WO2015032599A1 - Heiz-/kühlsystem für fahrzeuge und verfahren zum betreiben eines heiz-/ kühlsystems für fahrzeuge - Google Patents

Heiz-/kühlsystem für fahrzeuge und verfahren zum betreiben eines heiz-/ kühlsystems für fahrzeuge Download PDF

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Definitions

  • Heating / cooling system for vehicles and method for operating a heating / cooling system for vehicles
  • the invention relates to a heating / cooling system for heat pump type vehicles and to a method of operating such a heating / cooling system.
  • Such heating / cooling systems are known in various designs, wherein a refrigerant circuit can be operated as a heat pump and / or as a refrigerator.
  • the refrigerant circuit comprises at least a compressor, a condenser, an evaporator and an expansion device.
  • the main advantage of such a heating / cooling system is the possibility of interconnection and utilization of the individual heat sources and heat sinks of a vehicle for heating or for cooling the vehicle interior.
  • DE 44 10 057 C2 describes a heat pump cycle in which a refrigerant in an evaporator absorb heat from an air stream and can deliver heat to an air stream in a condenser.
  • the heat pump circuit has a bypass around the condenser, so that at very low outdoor temperatures for defrosting a frozen evaporator, the refrigerant can be passed as a hot gas from a compressor directly into the evaporator.
  • the condenser is completely bypassed by the bypass.
  • WO 2012 075 975 AI describes a heating / cooling device with a refrigerant circuit, the circulation in a heat exchange via a condenser and an evaporator each with a separately formed coolant.
  • the coolant circuits cooperate with other heat exchangers of the vehicle and can be connected to each other for optimum interconnection of the heat sources and heat sinks of a vehicle.
  • WO 2012/084 175 AI describes an air conditioner for electric vehicles with a refrigerant circuit having two air-flowed heat exchanger and can be coupled via a third heat exchanger with a separate fluid circuit.
  • the fluid circuit is in heat exchange with a heat source of the vehicle, in particular a battery, and has an additional heating.
  • a disadvantage of the aforementioned systems is that in a defrosting operation, for example for defrosting the evaporator, heat can not be supplied to the condenser of the refrigerant circuit, for example for heating a vehicle interior. Therefore, additional heating is required in such systems, but this causes increased energy consumption and thereby a reduced range of the vehicle.
  • Object of the present invention is therefore to provide a heating / cooling system that allows efficient and rapid temperature control of the vehicle interior and the vehicle units without a separate auxiliary heating or additional cooling in vehicles with an electric motor and / or internal combustion engine even at extreme temperatures. Furthermore, a method is to be provided with which such a heating / cooling system can be operated.
  • the object is achieved by a heating / cooling system with the features of claim 1 and by a method having the features of claim 13.
  • the heating / cooling system for a motor vehicle comprises a refrigerant circuit, in particular a refrigerant circuit designed as a heat pump and / or refrigerating machine.
  • the refrigerant circuit preferably consists of a main line, which can be traversed by a refrigerant and the following components of a refrigerant circuit connected to each other: at least a compressor, a condenser or gas cooler, an evaporator and an expansion device or an expansion valve.
  • the condenser can be coupled with a first coolant circuit and the evaporator with a second coolant circuit, so that the refrigerant of the coolant circuit in the condenser is mixed with a first coolant circuit.
  • Circuit and in the evaporator with a second coolant circuit can be in a heat exchange.
  • the arrangement of the coolant circuits an extension or expansion of the heating / cooling system is possible on all, even far away from each other heat sources and heat sinks of a vehicle. This is particularly advantageous over refrigerant circuits with air-flow heat exchangers.
  • all arranged in a vehicle heat sources and heat sinks can be integrated into the heating / cooling system or thermally networked with each other.
  • the individual coolant circuits may be formed separately and / or interconnectable, so that there are more Verschaltungssch.
  • this arrangement allows, as needed, the refrigerant is either heated by a first coolant circuit and cooled by the second coolant circuit or heated or cooled by both coolant circuits simultaneously.
  • an intense and rapid heating or cooling of the refrigerant is possible.
  • another advantage is that the amount of refrigerant can be kept relatively low.
  • the number of problem areas of a refrigerant circuit can be minimized, in particular the number of possible leakage points can be reduced and high-pressure areas can be reduced.
  • the evaporator of the refrigerant circuit can be bypassed by the refrigerant.
  • the evaporator in the refrigerant circuit can be completely bypassed and consequently the heat transfer in the evaporator can be disabled.
  • This arrangement has the advantage that at very low outside temperatures, in particular temperatures lower than -5 ° C, the refrigerant flow of the refrigerant circuit into a "short circuit" can be brought, in which the refrigerant flows continuously through the compressor and the condenser, but not the evaporator.
  • the refrigerant in the compressor can continuously absorb heat, in particular from the electric drive of the compressor.
  • the heat absorbed by the refrigerant may be delivered to the first refrigerant loop in the condenser.
  • the coolant of the first coolant circuit can thus be heated up to a certain maximum temperature.
  • the cooled refrigerant is in turn passed directly to the compressor, where the refrigerant is reheated.
  • a sufficiently high temperature can be provided, for example for (pre) heating the vehicle interior or a vehicle aggregate, independently of the second coolant flow.
  • the second coolant circuit can be completely switched off at very low outside temperatures.
  • the second coolant circuit is connected to a heat exchanger which is not functional or frozen due to the very low temperatures.
  • the coolant of the second coolant circuit in an aggregate heat exchanger for example a battery, absorb heat and deliver it in an iced ambient heat exchanger.
  • the second coolant circuit can be operated as an independent or separately formed heating circuit.
  • the refrigerant circuit can save energy by the decoupling of the second coolant If necessary, the circuit can be completely switched off from the refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit has a bypass line for bypassing the evaporator.
  • the refrigerant of the refrigerant circuit can in this case be passed parallel to the evaporator and the part of the main line.
  • the bypass line may be disposed between a line leading to the evaporator and a line leading away from the evaporator, in particular, the bypass line branches off an upstream side of the evaporator from the main line and opens at a downstream side of the evaporator into the main line. Consequently, the refrigerant flow upstream of the evaporator can be branched from the main conduit into the bypass conduit and returned to the main conduit downstream of the evaporator without passing through the evaporator.
  • the refrigerant circuit may include a control valve for selectively directing the refrigerant flow to the bypass and / or to the evaporator.
  • the control valve may be disposed within the bypass line and / or in the inlet line of the evaporator and / or outlet line of the evaporator.
  • the control valve is disposed in the upstream of the evaporator inlet line of the evaporator.
  • the control valve is designed as a branch valve with a blocking function, for example a three-way valve or a combination of two two-way valves. It remains up to the skilled person to lead by combining different valves, the refrigerant flow either through the evaporator or through the bypass line.
  • the control valve may also be adapted to the refrigerant flow to a part in the To pass bypass line and to another part in the evaporator.
  • the refrigerant circuit can have an engine heat exchanger, in particular a heat exchanger of the compressor motor
  • the waste heat generated at the engine of the compressor in particular an electric motor
  • the compressor motor is cooled in this way.
  • the electric motor-driven compressor can be carried out suction-steam cooled in a known manner.
  • the refrigerant circuit has a throttle which is infinitely adjustable.
  • the throttle is preferably arranged in the main line upstream of the evaporator before the diversion in the bypass line, in particular, the throttle may be arranged between an inner heat exchanger of the refrigerant circuit and a branch valve of the bypass line.
  • the engine heat exchanger may also be the electric motor of the compressor itself.
  • another throttle may also be arranged within the bypass line.
  • the throttle may be designed to be variable in terms of throttle cross-section and / or opening time.
  • the operating pressures can be adjusted by varying the opening cross-section of the throttle or opening time of the throttle such that the greatest possible efficiency of the refrigerant circuit is ensured in all operating states.
  • the refrigerant circuit has an internal refrigerant heat exchanger, which is coupled on both sides with the refrigerant of the refrigerant circuit.
  • the inner refrigerant heat exchanger is preferably arranged in the refrigerant circuit high pressure side between the condenser and the evaporator and the low pressure side between a collecting container and the compressor.
  • the refrigerant circuit can be additionally brought into a self-boosting circuit in which the refrigerant in a certain area of the refrigerant circuit, namely in the heat pump operation downstream of the condenser and refrigeration plant operation downstream of the evaporator, heat to the refrigerant in another area of the refrigerant Circuit, namely in heat pump operation to the refrigerant downstream of the evaporator and in refrigeration plant downstream of the condenser.
  • a temperature sensor for measuring the temperature of the temperature flowing into and out of the inner refrigerant heat exchanger is preferably provided Refrigerant arranged.
  • a temperature difference between the refrigerant flowing into the refrigerant heat exchanger and the refrigerant flowing out of the refrigerant heat exchanger can be detected.
  • the temperature difference can be used for the control of the compressor and / or the control valve for conducting the refrigerant flow through the bypass line and / or through the evaporator.
  • overheating of the refrigerant conducted through the bypass line can be ensured at the inlet to the compressor.
  • the refrigerant circuit has a collecting container, which can be designed as a memory, in particular as a buffer memory.
  • the collecting container is preferably arranged downstream of the evaporator between a switching valve and an inner heat exchanger of the refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit may have a switching valve, in particular a four-way valve, for reversing the flow direction in the refrigerant circuit.
  • the switching valve preferably has two inputs and two outputs.
  • the changeover valve may conduct the refrigerant flow downstream of the compressor either to the condenser in a heat pump mode, in particular extreme heating mode or alternatively to the evaporator in a refrigeration plant mode and either in a heat pump mode the refrigerant flow downstream of the evaporator or downstream of the bypass line to a sump or in a refrigeration plant operation the refrigerant flow leading upstream of the evaporator to a collection container.
  • the refrigerant circuit can be switched to a heat pump or to a refrigeration system.
  • the refrigerant in the evaporator receives heat from the second refrigerant circuit and releases heat to the first refrigerant circuit in the condenser.
  • the flow direction of the refrigerant in the refrigerant circuit and the operation of the heat exchangers, in particular the condenser and the evaporator are reversed.
  • the evaporator is operated as a condenser and the condenser as an evaporator.
  • the refrigerant in the formerly acting as a condenser and now acting as an evaporator heat exchanger heat from the first coolant circuit and are in the formerly operated as an evaporator and now as a condenser heat exchanger to heat the second coolant circuit.
  • the first coolant circuit and / or the second coolant circuit each have a vehicle interior heat exchanger.
  • the interior heat exchanger of the first and / or second coolant circuit can be thermally coupled via the condenser and / or the evaporator with the refrigerant circuit.
  • the interior heat exchanger is preferably overflowed by fresh air flowing into the vehicle interior, so that the fresh air flowing over can be heated or cooled by means of one or both interior heat exchangers.
  • partial or complete air of the vehicle interior can be heated or cooled by recirculation (recirculation mode) by means of indoor heat exchangers, resulting in a reduction of the power consumption resulting for the air conditioning.
  • the interior heat exchangers are preferably connected in series, so that a reinforcing effect with regard to the temperature control is possible.
  • the Interior heat exchanger in each case via a supply line and a continuously adjustable valve device with the corresponding coolant circuit coupled, so that the coolant flow flows through the interior heat exchanger only when needed.
  • the inventive interconnection of the refrigerant flow in the bypass line of the indoor heat exchanger can be switched solely to the first coolant circuit.
  • the coolant of the first coolant circuit in the condenser of the refrigerant circuit and / or in an aggregate heat exchanger receives heat, which is discharged in the interior heat exchanger for heating the vehicle interior.
  • the second coolant circuit for example due to heat generated during driving, is ready for heat transfer for heating the vehicle interior, and the second coolant circuit for heat transfer to the heating / cooling module can communicate thermally via the evaporator and absorbed waste heat over the Evacuate the evaporator to the refrigerant successively.
  • the bypass of the evaporator refrigerant side can be completely or partially closed.
  • the first coolant circuit and / or the second coolant circuit may have at least one unit heat exchanger.
  • the unit heat exchanger of the first and / or second coolant circuit can be thermally coupled via the condenser and / or the evaporator with the refrigerant circuit.
  • Under an aggregate heat exchanger is a heat exchanger of each vehicle assembly, such as an internal combustion engine, an electric motor, a generator, a battery or a brake system of the vehicle to understand.
  • An aggregate may be the drive motor of the vehicle and / or an engine of a vehicle aggregate.
  • the unit may be an additional heater, for example, a PTC heater.
  • the respective coolant flow can absorb heat from the unit via the unit heat exchanger and / or deliver it to the unit.
  • the unit heat exchanger via a supply line and a continuously adjustable valve device with the coolant circuit can be coupled, so that the coolant flow is passed only when needed in the respective unit heat exchanger.
  • the unit can also be temporarily cooled or heated by means of the respective coolant circuit, so that the respective unit can be kept in an optimum operating temperature range.
  • the coolant of the second coolant circuit preferably absorbs heat as the battery heat exchanger flows through it, and transfers the heat in the evaporator to the coolant circuit.
  • the refrigerant circuit is in this case passed to the evaporator, so that the refrigerant circuit can absorb heat from the second coolant circuit.
  • the refrigerant flow may be passed through the refrigerant bypass line, so that the refrigerant is not flowed through by the evaporator.
  • the second refrigerant circuit with the refrigerant circuit is not in heat exchange and is therefore not cooled by the refrigerant circuit.
  • the coolant of the second coolant circuit heated by an aggregate, for example a battery can provide heat for de-icing of an ambient heat exchanger at very low temperatures.
  • the refrigerant circuit can be switched without function or operated in extreme heating mode with refrigerant bypassing the evaporator.
  • the first coolant circuit and / or the second coolant circuit preferably have an ambient heat exchanger.
  • the ambient heat exchanger of the first and / or second coolant circuit can be thermally coupled via the condenser and / or the evaporator with the refrigerant circuit.
  • the ambient heat exchanger can be designed as a known front-end heat exchanger of a vehicle, so that the respective coolant circuit can advantageously deliver heat to the environment or absorb it from the environment.
  • the coolant circuit may have a separately formed cooling device, for example a fan.
  • the cooling device is also arranged on a front end of the vehicle.
  • the coolant for cooling the engine to absorb heat from the engine and deliver in the ambient heat exchanger to the environment or via the indoor heat exchanger to the interior.
  • the ambient heat exchanger via a supply line and a continuously adjustable valve device with the coolant circuit can be coupled, so that the coolant flow is passed only when needed in the ambient heat exchanger.
  • the cooling device is power adjustable.
  • the first coolant circuit and the second coolant circuit are connected to form an overall coolant circuit. This can be done an optimal interconnection of the heat sources and heat sinks of a vehicle. Furthermore, only one coolant pump is required for the coolant flow.
  • the control valve in a normal heating mode, is switched to a first switching position, so that the refrigerant flow in the order by the compressor, the Condenser, the expansion device, in particular a check valve and a throttle, and the evaporator is conveyed.
  • the control valve In an extreme heating mode, is switched to a second switching position so that the refrigerant flow is conveyed in order through the compressor, the condenser, the expansion device, and the bypass line so that the refrigerant flow bypasses the evaporator.
  • the refrigerant flow is conveyed from the entrance side of the evaporator to the exit side of the evaporator without passing through the evaporator.
  • the refrigerant flow in the extreme heating mode preferably absorbs heat solely from the compressor, in particular the compressor motor, and releases the heat via the condenser to the first coolant circuit.
  • the second coolant circuit can be switched without function here.
  • a switching valve in a normal heating mode, a switching valve is switched to a first switching position, so that the refrigerant flow from the compressor through the switching valve to the condenser and a counterflow of the refrigerant be conveyed from the evaporator through the switching valve to the compressor.
  • the switching valve In an extreme heating mode, the switching valve is also switched to the first switching position, so that the refrigerant flow is thereby conveyed from the compressor through the switching valve to the condenser and a counterflow of the refrigerant from the bypass line through the switching valve to the compressor.
  • the switching valve is switched to a second switching position so that the refrigerant flow in order through the compressor, the switching valve, the evaporator, the expansion device, in particular a check valve and a throttle, the condenser and again through the switching valve to the compressor is transported.
  • the refrigerant circuit an internal refrigerant heat exchanger is assigned.
  • the refrigerant flow flowing from the condenser to the evaporator can supply heat to the refrigerant flow flowing from the evaporator to the compressor in the extreme heating mode of the refrigerant flow flowing from the condenser to the evaporator deliver the flow of refrigerant flowing from the bypass to the compressor, and in the cooling mode, the flow of refrigerant flowing from the evaporator to the condenser emits heat to the refrigerant flow flowing from the condenser to the compressor.
  • the refrigerant circuit is associated with a collecting container, so that in the normal heating mode of the refrigerant flowing from the evaporator to the compressor refrigerant flow is temporarily stored in the collecting container, in the extreme heating mode of the flowing from the bypass line to the compressor refrigerant flow is temporarily stored in the collecting container, and is stored in the cooling mode of the refrigerant flowing from the condenser to the compressor refrigerant flow in the collecting container.
  • FIG. 1 shows a refrigerant circuit in a normal heating mode
  • FIG. 2 shows a refrigerant circuit in an extreme heating mode
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of the refrigerant circuit in the extreme heating mode
  • Figure 4 shows a refrigerant circuit in a cooling operation
  • FIG. 5 shows an embodiment of a coolant circuit.
  • FIGS. 1 to 4 each show a refrigerant circuit 10 of the heating / cooling system 1 for controlling the temperature of a vehicle interior, not shown, and / or the vehicle units (not shown). Tempering is to be understood as meaning heating and / or cooling.
  • the refrigerant circuit 10 is traversed by a refrigerant 100 and includes in particular a compressor 1 1, a switching valve 18 for reversing the flow direction of the refrigerant 100, a condenser 12 and an evaporator 13.
  • the compressor 1 1 has a compressor drive motor M with a Engine heat exchanger 20 on.
  • waste heat from the engine M can be delivered to the refrigerant flow 100.
  • the engine heat exchanger 20 can be flowed through by the refrigerant 100 and can be assigned to the refrigerant circuit 10 via a valve 20a.
  • the refrigerant circuit 10 For pressure regulation of the refrigerant circuit 10 expander 14, 15 are provided.
  • the expansion device 14, 15 is presently designed as at least one throttle 14b, 15b, 15d with a parallel-connected check valve 14a, 15a, 15c.
  • an internal refrigerant heat exchanger 19 is provided, which is connected to a first flow side downstream of the condenser 12 between the two expansion devices 14, 15 and with a second flow side downstream of the evaporator 13 between a Sump 17 and the compressor 1 1 is arranged in the refrigerant circuit 10.
  • a first coolant circuit 21 can be flowed through by a first coolant stream 210 and is in a heat exchange via the condenser 12 with the refrigerant circuit 10.
  • the condenser 12 is flowed through by both the refrigerant 100 and the coolant 210.
  • the first coolant circuit 21 serves to temper the vehicle interior.
  • the first coolant circuit 21 has an interior heat exchanger 26.
  • a second coolant circuit 22 can be traversed by a second coolant stream 220 and is in heat exchange via the evaporator 13 with the refrigerant circuit 10.
  • the evaporator 13 flows through both the refrigerant 100 and the coolant 220.
  • the second coolant circuit 22 is used for tempering at least one vehicle unit.
  • the second coolant circuit 22 has at least one unit heat exchanger 24.
  • a non-illustrated ambient heat exchanger 25 is arranged, via which the coolant flow 220 can absorb heat or release.
  • the refrigerant circuit 10 is shown in a normal heating operation.
  • the normal heating mode is intended for a normal or non-excessive temperature control of the vehicle interior, in particular at ambient temperatures of -5 ° C to + 20 ° C.
  • the refrigerant circuit 10 is operated as a heat pump 50 in the known manner.
  • the refrigerant 100 from the high pressure side of the compressor 11 via the switching valve 18, which is connected in a first switching position 181, too the condenser 12 transported.
  • the condenser 12 the refrigerant 100 can deliver heat to the first coolant circuit 21.
  • the heat received by the first coolant 210 is conveyed to the indoor heat exchanger 26 where it may be released to an air flow into the vehicle interior.
  • the cooled over the condenser 12 refrigerant 100 is conveyed via the check valve 14a of the expansion device 14 to the inner heat exchanger 19, via which the refrigerant 100 can deliver more heat to a counterflow of the refrigerant 100.
  • the refrigerant 100 is conveyed to the throttle 15b of the expansion device 15, which causes a pressure reduction of the refrigerant 100.
  • the control valve 16 Downstream of the throttle 15b, the refrigerant 100 passes to the control valve 16 which is switched to a first switching position 161 to guide the refrigerant 100 to the evaporator 13.
  • the refrigerant 100 may receive heat from the second refrigerant circuit 22.
  • the required heat of the second coolant stream 220 may be provided, for example, via the unit heat exchanger 24.
  • the refrigerant 100 heated in the evaporator 13 then passes via the switching valve 18 into a collecting tank 17, in which the refrigerant 100 can be stored for a certain time. From the collecting container 17, the cached refrigerant 100 can be conveyed out again and receive heat from the refrigerant countercurrent via the adjoining inner heat exchanger 19. The refrigerant 100 will then be directed via a valve 20a to the engine heat exchanger 20, via which the refrigerant 100 can absorb more heat. By the compressor 11, the refrigerant 100 is again supplied to the high-pressure side of the compressor.
  • FIG. 2 shows the refrigerant circuit 10 of the heating / cooling system 1 in an extreme heating mode. The extreme heating mode is intended for an energy-saving temperature control of the vehicle interior at ambient temperatures of -5 ° C to + 20 ° C or for a normal temperature control of the vehicle interior, in particular at extremely low ambient temperatures below -5 ° C.
  • the refrigerant cycle 10 is operated as the heat pump 50, but the refrigerant 100 is not conveyed through the evaporator 13 but through a bypass 33 for bypassing the evaporator 13.
  • the control valve 16 is switched to a second switching position 162, in which the control valve 16 directs the refrigerant flow 100 in the bypass line 33.
  • the refrigerant circuit 10 thus comprises only the compressor 11 and the condenser 12 in the extreme heating mode as heat exchanging components.
  • the heat taken up by the first refrigerant 210 in the condenser 12 is conveyed to the indoor heat exchanger 26 where it can be tempered an air flow are discharged into the vehicle interior.
  • the refrigerant 100 is in the extreme heating operation shown in Figure 2 from the high pressure side of the compressor 1 1 via the switching valve 18, which is connected in the first switching position 181, transported to the condenser 12, via which the refrigerant 100 heat to the first coolant - Can deliver circulation 21.
  • the heat received by the first coolant 210 is conveyed to the indoor heat exchanger 26 where it may be released to an air flow into the vehicle interior.
  • the cooled via the condenser 12 refrigerant 100 is via the check valve 14 a of the expansion device 14 to the inner Heat exchanger 19 transported, via which the refrigerant 100 can deliver more heat to the counterflow of the refrigerant 100.
  • the refrigerant 100 is conveyed to the throttle 15b of the expansion device 15, which causes a pressure reduction of the refrigerant 100. Downstream of the throttle 15b, the refrigerant 100 passes to the control valve 16, which is switched to a second switching position 162 to direct the refrigerant 100 into the bypass 33. Consequently, the refrigerant 100 does not flow through the evaporator 13 and thus does not absorb any heat from the second coolant circuit 22 via the evaporator 13.
  • the second coolant circuit 22 may therefore be switched without function or constitute its own heat pump cycle.
  • the second coolant 220 can absorb heat in an aggregate heat exchanger 24 and, for example, release it to a frozen ambient heat exchanger 25 for defrosting the ambient heat exchanger 25 again.
  • the second coolant circuit 22 is advantageously not in heat exchange with the refrigerant circuit 10.
  • the refrigerant 100 then passes via the switching valve 18 into the collecting container 17, in which the refrigerant 100 can be stored for a certain time. From the collecting container 17, the cached refrigerant 100 can in turn be promoted out of the compressor 1 1 and absorb heat from the refrigerant countercurrent via the adjoining inner heat exchanger 19. The refrigerant 100 will then be routed via the branch valve 20a to the engine heat exchanger 20, via which the refrigerant 100 can absorb further heat. The heating can be effected directly by an overflow of the engine heat exchanger 20. The motor M of the compressor 11 is thereby cooled. By the compressor 1 1, the refrigerant 100 is again supplied to the high pressure side of the compressor. FIG.
  • the bypass line 33 branches in the flow direction in front of the expansion device 15 from the main line 30 from.
  • the control valve 16 is arranged, which is switched to the second switching position 162, so that the refrigerant flow 100 is conducted into the bypass line 33.
  • a throttle 15d is arranged within the bypass line 33. This results in a pressure reduction of the refrigerant 100 in the bypass line 33.
  • the thermal interaction or the heat conduction in the refrigerant circuit 10 of this embodiment corresponds to the thermal interaction of the refrigerant circuit 10 shown in FIG.
  • FIG. 4 shows the refrigerant circuit 10 in a cooling mode.
  • the cooling operation is intended for a normal temperature control of the vehicle interior, in particular at ambient temperatures between + 20 ° C and + 30 ° C.
  • the refrigerant cycle 10 is operated as a refrigeration system 60.
  • the refrigerant 100 from the high pressure side of the compressor 1 1 via the switching valve 18, which is connected in a second switching position 182 and causes a flow reversal, passed to the evaporator 13, which acts as a condenser in the cooling operation.
  • the refrigerant 100 releases heat via the evaporator 13 to the second coolant circuit 22.
  • the heat received by the second coolant 220 is conveyed to the ambient heat exchanger 25 where it can be released to the environment.
  • the refrigerant 100 cooled via the evaporator 13 is conveyed via the control valve 16, which is connected to the first switching position 161, and a check valve 15 a of the expansion device 15 to the inner heat exchanger 19, in which the refrigerant 100 further heat to the counterflow of the refrigerant 100th can deliver.
  • the refrigerant 100 is conveyed to a throttle 14 b of the expansion device 14, which causes a pressure reduction of the refrigerant 100. Downstream of the throttle 14b, the refrigerant 100 passes to the condenser 12, which functions as an evaporator. In the condenser 12, the refrigerant 100 receives heat from the first refrigerant circuit 21.
  • the first coolant circuit 21 can thus absorb heat for cooling the vehicle interior in the interior heat exchanger 26 and release it in the condenser 12 to the refrigerant flow 100 again.
  • the heated refrigerant 100 then passes via the switching valve 18 into the collecting container 17, in which the refrigerant 100 can be stored for a certain time.
  • the transported from the reservoir 17 refrigerant 100 can absorb heat from the refrigerant countercurrent via the adjoining inner heat exchanger 19.
  • the valve 20 a is now switched such that the refrigerant flow 100 is not directed to the engine heat exchanger 20, but directly to the compressor 11.
  • the compressor 1 By the compressor 1 1, the refrigerant 100 is again supplied to the high pressure side of the compressor.
  • FIG. 5 shows the refrigerant circuit 10 with an alternative embodiment of the coolant circuit 21, 22, 23.
  • the refrigerant circuit 10 is, as in the embodiments described above, via the condenser 12 with the first coolant circuit 21 and via the evaporator 13 with the second coolant circuit 22 in a heat exchange.
  • the condenser 12 and the evaporator 13 of the coolant 210, 220, 230 can be flowed through.
  • the refrigerant circuit 10 can - as shown here - be provided without cycle reversal or with circulation reversal.
  • the bypass line 33 branches in this embodiment before the check valve 15a from the main line 30, so that in addition to the pressure regulation in the bypass line 33, a check valve 15c and a throttle 15d are arranged.
  • the first coolant circuit 21 is connected via a branch or connection 35 to the second coolant circuit 22, so that the first coolant circuit 21 and the second coolant circuit 22 in the embodiment shown in Figure 5 to a total coolant Circuit 23 are connected.
  • the circuit is intended for a pure heating operation, but can also be used for a cooling operation.
  • the entire coolant circuit 23 has a coolant pump 21 1, which allows a circulation of the coolant 210, 220, 230.
  • a first shut-off valve 231, a second shut-off valve 232 and a third shut-off valve 233 are provided.
  • the coolant circuit 21, 22, 23 an indoor heat exchanger 26, an ambient heat exchanger 25 and an aggregate heat exchanger 24, via which the coolant 210, 220, 230 absorb heat and / or can deliver.
  • the first shut-off valve 231 and the third shut-off valve 233 are in an open position, in which a flow through is possible, and the second shut-off valve 232 in a locked position, in FIG. 5 the flow through is prevented.
  • the coolant 210, 220, 230 conveyed from the coolant pump 21 1 flows from the pump 21 1 to the unit heat exchanger 24, in which the coolant 210, 220, 230 can absorb heat from an aggregate.
  • the unit may be a vehicle aggregate, for example a battery.
  • the unit is an auxiliary heater, such as a PTC heater.
  • the heated coolant 210, 220, 230 then passes through the evaporator 13, where the coolant 210, 220, 230 can deliver heat to the refrigerant 100, through the open-connected first shut-off valve 231 to the condenser 12.
  • the condenser 12 takes
  • the coolant 210, 220, 230 heat from the refrigerant 100 on.
  • the heated coolant 210, 220, 230 is conveyed directly to the indoor heat exchanger 26, in which the coolant 210, 220, 230 gives off heat for heating a vehicle interior, not shown.
  • the cooled coolant 210, 220, 230 flows through the open -
  • the coolant 210, 30 220, 230 in the indoor heat exchanger 26 only partially heat and flows out part-heated from the indoor heat exchanger 26 out. This also results in a self-reinforcing effect in the heat exchange with the refrigerant circuit 10, that is, the temperature of the coolant 210, 220, 230 increases with the number of passes through the evaporator 13 and the condenser 12th
  • the same connection of the shut-off valves 231, 232, 233 may be switched as above in the normal heating operation of the embodiment shown in FIG. 5, that is, the first shut-off valve 231 and the third shut-off valve 233 are in the open position, the second shut-off valve 232 is in the lock position.
  • the coolant 210, 220, 230 which is heated in the unit heat exchanger 24, which - as explained above - can also be designed as an additional heater, in the subsequent condenser 12 continues to heat.
  • the thus heated coolant 210, 220, 230 reaches the interior heat exchanger 26, in which the coolant 210, 220, 230 can give off a lot of heat for heating a vehicle interior, not shown.
  • the first shut-off valve 231 is in a lock position
  • the second shut-off valve 232 and the third shut-off valve 233 are in an open position.
  • the coolant 210, 220, 230 flows from the pump 21 1 to the unit heat exchanger 24, in which the coolant 210, 220, 230 can absorb heat from an aggregate.
  • the heated coolant 210, 220, 230 then passes through the evaporator 13, in which the coolant 210, 220, 230 gives off heat to the refrigerant 100.
  • the cooled coolant 210, 220, 230 is then conveyed through the open-switched second shut-off valve 232 to the indoor heat exchanger 26, where the coolant 210, 220, 230 can receive heat to cool a vehicle interior, not shown. From the interior heat exchanger 26, the coolant 210, 220, 230 passes through the shut-off valve 233 back to the pump 21 first

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heiz-/Kühlsystem (1) für Kraftfahrzeuge mit einem als Wärmepumpe (50) und/oder als Kältemaschine ausgebildeten Kältemittel-Kreislauf (10), der zumindest eine von einem Kältemittel (100) durchströmbare Hauptleitung (30), einen Kompressor (11), einen Verflüssiger (12), einen Verdampfer (13) und zumindest eine Expansionseinrichtung (14, 15) aufweist, wobei der Verflüssiger (12) mit einem ersten Kühlmittel-Kreislauf (21) und der Verdampfer (13) mit einem zweiten Kühlmittel-Kreislauf (22) koppelbar ist. Der Verdampfer (13) des Kältemittel-Kreislaufs (10) ist über eine Bypassleitung (33) kältemittelseitig umgehbar.

Description

B E S C H R E I B U N G
Heiz-/Kühlsystem für Fahrzeuge und Verfahren zum Betreiben eines Heiz-/Kühlsystems für Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein Heiz-/Kühlsystem für Fahrzeuge vom Wärmepumpentyp sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Heiz- /Kühlsystems.
Derartige Heiz-/Kühlsysteme sind in verschiedenen Ausführungen bekannt, wobei ein Kältemittelkreis als Wärmepumpe und/oder als Kältemaschine betrieben werden kann. Hierzu umfasst der Kältemittelkreis zumindest einen Kompressor, einen Verflüssiger, einen Verdampfer und eine Expansionseinrichtung. Der wesentliche Vorteil eines solchen Heiz-/Kühlsystems liegt in der Möglichkeit einer Verschaltung und Nutzbarmachung der einzelnen Wärmequellen und Wärmesenken eines Fahrzeugs zum Beheizen oder zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums.
In Fahrzeugen der neuesten Generation, insbesondere Fahrzeuge mit einem reinen Elektroantrieb oder einem Hybridantrieb, stehen solche Wärmequellen und Wärmesenken jedoch nicht oder nur in geringem Maße für eine Temperierung des Fahrzeuginnenraums zur Verfügung. Dieser bauartbedingte Nachteil kann durch Umgebungseinflüsse weiter verstärkt werden, beispielsweise wenn ein Teil des Heiz-/Kühlsystems aufgrund extrem niedriger Außentemperaturen eingefroren ist und somit dem Heiz-/Kühlsystem nicht zur Verfügung steht. Darüber hinaus ist es bei solchen Fahrzeugen erforderlich, dass nicht nur der Fahrzeuginnenraum, sondern auch verschiedene Fahrzeugaggregate zum Einhalten eines bestimmten Temperaturbereichs beheizt oder gekühlt werden .
Bekannte Heiz-/Kühlsysteme stoßen daher bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen, insbesondere bei extrem hohen oder extrem niedrigen Temperaturen, schnell an ihre Grenzen .
Die DE 44 10 057 C2 beschreibt einen Wärmepumpen-Kreislauf, bei dem ein Kältemittel in einem Verdampfer Wärme von einem Luftstrom aufnehmen und in einem Verflüssiger Wärme an einen Luftstrom abgeben kann . Der Wärmepumpen-Kreislauf weist einen Bypass um den Verflüssiger auf, so dass bei sehr niedrigen Außentemperaturen zum Abtauen eines eingefrorenen Verdampfers das Kältemittel als Heißgas von einem Kompressor direkt in den Verdampfer geleitet werden kann. Der Verflüssiger wird hierbei durch den Bypass vollständig überbrückt.
Die WO 2012 075 975 AI beschreibt eine Heiz-/Kühleinrichtung mit einem Kältemittel-Kreislauf, der über einen Verflüssiger und über einen Verdampfer jeweils mit einem separat ausgebildeten Kühlmittel kreislauf in einem Wärmeaustausch steht. Die Kühlmittel kreisläufe wirken mit weiteren Wärmetauschern des Fahrzeugs zusammen und können für eine optimale Verschaltung der Wärmequellen und Wärmesenken eines Fahrzeuges miteinander verbunden werden. Die WO 2012 / 084 175 AI beschreibt eine Klimaanlage für Elektrofahrzeuge mit einem Kältemittelkreis, der zwei luftüberströmte Wärmetauscher aufweist und über einen dritten Wärmetauscher mit einem separaten Fluidkreis koppelbar ist. Der Fluidkreis steht mit einer Wärmequelle des Fahrzeugs, insbesondere einer Batterie, in einem Wärmeaustausch und weist eine Zusatzheizung auf. Nachteilig an den vorgenannten Systemen ist, dass in einem Abtaubetrieb, beispielsweise zum Abtauen des Verdampfers, an dem Verflüssiger des Kältemittelkreises Wärme, zum Beispiel für die Beheizung eines Fahrzeuginnenraums, nicht bereitgestellt werden kann. Daher ist bei solchen Systemen eine Zusatzheizung erforderlich, die jedoch einen erhöhten Energieverbrauch und dadurch eine geringere Reichweite des Fahrzeugs verursacht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Heiz-/Kühlsystem bereitzustellen, das in Fahrzeugen mit einem Elektromotor und/oder Verbrennungsmotor auch bei extremen Temperaturen eine effiziente und rasche Temperierung des Fahrzeuginnenraums sowie der Fahrzeugaggregate ohne eine separate Zusatzheizung bzw. Zusatzkühlung ermöglicht. Ferner soll ein Verfahren bereitgestellt werden, mit dem ein solches Heiz-/Kühlsystem betrieben werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Heiz- /Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
In bekannter Weise umfasst das Heiz-/Kühlsystem für ein Kraftfahrzeug einen Kältemittel-Kreislauf, insbesondere einen als Wärmepumpe und/oder Kältemaschine ausgebildeten Kältemittel-Kreislauf. Der Kältemittel-Kreislauf besteht vorzugsweise aus einer Hauptleitung, die von einem Kältemittel durchströmbar ist und die folgenden Komponenten eines Kältemittel-Kreislaufs miteinander verbindet: zumindest einen Kompressor, einen Verflüssiger bzw. Gaskühler, einen Verdampfer und eine Expansionseinrichtung bzw. ein Expansionsventil. Der Verflüssiger ist mit einem ersten Kühlmittel-Kreislauf und der Verdampfer mit einem zweiten Kühlmittel-Kreislauf koppelbar, so dass das Kältemittel des Kältemittel-Kreislaufs in dem Verflüssiger mit einem ersten Kühlmittel- Kreislauf und in dem Verdampfer mit einem zweiten Kühlmittel-Kreislauf in einem Wärmeaustausch stehen kann . Durch die Anordnung der Kühlmittel-Kreisläufe ist eine Erweiterung bzw. Ausdehnung des Heiz- /Kühlsystems auf sämtliche, auch weit voneinander entfernt liegende Wärmequellen und Wärmesenken eines Fahrzeugs ermöglicht. Dies ist insbesondere gegenüber Kältemittel-Kreisläufen mit luftüberströmten Wärmetauschern vorteilhaft. Somit können sämtliche in einem Fahrzeug angeordnete Wärmequellen und Wärmesenken in das Heiz-/Kühlsystem integriert bzw. thermisch miteinander vernetzt werden. Die einzelnen Kühlmittel-Kreisläufe können separat und/oder untereinander verbindbar ausgebildet sein, so dass sich weitere Verschaltungsmöglichkeiten ergeben . Ferner ermöglicht diese Anordnung, dass je nach Bedarf das Kältemittel entweder von einem ersten Kühlmittel-Kreislauf erwärmt und von dem zweiten Kühlmittel-Kreislauf gekühlt wird oder von beiden Kühlmittel-Kreisläufen gleichzeitig erwärmt bzw. gekühlt wird . Somit ist eine intensive und rasche Erwärmung bzw. Kühlung des Kältemittels möglich. Darüber hinaus ist vor dem Hintergrund der hohen Preise für Kältemittel ein weiterer Vorteil, dass die Kältemittelmenge relativ gering gehalten werden kann. Ferner kann die Anzahl der Problemstellen eines Kältemittel-Kreislaufs minimiert werden, insbesondere kann die Anzahl möglicher Leckagestellen verringert und Hochdruckbereiche verkleinert werden .
Erfindungsgemäß ist der Verdampfer des Kältemittel-Kreislaufs von dem Kältemittel umgehbar. Dadurch kann der Verdampfer in dem Kältemittel- Kreislauf vollständig überbrückt werden und folglich die Wärmeübertragung in dem Verdampfer funktionslos geschaltet werden .
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass bei sehr niedrigen Außentemperaturen, insbesondere Temperaturen niedriger als -5 °C, der Kältemittelstrom des Kältemittel-Kreislaufs in eine „Kurzkreis-Schaltung" gebracht werden kann, in der das Kältemittel fortwährend den Kompressor und den Verflüssiger durchströmt, nicht aber den Verdampfer. Dadurch erfolgt in dem Verdampfer keine Wärmeübertragung von dem Kühlmittel zumindest des zweiten Kühlmittel-Kreislauf auf das Kältemittel oder umgekehrt. Vorzugsweise kann das Kältemittel in dem Kompressor stetig Wärme aufnehmen, insbesondere von dem elektrischen Antrieb des Kompressors. Die von dem Kältemittel aufgenommene Wärme kann in dem Verflüssiger an den ersten Kühlmittel-Kreislauf abgegeben werden. Das Kühlmittel des ersten Kühlmittel-Kreislaufs kann somit bis zu einer bestimmten Höchsttemperatur erwärmt werden. Das abgekühlte Kältemittel wird wiederum direkt zu dem Kompressor geleitet, in dem das Kältemittel wieder erwärmt wird. Durch diese „Kurzkreis-Schaltung" kann eine ausreichend hohe Temperatur beispielsweise zur (Vor-)Beheizung des Fahrzeuginnenraums oder eines Fahrzeugaggregats bereitgestellt werden, unabhängig von dem zweiten Kühlmittelstrom.
Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit einer vollständigen Abkopplung des zweiten Kühlmittel-Kreislaufs von dem Kältemittel-Kreislauf. Dabei kann der zweite Kühlmittel-Kreislauf bei sehr niedrigen Außentemperaturen vollständig funktionslos geschaltet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der zweite Kühlmittel-Kreislauf mit einem Wärmetauscher in Verbindung steht, der aufgrund der sehr niedrigen Temperaturen nicht funktionsfähig bzw. eingefroren ist. Beispielsweise kann das Kühlmittel des zweiten Kühlmittel-Kreislaufs in einem Aggregat-Wärmetauscher, beispielsweise einer Batterie, Wärme aufnehmen und in einem vereisten Umgebungs-Wärmetauscher abgeben. Dadurch kann der zweite Kühlmittel-Kreislauf als ein eigenständiger bzw. separat ausgebildeter Heiz-Kreislauf betrieben werden. Ferner kann der Kältemittel-Kreislauf zur Energieeinsparung durch die Abkopplung des zweiten Kühlmittel- Kreislaufs bei Bedarf von dem Kältemittel-Kreislauf vollständig funktionslos geschaltet werden.
Vorzugsweise weist der Kältemittel-Kreislauf eine Umgehungsleitung zur Umgehung des Verdampfers auf. Dadurch kann der Verdampfer und ein Teil der Hauptleitung des Kältemittel-Kreislaufs überbrückt werden. Das Kältemittel des Kältemittel-Kreislaufs kann hierbei an dem Verdampfer und dem Teil der Hauptleitung parallel vorbei geleitet werden. Die Umgehungsleitung kann zwischen einer zu dem Verdampfer hin führenden Leitung und einer von dem Verdampfer weg führenden Leitung angeordnet sein, insbesondere zweigt die Umgehungsleitung an einer Zuströmseite des Verdampfers von der Hauptleitung ab und mündet an einer Abströmseite des Verdampfers in die Hauptleitung. Folglich kann der Kältemittelstrom stromaufwärts des Verdampfers von der Hauptleitung in die Umgehungsleitung abgezweigt und stromabwärts des Verdampfers wieder in die Hauptleitung geleitet werden, ohne den Verdampfer zu durchströmen.
Der Kältemittel-Kreislauf kann ein Steuerventil zum selektiven Lenken des Kältemittelstroms zu der Umgehungsleitung und/oder zu dem Verdampfer aufweisen. Das Steuerventil kann innerhalb der Umgehungsleitung und/oder in der Eingangsleitung des Verdampfers und/oder Ausgangsleitung des Verdampfers angeordnet sein. Bevorzugt ist das Steuerventil in der stromaufwärts des Verdampfers befindlichen Eingangsleitung des Verdampfers angeordnet. Das Steuerventil ist als ein Abzweigventil mit einer Sperrfunktion ausgebildet, beispielsweise ein Drei-Zwei-Wege-Ventil oder eine Kombination aus zwei Zwei-Wege- Ventilen. Es bleibt dabei dem Fachmann überlassen, durch Kombination verschiedener Ventile den Kältemittelstrom entweder durch den Verdampfer oder durch die Umgehungsleitung zu leiten. Das Steuerventil kann auch geeignet sein, den Kältemittelstrom zu einem Teil in die Umgehungsleitung und zu einem anderen Teil in den Verdampfer zu leiten. Dadurch kann die„Kurzkreis-Schaltung" des Kältemittelstroms je nach Bedarf stufenlos zugeschaltet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Kältemittel-Kreislauf einen Motor-Wärmetauscher auf, insbesondere einen Wärmetauscher des Kompressormotors. Der Motor-Wärmetauscher kann hochdruckseitig oder niederdruckseitig angeordnet sein, vorzugsweise befindet sich der Motor- Wärmetauscher niederdruckseitig innerhalb des Kompressorgehäuses unmittelbar an dem Kompressormotor. Dadurch kann die an dem Motor des Kompressors, insbesondere einem Elektromotor, entstehende Abwärme unmittelbar an den Kältemittelstrom abgegeben werden, sobald der Kompressor eingeschaltet ist, das heißt sobald der Kältemittel- Kreislauf aktiviert ist. Dadurch ist eine dauerhafte Wärmeübertragung von dem Kompressormotor zu dem Kältemittel möglich. Eine zusätzliche Beheizung des Kältemittels ist nicht erforderlich. Das Kältemittel kann dadurch auch bei extrem niedrigen Außentemperaturen und einer daraus resultierenden nicht effektiven Wärmeübertragung an dem Verdampfer ausreichend erwärmt werden. Gleichzeitig wird der Kompressormotor auf diese Weise gekühlt. Alternativ kann der elektromotorisch angetriebene Kompressor in bekannter Art und Weise saugdampfgekühlt ausgeführt sein.
Vorzugsweise weist der Kältemittel-Kreislauf eine Drossel auf, die stufenlos verstellbar ist. Die Drossel ist bevorzugt in der Hauptleitung stromaufwärts des Verdampfers vor der Abzweigung in die Umgehungsleitung angeordnet, insbesondere kann die Drossel zwischen einem inneren Wärmetauscher des Kältemittel-Kreislaufs und einem Abzweigventil der Umgehungsleitung angeordnet sein. Der Motor- Wärmetauscher kann auch der Elektromotor des Kompressors selbst sein. Vorzugsweise ist eine einzige Drossel der Umgehungsleitung des Verdampfers wie auch dem Verdampfer selbst zuordenbar, wodurch sowohl eine Regelung der Betriebsdrücke im Kühlbetrieb als auch im Extrem-Heizbetrieb realisiert wird (z. B. Hochdruck, Niederdruck im Bypassbetrieb). Alternativ kann eine weitere Drossel auch innerhalb der Umgehungsleitung angeordnet sein. Dadurch kann der in der Umgehungsleitung vorherrschende Druck des Kältemittels mittels der Drossel eigenständig stufenlos eingestellt werden. Die Drossel kann in Bezug auf Drosselquerschnitt und/oder Öffnungszeit variabel ausgebildet sein. Dadurch sind die Betriebsdrücke durch Variation des Öffnungsquerschnitts der Drossel bzw. Öffnungszeit der Drossel derart einstellbar, dass die größtmögliche Effizienz des Kältemittelkreises in allen Betriebszuständen sichergestellt ist.
Vorzugsweise weist der Kältemittel-Kreislauf einen inneren Kältemittel- Wärmetauscher auf, der beidseitig mit dem Kältemittel des Kältemittel- Kreislaufs gekoppelt ist. Der innere Kältemittel-Wärmetauscher ist in dem Kältemittel-Kreislauf hochdruckseitig bevorzugt zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer und niederdruckseitig zwischen einem Sammelbehälter und dem Kompressor angeordnet. Dadurch kann der Kältemittel-Kreislauf zusätzlich in eine selbstverstärkende Verschaltung gebracht werden, in der das Kältemittel in einem bestimmten Bereich des Kältemittel-Kreislaufs, nämlich im Wärmepumpenbetrieb stromabwärts des Verflüssigers und im Kälteanlagenbetrieb stromabwärts des Verdampfers, Wärme an das Kältemittel in einem anderen Bereich des Kältemittel-Kreislaufs übertragen kann, nämlich im Wärmepumpenbetrieb an das Kältemittel stromabwärts des Verdampfers und im Kälteanlagenbetrieb stromabwärts des Verflüssigers. An einer Eingangsseite des inneren Kältemittel-Wärmetauschers und an einer Ausgangsseite des inneren Kältemittel-Wärmetauschers ist vorzugsweise jeweils ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur des in den bzw. aus dem inneren Kältemittel-Wärmetauscher strömenden Kältemittels angeordnet. Dadurch kann eine Temperaturdifferenz zwischen dem in den Kältemittel-Wärmetauscher einströmenden und dem aus dem Kältemittel-Wärmetauscher ausströmenden Kältemittel erfasst werden. Die Temperaturdifferenz kann für die Regelung des Kompressors und/oder des Steuerventils zum Leiten des Kältemittelstroms durch die Umgehungsleitung und/oder durch den Verdampfer genutzt werden. Somit kann insbesondere eine Überhitzung des durch die Umgehungsleitung geleiteten Kältemittels am Eintritt in den Kompressor sichergestellt werden. Alternativ kann eine Regelung der Temperaturdifferenz niederdruckseitig über den inneren Wärmetauscher durch den in den Verflüssiger geleiteten Kühlmittelvolumenstroms des ersten Kühlmittel-Kreislaufs mittels der Kühlmittel-Pumpe des ersten Kühlmittelkreises erfolgen. In einer Ausgestaltung weist der Kältemittel-Kreislauf einen Sammelbehälter auf, der als ein Speicher, insbesondere als ein Puffer- Speicher, ausgebildet sein kann. Der Sammelbehälter ist vorzugsweise stromabwärts des Verdampfers zwischen einem Umschaltventil und einem inneren Wärmetauscher des Kältemittel-Kreislaufs angeordnet.
Der Kältemittel-Kreislauf kann ein Umschaltventil, insbesondere ein Vier- Wege-Ventil, zur Umkehrung der Strömungsrichtung in dem Kältemittel- Kreislauf aufweisen. Das Umschaltventil weist vorzugsweise zwei Eingänge und zwei Ausgänge auf. Dadurch kann das Umschaltventil zum Einen den Kältemittelstrom stromabwärts des Kompressors entweder in einem Wärmepumpenbetrieb, insbesondere Extrem-Heizbetrieb, zu dem Verflüssiger oder alternativ in einem Kälteanlagenbetrieb zu dem Verdampfer leiten und zum Anderen entweder in einem Wärmepumpenbetrieb den Kältemittelstrom stromabwärts des Verdampfers bzw. stromabwärts der Umgehungsleitung zu einem Sammelbehälter oder in einem Kälteanlagenbetrieb den Kältemittelstrom stromaufwärts des Verdampfers zu einem Sammelbehälter leiten. Dadurch ist der Kältemittel-Kreislauf zu einer Wärmepumpe oder zu einer Kälteanlage schaltbar. In einem Wärmepumpenbetrieb nimmt das Kältemittel in dem Verdampfer Wärme von dem zweiten Kühlmittel- Kreislauf auf und gibt in dem Verflüssiger Wärme an den ersten Kühlmittel-Kreislauf ab. In einem Kühlbetrieb sind die Strömungsrichtung des Kältemittels in dem Kältemittel-Kreislauf sowie die Funktionsweise der Wärmetauscher, insbesondere des Verflüssigers und des Verdampfers, umgekehrt. So wird der Verdampfer als ein Verflüssiger und der Verflüssiger als ein Verdampfer betrieben. Dadurch nimmt das Kältemittel in dem ehemals als Verflüssiger und nun als Verdampfer wirkenden Wärmetauscher Wärme von dem ersten Kühlmittel-Kreislauf auf und gibt in dem ehemals als Verdampfer und nun als Verflüssiger betriebenen Wärmetauscher Wärme an den zweiten Kühlmittel-Kreislauf ab.
Vorzugsweise weisen der erste Kühlmittel-Kreislauf und/oder der zweite Kühlmittel-Kreislauf jeweils einen Fahrzeug-Innenraum-Wärmetauscher auf. Der Innenraum-Wärmetauscher des ersten und/oder zweiten Kühlmittel-Kreislaufs ist über den Verflüssiger und/oder den Verdampfer mit dem Kältemittel-Kreislauf thermisch koppelbar. Der Innenraum- Wärmetauscher wird vorzugsweise von in den Fahrzeuginnenraum strömender Frischluft überströmt, so dass die überströmende Frischluft mittels eines oder mittels beider Innenraum-Wärmetauscher beheizt oder gekühlt werden kann. Alternativ kann anstatt Frischluft teilweise oder vollständig Luft des Fahrzeuginnenraums durch Rezirkulation (Umluftbetrieb) mittels Innenraumwärmetauscher geheizt oder gekühlt werden, woraus sich eine Reduktion der für die Klimatisierung ergebenden Leistungsaufnahme ergibt. Die Innenraum-Wärmetauscher sind bevorzugt in Reihe geschaltet, so dass ein verstärkender Effekt hinsichtlich der Temperierung möglich ist. Vorzugsweise sind die Innenraum-Wärmetauscher jeweils über eine Zuleitung und eine stufenlos einstellbare Ventileinrichtung mit dem entsprechenden Kühlmittel-Kreislauf koppelbar, so dass der Kühlmittelstrom den Innenraum-Wärmetauscher nur bei Bedarf durchströmt. Bei sehr niedrigen Temperaturen und der erfindungsgemäßen Verschaltung des Kältemittelstroms in die Umgehungsleitung kann der Innenraum- Wärmetauscher allein auf den ersten Kühlmittel-Kreislauf geschaltet sein. Dabei nimmt das Kühlmittel des ersten Kühlmittel-Kreislaufs in dem Verflüssiger des Kältemittel-Kreislaufs und/oder in einem Aggregat- Wärmetauscher Wärme auf, die in dem Innenraum-Wärmetauscher zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums abgegeben wird. Sobald der zweite Kühlmittel-Kreislauf, beispielsweise infolge entstehender Abwärme im Fahrbetrieb, zur Wärmeübertragung für eine Beheizung des Fahrzeuginnenraums betriebsbereit ist, kann auch der zweite Kühlmittel- Kreislauf für eine Wärmeübertragung mit dem Heiz-/Kühlmodul thermisch über den Verdampfer kommunizieren und aufgenommene Abwärme über den Verdampfer an das Kältemittel sukzessive abgeben. Die Umgehung des Verdampfers kältemittelseitig kann dabei vollständig oder teilweise geschlossen werden.
Der erste Kühlmittel-Kreislauf und/oder der zweite Kühlmittel-Kreislauf können zumindest einen Aggregat-Wärmetauscher aufweisen. Der Aggregat-Wärmetauscher des ersten und/oder zweiten Kühlmittel- Kreislaufs ist über den Verflüssiger und/oder den Verdampfer mit dem Kältemittel-Kreislauf thermisch koppelbar. Unter einem Aggregat- Wärmetauscher ist ein Wärmetauscher eines jeden Fahrzeugaggregats, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, eines Elektromotors, eines Generators, einer Batterie oder einer Bremsanlage des Fahrzeuges, zu verstehen. Ein Aggregat kann dabei der Antriebsmotor des Fahrzeuges und/oder ein Motor eines Fahrzeugaggregats sein. Ferner kann das Aggregat eine Zusatzheizung, beispielsweise ein PTC-Heizer sein. Vorzugsweise stehen sämtliche Aggregate eines Fahrzeuges für einen Wärmeaustausch mit dem Heiz-/Kühlsystem in Verbindung. Dadurch kann der jeweilige Kühlmittelstrom über den Aggregat-Wärmetauscher Wärme von dem Aggregat aufnehmen und/oder an das Aggregat abgeben. Vorzugsweise ist der Aggregat-Wärmetauscher über eine Zuleitung und eine stufenlos einstellbare Ventileinrichtung mit dem Kühlmittel-Kreislauf koppelbar, so dass der Kühlmittelstrom nur bei Bedarf in den jeweiligen Aggregat-Wärmetauscher geleitet wird. Dadurch kann das Aggregat mittels des jeweiligen Kühlmittel-Kreislaufs auch temporär gekühlt oder beheizt werden, so dass das jeweilige Aggregat in einen optimalen Betriebstemperaturbereich gehalten werden kann. Für eine Kühlung beispielsweise der Batterie nimmt vorzugsweise das Kühlmittel des zweiten Kühlmittel-Kreislaufs beim Durchströmen des Batterie-Wärmetauschers von der Batterie Wärme auf und gibt die Wärme in dem Verdampfer an den Kältemittel-Kreislauf ab. Der Kältemittel-Kreislauf ist hierbei zu dem Verdampfer geleitet, so dass der Kältemittel-Kreislauf Wärme von dem zweiten Kühlmittel-Kreislauf aufnehmen kann. Alternativ kann für eine Erwärmung des Fahrzeuginnenraums der Kältemittelstrom durch die Kältemittel- Umgehungsleitung geleitet sein, so dass der Verdampfer von dem Kältemittel nicht durchströmt wird. In dieser Schaltung steht der zweite Kühlmittel-Kreislauf mit dem Kältemittel-Kreislauf nicht in einem Wärmeaustausch und wird daher von dem Kältemittel-Kreislauf auch nicht gekühlt. Das von einem Aggregat, beispielsweise einer Batterie erwärmte Kühlmittel des zweiten Kühlmittel-Kreislaufs kann bei sehr niedrigen Temperaturen Wärme für eine Enteisung eines Umgebungs- Wärmetauschers bereitstellen. Der Kältemittel-Kreislauf kann dabei funktionslos geschaltet sein oder im Extrem-Heizbetrieb unter kältemittelseitiger Umgehung des Verdampfers betrieben werden. Vorzugsweise weisen der erste Kühlmittel-Kreislauf und/oder der zweite Kühlmittel-Kreislauf einen Umgebungs-Wärmetauscher auf. Der Umgebungs-Wärmetauscher des ersten und/oder zweiten Kühlmittel- Kreislaufs ist über den Verflüssiger und/oder den Verdampfer mit dem Kältemittel-Kreislauf thermisch koppelbar. Der Umgebungs- Wärmetauscher kann als ein bekannter Frontend-Wärmetauscher eines Fahrzeuges ausgebildet sein, so dass der jeweilige Kühlmittel-Kreislauf in vorteilhafter Weise Wärme an die Umgebung abgeben oder von der Umgebung aufnehmen kann. Zusätzlich kann der Kühlmittel-Kreislauf eine separat ausgebildete Kühlungseinrichtung aufweisen, beispielsweise einen Ventilator. Vorzugsweise ist die Kühlungseinrichtung ebenfalls an einem Frontend des Fahrzeugs angeordnet. Dadurch kann das Kühlmittel zur Kühlung des Motors Wärme von dem Motor aufnehmen und in dem Umgebungs-Wärmetauscher an die Umgebung oder über den Innenraum- Wärmetauscher an den Innenraum abgeben. Vorzugsweise ist der Umgebungs-Wärmetauscher über eine Zuleitung und eine stufenlos einstellbare Ventileinrichtung mit dem Kühlmittel-Kreislauf koppelbar, so dass der Kühlmittelstrom nur bei Bedarf in den Umgebungs- Wärmetauscher geleitet wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die Kühlungseinrichtung leistungsregelbar.
In einer Ausgestaltung sind der erste Kühlmittel-Kreislauf und der zweite Kühlmittel-Kreislauf zu einem Gesamt-Kühlmittel-Kreislauf verschaltet. Dadurch kann eine optimale Verschaltung der Wärmequellen und Wärmesenken eines Fahrzeugs erfolgen. Ferner ist für den Kühlmittelstrom lediglich ein Kühlmittel-Pumpe erforderlich.
Erfindungsgemäß ist in einem Verfahren zum Betreiben eines Heiz- /Kühlsystems vorgesehen, dass in einem Normal-Heizmodus das Steuerventil in eine erste Schaltposition geschaltet wird, so dass der Kältemittelstrom in der Reihenfolge durch den Kompressor, den Verflüssiger, die Expansionseinrichtung, insbesondere ein Rückschlagventil und eine Drossel, und den Verdampfer befördert wird. In einem Extrem-Heizmodus wird das Steuerventil in eine zweite Schaltposition geschaltet, so dass der Kältemittelstrom in der Reihenfolge durch den Kompressor, den Verflüssiger, die Expansionseinrichtung und die Umgehungsleitung befördert wird, so dass der Kältemittelstrom den Verdampfer umgeht. Der Kältemittelstrom wird insbesondere von der Eingangsseite des Verdampfers zu der Ausgangsseite des Verdampfers befördert, ohne den Verdampfer zu durchströmen. Dabei nimmt der Kältemittelstrom in dem Extrem-Heizmodus vorzugsweise allein von dem Kompressor, insbesondere dem Kompressormotor, Wärme auf und gibt die Wärme über den Verflüssiger an den ersten Kühlmittel-Kreislauf ab. Der zweite Kühlmittel-Kreislauf kann hierbei funktionslos geschaltet sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens zum Betreiben eines Heiz-/Kühlsystems ist zusätzlich vorgesehen, dass in einem Normal-Heizmodus ein Umschaltventil in eine erste Schaltposition geschaltet wird, so dass der Kältemittelstrom von dem Kompressor durch das Umschaltventil zu dem Verflüssiger und ein Gegenstrom des Kältemittels von dem Verdampfer durch das Umschaltventil zu dem Kompressor befördert werden. In einem Extrem-Heizmodus wird das Umschaltventil ebenfalls in die erste Schaltposition geschaltet, so dass der Kältemittelstrom hierbei von dem Kompressor durch das Umschaltventil zu dem Verflüssiger und ein Gegenstrom des Kältemittels von der Umgehungsleitung durch das Umschaltventil zu dem Kompressor befördert werden. In einem zusätzlichen Kühlmodus wird das Umschaltventil in eine zweite Schaltposition geschaltet, so dass der Kältemittelstrom in der Reihenfolge durch den Kompressor, das Umschaltventil, den Verdampfer, die Expansionseinrichtung, insbesondere ein Rückschlagventil und eine Drossel, den Verflüssiger und erneut durch das Umschaltventil zu dem Kompressor befördert wird. Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens zum Betreiben eines Heiz-/Kühlsystems ist zusätzlich vorgesehen, dass dem Kältemittel kreislauf ein innerer Kältemittel-Wärmetauscher zugeordnet wird . Dadurch kann in dem Kältemittel-Wärmetauscher in dem Normal- Heizmodus der von dem Verflüssiger zu dem Verdampfer strömende Kältemittelstrom Wärme an den von dem Verdampfer zu dem Kompressor strömenden Kältemittelstrom abgeben, in dem Extrem- Heizmodus der von dem Verflüssiger zu dem Verdampfer strömende Kältemittelstrom Wärme an den von der Umgehungsleitung zu dem Kompressor strömenden Kältemittelstrom abgeben, und in dem Kühlmodus der von dem Verdampfer zu dem Verflüssiger strömenden Kältemittelstrom Wärme an den von dem Verflüssiger zu dem Kompressor strömende Kältemittelstrom abgeben .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens zum Betreiben eines Heiz-/Kühlsystems ist zusätzlich vorgesehen, dass dem Kältemittel kreislauf ein Sammelbehälter zugeordnet wird, so dass in dem Normal-Heizmodus der von dem Verdampfer zu dem Kompressor strömende Kältemittelstrom in dem Sammelbehälter zwischengespeichert wird, in dem Extrem-Heizmodus der von der Umgehungsleitung zu dem Kompressor strömende Kältemittelstrom in dem Sammelbehälter zwischengespeichert wird, und in dem Kühlmodus der von dem Verflüssiger zu dem Kompressor strömende Kältemittelstrom in dem Sammelbehälter zwischengespeichert wird .
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Heiz- /Kühlsystems dargestellt und nachfolgend beschrieben : Figur 1 zeigt einen Kältemittel-Kreislauf in einem Normal-Heizbetrieb, Figur 2 zeigt einen Kältemittel-Kreislauf in einem Extrem-Heizbetrieb, Figur 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Kältemittel-Kreislaufs in dem Extrem-Heizbetrieb,
Figur 4 zeigt einen Kältemittel-Kreislauf in einem Kühlbetrieb, und
Figur 5 zeigt eine Ausgestaltung eines Kühlmittel-Kreislaufs.
In den Figuren 1 bis 4 ist jeweils ein Kältemittel-Kreislauf 10 des Heiz- /Kühlsystems 1 zum Temperieren eines nicht dargestellten Fahrzeuginnenraums und/oder der nicht näher dargestellten Fahrzeugaggregate gezeigt. Unter Temperieren ist dabei ein Beheizen und/oder Kühlen zu verstehen. Die Steuerung bzw. Regelung des Kältemittel-Kreislaufs 10 sowie der Kühlmittel-Kreisläufe 21 , 22 erfolgt über ein nicht dargestelltes Steuergerät mit dazugehörigen Sensoren, Aktuatoren und elektrischen Anschlüssen . Der Kältemittel-Kreislauf 10 ist von einem Kältemittel 100 durchströmbar und umfasst insbesondere einen Kompressor 1 1, ein Umschaltventil 18 zur Umkehrung der Strömungsrichtung des Kältemittels 100, einen Verflüssiger 12 und einen Verdampfer 13. Der Kompressor 1 1 weist einen Kompressor-Antriebsmotor M mit einem Motor-Wärmetauscher 20 auf. Über den Motor-Wärmetauscher 20 kann Abwärme des Motors M an den Kältemittelstrom 100 abgegeben werden . Dazu ist der Motor- Wärmetauscher 20 von dem Kältemittel 100 durchströmbar und kann über ein Ventil 20a dem Kältemittel-Kreislauf 10 zugeordnet werden . Zur Druckregulierung des Kältemittel-Kreislaufs 10 sind Expansionseinrichtungen 14, 15 vorgesehen . Die Expansionseinrichtung 14, 15 ist vorliegend als zumindest eine Drossel 14b, 15b, 15d mit einem parallel geschalteten Rückschlagventil 14a, 15a, 15c ausgebildet. Ferner ist ein innerer Kältemittel-Wärmetauscher 19 vorgesehen, der mit einer ersten Durchströmseite stromabwärts des Verflüssigers 12 zwischen den zwei Expansionseinrichtungen 14, 15 und mit einer zweiten Durchströmseite stromabwärts des Verdampfers 13 zwischen einem Sammelbehälter 17 und dem Kompressor 1 1 in dem Kältemittel-Kreislauf 10 angeordnet ist.
Ein erster Kühlmittel-Kreislauf 21 ist von einem ersten Kühlmittelstrom 210 durchströmbar und steht über den Verflüssiger 12 mit dem Kältemittel-Kreislauf 10 in einem Wärmeaustausch. Dazu wird der Verflüssiger 12 sowohl von dem Kältemittel 100 als auch von dem Kühlmittel 210 durchströmt. Der erste Kühlmittel-Kreislauf 21 dient zum Temperieren des Fahrzeuginnenraums. Dazu weist der erste Kühlmittel- Kreislauf 21 einen Innenraum-Wärmetauscher 26 auf.
Ein zweiter Kühlmittel-Kreislauf 22 ist von einem zweiten Kühlmittelstrom 220 durchströmbar und steht über den Verdampfer 13 mit dem Kältemittel-Kreislauf 10 in einem Wärmeaustausch. Dazu wird der Verdampfer 13 sowohl von dem Kältemittel 100 als auch von dem Kühlmittel 220 durchströmt. Der zweite Kühlmittel-Kreislauf 22 dient zum Temperieren zumindest eines Fahrzeugaggregats. Dazu weist der zweite Kühlmittel-Kreislauf 22 zumindest einen Aggregat-Wärmetauscher 24 auf. Zudem ist in dem zweiten Kühlmittel-Kreislauf 22 ein nicht näher dargestellter Umgebungs-Wärmetauscher 25 angeordnet, über den der Kühlmittelstrom 220 Wärme aufnehmen oder abgeben kann .
In der Figur 1 ist der Kältemittel-Kreislauf 10 in einem Normal- Heizbetrieb gezeigt. Der Normal-Heizbetrieb ist für eine normale bzw. nicht-übermäßige Temperierung des Fahrzeuginnenraums insbesondere bei Umgebungstemperaturen von -5°C bis +20°C vorgesehen.
In dem Normal-Heizbetrieb wird der Kältemittel-Kreislauf 10 als Wärmepumpe 50 in der bekannten Weise betrieben. Dazu wird das Kältemittel 100 von der Hochdruckseite des Kompressors 11 über das Umschaltventil 18, das in eine erste Schaltposition 181 geschaltet ist, zu dem Verflüssiger 12 befördert. In dem Verflüssiger 12 kann das Kältemittel 100 Wärme an den ersten Kühlmittel-Kreislauf 21 abgeben. Die von dem ersten Kühlmittel 210 aufgenommene Wärme wird zu dem Innenraum-Wärmetauscher 26 befördert und kann dort an eine Luftströmung in den Fahrzeuginnenraum abgegeben werden .
Das über den Verflüssiger 12 abgekühlte Kältemittel 100 wird über das Rückschlagventil 14a der Expansionseinrichtung 14 zu dem inneren Wärmetauscher 19 befördert, über den das Kältemittel 100 weitere Wärme an einen Gegenstrom des Kältemittels 100 abgeben kann. Anschließend wird das Kältemittel 100 zu der Drossel 15b der Expansionseinrichtung 15 befördert, die eine Druckminderung des Kältemittels 100 bewirkt. Stromabwärts der Drossel 15b gelangt das Kältemittel 100 zu dem Steuerventil 16, das in eine erste Schaltposition 161 geschaltet ist, um das Kältemittel 100 zu dem Verdampfer 13 zu leiten. In dem Verdampfer 13 kann das Kältemittel 100 Wärme von dem zweiten Kühlmittel-Kreislauf 22 aufnehmen . Die benötigte Wärme des zweiten Kühlmittelstroms 220 kann beispielsweise über den Aggregat- Wärmetauscher 24 bereitgestellt werden.
Das in dem Verdampfer 13 erwärmte Kältemittel 100 gelangt sodann über das Umschaltventil 18 in einen Sammelbehälter 17, in dem das Kältemittel 100 für eine gewisse Zeit gespeichert werden kann . Aus dem Sammelbehälter 17 kann das zwischengespeicherte Kältemittel 100 wiederum heraus gefördert werden und über den sich anschließenden inneren Wärmetauscher 19 Wärme von dem Kältemittel-Gegenstrom aufnehmen. Das Kältemittel 100 wird sodann über ein Ventil 20a zu dem Motor-Wärmetauscher 20 geleitet sein, über den das Kältemittel 100 weitere Wärme aufnehmen kann . Durch den Kompressor 11 wird das Kältemittel 100 wieder der Hochdruckseite des Kompressors zugeführt. In der Figur 2 ist der Kältemittel-Kreislauf 10 des Heiz-/Kühlsystems 1 in einem Extrem-Heizbetrieb gezeigt. Der Extrem-Heizbetrieb ist für eine energiesparende Temperierung des Fahrzeuginnenraums bei Umgebungstemperaturen von -5°C bis +20°C oder für eine normale Temperierung des Fahrzeuginnenraums insbesondere bei extrem niedrigen Umgebungstemperaturen unterhalb -5°C vorgesehen .
In dem Extrem-Heizbetrieb wird der Kältemittel-Kreislauf 10 als Wärmepumpe 50 betrieben, jedoch wird das Kältemittel 100 nicht durch den Verdampfer 13, sondern durch eine Umgehungsleitung 33 zur Umgehung des Verdampfers 13 befördert. Hierzu ist das Steuerventil 16 in eine zweite Schaltposition 162 geschaltet, in der das Steuerventil 16 den Kältemittelstrom 100 in die Umgehungsleitung 33 leitet. Der Kältemittel-Kreislauf 10 umfasst somit in dem Extrem-Heizbetrieb als wärmeaustauschende Komponenten lediglich den Kompressor 11 und den Verflüssiger 12. Die in dem Verflüssiger 12 von dem ersten Kühlmittel 210 aufgenommene Wärme wird zu dem Innenraum-Wärmetauscher 26 befördert und kann dort zur Temperierung an eine Luftströmung in den Fahrzeuginnenraum abgegeben werden .
Das Kältemittel 100 wird in dem in Figur 2 gezeigten Extrem-Heizbetrieb von der Hochdruckseite des Kompressors 1 1 über das Umschaltventil 18, das in die erste Schaltposition 181 geschaltet ist, zu dem Verflüssiger 12 befördert, über den das Kältemittel 100 Wärme an den ersten Kühlmittel- Kreislauf 21 abgeben kann . Die von dem ersten Kühlmittel 210 aufgenommene Wärme wird zu dem Innenraum-Wärmetauscher 26 befördert und kann dort an eine Luftströmung in den Fahrzeuginnenraum abgegeben werden . Das über den Verflüssiger 12 abgekühlte Kältemittel 100 wird über das Rückschlagventil 14a der Expansionseinrichtung 14 zu dem inneren Wärmetauscher 19 befördert, über den das Kältemittel 100 weitere Wärme an den Gegenstrom des Kältemittels 100 abgeben kann. Anschließend wird das Kältemittel 100 zu der Drossel 15b der Expansionseinrichtung 15 befördert, die eine Druckminderung des Kältemittels 100 bewirkt. Stromabwärts der Drossel 15b gelangt das Kältemittel 100 zu dem Steuerventil 16, das in eine zweite Schaltposition 162 geschaltet ist, um das Kältemittel 100 in die Umgehungsleitung 33 zu leiten . Das Kältemittel 100 durchströmt folglich nicht den Verdampfer 13 und nimmt somit über den Verdampfer 13 auch keine Wärme von dem zweiten Kühlmittel-Kreislauf 22 auf. Der zweite Kühlmittel-Kreislauf 22 kann daher funktionslos geschaltet sein oder einen eigenen Wärmepumpen-Kreislauf darstellen . Im letzteren Fall kann das zweite Kühlmittel 220 in einem Aggregat-Wärmetauscher 24 Wärme aufnehmen und beispielweise an einen eingefrorenen Umgebungs-Wärmetauscher 25 zum Abtauen des Umgebungs-Wärmetauscher 25 wieder abgeben . Der zweite Kühlmittel-Kreislauf 22 steht hierzu mit dem Kältemittel-Kreislauf 10 vorteilhafterweise nicht in einem Wärmeaustausch.
Das Kältemittel 100 gelangt sodann über das Umschaltventil 18 in den Sammelbehälter 17, in dem das Kältemittel 100 für eine gewisse Zeit gespeichert werden kann. Aus dem Sammelbehälter 17 kann das zwischengespeicherte Kältemittel 100 wiederum von dem Kompressor 1 1 heraus gefördert werden und über den sich anschließenden inneren Wärmetauscher 19 Wärme von dem Kältemittel-Gegenstrom aufnehmen . Das Kältemittel 100 wird sodann über das Abzweigventil 20a zu dem Motor-Wärmetauscher 20 geleitet sein, über den das Kältemittel 100 weitere Wärme aufnehmen kann . Die Erwärmung kann unmittelbar durch ein Überströmen des Motor-Wärmetauschers 20 erfolgen. Der Motor M des Kompressors 11 wird dabei gekühlt. Durch den Kompressor 1 1 wird das Kältemittel 100 wieder der Hochdruckseite des Kompressors zugeführt. In der Figur 3 ist eine alternative Ausgestaltung des Kältemittel- Kreislaufs 10 des Heiz-/Kühlsystems 1 in dem Extrem-Heizbetrieb gezeigt. In dieser Ausgestaltung zweigt die Umgehungsleitung 33 in Strömungsrichtung vor der Expansionseinrichtung 15 von der Hauptleitung 30 ab. An der Abzweigung ist das Steuerventil 16 angeordnet, das in die zweite Schaltposition 162 geschaltet ist, so dass der Kältemittelstrom 100 in die Umgehungsleitung 33 geleitet wird . Innerhalb der Umgehungsleitung 33 ist eine Drossel 15d angeordnet. Dadurch erfolgt eine Druckminderung des Kältemittels 100 in der Umgehungsleitung 33. Das thermische Zusammenwirken bzw. die Wärmeleitung in dem Kältemittel-Kreislauf 10 dieser Ausgestaltung entspricht dem thermischen Zusammenwirken des in der Figur 2 gezeigten Kältemittel-Kreislaufs 10.
In der Figur 4 ist der Kältemittel-Kreislauf 10 in einem Kühlbetrieb gezeigt. Der Kühlbetrieb ist für eine normale Temperierung des Fahrzeuginnenraums insbesondere bei Umgebungstemperaturen zwischen +20°C und +30°C vorgesehen .
In dem Kühlbetrieb wird der Kältemittel-Kreislauf 10 als eine Kälteanlage 60 betrieben . Dazu wird das Kältemittel 100 von der Hochdruckseite des Kompressors 1 1 über das Umschaltventil 18, das in eine zweite Schaltposition 182 geschaltet ist und eine Strömungsumkehrung bewirkt, zu dem Verdampfer 13 geleitet, der im Kühlbetrieb als Verflüssiger fungiert. Das Kältemittel 100 gibt dabei Wärme über den Verdampfer 13 an den zweiten Kühlmittel-Kreislauf 22 ab. Die von dem zweiten Kühlmittel 220 aufgenommene Wärme wird zu dem Umgebungs- Wärmetauscher 25 befördert und kann dort an die Umgebung abgegeben werden . Das über den Verdampfer 13 abgekühlte Kältemittel 100 wird über das Steuerventil 16, das in die erste Schaltposition 161 geschaltet ist, und ein Rückschlagventil 15a der Expansionseinrichtung 15 zu dem inneren Wärmetauscher 19 befördert, in dem das Kältemittel 100 weitere Wärme an den Gegenstrom des Kältemittels 100 abgeben kann. Anschließend wird das Kältemittel 100 zu einer Drossel 14b der Expansionseinrichtung 14 befördert, die eine Druckminderung des Kältemittels 100 bewirkt. Stromabwärts der Drossel 14b gelangt das Kältemittel 100 zum dem Verflüssiger 12, der als ein Verdampfer fungiert. In dem Verflüssiger 12 nimmt das Kältemittel 100 Wärme von dem ersten Kühlmittel-Kreislauf 21 auf. Der erste Kühlmittel-Kreislauf 21 kann folglich für eine Kühlung des Fahrzeuginnenraums in dem Innenraum-Wärmetauscher 26 Wärme aufnehmen und in dem Verflüssiger 12 an den Kältemittelstrom 100 wieder abgeben .
Das erwärmte Kältemittel 100 gelangt sodann über das Umschaltventil 18 in den Sammelbehälter 17, in dem das Kältemittel 100 für eine gewisse Zeit gespeichert werden kann . Das aus dem Sammelbehälter 17 beförderte Kältemittel 100 kann über den sich anschließenden inneren Wärmetauscher 19 Wärme von dem Kältemittel-Gegenstrom aufnehmen . Das Ventil 20a ist nun derart geschaltet, dass der Kältemittelstrom 100 nicht zu dem Motor-Wärmetauscher 20, sondern direkt zu dem Kompressor 11 geleitet wird . Sobald der Motor-Wärmetauscher 20 eine bestimmte Temperatur übersteigt, kann der Kältemittelstrom 100 wieder über den Motor-Wärmetauscher 20 geleitet werden. Durch den Kompressor 1 1 wird das Kältemittel 100 wieder der Hochdruckseite des Kompressors zugeführt.
In der Figur 5 ist der Kältemittel-Kreislauf 10 mit einer alternativen Ausgestaltung des Kühlmittel-Kreislaufs 21 , 22, 23 gezeigt. Der Kältemittel-Kreislauf 10 steht, wie in den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen, über den Verflüssiger 12 mit dem ersten Kühlmittel- Kreislauf 21 und über den Verdampfer 13 mit dem zweiten Kühlmittel- Kreislauf 22 in einem Wärmetausch . Hierzu ist der Verflüssiger 12 und der Verdampfer 13 von dem Kühlmittel 210, 220, 230 durchströmbar. Der Kältemittel-Kreislauf 10 kann - wie vorliegend dargestellt - ohne Kreislaufumkehr oder mit Kreislaufumkehr vorgesehen sein . Die Umgehungsleitung 33 zweigt in dieser Ausgestaltung vor dem Rückschlagventil 15a von der Hauptleitung 30 ab, so dass zur Druckregulierung zusätzlich in der Umgehungsleitung 33 ein Rückschlagventil 15c und eine Drossel 15d angeordnet sind .
Der erste Kühlmittel-Kreislauf 21 ist über eine Abzweigung bzw. Verbindung 35 mit dem zweiten Kühlmittel-Kreislauf 22 verbunden, so dass der erste Kühlmittel-Kreislauf 21 und der zweite Kühlmittel-Kreislauf 22 in der in Figur 5 gezeigten Ausgestaltung zu einem Gesamt- Kühlmittel-Kreislauf 23 verschaltet sind . Die Schaltung ist für einen reinen Heizbetrieb vorgesehen, kann jedoch auch für einen Kühlbetrieb eingesetzt werden.
Der Gesamt-Kühlmittel-Kreislauf 23 weist eine Kühlmittel-Pumpe 21 1 auf, die eine Zirkulation des Kühlmittels 210, 220, 230 ermöglicht. Zum Leiten des Kühlmittelstroms 210, 220, 230 in dem Kühlmittel-Kreislauf 21 , 22, 23 sind ein erstes Absperrventil 231, ein zweites Absperrventil 232 und ein drittes Absperrventil 233 vorgesehen . Ferner weist der Kühlmittel-Kreislauf 21 , 22, 23 einen Innenraum-Wärmetauscher 26, einen Umgebungs-Wärmetauscher 25 sowie einen Aggregat- Wärmetauscher 24 auf, über die das Kühlmittel 210, 220, 230 Wärme aufnehmen und/oder abgeben kann. In einem Normal-Heizbetrieb, in dem das Kältemittel 100 den Verdampfer 13 durchströmt, ist das erste Absperrventil 231 und das dritte Absperrventil 233 in einer Offen-Position, in der ein Durchströmen möglich ist, und das zweite Absperrventil 232 in einer Sperr-Position, in 5 der ein Durchströmen verhindert wird . Dadurch strömt das von der Kühlmittel-Pumpe 21 1 beförderte Kühlmittel 210, 220, 230 von der Pumpe 21 1 zu dem Aggregat-Wärmetauscher 24, in dem das Kühlmittel 210, 220, 230 Wärme von einem Aggregat aufnehmen kann. Das Aggregat kann ein Fahrzeugaggregat, beispielsweise eine Batterie sein.
10 Alternativ ist das Aggregat eine Zusatzheizung, wie ein PTC-Heizer. Das erwärmte Kühlmittel 210, 220, 230 gelangt sodann durch den Verdampfer 13, in dem das Kühlmittel 210, 220, 230 Wärme an das Kältemittel 100 abgeben kann, weiter durch das offen-geschaltete erste Absperrventil 231 zu dem Verflüssiger 12. In dem Verflüssiger 12 nimmt
15 das Kühlmittel 210, 220, 230 Wärme von dem Kältemittel 100 auf. Das erwärmte Kühlmittel 210, 220, 230 wird direkt zu dem Innenraum- Wärmetauscher 26 befördert, in dem das Kühlmittel 210, 220, 230 Wärme zur Beheizung eines nicht dargestellten Fahrzeuginnenraums abgibt. Das abgekühlte Kühlmittel 210, 220, 230 strömt durch das offen -
20 geschaltete dritte Absperrventil 233 wiederum zu der Pumpe 21 1. Bei dieser Schaltung ergibt sich mittels der Wärmepumpenfunktion des Kältemittel-Kreislaufs 10 eine Verstärkung der durch den Aggregat- Wärmetauscher 24 an das Kühlmittel 210, 220, 230 zugeführten Wärmeleistung . So ergibt sich in dem Kühlmittel 210, 220, 230
25 beispielsweise aus einer in dem Aggregat-Wärmetauscher 24 zugeführte Wärmeleistung von 1 kW aufgrund der Verstärkung durch die Wärmepumpenfunktion eine Gesamt-Wärmeleistung von 3kW.
Alternativ zu der oben beschriebenen Schaltung gibt das Kühlmittel 210, 30 220, 230 in dem Innenraum-Wärmetausch 26 nur teilweise Wärme ab und strömt teil-erwärmt aus dem Innenraum-Wärmetauscher 26 heraus. Dadurch ergibt sich ebenfalls ein selbstverstärkender Effekt bei dem Wärmetausch mit dem Kältemittel-Kreislauf 10, das heißt die Temperatur des Kühlmittels 210, 220, 230 steigt mit der Anzahl der Durchläufe durch den Verdampfer 13 und den Verflüssiger 12.
In einem Extrem-Heizbetrieb, in dem das Kältemittel 100 durch die Umgehungsleitung 33 strömt, kann die gleiche Verschaltung der Absperrventile 231 , 232, 233 wie oben in dem Normal-Heizbetrieb der in Figur 5 dargestellten Ausgestaltung geschaltet sein, das heißt das erste Absperrventil 231 und das dritte Absperrventil 233 sind in der Offen- Position, das zweite Absperrventil 232 in der Sperr-Position geschaltet. Dadurch ergibt sich eine gleiche Durchström-Reihenfolge des Kühlmittels 210, 220, 230 wie oben in dem Normal-Heizbetrieb, jedoch gibt das Kühlmittel 210, 220, 230 in dem Verdampfer 13 keine Wärme an den Kältemittelstrom 100 ab. Dadurch nimmt das Kühlmittel 210, 220, 230, das in dem Aggregat-Wärmetauscher 24 erwärmt wird, der - wie oben erläutert - auch als eine Zusatzheizung ausgebildet sein kann, auch in dem sich anschließenden Verflüssiger 12 weiter Wärme auf. Das so erhitzte Kühlmittel 210, 220, 230 gelangt zu dem Innenraum- Wärmetauscher 26, in dem das Kühlmittel 210, 220, 230 sehr viel Wärme zur Beheizung eines nicht dargestellten Fahrzeuginnenraums abgeben kann.
In einem alternativen Extrem-Heizbetrieb, insbesondere zum Abtauen eines eingefrorenen Umgebungs-Wärmetauschers 25, erfolgt die gleiche Verschaltung wie oben in dem Extrem-Heizbetrieb der in Figur 5 dargestellten Ausgestaltung, jedoch wird das dritte Absperrventil 233 in eine Sperr-Position geschaltet. Hierbei wird das Kühlmittel 210, 220, 230 von dem Innenraum-Wärmetauscher 26, in dem das Kühlmittel 210, 220, 230 nur teilweise Wärme abgibt, in den Umgebungs-Wärmetauschers 25 befördert. Somit weist das aus dem Innenraum-Wärmetauscher 26 ausströmende Kühlmittel 210, 220, 230 bei Einströmen in den Umgebungs-Wärmetauscher 25 immer noch eine zum Abtauen des Umgebungs-Wärmetauschers 25 ausreichend hohe Temperatur auf. Dadurch kann das noch warme Kühlmittel 210, 220, 230 Wärme an den eingefrorenen Umgebungs-Wärmetauscher 25 abgeben, so dass ein Abtauen des Umgebungs-Wärmetauschers 25 möglich ist.
In einem möglichen Kühlbetrieb, in dem das Kältemittel 100 durch den Verdampfer 13 strömt, ist das erste Absperrventil 231 in einer Sperr- Position, das zweite Absperrventil 232 und das dritte Absperrventil 233 in einer Offen-Position. Dadurch strömt das Kühlmittel 210, 220, 230 von der Pumpe 21 1 zu dem Aggregat-Wärmetauscher 24, in dem das Kühlmittel 210, 220, 230 Wärme von einem Aggregat aufnehmen kann. Das erwärmte Kühlmittel 210, 220, 230 gelangt sodann durch den Verdampfer 13, in dem das Kühlmittel 210, 220, 230 Wärme an das Kältemittel 100 abgibt. Das abgekühlte Kühlmittel 210, 220, 230 wird sodann durch das offen-geschaltete zweite Absperrventil 232 zu dem Innenraum-Wärmetauscher 26 befördert, in dem das Kühlmittel 210, 220, 230 Wärme zur Kühlung eines nicht dargestellten Fahrzeuginnenraums aufnehmen kann . Von dem Innenraum- Wärmetauscher 26 gelangt das Kühlmittel 210, 220, 230 über das Absperrventil 233 wieder zu der Pumpe 21 1.
Referenzliste
1 Heiz-/Kühlsystem
10 Kältemittelkreislauf
5 11 Kompressor
12 Verflüssiger
13 Verdampfer
14 Expansionseinrichtung
14a Rückschlagventil
10 14b Drossel
15 Expansionseinrichtung
15a Rückschlagventil
15b Drossel
15c Rückschlagventil
15 15d Drossel
16 Steuerventil
17 Sammelbehälter
18 Umschaltventil
19 innerer Kältemittel-Wärmetauscher 20 20 Motor-Wärmetauscher
20a Abzweigventil
21 erster Kühlmittel-Kreislauf
22 zweiter Kühlmittel-Kreislauf
23 Gesamt-Kühlmittel-Kreislauf
25 24 Aggregat-Wärmetauscher
25 Umgebungs-Wärmetauscher
26 Innenraum-Wärmetauscher
30 Hauptleitung
33 Umgehungsleitung
30 35 Verbindungsstelle
50 Wärmepumpenbetrieb
60 Kälteanlagenbetrieb
100 Kältemittelstrom
35 210 erster Kühlmittelstrom
220 zweiter Kühlmittelstrom
230 Gesamt-Kühlmittelstrom
131 Verdampfer-Zuström-/Eingangsseite
132 Verdampfer-Abström-/Ausgangsseite 40 161 erste Schaltposition des Steuerventils
162 zweite Schaltposition des Steuerventils
181 erste Schaltposition des Umschaltventils
182 zweite Schaltposition des Umschaltventils 211 Kühlmittel-Pumpe
45 231 Absperrventil
232 Absperrventil
233 Absperrventil

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Heiz-/Kühlsystem (1) für Kraftfahrzeuge mit einem als Wärmepumpe (50) und/oder als Kältemaschine (60) ausgebildeten Kältemittel- Kreislauf ( 10), der zumindest eine von einem Kältemittel (100) durchström bare Hauptleitung (30), einen Kompressor (11), einen Verflüssiger ( 12), einen Verdampfer (13) und zumindest eine Expansionseinrichtung ( 14, 15) aufweist, wobei der Verflüssiger (12) mit einem ersten Kühlmittel-Kreislauf (21) und der Verdampfer (13) mit einem zweiten Kühlmittel-Kreislauf (22) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer ( 13) des Kältemittel-Kreislaufs ( 10) umgehbar ist.
2. Heiz-/Kühlsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Kreislauf ( 10) eine Umgehungsleitung (33) aufweist, die den Verdampfer ( 13) sowie einen Teil der Hauptleitung (30) überbrückt.
3. Heiz-/Kühlsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Kreislauf ( 10) ein Steuerventil ( 16) zum Leiten des Kältemittels ( 100) zu dem Verdampfer (13) und/oder zu einer Umgehung des Verdampfers ( 13) aufweist.
4. Heiz-/Kühlsystem ( 1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Kreislauf ( 10) einen Motor-Wärmetauscher (20) aufweist, insbesondere einen Wärmetauscher eines Antriebsmotors des Kompressors (11) .
5. Heiz-/Kühlsystem ( 1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Kreislauf ( 10) eine Drossel ( 14b, 15b) aufweist, die verstellbar ist.
6. Heiz-/Kühlsystem ( 1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Kreislauf ( 10) einen inneren Kältemittel-Wärmetauscher ( 19) aufweist, der beidseitig von dem Kältemittelstrom ( 100) durchströmbar ist.
7. Heiz-/Kühlsystem ( 1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Kreislauf ( 10) einen Sammelbehälter ( 17) zur Zwischenspeicherung des Kältemittels ( 100) aufweist.
8. Heiz-/Kühlsystem ( 1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Kreislauf ( 10) ein Umschaltventil ( 18) zur Umkehrung der Strömungsrichtung des Kältemittelstroms ( 100) aufweist.
9. Heiz-/Kühlsystem ( 1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittel-Kreislauf (21 ) und/oder der zweite Kühlmittel-Kreislauf (22) zumindest einen Innenraum-Wärmetauscher (26) zur Beheizung oder Kühlung des Fahrzeuginnenraums aufweisen, so dass der Innenraum- Wärmetauscher (26) über den Verflüssiger ( 12) und/oder den Verdampfer ( 13) mit dem Kältemittel-Kreislauf ( 10) gekoppelt werden kann .
10. Heiz-/Kühlsystem ( 1 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittel-Kreislauf (21 ) und/oder der zweite Kühlmittel-Kreislauf (22) zumindest einen Aggregat-Wärmetauscher (24) aufweisen, insbesondere einen Wärmetauscher eines Antriebsmotors oder einer Batterie, so dass der Aggregat-Wärmetauscher (24) über den Verflüssiger (12) und/oder den Verdampfer (13) mit dem Kältemittel-Kreislauf (10) gekoppelt werden kann.
11. Heiz-/Kühlsystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittel-Kreislauf (21) und/oder der zweite Kühlmittel-Kreislauf (22) zumindest einen Umgebungs-Wärmetauscher (25) aufweisen, der über den Verflüssiger (12) und/oder den Verdampfer (13) mit dem Kältemittel-Kreislauf (10) gekoppelt werden kann.
12. Heiz-/Kühlsystem (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittel-Kreislauf (21) und der zweite Kühlmittel-Kreislauf (22) zu einem Gesamt- Kühlmittel-Kreislauf (23) verschaltbar sind.
13. Verfahren zum Betreiben eines Heiz-/Kühlsystems (1) mit den folgenden Schritten:
- für einen Normal-Heizmodus wird ein Steuerventil (16) des Kältemittel-Kreislaufs (10) in eine erste Schaltposition (161) geschaltet, so dass ein Kältemittelstrom (100) des Kältemittel- Kreislaufs (10) von einer Ausgangsseite eines Kompressors (11) in einen Verflüssiger (12), von dem Verflüssiger (12) durch ein
Rückschlagventil (14a) zu einer Drossel (15b), von der Drossel (15b) in einen Verdampfer (13) und von dem Verdampfer (13) zu einer Eingangsseite des Kompressors (11) befördert wird,
- für einen Extrem-Heizmodus wird das Steuerventil (16) in eine zweite Schaltposition (162) geschaltet, so dass der
Kältemittelstrom (100) von der Ausgangsseite (132) des Kompressors (11) in den Verflüssiger (12), von dem Verflüssiger (12) durch das Rückschlagventil (14a) zu der Drossel (15b), von der Drossel (15b) in eine Umgehungsleitung (33) und von der Umgehungsleitung (33) zu der Eingangsseite (131) des Kompressors (11) befördert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13 mit den folgenden zusätzlichen Schritten :
- für den Normal-Heizmodus wird ein Umschaltventil (18) des Kältemittel-Kreislaufs (10) in eine erste Schaltposition (181) geschaltet, so dass der Kältemittelstrom (100) des Kältemittel- Kreislaufs (10) von der Ausgangsseite eines Kompressors (11) durch das Umschaltventil (18) zu dem Verflüssiger (12) und von dem Verdampfer (13) durch das Umschaltventil (18) zu der Eingangsseite des Kompressors (11) befördert wird,
- für den Extrem-Heizmodus wird das Umschaltventil (18) in die erste Schaltposition (181) geschaltet, so dass der Kältemittelstrom (100) von der Ausgangsseite des Kompressors (11) durch das Umschaltventil (18) in den Verflüssiger (12) und von der Umgehungsleitung (33) durch das Umschaltventil (18) zu der Eingangsseite des Kompressors (11) befördert wird, und
- für einen Kühlmodus wird das Umschaltventil (18) in eine zweite Schaltposition (182) und das Steuerventil (16) in die erste Schaltposition (161) geschaltet, so dass der Kältemittelstrom (100) von einer Ausgangsseite des Kompressors (11) durch das Umschaltventil (18) zu dem Verdampfer (13), von dem Verdampfer (13) durch ein Rückschlagventil (15a) zu einer Drossel (14b), von der Drossel (14b) zu dem Verflüssiger (12), von dem Verflüssiger (12) durch das Umschaltventil (18) zu der Eingangsseite des Kompressors (11) befördert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei dem Kältemittel-Kreislauf (10) ein innerer Kältemittel-Wärmetauscher (19) zugeordnet wird, so dass in dem inneren Kältemittel-Wärmetauscher (19)
- in dem Normal-Heizmodus der von dem Verflüssiger (12) zu dem Verdampfer (13) strömende Kältemittelstrom (100) Wärme an den von dem Verdampfer (13) zu dem Kompressor (11) strömenden Kältemittelstrom (100) abgibt,
- in dem Extrem-Heizmodus der von dem Verflüssiger (12) zu dem Verdampfer (13) strömende Kältemittelstrom (100) Wärme an den von der Umgehungsleitung (33) zu dem Kompressor (11) strömenden Kältemittelstrom (100) abgibt, und
- in dem Kühlmodus der von dem Verdampfer (13) zu dem Verflüssiger (12) strömende Kältemittelstrom (100) Wärme an den von dem Verflüssiger (12) zu dem Kompressor (11) strömenden Kältemittelstrom (100) abgibt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei dem Kältemittel-Kreislauf (10) ein Sammelbehälter (17) zugeordnet wird, so dass
- in dem Normal-Heizmodus der von dem Verdampfer (13) zu dem Kompressor (11) strömende Kältemittelstrom (100) in dem Sammelbehälter (17) zwischengespeichert wird,
- in dem Extrem-Heizmodus der von der Umgehungsleitung (33) zu dem Kompressor (11) strömende Kältemittelstrom (100) in dem Sammelbehälter (17) zwischengespeichert wird, und
- in dem Kühlmodus der von dem Verflüssiger (12) zu dem Kompressor (11) strömende Kältemittelstrom (100) in dem Sammelbehälter (17) zwischengespeichert wird.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202019102689U1 (de) 2019-05-13 2019-06-17 Konvekta Aktiengesellschaft Wärmetauscher und Kreislaufsystem zum Temperieren
CN110576717A (zh) * 2018-06-08 2019-12-17 马勒国际有限公司 用于车辆的热管理系统
CN111727127A (zh) * 2018-02-16 2020-09-29 捷豹路虎有限公司 用于电动车辆中的制冷剂管理的系统和方法
CN112670615A (zh) * 2019-10-15 2021-04-16 马勒国际有限公司 用于能量储存装置的温度控制的装置

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105398308B (zh) * 2015-12-09 2019-04-12 北京新能源汽车股份有限公司 电动汽车的空调系统
DE102016213619A1 (de) * 2016-07-25 2018-01-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum betrieb eines klimasystems sowie klimasystem
DE102016121362B4 (de) 2016-11-08 2023-02-16 Hanon Systems Vorrichtung zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung
DE102017100653B4 (de) 2017-01-13 2023-08-24 Denso Automotive Deutschland Gmbh Wärmepumpeneinrichtung mit Enteisungsfunktion
DE102017210486B4 (de) 2017-06-22 2022-01-13 Audi Ag Klimaanlage für ein Fahrzeug
DE102020129328A1 (de) 2020-11-06 2022-05-12 Rheinmetall Invent GmbH Heiz- und Kühlsystem sowie Fahrzeug
US12434532B2 (en) 2022-06-23 2025-10-07 Hyundai Motor Company Air conditioner and an air conditioning system having an integrated heat exchanger
KR20240001007A (ko) * 2022-06-23 2024-01-03 현대자동차주식회사 통합 열교환기가 구비된 공조 장치 및 통합 열교환기가 구비된 공조 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1348920A2 (de) * 2002-03-26 2003-10-01 GEA Happel Klimatechnik Produktions- und Servicegesellschaft mbH Wärmepumpe zum gleichzeitigen Kühlen und Heizen
EP2110274A1 (de) * 2008-04-18 2009-10-21 Valeo Systemes Thermiques Verbesserte Heizungs- und Luftkühleinheit für ein Automobil
US20110284181A1 (en) * 2009-02-13 2011-11-24 Arkema France Method for heating and/or air-conditioning in a vehicle
US20120210746A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Delphi Technologies, Inc. Plate-type heat pump air conditioner heat exchanger for a unitary heat pump air conditioner

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4209188C2 (de) * 1992-03-20 1994-02-03 Kulmbacher Klimageraete Anordnung zur Klimatisierung von Räumen, insbesondere der Fahrgastzelle von Kraftfahrzeugen
DE4410057C2 (de) 1994-03-23 1997-09-11 Guentner Gmbh Hans Kälteanlage mit einer Heißgasverteilung zur Heißgasabtauung der Verdampferrohre
FR2834778B1 (fr) * 2002-01-16 2004-04-16 Renault Dispositif de gestion thermique, notamment pour vehicule automobile equipe d'une pile a combustible
US6640889B1 (en) * 2002-03-04 2003-11-04 Visteon Global Technologies, Inc. Dual loop heat and air conditioning system
DE102006042788A1 (de) * 2006-09-08 2008-03-27 Behr Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeugs
JP4505510B2 (ja) * 2007-02-20 2010-07-21 カルソニックカンセイ株式会社 車両用空調システム
DE112011103960A5 (de) 2010-08-24 2013-08-22 Ixetic Bad Homburg Gmbh Heiz-/kühleinrichtung und verfahren zum betreiben einer heiz-/kühleinrichtung
DE102011008552A1 (de) 2010-12-24 2012-06-28 Volkswagen Ag Kraftfahrzeug mit einer Klimaanlage

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1348920A2 (de) * 2002-03-26 2003-10-01 GEA Happel Klimatechnik Produktions- und Servicegesellschaft mbH Wärmepumpe zum gleichzeitigen Kühlen und Heizen
EP2110274A1 (de) * 2008-04-18 2009-10-21 Valeo Systemes Thermiques Verbesserte Heizungs- und Luftkühleinheit für ein Automobil
US20110284181A1 (en) * 2009-02-13 2011-11-24 Arkema France Method for heating and/or air-conditioning in a vehicle
US20120210746A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Delphi Technologies, Inc. Plate-type heat pump air conditioner heat exchanger for a unitary heat pump air conditioner

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111727127A (zh) * 2018-02-16 2020-09-29 捷豹路虎有限公司 用于电动车辆中的制冷剂管理的系统和方法
CN111727127B (zh) * 2018-02-16 2023-08-01 捷豹路虎有限公司 用于电动车辆中的制冷剂管理的系统和方法
CN110576717A (zh) * 2018-06-08 2019-12-17 马勒国际有限公司 用于车辆的热管理系统
CN110576717B (zh) * 2018-06-08 2024-03-19 马勒国际有限公司 用于车辆的热管理系统
DE202019102689U1 (de) 2019-05-13 2019-06-17 Konvekta Aktiengesellschaft Wärmetauscher und Kreislaufsystem zum Temperieren
EP3739276A1 (de) 2019-05-13 2020-11-18 Konvekta Aktiengesellschaft Wärmetauscher und kreislaufsystem zum temperieren
CN112670615A (zh) * 2019-10-15 2021-04-16 马勒国际有限公司 用于能量储存装置的温度控制的装置
CN112670615B (zh) * 2019-10-15 2024-05-24 马勒国际有限公司 用于能量储存装置的温度控制的装置

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