DE10123830A1

DE10123830A1 - Klimaanlage

Info

Publication number: DE10123830A1
Application number: DE10123830A
Authority: DE
Inventors: Peter Satzger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-05-16
Filing date: 2001-05-16
Publication date: 2002-11-28
Also published as: DE50214180D1; JP2004519382A; ES2338766T3; EP1397265B1; CZ295606B6; WO2002092368A1; EP1397265A1; US7080520B2; CZ200368A3; DE10292034D2; US20040011070A1; JP4605742B2; KR20030022280A

Abstract

Die Erfindung geht von einer Klimaanlage für ein Fahrzeug aus, das von einer Brennkraftmaschine (10) angetrieben wird, mit einem an einem Kühlflüssigkeitskreislauf (12) der Brennkraftmaschine (10) angeschlossenen Heizungswärmetauscher (24), dem in Strömungsrichtung eines Gebläses (48) ein Verdampfer (44) vorgeschaltet ist, wobei ein Verdichter (50) in einem Kältmittelkreislauf (40) während eines Kühlbetriebs ein Kältemittel über einen Gaskühler (42) sowie über ein Expansionsventil (54) und während eines Heizbetriebs unter Umgehen des Gaskühlers (42) zum Verdampfer (44) fördert und wobei zwischen dem Kühlflüssigkeitskreislauf (12) und dem Kältemittelkreislauf (40) ein Koppelwärmetauscher (38) vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Koppelwärmetauscher (38) auf der Seite des Kältemittelkreislaufs (40) auf der Druckseite des Verdichters (50) vor dem Gaskühler (42) angeordnet ist, dass parallel zum Gaskühler (42) eine Bypassleitung (60) geschaltet ist und der Durchfluss durch den Gaskühler (42) und die Bypassleitung (60) über ein Schaltventil (62) in der Bypassleitung (60) und jeweils ein Schaltventil (64, 66) am Eingang bzw. Ausgang des Gaskühlers (42) in Abhängigkeit von Betriebsparametern gesteuert wird und dass der Verdampfer (44) im Heizbetrieb als Wärmequelle dient.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Klimaanlage nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 aus.

Der Einsatz verbrauchsoptimierter Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen wirkt sich auch auf deren Klimatisierung aus, in dem in bestimmten Betriebsbereichen, z. B. bei niedrigen Au ßentemperaturen während der Startphase, nicht mehr genügend Wärme an die Kühlflüssigkeit abgegeben wird, um das Fahrzeug komfortabel zu beheizen. Es sind deshalb Zuheizer notwendig, um den Komfort bei niedrigen Temperaturen sicherzustellen bzw. bei Bedarf auch die Fahrzeugscheiben enteisen zu kön nen. Als Zuheizer kann auch eine Klimaanlage dienen, zumal zunehmend mehr Fahrzeuge standardmäßig mit einer Klimaanlage ausgestattet werden. Die Klimaanlage wird bei niedrigen Tem peraturen durch eine Umkehr des Kältemittelkreislaufs als Wärmepumpe genutzt. Diese verbraucht wenig Energie und be sitzt ein spontanes Ansprechverhalten bei hoher Heizlei stung.

Zudem wird zukünftig in den Klimaanlagen das herkömmliche Kältemittel R134a durch das natürliche Kältemittel Kohlendi oxid (CO₂) ersetzt werden, das höhere Heiztemperaturen er möglicht als R134a. In Klimaanlagen mit dem Kältemittel Koh lendioxid erfolgt die Wärmeabgabe nicht unter Kondensation des Kältemittels in einem Kondensator, sondern bei einem überkritischen Druck in einem Gaskühler. Wird diese Klimaan lage durch Kreislaufumkehr als Wärmepumpe genutzt, erfolgt die Wärmeaufnahme über den Gaskühler. Ein wesentlicher Nach teil einer solchen Wärmepumpe besteht allerdings darin, dass der Gaskühler bei niedrigen Außentemperaturen auf der Luft seite vereist. Der in der Luftströmung in der Regel nachge schaltete Kühler der Brennkraftmaschine wird dadurch nur un zureichend von Kühlluft durchströmt, so dass dann eine aus reichende Kühlung der Brennkraftmaschine nicht gewährleistet ist.

Aus der DE 198 06 654 A1 ist eine Klimaanlage für Fahrzeuge bekannt, die als Kältemittel Kohlendioxid verwendet, das in einem Kältemittelkreislauf in einem phasenweise flüssigen bzw. gasförmigem Zustand zirkuliert. Ein Verdichter fördert das Kältemittel in einem Kühlbetrieb über einen Gaskühler, einen inneren Wärmetauscher, eine Expansionseinrichtung, ei nen Verdampfer und über den inneren Wärmetauscher bei nied rigem Druck zur Saugseite zurück. Dabei gibt das Kältemittel im Gaskühler einen Teil der Wärme ab, die durch die Kompres sion im Verdichter erzeugt wurde. Einen weiteren Teil über trägt es im inneren Wärmetauscher auf das zur Saugseite zu rück strömende kühlere Kältemittel. In der Expansionsein richtung wird das Kältemittel auf eine Temperatur expan diert, die unterhalb der Umgebungstemperatur liegt, so dass es im Verdampfer der Luft, die in das Klimagerät einströmt, Wärme entziehen kann und gegebenenfalls die Luft dadurch gleichzeitig trocknet. Die Luft wird dann durch einen nach geschalteten Heizungswärmetauscher auf die gewünschte Tempe ratur gebracht.

Durch Umschalten von Strömungsverteilern fördert der Ver dichter das Kältemittel während eines Heizbetriebs zunächst über den Verdampfer, der nun in umgekehrter Richtung durch strömt wird. Hierbei gibt das Kältemittel einen Teil der durch die Kompression erzeugte Wärme an die in das Klimage rät einströmende Luft ab. Diese erwärmt somit den Fahrgast raum und enteist die Scheiben. Ist in bestimmten Betriebs phasen der Brennkraftmaschine der Heizungswärmetauscher küh ler als die ihn durchströmende Luft, wird ferner Wärme an den Kühlflüssigkeitskreislauf der Brennkraftmaschine abgege ben, was zu einem verzögerten Wärmeeintrag in den Fahrzeug innenraum führt. Da der Luft keine Feuchtigkeit entzogen wird und vielmehr damit gerechnet werden muss, dass sie Restfeuchtigkeit aus dem Verdampfer aufnimmt, ist zu be fürchten, dass sich später die Feuchtigkeit aus der gesät tigten Luft an den kalten Fahrzeugscheiben niederschlägt und die Sicht beeinträchtigt.

Nach dem Verdampfer wird das Kältemittel in der Expansions einrichtung auf eine tiefere Temperatur entspannt, so dass es auf seinem Weg zur Saugseite des Verdichters in einem Koppelwärmetauscher, der zwischen dem Kühlflüssigkeitskreis lauf und dem Kältemittelkreislauf angeordnet ist, Wärme aus dem Kühlflüssigkeitskreislauf aufnehmen kann. Durch eine solche Klimaanlage ist es möglich, auf Kosten der Brennkraftmaschine die Temperatur im Fahrgastraum bei kalten Wit terungsbedingungen zu steigern.

Ferner sind aus der EP 0 945 291 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Heizen und Kühlen eines Nutzraums eines Kraft fahrzeugs bekannt. Das Kältemittel wird im Heizbetrieb von einem Verdichter komprimiert und gelangt über ein 3/2- Wegeventil zu einem Verdampfer, in dem es einen Teil der durch die Kompression erzeugten Wärme an die kältere Fahr zeuginnenraumluft abgibt. Vom Verdampfer strömt das Käl temittel zu einer Expansionseinrichtung, in der es so weit abgekühlt wird, dass es an einem nachfolgend angeordneten Gaskühler Wärme aus der Umgebungsluft aufnehmen kann. Weite re Wärme wird dem Kältemittel in einem nachgeschalteten Ab gaswärmetauscher zugeführt, der mit heißen Abgasen der Brennkraftmaschine beaufschlagt wird.

Vom Abgaswärmetauscher gelangt das Kältemittel wieder zum Verdichter, wodurch der Kältemittelkreislauf geschlossen ist. Wird das Kältemittel in der Expansionseinrichtung auf eine Temperatur expandiert, die unterhalb der Umgebungstem peratur liegt, kann die den Gaskühler durchströmende Luft auf eine Temperatur unterhalb der Sättigungstemperatur abge kühlt werden. In diesem Fall kondensiert Wasser aus der an gesaugten Umgebungsluft. Liegt die Temperatur unterhalb der Sublimationslinie des Wassers, geht dieses in den festen Zu stand über und der Gaskühler vereist. Da der Gaskühler in der Regel einem Kühler der Brennkraftmaschine in Strömungs richtung der Luft vorgeschaltet ist, wird durch ein Vereisen des Gaskühlers eine ordnungsgemäße Kühlung der Brennkraftma schine gefährdet. Um ein zu starkes Vereisen zu vermeiden, wird daher bei kritischen Umgebungsbedingungen über ein 3/2- Wegeventil eine Bypassleitung geöffnet, so dass der Gasküh ler kurz geschlossen ist. Das Kältemittel strömt unter Umge hung des Gaskühlers direkt zum Abgaswärmetauscher und von dort zur Saugseite des Verdichters.

Die durch den Verdampfer strömende Fahrzeuginnenraumluft wird zwar erwärmt, aber es wird ihr nicht wie im Kühlbetrieb die Feuchtigkeit entzogen. Vielmehr wird die warme Luft die im Verdampfer zurückgebliebene Restfeuchtigkeit aufnehmen und an den kälteren Fahrzeugscheiben im Fahrzeuginnenraum als Beschlag abgeben. Eine ausreichende Entfeuchtung der Luft kann in einem solchen System nur durch zusätzliche Wär metauscher im Klimagerät erreicht werden, wozu ein zusätzli ches Bauvolumen erforderlich ist, das aber in vielen Fahr zeugen nicht vorhanden ist.

Vorteile der Erfindung

Nach der Erfindung ist der Koppelwärmetauscher auf der Seite des Kältemittelkreislaufs auf der Druckseite des Verdichters vor dem Gaskühler angeordnet. Parallel zum Gaskühler ist ei ne Bypassleitung geschaltet, wobei ein Schaltventil in der Bypassleitung und jeweils ein Schaltventil am Eingang bzw. Ausgang des Gaskühlers den Durchfluss durch den Gaskühler und die Bypassleitung in Abhängigkeit von Betriebsparametern steuern. Der Verdampfer dient im Heizbetrieb als Wärmequel le.

Bei der erfindungsgemäßen Klimaanlage strömt das Kältemittel im Heizbetrieb und im Kühlbetrieb in gleicher Richtung durch die Expansionseinrichtung in Form eines Expansionsventils und den Verdampfer. Dadurch muss der Verdampfer nicht zu sätzlich für den Betrieb zur Wärmeabgabe ausgelegt werden, was immer sowohl für den Heiz- als auch für den Kühlbetrieb eine Kompromissauslegung darstellt. Im Heizbetrieb arbeitet die Klimaanlage als Wärmepumpe, wobei der Verdampfer als Wärmequelle dient, indem er die bei der Entfeuchtung der Luft anfallende Wärme nutzt. Danach komprimiert der Verdich ter das Kältemittel. Die dabei erzeugte Wärme wird über den Koppelwärmetauscher an die Kühlflüssigkeit des Kühlflüssig keitskreislaufs abgegeben, und zwar in vorteilhafter Weise in der Nähe eines Heizungswärmetauschers für den Fahr zeuginnenraum zwischen der Brennkraftmaschine und dem Hei zungswärmetauscher. Dadurch kann eine große Wärmemenge in die Kühlflüssigkeit eingekoppelt und ohne nennenswerte Ver zögerung sowie Verluste sowohl zum Beheizen des Fahrzeugin nenraums als auch zum schnellen Erwärmen der Brennkraftma schine auf eine optimale Betriebstemperatur genutzt werden. Hierzu wird kein zusätzlicher Bauraum beansprucht. Die im Verdampfer getrocknete Luft, erwärmt sich beim Durchströmen des Heizungswärmetauschers, wodurch die relative Luftfeuch tigkeit weiter sinkt, so das sich kein Beschlag an den Fahr zeugscheiben bilden kann.

Parallel zum Heizungswärmetauscher ist zweckmäßigerweise ei ne Bypassleitung angeordnet, so dass je nach Wärmeanforde rung der Volumenstrom der Kühlflüssigkeit durch ein tempera turgesteuertes oder durch die Heizungsregelung gesteuertes Heizungsregelventil auf den Heizungswärmetauscher und die Bypassleitung aufgeteilt werden kann. Gegebenenfalls kann im Kühlbetrieb oder, um die Brennkraftmaschine in der Startpha se schneller auf eine optimale Betriebstemperatur aufzuhei zen, der gesamte Volumenstrom durch die Bypassleitung flie ßen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass im Kältemittelkreislauf vor dem Koppelwärmetauscher ein Drosselventil vorgesehen ist. Dadurch kann der Gegendruck des Verdichters angehoben werden, wodurch eine größere Wär meeinkopplung durch den Verdichter möglich ist. Das Käl temittel wird durch das Drosselventil auf einen zulässigen maximalen Druck im Koppelwärmetauscher entspannt. Dieser ar beitet zum Verbessern des Wirkungsgrads zweckmäßigerweise im Gegenstromprinzip. Außerdem ist es vorteilhaft, den Koppel wärmetauscher in Mikrostruktur herzustellen. Ein solcher Wärmetauscher ist für hohe Drücke geeignet und in kompakter Bauweise kostengünstig herzustellen. Nähere Einzelheiten zu Wärmetauschern in Mikrostruktur ergeben sich aus der älteren Patentanmeldung DE 199 10 985.0.

Im Kühlbetrieb fördert der Verdichter das Kältemittel eben falls über den Koppelwärmetauscher, wo es durch die Kühl flüssigkeit gekühlt wird. Danach gelangt es in den Gasküh ler, in dem es durch die Umgebungsluft weiter herunter ge kühlt wird. Zur weiteren Abkühlung wird zweckmäßigerweise in Strömungsrichtung hinter dem Gaskühler ein innerer Wärmetau scher angeordnet, der im Gegenstromprinzip in der einen Richtung von dem verdichteten Kältemittel und in der entge gengesetzten Richtung von dem entspannten Kältemittel nach dem Verdampfer durchströmt wird. Parallel zum inneren Wärmetauscher ist eine Bypassleitung mit einem Sicherheitsventil geschaltet. Das so gekühlte Kältemittel kühlt sich beim Ex pandieren in einer Expansionseinrichtung, z. B. in Form eines Expansionsventils, auf die gewünschte Temperatur ab, so dass das Kältemittel Wärme aufnehmen kann, wenn es danach den Verdampfer durchströmt. Das Kältemittel strömt nun über den inneren Wärmetauscher zur Saugleitung des Verdichters zu rück.

Im Heizbetrieb, in dem der Gaskühler über eine Bypassleitung kurzgeschlossen ist, besteht unter kritischen Bedingungen die Möglichkeit, dass die Temperatur und damit der Druck des Kältemittels am Verdampfer unter einen bestimmten Wert fällt, wodurch die Verdichtungsendtemperatur des Kältemit tels einen maximal zulässigen Wert überschreiten kann. Um dies zu verhindern, wird das Sicherheitsventil in der By passleitung zum inneren Wärmetauscher geöffnet, so dass der innere Wärmetauscher kurzgeschlossen ist. Dadurch wird das zum Verdichter zurück strömende Kältemittel nicht zusätzlich erwärmt und die Verdichtungsendtemperatur bewegt sich in den zulässigen Grenzen.

Reicht der Verdampfer als Wärmequelle im Heizbetrieb nicht aus, ist es vorteilhaft, einen weiteren Verdampfer vorzuse hen, der nicht der Heizluft für den Fahrzeuginnenraum, son dern der Außenluft ausgesetzt ist. Zusätzlich durch die grö ßere Wärmeeinkopplung wird dadurch erreicht, dass selbst bei einer Vereisung des zusätzlichen Verdampfers mit keinen Fol geschäden für die Brennkraftmaschine zu rechnen ist.

Beim Wechsel vom Kühlbetrieb auf den Heizbetrieb, muss das Kältemittel, das sich im Gaskühler im flüssigen Zustand be findet, in den arbeitenden Bereich der Anlage gefördert wer den. Hierzu werden das Schaltventil am Zulauf zum Gaskühler und das Schaltventil in der Bypassleitung des Gaskühlers so lange geschlossen, während das Schaltventil am Ausgang des Gaskühlers geöffnet wird, bis der Druck am Austritt des Ver dichters einen oberen Sollwert erreicht hat. Danach öffnet das Schaltventil in der Bypassleitung und das Schaltventil am Ausgang des Gaskühlers schließt, bis der Druck am Aus tritt des Verdichters auf einen unteren Sollwert abgefallen ist. Gegebenenfalls muss dieser Vorgang nochmals wiederholt werden. Zur Vereinfachung der Klimaanlage kann es vorteil haft sein, das Schaltventil am Ausgang des Gaskühlers als Rückschlagventil auszubilden.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungs beschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch ein zeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zu sammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Klimaan lage im Heizbetrieb,

Fig. 2 eine Variante zu Fig. 1 mit mehreren Schalt ventilen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Klimaan lage im Kühlbetrieb,

Fig. 4 eine Variante zu Fig. 2 mit einem Zusatzver dampfer,

Fig. 5 eine Variante zu einer Einzelheit entsprechen der Linie V in Fig. 1 und

Fig. 6 eine Variante zu einer Einzelheit entsprechen der Linie VI in Fig. 2.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die erfindungsgemäße Klimaanlage umfasst einen Kühlflüssig keitskreislauf 12 und einen Kältemittelkreislauf 40. Der Strömungsverlauf der Medien ist jeweils durch Pfeile darge stellt. Im Kühlflüssigkeitskreislauf 12 fördert die Kühl flüssigkeitspumpe 14 Kühlflüssigkeit durch eine Brennkraft maschine 10 und von dort zu einem Kühler 18, der mit einem Lüfter 46 zusammenarbeitet. Vom Kühler 18 strömt die Kühl flüssigkeit zur Kühlflüssigkeitspumpe 14 zurück. Parallel zum Kühler 18 ist eine Bypassleitung 32 vorgesehen. Ein Dreiwegeventil 34, das an der Abzweigung der Bypassleitung 32 angeordnet ist und mittels eines Temperatursensors 36 in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit ange steuert wird, verteilt die Kühlflüssigkeitsströme auf den Kühler 18 und die Bypassleitung 32. An den Kühlflüssigkeitskreislauf 12 ist ein Ausgleichsgefäß 20 angeordnet, um tem peraturbedingte Volumenänderungen der Kühlflüssigkeit auszu gleichen.

Ferner umfasst der Kühlflüssigkeitskreislauf 12 einen Hei zungswärmetauscher 24, der in einem Klimagerät 22 angeordnet ist. Ein Heizungsregelventil 28 regelt den Zustrom der Kühl flüssigkeit zum Heizungswärmetauscher 24 in Abhängigkeit von der Temperatur der in den Fahrzeuginnenraum strömenden Luft, indem es eine parallel zum Heizungswärmetauscher 24 geschal tete Bypassleitung 26 öffnet bzw. schließt. Zu diesem Zweck ist hinter dem Heizungswärmetauscher 24 ein Temperatursensor 30 vorgesehen.

In Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine 10, in denen die Wärme der Kühlflüssigkeit zum Beheizen des Fahrzeuginnen raums nicht ausreicht, z. B. in der Startphase der Brenn kraftmaschine 10 bei niedrigen Umgebungstemperaturen, wird zusätzlich Wärme über einen Koppelwärmetauscher 38 aus dem Kältemittelkreislauf 40 in den Kühlflüssigkeitskreislauf 12 eingekoppelt. Der Koppelwärmetauscher 38 ist im Kühlflüssig keitskreislauf 12 zwischen der Brennkraftmaschine 10 und dem Heizungswärmetauscher 24 und im Kältemittelkreislauf 40 zwi schen einem Verdichter 50 und einem Gaskühler 42 angeordnet. Er wird im Gegenstromprinzip einerseits vom Kühlmittel und andererseits von Kältemittel durchströmt. Um die durch den Koppelwärmetauscher 38 in den Kühlflüssigkeitskreislauf 12 eingekoppelte Wärmemenge bevorzugt dem Heizungswärmetauscher 24 zuzuführen, ist der Kühlflüssigkeitskreislauf 12 über ei ne zusätzliche, regelbare Kühlflüssigkeitspumpe 16 im Bereich zwischen der Brennkraftmaschine 10 und dem Koppelwär metauscher 38 kurz geschlossen.

Der Verdichter 50 komprimiert das Kältemittel auf Hochdruck. Dabei erhitzt es sich und strömt dann in den Koppelwärmetau scher 38, in dem es an die Kühlflüssigkeit Wärme abgibt. Von dort strömt es im Heizbetrieb am Gaskühler 42 vorbei durch eine Bypassleitung 60 mit einem geöffneten Schaltventil 62 zu einem inneren Wärmetauscher 52, in dem ihm noch weitere Wärme entzogen wird. Danach wird das Kältemittel in einer Expansionseinrichtung in Form eines Expansionsventils 54 auf Verdampfungsdruck entspannt, wobei es sich stark abkühlt, so dass es beim Durchströmen des nachfolgend angeordneten Ver dampfers 44 die beim Trocknen der in das Klimagerät 22 ein strömenden Luft anfallende Wärme aufnehmen kann. Die Luft wird von einem Gebläse 48 aus der Umgebung oder dem Fahr zeuginnenraum angesaugt und durch das Klimagerät 22 mit dem Verdampfer 44 und dem nachgeschalteten Heizungswärmetauscher 24 gefördert. Das zum Verdichter 50 zurückströmende gasför mige Kältemittel scheidet in einem Sammler 70 Flüssigkeit aus, die über ein Ventil 72 oder eine Bohrung in der Aus trittsleitung des Sammlers 70 abgeleitet wird. Ferner nimmt es im inneren Wärmetauscher 52 noch weitere Wärme auf und wird wieder durch den Verdichter 50 auf die zulässige Ver dichtungsendtemperatur verdichtet. Wenn die Temperatur des Kältemittels nach dem Verdichter 50 über einen bestimmten Wert steigt, wird mittels eines Sicherheitsventils 58 eine Bypassleitung 56 zum inneren Wärmetauscher 52 geöffnet (Fig. 2), um die Verdichtungsendtemperatur in zulässigen Grenzen zu halten.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht im Kältemittelkreis lauf 40 weitere Ventile mit Regel- bzw. Sicherheitsfunktio nen vor (Fig. 2). So ist nach dem Verdichter 50 ein stufen los regelbares Drosselventil 74 angeordnet, mit dessen Hilfe kann ein höherer Verdichtungsenddruck erzeugt werden, der es ermöglicht, eine größere Wärmemenge in den Kühlflüssigkeits kreislauf 12 einzukoppeln. Nach dem Verdichter 50 wird der Druck wieder auf den zulässigen Druck im Koppelwärmetauscher 38 abgebaut.

Im Kühlbetrieb arbeitet die Klimaanlage entsprechend der Darstellung in Fig. 3. In diesem Betriebszustand fördert der Verdichter 50 das Kältemittel über den Koppelwärmetauscher 38 durch den Gaskühler 42. Das Drosselventil 74 und die Schaltventile 64 und 66 am Ausgang und Eingang des Gasküh lers 42 sind geöffnet, während das Schaltventil 62 in der Bypassleitung 60 parallel zum Gaskühler 42 geschlossen ist. In einer vereinfachten Ausführung ist das Schaltventil 64 als Rückschlagventil ausgebildet. Somit wird das Kältemittel zunächst im Koppelwärmetauscher 38 und dann im Gaskühler 42 gekühlt. Wenn die Umstände eine Kühlung im Koppelwärmetau scher 38 erübrigen, kann der Koppelwärmetauscher 38 über ei ne Bypassleitung 76 mit einem Schaltventil 68 kurz geschlos sen werden.

Beim Umschalten der Klimaanlage vom Kühl- in den Heizbetrieb muss das flüssige Kältemittel aus dem Gaskühler 42 gefördert werden, so dass es im arbeitenden Bereich der Klimaanlage genutzt werden kann. Hierzu ist das Schaltventil 62 während des Heizbetriebs kurzzeitig geschlossen und das Schaltventil 64 geöffnet. Das Kältemittel wird durch Öffnen des Expansionsventils 54 dann so lange angesaugt, bis der Druck am Aus tritt des Verdichters 50 einen Sollwert erreicht hat. Auf Grund dieses Betriebsparameters öffnet das Schaltventil 62 in der Bypassleitung 60 wieder und das Schaltventil 64 schließt. Wird der Sollwert während des Heizbetriebs unter schritten, wird dieser Vorgang wiederholt. Um die Heizlei stung zu verbessern, kann im Kältemittelkreislauf 12 paral lel zum Verdampfer 44 ein weiterer Verdampfer 78 angeordnet werden (Fig. 4). Diese zusätzliche Wärmequelle kann bei spielsweise durch Außenluft umströmt werden, ohne dass die Kühlung der Brennkraftmaschine 10 durch Vereisen dieses Wär metauschers gefährdet ist. Vor dem weiteren Verdampfer ist ein zweites Expansionsventil 80 angeordnet.

Nach einer vereinfachten Ausgestaltung der Erfindung können die Schaltventile 62 und 66 zu einem 3/2-Wegeventil 82 zu sammengefasst werden (Fig. 5). In einer ersten Stellung ver bindet das 3/2-Wegeventil 82 im Kühlbetrieb den Koppelwärme tauscher 38 mit dem Gaskühler 42, währen die Bypassleitung 60 gesperrt ist. In einer zweiten Stellung verbindet das 3/2-Wegeventil 82 im Heizbetrieb den Koppelwärmetauscher 38 mit der Bypassleitung 60, während der Gaskühler 42 gesperrt ist. In einer dritten Stellung verbindet das 3/2-Wegeventil 82 beim Umschalten auf den Heizbetrieb den Gaskühler 42 mit der Bypassleitung 60, während die Leitung vom Koppelwärme tauscher 38 gesperrt ist.

Bei einer weiteren vereinfachten Variante (Fig. 6) können die Schaltventile 62 und 66 und das Schaltventil 68 zu einem 4/2-Wegeventil 84 zusammengefasst werden, wobei in zwei ein ander gegenüber liegenden Stellungen des 4/2-Wegeventils 84 die Bypassleitung 76 parallel zum Koppelwärmetauscher 38 im Kühlbetrieb mit dem Gaskühler 42 und in den zwei übrigen Stellungen der Koppelwärmetauscher 38 im Heizbetrieb mit der Bypassleitung 60 parallel zum Gaskühler 42 verbunden sind.

Claims

1. Klimaanlage für ein Fahrzeug, das von einer Brennkraft maschine (10) angetrieben wird, mit einem an einem Kühlflüs sigkeitskreislauf (12) der Brennkraftmaschine (10) ange schlossenen Heizungswärmetauscher (24), dem in Strömungs richtung eines Gebläses (48) ein Verdampfer (44) vorgeschal tet ist, wobei ein Verdichter (50) in einem Kältemittel kreislauf (40) während eines Kühlbetriebs ein Kältemittel über einen Gaskühler (42) sowie über ein Expansionsventil (54) und während eines Heizbetriebs unter Umgehen des Gas kühlers (42) zum Verdampfer (44) fördert und wobei zwischen dem Kühlflüssigkeitskreislauf (12) und dem Kältemittelkreis lauf (40) ein Koppelwärmetauscher (38) vorgesehen ist, da durch gekennzeichnet, dass der Koppelwärmetauscher (38) auf der Seite des Kältemittelkreislaufs (40) auf der Druckseite des Verdichters (50) vor dem Gaskühler (42) angeordnet ist, dass parallel zum Gaskühler (42) eine Bypassleitung (60) ge schaltet ist und der Durchfluss durch den Gaskühler (42) und die Bypassleitung (60) über ein Schaltventil (62) in der By passleitung (60) und jeweils ein Schaltventil (64, 66) am Eingang bzw. Ausgang des Gaskühlers (42) in Abhängigkeit von Betriebsparametern gesteuert wird, und dass der Verdampfer (44) im Heizbetrieb als Wärmequelle dient.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel ein Mittel ist, bei dem die Wärmeabgabe mit überkritischem Druck erfolgt.

3. Klimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel Kohlendioxid ist.

4. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (64) am Aus gang des Gaskühlers (42) als Rückschlagventil ausgebildet ist.

5. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (62) in der dem Gaskühler (42) zugeordneten Bypassleitung (26) und das Schaltventil (66) am Eingang des Gaskühlers (42) zu einem 3/2-Wegeventil (82) zusammengefasst sind. (Fig. 5)

6. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelwärmetauscher (38) auf der Seite des Kühlflüssigkeitskreislaufs (12) zwischen der Brennkraftmaschine (10) und dem Heizungswärmetauscher (24) geschaltet ist.

7. Klimaanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizungswärmetauscher (24) durch eine Bypassleitung (26) überbrückt ist, an deren Abzweigung ein von der Tempe ratur der Heizluft gesteuertes Heizungsregelventil (28) an geordnet ist.

8. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Seite des Kältemittel kreislaufs (40) vor dem Koppelwärmetauscher (38) ein Dros selventil (74) vorgesehen ist.

9. Klimaanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Drosselventil (74) eine Bypassleitung (76) ab zweigt, die den Koppelwärmetauscher (38) überbrückt und ein Schaltventil (68) aufweist.

10. Klimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (62) in der dem Gaskühler (42) zuge ordneten Bypassleitung (26), das Schaltventil (66) am Ein gang des Gaskühlers (42) und das Schaltventil (68) in der dem Koppelwärmetauscher (38) zugeordneten Bypassleitung (76) zu einem 4/2-Wegeventil (84) zusammengefasst sind.

11. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelwärmetauscher (38) nach dem Gegenstromprinzip arbeitet.

12. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelwärmetauscher (38) in Mikrostruktur hergestellt ist.

13. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung hinter dem Gaskühler (42) ein innerer Wärmetauscher (52) angeordnet ist, der im Gegenstromprinzip zum einen von dem verdichteten Kältemittel und zum anderen von dem entspannten Kältemittel nach dem Verdampfer (44) durchströmt wird, wobei parallel zum inneren Wärmetauscher (52) eine Bypassleitung (56) mit einem Sicherheitsventil (58) geschaltet ist.

14. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum Verdampfer (44) ein weiterer Verdampfer (78) vorgesehen ist, der der Außen luft ausgesetzt ist.

15. Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Wechsel vom Kühlbetrieb auf den Heizbetrieb das Schaltventil (66) am Zulauf zum Gaskühler (42) und das Schaltventil (62) in der Bypassleitung (60) des Gaskühlers (42) so lange ge schlossen sind, während das Schaltventil (64) am Ausgang des Gaskühlers (42) und das Expansionsventil (54) geöffnet sind, bis der Druck am Austritt des Verdichters (50) einen oberen Sollwert erreicht hat, worauf das Schaltventil (62) in der Bypassleitung (60) öffnet und das Schaltventil (64) am Aus gang des Gaskühlers (42) schließt, bis der Druck am Austritt des Verdichters (50) auf einen unteren Sollwert abgefallen ist.