Wasser- Wärmetauscher C.5 zurück zur ersten Wasserpumpe C.3. Vorteilhaft kann von dem Verbrennungsmotor C.2 erzeugte Wärme über den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 in den in den Innenraum 3 strömenden Luftstrom 500 zur Erwärmung des Innenraums 3 überführt werden.
In einer zweiten Ausprägung der ersten Betriebsart kann zusätzlich zu dem Innenraum 3 noch die Batterie C.1 beheizt werden.
Dazu verläuft der erste Kühlmittelkreis 100 ausgehend von der ersten Wasserpumpe C.3 über das erste 3/2-Wegeventil D.1 , die Batterie C.1 , das zweite 2/2-Wegeventil D.3, das erste 2/2-Wegeventil D.2, das fünfte 3/2-Wegeventil D.9, den Verbrennungsmotor C.2, das vierte 3/2-Wegeventil D.8, das dritte 3/2-Wegeventil D.7, den ersten Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher A.2 und schließlich über den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 zurück zur ersten Wasserpumpe C.3. Vorteilhaft kann mit der noch nach dem Luft-Wasser- Wärmetauscher C.5 vorhandenen Wärme die Batterie C.1 gewärmt werden.
In einer ersten Ausprägung einer zweiten Betriebsart kann der Innenraum 3 geheizt und die Batterie C.1 gekühlt werden, bei Temperaturen unter -10°C.
Der erste Kühlmittelkreis 100 ist dabei analog der ersten Ausprägung der ersten Betriebsart geschaltet. Der zweite Kühlmittelkreis 200 verläuft ausgehend von der zweiten Wasserpumpe C.4 über das vierte 3/2-Wegeventil D.8, den zweiten Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher A.10, das zweite 3/2-Wegeventil D.4, die Batterie C.1 , das vierte 2 2- Wegeventil D.6 und schließlich zurück zur zweiten Wasserpumpe C.4. Der Kältemittelkreis 300 verläuft von dem Kompressor A.1 über das erste 2 2-Wegeventil B.1 , den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2, das erste elektrische Expansionsventil A.3, den Verdampfer A.4, den ersten Druck-Temperatursensor A.5 und von dort parallel verzweigt in einem ersten Parallelzweig über das zweite elektrische Expansionsventil A.6, den Kondensator A.7, den zweiten Druck-Temperatursensor A.8, das fünfte 2/2-Wegeventil B.6 und in einem zweiten Parallelzweig über das dritte elektrische Expansionsventil A.9, den zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.10, den dritten Druck-Temperatursensor A.1 1 und schließlich gemeinsam über den Sammler A.12 zurück zu dem Kompressor A.1.
In einer zweiten Ausprägung der zweiten Betriebsart, die ebenfalls zum Beheizen des Innenraums 3 bei Temperaturen unter -10°C geschaltet werden kann, verläuft der erste Kühlmittelkreis 100 ausgehend von der ersten Wasserpumpe C.3 über das erste 3/2- Wegeventil D.1 , das dritte 2/2-Wegeventil D.5, den ersten Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher A.2 und den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 zurück zur ersten Wasserpumpe C.3.
Der zweite Kühlmittelkreis 200 verläuft ausgehend von der zweiten Wasserpumpe C.4 über den zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.10, das zweite 3/2-Wegeventil D.4, das fünfte 3/2-Wegeventil D.9, den Verbrennungsmotor C.2, das vierte 3/2-Wegeventil D.8 und schließlich über das dritte 3/2-Wegeventil D.7 zurück zur zweiten Wasserpumpe C.4.
Der Kältemittelkreis 300 ist analog der ersten Ausprägung der zweiten Betriebsart geschaltet, mit geschlossenen 2/2-Wegeventilen B.3 und B.8 und über die Expansionsventile A.6 und A.9 in Parallelzweigen.
Eine dritte Ausprägung der zweiten Betriebsart kann für ein Beheizen des Innenraums 3 und ein Heizen der Batterie C.1 für Temperaturen unter -10°C verwendet werden.
Der erste Kühlmittelkreis 100 verläuft ausgehend von der ersten Wasserpumpe C.3 über das erste 3/2-Wegeventil D.1 , die Batterie C.1 , das zweite 2/2-Wegeventil D.3, das dritte 2/2- Wegeventil D.5, den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2, den Luft-Wasser- Wärmetauscher C.5 zurück zur ersten Wasserpumpe C.3.
Der zweite Kühlmittelkreis 200 ist bei der dritten Ausprägung der zweiten Betriebsart analog der zweiten Ausprägung der zweiten Betriebsart geschaltet. Der Kältemittelkreis 300 ist bei der dritten Ausprägung der zweiten Betriebsart analog der ersten und zweiten Ausprägung der zweiten Betriebsart geschaltet. In den Betriebsarten 1 und 2 ist jeweils der dritte Kühlmittelkreis 500 antriebslos, also die dritte Wasserpumpe C.6 abgeschaltet.
Eine erste Ausprägung einer dritten Betriebsart kann für ein Heizen des Innenraums 3 und ein Heizen der Batterie C.1 verwendet werden. Der erste Kühlmittelkreis 100 verläuft dabei ausgehend von der ersten Wasserpumpe C.3 über das erste 3/2-Wegeventil D.1 , die Batterie C.1 , das zweite 2/2-Wegeventil D.3, das dritte 2/2-Wegeventil D.5, den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2 und schließlich über den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 zurück zur ersten Wasserpumpe C.3. Der zweite Kühlmittelkreis 200 ist abgeschaltet. Ebenfalls ist der dritte Kühlmittelkreis 600 abgeschaltet.
Der Kältemittelkreis 300 verläuft ausgehend von dem Kompressor A.1 über das erste 2/2- Wegeventil B.1 , den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2, das erste elektrische Expansionsventil A.3, den Verdampfer A.4, den ersten Druck-Temperatursensor A.5, das zweite elektrische Expansionsventil A.6, den Kondensator A.7, den zweiten Druck- Temperatursensor A.8, das fünfte 2/2-Wegeventil B.6 und schließlich über den Sammler A.12 zurück zum Kompressor A.1.
Eine zweite Ausprägung der dritten Betriebsart kann zum Heizen des Innenraums 3 und zum Kühlen der Batterie C.1 für Temperaturen ebenfalls bis -10°C verwendet werden. Der erste Kühlmittelkreis 100 ist dabei geschaltet wie bei der zweiten Ausprägung der zweiten Betriebsart.
Der zweite Kühlmittelkreis 200 ist dabei analog der ersten Ausprägung der zweiten Betriebsart geschaltet.
Der Kältemittelkreis 300 ist dabei analog der ersten Ausprägung der zweiten Betriebsart geschaltet.
Eine erste Ausprägung einer vierten Betriebsart kann zum Kühlen des Innenraums 3. mit einer Entfeuchtung des Luftstroms 500 in einem ReHeatbetrieb verwendet werden. Der erste Kühlmittelkreis 100 ist dabei analog der zweiten Ausprägung der dritten Betriebsart geschaltet.
Der zweite Kühlmittelkreis 200 und der dritte Kühlmittelkreis 600 sind abgeschaltet.
Der Kältemittelkreis 300 verläuft ausgehend von dem Kompressor A.1 über das erste 2/2- Wegeventil B.1 , den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2, das vierte 2/2- Wegeventil B.5, den zweiten Druck-Temperatursensor A.8, den Kondensator A.7, das zweite elektrische Expansionsventil A.6, den ersten Druck-Temperatursensor A.5, den Verdampfer A.4, das sechste 2/2 -Wegeventil B.7 und schließlich über den Sammler A.12 zurück zum Kompressor A.1.
In einer zweiten Ausprägung der vierten Betriebsart können der Innenraum 3 und die Batterie C.5 unter einer Luftentfeuchtung des Luftstroms 500 in einem ReHeatbetrieb gekühlt werden.
Dabei ist der erste Kühlmittelkreis 100 analog der ersten Ausprägung der vierten Betriebsart geschaltet.
Der zweite Kühlmittelkreis 200 ist analog der zweiten Ausprägung der dritten Betriebsart geschaltet.
Der Kältemittelkreis 300 verläuft ausgehend von dem Kompressor A.1 über das erste 2/2- Wegeventil B.1 , den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.2, das vierte 2/2- Wegeventil B.5, den zweiten Druck-Temperatursensor A.8, den Kondensator A.7, das zweite elektrische Expansionsventil A.6 und von dort weiter parallel verzweigt in einem ersten Parallelzweig über den ersten Druck-Temperatursensor A.5, den Verdampfer A.4, das sechste 2 2-Wegeventil B.7 und in einem zweiten Parallelzweig über das siebte 2/2 Wegeventil B.8, den zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.10, den dritten Druck- Temperatursensor A.11 und von dort zusammengeführt über den Sammler A-12 wieder zurück zum Kompressor A.1.
Der dritte Kühlmittelkreis 600 ist abgeschaltet.
Eine erste Ausprägung einer fünften Betriebsart kann zum Kühlen des Innenraums 3 und zum Kühlen der Batterie C.1 verwendet werden, wobei über einen ReHeatbetrieb eine Entfeuchtung des Luftstroms 500 erfolgt. Der erste Kühlmittelkreis 100 ist dabei analog der ersten Ausprägung der dritten Betriebsart geschaltet. Der zweite Kühlmittelkreis 200 und der dritte Kühlmittelkreis 600 sind abgeschaltet. Der Kältemittelkreis 300 verläuft ausgehend von dem Kompressor A.1 über das zweite 2/2 Wegeventil B.2, über den zweiten Druck- Temperatursensor A.8, über den Kondensator A.7, über das zweite elektrische Expansionsventil A.6, über den ersten Druck-Temperatursensor A.5, über den Verdampfer A.4, über das sechste 2/2 -Wegeventil B.7 und schließlich über den Sammler A.12 zurück zum Kompressor A.1. In einer zweiten Ausprägung der fünften Betriebsart, die für ein Kühlen der Batterie C.1 und des Innenraums 3 verwendet werden kann, ist der erste Kühlmittelkreis 100 abgeschaltet.
Der zweite Kühlmittelkreis 200 ist analog der zweiten Ausprägung der vierten Betriebsart geschaltet.
Der Kältemittelkreis verläuft ausgehend von dem Kompressor A.1 über das zweite 2/2- Wegeventil B.2, den zweiten Druck-Temperatursensor A.8, den Kondensator A.7, das zweite elektrische Expansionsventil A.6, von dort parallel verzweigt über einen ersten Parallelzweig über den ersten Druck-Temperatursensor A.5, den Verdampfer A.4, das sechste 2/2- Wegeventil B.7 und in einem zweiten Parallelzweig über das siebte 2 2-Wegeventil B.8, den zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher A.10, den dritten Druck-Temperatursensor A.1 1 und wieder zusammengeführt über den Sammler A.12 zurück zum Kompressor A.1.
Der dritte Kühlmittelkreis 600 ist abgeschaltet.
In einer dritten Ausprägung der fünften Betriebsart kann zusätzlich ein Kühlen des Verbrennungsmotors C.2 erfolgen. Dazu sind die Kühlmittelkreise 100, 200 sowie der Kältemittelkreis 300 analog der zweiten Ausprägung der fünften Betriebsart geschaltet mit dem Unterschied, dass der dritte Kühlmittelkreis 600 ausgehend von der dritten Wasserpumpe C.6 über das fünfte 3/2-Wegeventil D.9, den Verbrennungsmotor C.2, das vierte 3/2-Wegeventil D.8 und schließlich über den Kühler C.7 zurück zur dritten Wasserpumpe C.6 verläuft.
Als Besonderheit ist jeweils in der zweiten Ausprägung und der dritten Ausprägung der fünften Betriebsart die Klappe geschlossen. Der Luftstrom 500 wird also nicht durch den Luft- Wasser-Wärmetauscher C.5 geführt.
Zum Antreiben des Luftstroms 500 kann das Klimagerät 5 ein nicht näher dargestelltes Gebläse aufweisen.
Figur 3 zeigt eine Übersicht der vier verschiedenen Betriebsarten der in Figur 1 gezeigten Klimatisierung 7. In einer ersten Zeile 13 ist mittels Plus- und Minuszeichen angedeutet, dass in der jeweiligen Betriebsart ein starkes Heizen ++, ein mittleres Heizen +, ein optionales Heizen (+), ein optionales Kühlen (-), ein normales Kühlen -, ein starkes Kühlen - der Batterie C.1 stattfindet. Ebenso codiert ist in einer Zeile 15 das Kühlen der Batterie C.1. In einer dritten Zeile 17 sind Temperaturen in °C der Umgebung des Kraftfahrzeugs 1 eingezeichnet. Die erste Betriebsart ist mit dem Bezugszeichen 19, die zweite Betriebsart mit dem Bezugszeichen 21 , die dritte Betriebsart mit dem Bezugszeichen 23 und die vierte Betriebsart mit dem Bezugszeichen 25 gekennzeichnet, wobei diese jeweils in Rechtecken über den Zeilen 13-17 eingezeichnet sind.
Bei der ersten Betriebsart 19 kann ein Umluftbetrieb zwischen 0 und 100 % stattfinden. Der Kältemittelkreis 300 kann in einem Wärmepumpenbetrieb unter Zuhilfenahme des Elektrozuheizers C.2 oder anderer Abwärme-Energiequellen der Elektrotraktion z.B. der Batterie C.1 als Wärmequelle betrieben werden. Dabei kann der Innenraum 3 geheizt werden, optional mit und ohne Kühlen und/oder Heizen der Batterie C.1.
In der zweiten Betriebsart 21 kann der Kältemittelkreis 300 in einem Wärmepumpenbetrieb betrieben werden, wobei der Innenraum 3 beheizt werden kann. Dies kann mit und ohne Heizen und/oder Kühlen der Batterie C.1 erfolgen.
In der dritten Betriebsart 23 kann der Kältemittelkreis 300 in einem Klimaanlagenbetrieb betrieben werden, wahlweise mit und ohne Kühlung der Batterie C.1.
In der vierten Betriebsart 25 kann der Kältemittelkreis 300 in einem Klimaanlagenbetrieb betrieben werden, wahlweise mit und ohne Kühlung der Batterie C.1.
Im Folgenden wird die Beheizung des Innenraums für den Temperaturbereich:
...°C...= 15 °C an Hand von Figur 1 näher beschrieben.
Der HV-Heizer C.2 gibt Wärme an den Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.10 ab und leitet diese über die Wasserpumpe C.4 zurück zum HV-Heizer C.2 mit der Option über die Batterie C.1. Das aufgeheizte Kältemittel wird saugseitig dem Kompressor A.1 über dem Sammler A.10 bereitgestellt. Der Kompressor A.1 verdichtet das Kältemittel und fördert es zum Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.2.
Im Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.2 wird das Kühlwasser aufgeheizt und mit Hilfe der Wasserpumpe C.3 über den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 an die den Innenraum durchströmende Luft (500) abgegeben.
Nachdem das Kältemittel auf einem geringfügig niedrigeren Energieniveau aus dem Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.2 austritt, wird es in das Expansionsventil A.3 gefördert und expandiert dort auf einen niedrigeren Druck. Das expandierte Kältemittel wird über den AC-Verdampfer A.4 zum zweiten Expansionsventil A.6 und dritten Expansionsventil A.9 gefördert.
Am AC-Verdampfer A.4 wird die angesaugte Luft für den Fahrgastraum entfeuchtet und über den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 wieder aufgeheizt (ReHeat).
Im Expansionsventil A.6 wird das Kältemittel auf eine Temperatur expandiert, die tiefer als die Umgebungstemperatur liegt, damit das Kältemittel Wärme aus der Umgebung aufnehmen kann. Die Aufnahme der Wärme erfolgt über den AC-Kondensator A.7. Nachdem das Kältemittel über den AC-Kondensator Wärme aufgenommen hat, wird das Kältemittel über das Umschaltventil B.6 und den Sammler A.12 zur Saugseite des Kompressors A.1 geleitet.
Im Expansionsventil A.9 wird das Kältemittel auf eine Temperatur expandiert, die tiefer sein muss als die der Eintrittstemperatur des aufgewärmten Kühlwassers z.B. der Batterie C.1 , welches über den Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.10 geführt wird. Das aufgewärmte Kältemittel wird nach Austritt Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.10 über den Sammler A.12 dem Kompressor A.1 wieder zugeführt.
Im Folgenden wird an Hand der Figur 2 der Betrieb mit ReHeat-Funktion erläutert, wobei ein Temperaturbereich = 50C...*...0C vorgesehen ist.
Durch die ReHeat-Funktion wird die zuvor am AC-Verdampfer A.4 abgekühlte Luft durch den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 wieder aufgeheizt. Der Kompressor A.1 wird angesteuert und fördert das komprimierte Kältemittel an den Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.2. Dieser wird mit Kühlwasser durchflössen, dabei gibt dieser die Wärme vom Kältemittel an das Kühlwasser ab. Die Wasserpumpe C.3 fördert das aufgeheizte Kühlwasser durch den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5. Der Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 gibt die Wärme des Kühlwassers an die durchströmende Luft für den Innenraum ab. Das abgekühlte Kühlwasser wird über das Umschaltventil D.2 und oder D1 Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.2 bzw. der Batterie C.1 zur Verfügung gestellt. Der Volumenstrom des Kühlwassers wird mittels elektrischer Ansteuerung der Wasserpumpe C.3 geregelt.
Das Kältemittel wird über das Umschaltventil B.5 zum AC-Kondensator A.7 geleitet, da das elektrische Expansionsventil A.3 komplett geschlossen ist. Nachdem das Kältemittel im AC- Kondensator A.7 verflüssigt wurde, wird dieses am Expansionsventil A.6 expandiert und danach aufgeteilt. Ein Teil des expandierten Kältemittels durchströmt den AC-Verdampfer A.4 und gibt über diesen seine Kälte an die durchströmende Luft in den Innenraum ab.
Der zweite Teil des Kältemittels expandiert im elektrischen Expansionsventil A.9 und/oder durchströmt das Umschaltventil B.8 zum Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.10 und gibt seine Kälte an das Kühlwasser der Batterie C.1 ab. Die Bewerkstelligung der Batteriekühlung erfolgt über die Wasserpumpe C.4. Diese gibt den Volumenstrom vor, welcher durch die Batterie C.1 gefördert werden kann.
Die beiden Kältemassenströme werden vor dem Sammler A.10 wieder zusammengeführt und zur Saugseite des Kompressors A.1 geleitet.
Figur 4 zeigt ein Schaubild analog des Schaubilds 3, jedoch für die in Figur 2 gezeigte Klimatisierung, wobei zusätzlich eine fünfte Betriebsart 27 eingezeichnet ist.
Bei der ersten Betriebsart 19 kann der Verbrennungsmotor C.2 als Wärmequelle angeschaltet sein, womit ein Beheizen des Innenraums 3 erfolgt, wahlweise mit und ohne Beheizen der Batterie C.1.
Bei der zweiten Betriebsart 21 ist ebenfalls der Verbrennungsmotor C.2 angeschaltet, wobei ein Beheizen des Innenraums 3 erfolgt. Außerdem kann der Kältemittelkreis 300 in einem Wärmepumpenbetrieb betrieben werden, wobei ein Nachheizen über den Kältemittel- Kühlwasser-Wärmetauscher A.2 des bereits erwärmten Kühlwassers 100 vom Verbrennungsmotor C.2 und wahlweise eine Kühlung und/oder ein Beheizen der Batterie C.1 erfolgen kann.
In der dritten Betriebsart 23 kann der Kältemittelkreis 300 im Wärmepumpenbetrieb betrieben werden, wobei wahlweise die Batterie C.1 geheizt oder gekühlt werden kann.
In der vierten Betriebsart 25 kann der Kältemittelkreis 300 im Klimaanlagenbetrieb betrieben werden, wobei wahlweise die Batterie C.1 geheizt und gekühlt werden kann.
In der fünften Betriebsart 27 kann der Kältemittelkreis 300 im Klimaanlagenbetrieb betrieben werden, wobei der Innenraum 3 gekühlt werden kann. Dabei kann wahlweise ein Kühlen und/oder Heizen der Batterie C.1 erfolgen, wobei wahlweise der Verbrennungsmotor C.2 angeschaltet ist oder nicht und gegebenenfalls ebenfalls gekühlt werden kann. Im Folgenden wird unter Bezug auf Figur 2 eine Aufheizung des Fahrgastraumes über den Verbrennungsmotor C.2 bewerkstelligt. Dies erfolgt ohne den Betrieb des Kompressors A.1 in einem Temperaturbereiche -...°C...= 15°C.
Der Verbrennungsmotor C.2 gibt Wärme an das Kühlwasser ab und leitet dieses an den Luft- Wasser-Wärmetauscher C.5, wo es an die den Innenraum durchströmende Luft 500 abgegeben wird.
Der Kühlwasser-Kreislauf 100 wird durch den Verbrennungsmotor C.2 erwärmt. Das erwärmte Kühlwasser wird durch die Wasserpumpe C.3 im kleinen Kühlwasser-Kreislauf gefördert. Es wird über das Umschaltventil D.8 und D.7 über den Kältemittel-Kühlwasser- Wärmetauscher A.2, welcher nur einseitig durchströmt wird, und über den Luft-Wasser- Wärmetauscher C.5 geleitet. Am Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 gibt das erwärmte Kühlwasser seine Wärme an die durchströmende Luft 500 ab, welche durch das Gebläse in den Fahrgastraum gedrückt wird. Das durch den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 abgekühlte Kühlwasser wird durch die Wasserpumpe C.3 über das Umschaltventil D.1 , Absperrventil D.9 und Umschaltventil D.2 wieder in den Verbrennungsmotor C.2 gefördert.
Im Folgenden wird unter Bezug auf Figur 2 für den Temperaturbereich: =-...°C...= 15°C die Wärmepumpenschaltung mit der möglichen Beheizung der Batterie C.1 und des Innenraums bei tiefen Außentemperaturen im Verbrennungsmotor-Modus beschrieben. Des Weiteren kann der Verbrennungsmotor ausgeschaltet und rein elektrisch gefahren werden, wobei die Batterie gekühlt bzw. geheizt werden kann.
Für den Fall tiefer Außentemperaturen muss die Batterie C.1 aufgeheizt werden, damit diese schnell auf Betriebstemperatur gebracht und somit effektiv und vor allem langlebig ihren Dienst verrichten kann. Des Weiteren wird über den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 Wärme durch die durchströmende Luft 500 aufgenommen und über das Gebläse in den Fahrgastraum gedrückt. Dies kann über eine Temperaturklappe, welche sich vor dem Luft- Wasser-Wärmetauscher C.5 befindet, geregelt bzw. auch über den Volumenstrom des Gebläses eingestellt werden.
Der Kompressor A.1 wird angesteuert und das komprimierte Kältemittel wird zum Kältemittel- Kühlwasser-Wärmetauscher A.2 gefördert. Am Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.2 gibt das komprimierte und damit heiße Kältemittel einen Teil seiner Wärme an den Kühlwasser-Kreislauf des Verbrennungsmotor C.2 ab. Die Wärmeabgabe erfolgt wie unter Betriebsart 19 beschrieben. Zusätzlich kann mit dieser Betriebsart die Batterie C.1 gekühlt bzw. beheizt werden.
Nachdem das Kältemittel auf einem geringfügig niedrigeren Energieniveau aus dem Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.2 austritt, wird es in das Expansionsventil A.3 gefördert und expandiert dort auf einen niedrigeren Druck. Das expandierte Kältemittel wird über den AC-Verdampfer A.4 zum zweiten Expansionsventil A.6 und dritten Expansionsventil A.9 gefördert.
Am AC-Verdampfer A.4 wird die angesaugte Luft für den Innenraum entfeuchtet und über den Luft-Wasser-Wärmetauscher C.5 wieder aufgeheizt (ReHeat).
Im Expansionsventil A.6 wird das Kältemittel auf eine Temperatur expandiert, die tiefer als die Umgebungstemperatur liegt, damit das Kältemittel Wärme aus der Umgebung aufnehmen kann. Die Aufnahme der Wärme erfolgt über den AC-Kondensator A.7. Nachdem das Kältemittel über den AC-Kondensator A.7 Wärme aufgenommen hat, wird das Kältemittel über das Absperrventil B.6 und den Sammler A.12 zur Saugseite des Kompressors A.1 geleitet.
Im Expansionsventil A.9 wird das Kältemittel auf eine Temperatur expandiert, die tiefer sein muss als die der Eintrittstemperatur des aufgewärmten Kühlwasser z.B. der Batterie C.2, welches über den Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.10 geführt wird. Das aufgewärmte Kältemittel wird nach Austritt am Kältemittel-Kühlwasser-Wärmetauscher A.10 über den Sammler A.12 dem Kompressor A.1 wieder zugeführt.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Kraftfahrzeug
3 Innenraum
5 Klimagerät
7 Klimatisierung
9 Umgebungsluftstrom
11 Klappe
13 erste Zeile
15 zweite Zeile
17 dritte Zeile
19 erste Betriebsart
21 zweite Betriebsart
23 dritte Betriebsart
25 vierte Betriebsart
27 fünfte Betriebsart
A.1 Kompressor
A.2 erster Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher
A.3 erstes elektrisches Expansionsventil
A.4 Verdampfer
A.5 erster Druck-Temperatursensor
A.6 zweites elektrisches Expansionsventil
A.7 Kondensator
A.8 zweiter Druck-Temperatursensor
A.9 drittes elektrisches Expansionsventil
A.10 zweiter Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher
A.1 1 dritter Druck-Temperatursensor
A.12 Sammler
B.1 erstes 2/2-Wegeventil
B.2 zweites 2 2-Wegeventil
B.3 drittes 2/2-Wegeventil
B.4 Rückschlagventil
B.5 viertes 2/2-Wegeventil
B.6 fünftes 2 2-Wegeventil
B.7 sechstes 2/2-Wegeventil B.8 siebtes 2/2-Wegeventil
C.1 Batterie
C.2 Elektrozuheizer Verbrennungsmotor
C.3 erste Wasserpumpe
C.4 zweite Wasserpumpe
C.5 Luft-Wasser-Wärmetauscher
C.6 dritte Wasserpumpe
C.7 Kühler
D.1 erstes 3/2-Wegeventil / 2/2-Wegeventil D.2 zweites 3/2-Wegeventil / 2/2-Wegeventil D.3 drittes 3/2-Wegeventil
D.4 zweites 3/2-Wegeventil
D.5 drittes 2/2-Wegeventil
D.6 viertes 2/2-Wegeventil
D.7 drittes 3/2-Wegeventil
D.8 viertes 3/2-Wegeventil
D.9 fünftes 3/2-Wegeventil
100 erster Kühlmittelkreis
200 zweiter Kühlmittelkreis
300 Kältemittelkreis
400 Ventilanordnung
500 Luftstrom
600 dritter Kühlmittelkreis
700 Hochdruckseite
800 Niederdruckseite

Claims

P AT E N TA N S P R Ü C H E
Klimatisierung zum Temperieren von Komponenten und eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Wasserpumpe (C.3) zum Antreiben eines ersten Kühlmittelkreises (100), einer zweiten Wasserpumpe (C.4) zum Antreiben eines zweiten Kühlmittelkreises (200), einem Kompressor (A.1) zum Antreiben eines eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite aufweisenden Kältemittelkreises (300), einem wasserseitig in den ersten Kühlmittelkreis (100) geschalteten und dem Innenraum luftseitig vorgeschalteten Luft-Wasser-Wärmetauscher (C.5), einem kältemittelseitig in den Kältemittelkreis (300) geschalteten und dem Luft- Wasser-Wärmetauscher (C.5) wasserseitig vorgeschalteten ersten Kältemittel- Kühlmittel-Wärmetauscher (A.2).
Klimatisierung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (A.2) in die Hochdruckseite des Kältemittelkreises (300) geschaltet ist.
Klimatisierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimatisierung eine Ventilanordnung (400) aufweist, mittels der der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (A.2) kältemittelseitig aus- dem Kältemittelkreis (300) heraus schaltbar ist.
Klimatisierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Luft-Wasser-Wärmetauscher (C.5) luftseitig eine Luftklappe zum Steuern eines über den Luft-Wasser-Wärmetauscher (C.5) in den Innenraum strömenden Luftstroms (500) vorgeschaltet ist.
5. Klimatisierung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Ventilanordnung (400) eine Wärmequelle des Kraftfahrzeugs in den ersten Kühlmittelkreis (100) hineinschaltbar und damit dem ersten Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher (A.2) vorschaltbar ist.
6. Klimatisierung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Ventilanordnung (400) eine Wärmequelle des Kraftfahrzeugs in den zweiten Kühlmittelkreis (200) hineinschaltbar und damit dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher (A.10) vorschaltbar ist.
7. Klimatisierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmequelle des Kraftfahrzeugs zumindest ein Element der Gruppe: eine Elektrokomponente, eine Elektrotraktionskomponente, eine Leistungselektronik, eine Batterie, ein Verbrennungsmotor und/oder einen Elektrozuheizer aufweist.
8. Klimatisierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimatisierung einen kältemitteiseitig in eine Niederdruckseite des Kältemittelkreises (300) geschalteten und dem Luft-Wasser-Wärmetauscher (C.5) luftseitig vorgeschalteten Verdampfer (A.4) aufweist.
9. Klimatisierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimatisierung einen wasserseitig in den zweiten Kühlmittelkreis (200) und kältemitteiseitig in die Niederdruckseite des Kältemittelkreises (300) geschalteten zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (A.10) aufweist.
10. Klimatisierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreis (300) einen von einem Umgebungsluftstrom durchströmten Kondensator (A.7) aufweist, der mittels der Ventilanordnung (400) wahlweise in die Hochdruckseite oder in die Niederdruckseite des Kältemittelkreises (300) schaltbar ist.
11. Klimatisierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimatisierung einen von einer dritten Wasserpumpe (C.6) angetriebenen dritten Kühlmittelkreis (600) zum separaten Kühlen des Verbrennungsmotors (C.2) aufweist.
12. Verfahren zum Klimatisieren eines eine Elektrotraktion aufweisenden Kraftfahrzeugs mittels einer Klimatisierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit
Transportieren eines Wärmestroms von dem ersten Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher (A.2) in den Luft-Wasser-Wärmetauscher (C.5) in einem Heizbetrieb der Klimatisierung, wobei der Wärmestrom, gesteuert durch die Ventilanordnung, von zumindest einer der folgenden Komponenten des Kraftfahrzeugs stammt: der Wärmequelle des Kraftfahrzeugs, der Elektrokomponente, der Elektrotraktionskomponente, der Leistungselektronik, der Batterie, dem Verbrennungsmotor und/oder der Hochdruckseite des Kältemittelkreises,
Transportieren eines Wärmestroms von dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel- Wärmetauscher (A.10) auf das saugseitige Druckniveau des Kältemittelkreislaufs (300) in einem Heizbetrieb der Klimatisierung, wobei der Wärmestrom in Abhängigkeit von Einstellungen von Ventilen des Kältemittelkreises und des ersten und zweiten Kühlmittelkreises von zumindest einer der folgenden Komponenten des Kraftfahrzeugs stammt: der Wärmequelle des Kraftfahrzeugs, der Elektrokomponente, der Elektrotraktionskomponente, der Leistungselektronik, der Batterie, dem Verbrennungsmotor und/oder der Niederdruckseite des Kältemittelkreises.
Transportieren eines Wärmestroms von dem Kondensator (A.7) auf das saugseitige Druckniveau des Kältemittelkreislaufs (300) in einem Heizbetrieb der Klimatisierung, wobei der Wärmestrom, in Abhängigkeit von Einstellungen von Ventilen des Kältemittelkreises und des ersten und zweiten Kühlmittelkreises und einem Umgebungsluftstrom (9), von zumindest einer der folgenden Komponenten des Kraftfahrzeugs stammt: der Wärmequelle des Kraftfahrzeugs, der Elektrokomponente, der Elektrotraktionskomponente, der Leistungselektronik, der Batterie, dem Verbrennungsmotor u d/oder der Niederdruckseite des Kältemittelkreises.
Transportieren eines Kältestroms in einem Komponentenkühlbetrieb von dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher (A.10) auf zumindest eine der folgenden Komponenten des Kraftfahrzeugs: die Wärmequelle des Kraftfahrzeugs, die Elektrokomponente, die Elektrotraktionskomponente, die Leistungselektronik, die Batterie, den Verbrennungsmotor und/oder den Elektrozuheizer.
13. Verfahren nach Anspruch 12, mit:
Transportieren eines Kältestroms in einem Innenraumkühlbetrieb oder einem Innenraum-ReHeatbetrieb von dem Verdampfer (A.4) in den Innenraum des Kraftfahrzeugs.
14. Kraftfahrzeug mit einer Klimatisierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 - 11 zum Temperieren von Komponenten und eines Innenraums des Kraftfahrzeugs und/oder ausgelegt, konstruiert, eingerichtet und/oder ausgerüstet mit einer Software zum Durchführen eines Verfahrens nach den Ansprüchen 12 und 13.
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