DE102011076155A1

DE102011076155A1 - Vehicle refrigerant circuit, use of a turbocompressor, air conditioning and vehicle

Info

Publication number: DE102011076155A1
Application number: DE102011076155A
Authority: DE
Inventors: Dr. Hahn Christian; Bernd Banzhaf; Martin Fischer; Oliver Tschismar
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-11-22
Also published as: WO2012159855A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeug-Kältemittelkreislauf (1) für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs, insbesondere zum Heizen, Kühlen und/oder Entfeuchten eines Fahrgastraums eines Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeugs, mit einer wenigstens einstufigen Fluidverdichtung für ein Kältemittel (2) des Fahrzeug-Kältemittelkreislaufs (1), wobei ein Verdichter (10) der Fluidverdichtung des Fahrzeug-Kältemittelkreislaufs (1) als ein Turboverdichter (10) ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Turboverdichters (10), insbesondere eines Radialverdichters (10), für eine wenigstens einstufige Fluidverdichtung eines Kältemittels (2) in einem Kältemittelkreislauf (1), bevorzugt in einem Fahrzeug-Kältemittelkreislauf (1) eines Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeug, wobei die Klimaanlage einen erfindungsgemäßen Fahrzeug-Kältemittelkreislauf (1) aufweist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrooder Hybrid-Kraftfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen Fahrzeug-Kältemittelkreislauf (1) oder einer erfindungsgemäßen Klimaanlage, wobei das Fahrzeug eine interne, bevorzugt elektrische, Zusatzheizung für einen Fahrgastraum des Fahrzeugs und/oder eine Einrichtung für eine bevorzugt stationäre Vorklimatisierung des Fahrgastraums aufweist.The invention relates to a vehicle refrigerant circuit (1) for an air conditioning system of a vehicle, in particular for heating, cooling and / or dehumidifying a passenger compartment of an electric or hybrid motor vehicle, with an at least one-stage fluid compression for a refrigerant (2) of the vehicle refrigerant circuit (1), wherein a compressor (10) of the fluid compression of the vehicle refrigerant circuit (1) is designed as a turbo compressor (10). The invention also relates to the use of a turbocompressor (10), in particular a radial compressor (10), for at least one-stage fluid compression of a refrigerant (2) in a refrigerant circuit (1), preferably in a vehicle refrigerant circuit (1) of an electric or hybrid -Automotive. The invention further relates to an air conditioning system for a motor vehicle, in particular an electric or hybrid motor vehicle, the air conditioning system having a vehicle refrigerant circuit (1) according to the invention. Furthermore, the invention relates to a vehicle, in particular an electric or hybrid motor vehicle, with a vehicle refrigerant circuit (1) according to the invention or an air conditioning system according to the invention, the vehicle having an internal, preferably electrical, additional heater for a passenger compartment of the vehicle and / or a device for has a preferably stationary pre-air conditioning of the passenger compartment.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeug-Kältemittelkreislauf für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs, insbesondere zum Heizen, Kühlen und/oder Entfeuchten eines Fahrgastraums eines Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines Turboverdichters, insbesondere eines Radialverdichters. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeug. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeug.The invention relates to a vehicle refrigerant circuit for an air conditioning system of a vehicle, in particular for heating, cooling and / or dehumidifying a passenger compartment of an electric or hybrid motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a use of a turbocompressor, in particular a radial compressor. Furthermore, the invention relates to an air conditioner for a motor vehicle, in particular an electric or hybrid motor vehicle. Moreover, the invention relates to a vehicle, in particular an electric or hybrid motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

In der Europäischen Union ist seit Januar 2011 eine Verwendung eines bisher gebräuchlichen Kältemittels R134a in Kraftfahrzeug-Klimaanlagen neuer Fahrzeugtypen verboten. In Zukunft dürfen Kraftfahrzeug-Klimaanlagen nur noch Kältemittel mit einem GWP < 150 (GWP: Global Warming Potential, Greenhouse Warming Potential, (relatives) Treibhauspotenzial) und einem ODP von null (ODP: Ozone Depletion Potential, Ozonabbaupotential) eingesetzt werden. Dies führte u. a. zur Entwicklung von HFO-1234yf (2,3,3,3-Tetrafluorpropen bzw. Hydrofluoroolefin), welches vergleichbare thermodynamische Eigenschaften wie R134a besitzt, jedoch ein GWP von nur vier besitzt. Dies ermöglicht einen Betrieb bisheriger Kraftfahrzeug-Klimaanlagen ohne größere Umrüstungen. Risiken entstehen jedoch durch eine Toxizität und eine Brennbarkeit von HFO-1234yf. In einem Vergleich dazu weist Kohlendioxid ein GWP von eins auf, ist unbrennbar und nicht toxisch, erfordert jedoch aufgrund der thermodynamischen Unterschiede eine nahezu vollständige Umrüstung bzw. eine Neukonstruktion der Kraftfahrzeug-Klimaanlage.In the European Union since January 2011, a use of a previously used refrigerant R134a in automotive air conditioning systems of new vehicle types is prohibited. In the future, motor vehicle air conditioning systems can only use refrigerants with a GWP <150 (GWP: Global Warming Potential, Greenhouse Warming Potential, (relative) global warming potential) and a zero ODP (Ozone Depletion Potential). This led u. a. for the development of HFO-1234yf (2,3,3,3-tetrafluoropropene or hydrofluoroolefin), which has similar thermodynamic properties as R134a, but has a GWP of only four. This allows operation of previous motor vehicle air conditioning systems without major conversions. However, risks arise from toxicity and flammability of HFO-1234yf. In comparison, carbon dioxide has a GWP of one, is incombustible and non-toxic, but requires almost complete retrofitting or redesign of the automotive air conditioning system due to the thermodynamic differences.

Nachteilig an bestehenden Kraftfahrzeug-Klimaanlagen ist deren großer Bauraum, den auch ein Klimaanlagen-Verdichter benötigt. Die Abmessungen eines typischen R134a-Verdichters betragen im Durchmesser ca. 130 mm und in der Länge ca. 210 mm. Ferner weist ein solcher Verdichter eine hohe Masse von ca. 6 kg auf. Zusätzlich benötigen die derzeit verwendeten Axialkolbenverdichter für einen reibungsarmen Betrieb Öl, welches sich mit dem eingesetzten Kältemittel vermischt und sich im Kältemittelkreislauf ausbreitet und die Oberflächen der Wärmetauscher der Kraftfahrzeug-Klimaanlagen benetzt, was zu einer Verschlechterung eines Wärmeübergangs im betreffenden Wärmetauscher und damit zu einer Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrads der Klimaanlage führt.A disadvantage of existing motor vehicle air conditioning systems is their large installation space, which also requires an air conditioning compressor. The dimensions of a typical R134a compressor are about 130 mm in diameter and about 210 mm in length. Furthermore, such a compressor has a high mass of about 6 kg. In addition, the currently used Axialkolbenverdichter need for low-friction operation oil, which mixes with the refrigerant used and spreads in the refrigerant circuit and wets the surfaces of the heat exchanger of the motor vehicle air conditioners, resulting in a deterioration of heat transfer in the heat exchanger and thus to a deterioration of the Overall efficiency of the air conditioner leads.

Aufgabenstellungtask

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Fahrzeug-Kältemittelkreislauf sowie eine verbesserte Kraftfahrzeug-Klimaanlage für ein damit auszurüstendes erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug anzugeben. Der erfindungsgemäße Kältemittelkreislauf soll für moderne und zukünftige Kältemittel geeignet sein, wobei der Fahrzeug-Kältemittelkreislauf klein, leicht und kostengünstig ausgelegt sein soll. Insbesondere soll der Fahrzeug-Kältemittelkreislauf für Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeuge geeignet sein, wobei der Fahrzeug-Kältemittelkreislauf ein Heizen, Kühlen und/oder Entfeuchten eines Fahrgastraums des Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeugs ermöglichen soll. Ferner soll der Fahrzeug-Kältemittelkreislauf bei Fahrzeugen mit modernen Verbrennungsmotoren und allgemein in einem Fortbewegungsmittel einsetzbar sein.It is an object of the invention to specify an improved vehicle refrigerant circuit and an improved motor vehicle air conditioning system for a motor vehicle according to the invention to be equipped therewith. The refrigerant circuit according to the invention should be suitable for modern and future refrigerants, the vehicle refrigerant circuit should be designed small, light and inexpensive. In particular, the vehicle refrigerant circuit should be suitable for electric or hybrid motor vehicles, wherein the vehicle refrigerant circuit to allow heating, cooling and / or dehumidifying a passenger compartment of the electric or hybrid motor vehicle. Furthermore, the vehicle refrigerant circuit should be used in vehicles with modern internal combustion engines and generally in a means of transportation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird mittels eines Fahrzeug-Kältemittelkreislaufs für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs, insbesondere zum Heizen, Kühlen und/oder Entfeuchten eines Fahrgastraums eines Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeugs, gemäß Anspruch 1; durch eine Verwendung eines Turboverdichters, insbesondere eines Radialverdichters, gemäß Anspruch 8; mittels einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeug, gemäß Anspruch 9; und mittels eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeugs, gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung.The object of the invention is achieved by means of a vehicle refrigerant circuit for an air conditioning system of a vehicle, in particular for heating, cooling and / or dehumidifying a passenger compartment of an electric or hybrid motor vehicle, according to claim 1; by using a turbocompressor, in particular a radial compressor, according to claim 8; by means of an air conditioning system for a motor vehicle, in particular an electric or hybrid motor vehicle, according to claim 9; and by means of a vehicle, in particular an electric or hybrid motor vehicle, according to claim 10. Advantageous developments, additional features and / or advantages of the invention will become apparent from the dependent claims and the description below.

Der erfindungsgemäße Kältemittelkreislauf besitzt eine wenigstens einstufige Fluidverdichtung für ein Kältemittel des Kältemittelkreislaufs, wobei ein Verdichter der Fluidverdichtung als ein Turboverdichter ausgebildet ist. Gemäß der Erfindung wird ferner ein Turboverdichter, insbesondere ein Radialverdichter, für eine wenigstens einstufige Fluidverdichtung eines Kältemittels in einem Kältemittelkreislauf, bevorzugt in einem Fahrzeug-Kältemittelkreislauf eines Elektro- oder Hybrid-Kraftfahrzeugs, angewendet oder verwendet. Des Weiteren weist eine Klimaanlage einen erfindungsgemäßen Kältemittelkreislauf auf. Darüber hinaus weist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug einen erfindungsgemäßen Kältemittelkreislauf oder eine erfindungsgemäße Klimaanlage auf, wobei das Fahrzeug eine interne, bevorzugt elektrische, Zusatzheizung für einen Fahrgastraum des Fahrzeugs und/oder eine Einrichtung für eine bevorzugt stationäre Vorklimatisierung des Fahrgastraums aufweist.The refrigerant circuit according to the invention has at least one-stage fluid compression for a refrigerant of the refrigerant circuit, wherein a compressor of the fluid compression is designed as a turbocompressor. According to the invention, a turbocompressor, in particular a radial compressor, is also used or used for at least one-stage fluid compression of a refrigerant in a refrigerant circuit, preferably in a vehicle refrigerant circuit of an electric or hybrid motor vehicle. Furthermore, an air conditioning system has a refrigerant circuit according to the invention. In addition, a vehicle according to the invention has a refrigerant circuit according to the invention or an air conditioning system according to the invention, the vehicle having an internal, preferably electric, additional heater for a passenger compartment of the vehicle and / or a device for a preferably stationary Vorklimatisierung the passenger compartment.

In Ausführungsformen der Erfindung ist der Turboverdichter des Kältemittelkreislaufs als ein Radialverdichter ausgebildet. Der Turboverdichter bzw. der Radialverdichter des Kältemittelkreislaufs ist mittels eines Elektromotors, bevorzugt direkt, antreibbar und wird im Betrieb der Klimaanlage vom Elektromotor angetrieben. Hierbei kann die Fluidverdichtung oder der Turboverdichter des Kältemittelkreislaufs als eine ein-, zwei- oder vielstufige Fluidverdichtung bzw. ein ein-, zwei- oder vielstufiger Turboverdichter ausgebildet sein. Bei einer mehrstufigen Fluidverdichtung im Kältemittelkreislauf kann zwischen zwei Stufen der Fluidverdichtung ein Economiser, ein Mischer oder ein Wärmetauscher dazwischen geschaltet sein. Bevorzugt ist dabei ein abströmender Massenstrom an Kältemittel einer unteren Stufe der Fluidverdichtung und ein rückströmender Massenstrom an Kältemittel einer oberen Stufe der Fluidverdichtung im Economiser oder Mischer zusammen führbar. Hierbei können beide Massenströme wenigstens eine gemeinsame thermodynamische Zustandsgröße, insbesondere einen gemeinsamen Fluiddruck, annehmen. In embodiments of the invention, the turbo-compressor of the refrigerant circuit is designed as a radial compressor. The turbocompressor or the radial compressor of the refrigerant circuit is by means of an electric motor, preferably directly, driven and is driven by the electric motor during operation of the air conditioner. In this case, the fluid compression or the turbocompressor of the refrigerant circuit can be designed as a one-, two- or multi-stage fluid compression or a one-, two- or multi-stage turbocompressor. In a multi-stage fluid compression in the refrigerant circuit, an economiser, a mixer or a heat exchanger can be interposed between two stages of fluid compression. Preferably, an outflowing mass flow of refrigerant of a lower stage of the fluid compression and a backflowing mass flow of refrigerant of an upper stage of the fluid compression in the economizer or mixer can be combined. In this case, both mass flows can assume at least one common thermodynamic state variable, in particular a common fluid pressure.

In Ausführungsformen der Erfindung kann bei einer mehrstufigen Fluidverdichtung im Kältemittelkreislauf der Massenstrom an Kältemittel in der oberen Stufe der Fluidverdichtung größer sein, als der Massenstrom an Kältemittel in der unteren Stufe der Fluidverdichtung. Es ist auch möglich, dies umzukehren oder gleich große Massenströme anzuwenden. Ferner ist es bevorzugt, dass der Kältemittelkreislauf ölfrei und/oder riemenantriebsfrei ausgelegt ist. Gemäß der Erfindung kann der Kältemittelkreislauf für Hydrofluoroolefin oder Kohlendioxid als Kältemittel ausgelegt werden. Andere Kältemittel sind natürlich anwendbar. Des Weiteren kann der Turboverdichter eine Drehzahlsteuerung und/oder -regelung aufweisen. Darüber hinaus kann die Fluidverdichtung des Kältemittelkreislaufs mittels eines einzelnen oder einer Mehrzahl von Elektromotoren erfolgen, wobei ein Antrieb des Turboverdichters ein Getriebe aufweisen kann.In embodiments of the invention, in multi-stage fluid compression in the refrigerant circuit, the mass flow of refrigerant in the upper stage of the fluid compression may be greater than the mass flow of refrigerant in the lower stage of the fluid compression. It is also possible to reverse this or apply equal mass flows. Furthermore, it is preferred that the refrigerant circuit is designed to be oil-free and / or belt drive-free. According to the invention, the refrigerant circuit for hydrofluoroolefin or carbon dioxide can be designed as a refrigerant. Other refrigerants are of course applicable. Furthermore, the turbocompressor may have a speed control and / or regulation. In addition, the fluid compression of the refrigerant circuit can be effected by means of a single or a plurality of electric motors, wherein a drive of the turbocompressor can have a transmission.

Die Erfindung basiert auf der Verwendung eines insbesondere elektrisch und bevorzugt direkt angetriebenen Radialverdichters zur Komprimierung des Kältemittels in der Klimaanlage des Fahrzeugs. Hierbei ist die Fluidverdichtung der Klimaanlage bzw. der Radialverdichter bevorzugt mehrstufig ausgelegt. Die Erfindung ist dabei für beide derzeit in Frage kommenden Kältemittel prinzipiell anwendbar. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines hochdrehenden elektrischen Antriebs ist es möglich, eine marktfähige Lösung für einen bei kleinen Abmessungen des Turboverdichters benötigten Drehzahlbereich von größer als 100.000 U/min bei den geforderten Leistungen zur Verfügung zu stellen. Aufgrund der hohen Drehzahlen des Turboverdichters kann dieser deutlich kleiner als derzeit angewendete Verdichter gebaut werden, wobei sich ein benötigter Bauraum und eine Masse des Verdichters deutlich reduzieren. Im Vergleich mit herkömmlichen Verdichtern, wie z. B. Axialkolbenverdichtern, wird beispielsweise bei einer zweistufigen Verdichtung nur höchstens rund 1/8 eines Bauraums und/oder eines Gewichts des herkömmlichen Verdichters benötigt.The invention is based on the use of a particularly electrically and preferably directly driven centrifugal compressor for compressing the refrigerant in the air conditioning system of the vehicle. Here, the fluid compression of the air conditioner or the radial compressor is preferably designed in multiple stages. The invention is applicable in principle for both currently eligible refrigerant. The inventive use of a high-speed electric drive, it is possible to provide a marketable solution for a required for small dimensions of the turbocompressor speed range of greater than 100,000 U / min in the required services. Due to the high speeds of the turbo compressor this can be built much smaller than currently used compressors, with a required space and a mass of the compressor significantly reduced. Compared with conventional compressors, such. B. axial piston compressors, for example, only a maximum of about 1/8 of a space and / or a weight of the conventional compressor required in a two-stage compression.

Gemäß der Erfindung kann der Turboverdichter im Vergleich zu Kolbenverdichtern ölfrei betrieben werden. Damit kann sich kein Öl im Kältemittelkreislauf ausbreiten und sich auch nicht an den Wärmetauschern des Kältemittelkreislaufs ablagern. Eine Verschlechterung einer Wärmeübertragung wird damit vermieden. Des Weiteren ist insbesondere dadurch das Risiko eines Fahrzeugbrands mit dem derzeit anzuwendenden Alternativ-Kältemittel HFO-1234yf deutlich reduziert und führt somit zu einer erhöhten Sicherheit als bei herkömmlichen mit HFO-1234yf betriebenen Fahrzeug-Klimaanlagen. Ebenso ist es gemäß der Erfindung nicht mehr notwendig, den Kältemittelkreislauf mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten zu betreiben, um das Öl wieder zurück zum Kolbenverdichter zu fördern. Die reduzierte Geschwindigkeit führt zu einer Verringerung der Druckverluste im System. Die Ölfreiheit erhöht damit deutlich einen im Betrieb erzielbaren Wirkungsgrad der Klimaanlage und führt zu Kosteneinsparungen.According to the invention, the turbocompressor can be operated oil-free compared to reciprocating compressors. Thus, no oil can spread in the refrigerant circuit and not deposit on the heat exchangers of the refrigerant circuit. Deterioration of heat transfer is thus avoided. Furthermore, the risk of a vehicle fire with the currently applicable alternative refrigerant HFO-1234yf is significantly reduced and thus leads to increased safety compared to conventional vehicle air conditioning systems operated with HFO-1234yf. Likewise, according to the invention, it is no longer necessary to operate the refrigerant circuit at high flow rates in order to convey the oil back to the reciprocating compressor. The reduced speed leads to a reduction of the pressure losses in the system. The absence of oil thus significantly increases an achievable in operation efficiency of the air conditioner and leads to cost savings.

Eine Kühl- bzw. Heizleistung des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs kann mit der damit verbundenen Möglichkeit, eine mehrstufige Fluidverdichtung vorzunehmen, mit einer im Vergleich mit dem Stand der Technik deutlich reduzierten Kompressorantriebsleistung realisiert werden. Hierdurch führt das erfindungsgemäße Konzept zu einer Kohlendioxid-Reduktion, und bei Elektro- oder momentan elektrisch betriebenen Fahrzeugen zu einer Reichweitenverlängerung bzw. zu einem geringeren Einbruch bei der zur Verfügung stehenden Fahrzeug-Antriebsleistung. Der mechanische Aufbau des Turboverdichters besitzt eine niedrigere Komplexität als ein Kolbenverdichter, wobei auch aufgrund der geringeren Anzahl an bewegten Teilen Wartungs- sowie Montagekosten reduziert sind. In Bezug auf Vibrationen und Geräuschentwicklung, was für Insassen des betreffenden Fahrzeugs eine hohe Bedeutung besitzt, ist die Anwendung eines Turboverdichters vorteilhaft, da dieser aufgrund seines Arbeitsprinzips für einen gleichmäßigen Kältemittelstrom sorgt. Hierbei sind die Frequenzen der durch die Rotorblätter des Turboverdichters verursachten Druckschwankungen bei den angewendeten hohen Drehzahlen im nicht mehr hörbaren Bereich.A cooling or heating capacity of the refrigerant circuit according to the invention can be realized with the associated possibility of performing a multi-stage fluid compression, with a significantly reduced compared to the prior art compressor drive power. As a result, the concept according to the invention leads to a reduction in carbon dioxide, and in the case of electric or currently electrically operated vehicles to a range extension or a smaller slump in the available vehicle drive power. The mechanical design of the turbocompressor has a lower complexity than a reciprocating compressor, and also due to the reduced number of moving parts maintenance and installation costs are reduced. In terms of vibration and noise, which has a high importance for occupants of the vehicle in question, the use of a turbocompressor is advantageous because it provides a uniform flow of refrigerant due to its operating principle. Here are the frequencies caused by the rotor blades of the turbocompressor pressure fluctuations at the applied high speeds in the no longer audible range.

Der Einsatz der Erfindung in einem Elektro- und/oder Hybrid-Fahrzeug ermöglicht aufgrund des wegfallenden Riementriebs einen von der Fahrsituation unabhängigen Betrieb des Turboverdichters. So kann auch bei einem stillstehendem Motor eine Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs vorgenommen werden. Insbesondere ermöglicht in einem Elektro-Fahrzeug die Drehzahlregelung des Turboverdichters eine gute Anpassung eines Verdichterkennfelds an die unterschiedlichen Betriebspunkte der Klimaanlage, wobei ein guter Teillastwirkungsgrad erreichbar ist. Da bei einem Elektro-Fahrzeug ein deutlich höheres Spannungsniveau (ca. 400 V) als bei einem herkömmlichen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor (Batteriespannung ca. 12 V) vorhanden ist, kann der Elektromotor zum Antrieb des Verdichters bei gleicher elektrischer Leistung mit einem geringeren elektrischen Strom und damit geringeren elektrischen Verlusten betrieben werden. Ferner hat die erfindungsgemäße Heizung und/oder Kühlung auch Bedeutung für Fahrzeuge mit einem modernen Verbrennungsmotor (Energieeffizienz, Kohlendioxid-Einsparung, reduzierte für Heizzwecke zur Verfügung stehende Abwärme).The use of the invention in an electric and / or hybrid vehicle allows due to the elimination belt drive independent of the driving situation operation of the turbocompressor. So even with a stationary engine one Air conditioning of the interior of the vehicle are made. In particular, in an electric vehicle, the speed control of the turbocompressor allows a good adaptation of a compressor map to the different operating points of the air conditioning, with a good partial load efficiency can be achieved. Since an electric vehicle has a significantly higher voltage level (about 400 V) than a conventional vehicle with an internal combustion engine (battery voltage about 12 V), the electric motor for driving the compressor with the same electrical power with a lower electric current and so that lower electrical losses are operated. Furthermore, the heating and / or cooling according to the invention also has significance for vehicles with a modern internal combustion engine (energy efficiency, carbon dioxide saving, reduced waste heat available for heating purposes).

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In den schematischen Figuren der Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments with reference to the accompanying drawings. In the schematic figures of the drawing show:

1 eine beispielhafte Ausführungsform eines zweistufigen erfindungsgemäßen Fahrzeug-Kältemittelkreislaufs in einer Economiser-Schaltung; und 1 an exemplary embodiment of a two-stage vehicle refrigerant circuit according to the invention in an economizer circuit; and

2 ein Druck-Enthalpie-Diagramm (p-h-Diagramm) eines mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug-Kältemittelkreislauf aus 1 durchführbaren Kreisprozesses. 2 a pressure-enthalpy diagram (ph diagram) of a vehicle with the refrigerant circuit according to the invention from 1 feasible cycle process.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Gemäß der Erfindung wird wenigstens ein mindestens einstufiger Turboverdichter 10 in einem Kältemittelkreislauf 1 (siehe auch 1) einer Fahrzeug-Klimaanlage eingesetzt, welche sowohl einen Fahrgastraum des Fahrzeugs Kühlen, Heizen, Entfeuchten und/oder Belüften kann. Aufgrund einer geographischen Lage eines Einsatzorts sind die Anforderungen an die Klimaanlage und den Turboverdichter 10 unterschiedlich. In Abhängigkeit eines verwendeten Kältemittels 2 und eines Fahrzeugtyps liegen aufgrund des Einsatzorts des Fahrzeugs die Betriebspunkte für den Turboverdichter 10 fest. Eine für den Turboverdichter 10 wichtige Auslegungsgröße ist u. a. sein Druckverhältnis. Hierbei zeigt sich, dass sowohl beim Einsatz von Hydrofluoroolefin als auch Kohlendioxid eine zweistufige Fluidverdichtung bevorzugt ist. D. h. ein einzelner den Turboverdichter 10 antreibender Elektromotor (nicht dargestellt) treibt dabei die zwei oder auch mehr Stufen der Fluidverdichtung an, oder es kommen hierfür eine Mehrzahl von Elektromotoren zum Einsatz. Hierbei kann ein Getriebe (ebenfalls nicht dargestellt) für die einzige oder eine untere Verdichterstufe 12 und/oder zwischen zwei Verdichterstufen 12, 14 oder zwei Turboverdichtern 10, 10 vorgesehen sein, wobei zwei Verdichterstufen 12, 14 auf einer gemeinsamen Welle sitzen können. Natürlich ist es möglich, eine Mehrzahl von Getrieben vorzusehen.According to the invention, at least one at least one-stage turbocompressor 10 in a refrigerant circuit 1 (see also 1 ) of a vehicle air conditioning system, which can both a passenger compartment of the vehicle cooling, heating, dehumidifying and / or venting. Due to a geographical location of a site, the requirements for the air conditioning and turbocompressors 10 differently. Depending on a used refrigerant 2 and a vehicle type are the operating points for the turbocompressor due to the location of the vehicle 10 firmly. One for the turbo compressor 10 important design variable is, inter alia, its pressure ratio. This shows that both with the use of hydrofluoroolefin and carbon dioxide, a two-stage fluid compression is preferred. Ie. a single turbo compressor 10 driving electric motor (not shown) thereby drives the two or more stages of fluid compression, or there are used for this purpose a plurality of electric motors. Here, a transmission (also not shown) for the single or a lower compressor stage 12 and / or between two compressor stages 12 . 14 or two turbocompressors 10 . 10 be provided, with two compressor stages 12 . 14 can sit on a common wave. Of course, it is possible to provide a plurality of gears.

Ausgangspunkt für eine Auslegung des Turboverdichters 10 ist ein Cordier-Diagramm. Da Radialverdichter 10 ein höheres Druckverhältnis als Axialverdichter 10 bei insbesondere vergleichbaren Verdichtergrößen erreichen können, wird ein Auslegungspunkt des Turboverdichters 10 auch unter Berücksichtigung der resultierenden Schaufelhöhen entsprechend gelegt. Hierbei ist es bevorzugt, dass, wegen des höheren erreichbaren Druckverhältnisses, als Turboverdichter 10 erfindungsgemäß ein Radialverdichter 10 angewendet wird. Bevorzugt wird bei der Fluidverdichtung eine in 1 dargestellte Economiser-Schaltung im Gegensatz zu einer rein seriellen zweistufigen Fluidverdichtung favorisiert. Der Vorteil der Economiser-Schaltung liegt darin, dass die zweite bzw. obere Verdichterstufe mit einem höheren Massenstrom m₁ + m₂ als die erste bzw. untere Verdichterstufe (m₁) betrieben werden kann (eine Notation von Massen- und Volumenströmen erfolgt im Folgenden und auch in der Zeichnung ohne Punkt oder Strich). Dadurch ergibt sich bei bevorzugt gleichem Druckverhältnis in beiden Stufen, für die obere Stufe ein höherer Volumenstrom, was zu einem günstigeren Betriebspunkt dieser Stufe führt.Starting point for a design of the turbocompressor 10 is a Cordier diagram. As radial compressor 10 a higher pressure ratio than axial compressor 10 can achieve in particular comparable compressor sizes, is a design point of the turbocompressor 10 also placed according to the resulting blade heights accordingly. It is preferred that, because of the higher achievable pressure ratio, as a turbocompressor 10 According to the invention, a radial compressor 10 is applied. In the fluid compression is preferred in 1 shown economizer circuit in contrast to a purely serial two-stage fluid compression favors. The advantage of the economiser circuit is that the second or upper compressor stage can be operated with a higher mass flow m ₁ + m ₂ than the first or lower compressor stage (m ₁ ) (a notation of mass and volumetric flows takes place in the following and also in the drawing without dot or dash). This results in preferably the same pressure ratio in both stages, for the upper stage, a higher volume flow, resulting in a more favorable operating point of this stage.

Ein beispielhafter Kältemittelkreislauf 1 ist in der 1 dargestellt, welcher den schon angesprochenen Economiser 30 aufweist. Hierbei gleicht sich im Economiser 30 wenigstens eine thermodynamische Zustandsgröße des Massenstroms m₁ der unteren Stufe 12 der Fluidverdichtung einer thermodynamischen Zustandsgröße der Massenstroms m₁ + m₂ der oberen Stufe 14 der Fluidverdichtung wenigstens an. Dies sind bevorzugt ein Fluiddruck p und eine Temperatur. Es ist natürlich möglich, andere Arten von Konzepten der Fluidverdichtung des Kältemittelkreislaufs 1 anzuwenden. So ist eine lediglich einstufige Fluidverdichtung möglich oder auch eine schon angesprochene serielle zweistufige. Ferner kann statt dem Economiser 30 ein Mischer 30 oder ein Wärmetauscher 30 zur Anwendung kommen. Des Weiteren sind diese Konzepte bei einer drei oder noch höher stufigen Fluidverdichtung anwendbar und/oder kombinierbar.An exemplary refrigerant circuit 1 is in the 1 shown, which already mentioned economizer 30 having. This is similar in the economizer 30 at least one thermodynamic state variable of the mass flow m _{1 of} the lower stage 12 the fluid compression of a thermodynamic state variable of the mass flow m ₁ + m ₂ the upper stage 14 the fluid compression at least. These are preferably a fluid pressure p and a temperature. It is of course possible to use other types of concepts of fluid compression of the refrigerant circuit 1 apply. Thus, a single-stage fluid compression is possible or even a previously mentioned serial two-stage. Furthermore, instead of the economiser 30 a mixer 30 or a heat exchanger 30 come into use. Furthermore, these concepts are applicable and / or combinable with a three or even higher-stage fluid compression.

Bei einer Ausführungsform nach 1 wird ein auf einem niedrigen Druckniveau befindlicher Massenstrom m₁, der von einem als Verdampfer 20 fungierendem Wärmetauscher 20 stammt, von der unteren Stufe 12 oder einem ersten Turboverdichter 10 der Fluidverdichtung komprimiert (siehe Zustandspunkt I => II im ph-Diagramm der 2). Der abströmende Massenstrom m₁ strömt in den Economiser 30 oder auch einen Mischer 30, vermischt sich dort bei einem gemeinsamen Druckniveau p mit einem zurückströmenden Massestrom m₁ + m₂ von einem als Kondensator 40 fungierenden Wärmetauscher 40 stromabwärts der oberen Stufe 14 der Fluidverdichtung. Hierbei ist es möglich, dass sich beide Masseströme m₁, m₁ + m₂ nicht mischen sondern sich dort lediglich eine thermodynamische Zustandsgröße angleicht. Aus dem Economiser 30 oder Mischer 30 strömt der bevorzugt größere Massenstrom m₁ + m₂ zur oberen Stufe 14 oder einem zweiten Turboverdichter 10 der Fluidverdichtung bzw. wird von dieser bzw. diesem angesaugt (siehe Zustandspunkt III, Mitteldruckniveau). Dort wird der Massenstrom m₁ + m₂ verdichtet (siehe Zustandspunkt IV, Hochdruckniveau) und strömt zum Kondensator 40 und gibt dort eine Wärme Q₄₀ ab (siehe Zustandspunkt V).In one embodiment according to 1 is a befindlicher at a low pressure level mass flow m ₁ , that of a as evaporator 20 acting heat exchanger 20 comes from the lower level 12 or a first turbocompressor 10 the fluid compression compressed (see state point I => II in the ph diagram of 2 ). The flowing mass flow m ₁ flows into the economizer 30 or a mixer 30 , mixes there at a common pressure level p with a flowing back mass flow m ₁ + m ₂ of a capacitor 40 acting heat exchanger 40 downstream of the upper stage 14 the fluid compression. In this case, it is possible for both mass flows m ₁ , m ₁ + m ₂ not to mix but only to adjust to a thermodynamic state variable there. From the economiser 30 or mixer 30 the preferred larger mass flow m ₁ + m _{2 flows} to the upper stage 14 or a second turbocompressor 10 the fluid compression or is sucked by this or this (see state point III, medium pressure level). There, the mass flow m ₁ + m _{2 is} compressed (see state point IV, high pressure level) and flows to the condenser 40 and there emits a heat Q ₄₀ (see state point V).

In einem zeitlichen Anschluss daran wird der Massenstrom m₁ + m₂ in einer Drossel 50 bzw. einem Expansionsventil 50 entspannt (siehe Zustandspunkt VI, Mitteldruckniveau) und strömt in den Economiser 30 oder Mischer 30 und vermischt sich dort mit dem von der unteren Stufe 12 kommenden Massestrom m₁. Dem Economiser 30 oder Mischer 30 wird im Rücklauf ein Massenstrom m₁ entnommen (siehe Zustandspunkt VII), der sich in einer zweiten Drossel 60 bzw. einem zweiten Expansionsventil 60 wieder auf Niederdruckniveau entspannt (siehe Zustandspunkt VIII), welches auch einem Druckniveau im Verdampfer 20 entspricht. Im Verdampfer 20 wird Kälte abgegeben bzw. ein Wärmestrom Q₂₀ vom Massenstrom m₁ des Kältemittels 2 aufgenommen (siehe Zustandspunkt I). Der Kreisprozess ist geschlossen.In a temporal connection to the mass flow is m ₁ + m ₂ in a throttle 50 or an expansion valve 50 relaxed (see point VI, medium pressure level) and flows into the economizer 30 or mixer 30 and mixes with that of the lower stage 12 incoming mass flow m ₁ . The economiser 30 or mixer 30 a mass flow m _{1 is} taken in the return (see state point VII), resulting in a second throttle 60 or a second expansion valve 60 again relaxed to low pressure level (see state point VIII), which is also a pressure level in the evaporator 20 equivalent. In the evaporator 20 cold is released or a heat flow Q ₂₀ from the mass flow m _{1 of} the refrigerant 2 recorded (see state point I). The cycle is closed.

Mittels des Verdampfers 20 kann ein fahrzeugseitiger Luftstrom gekühlt werden, und mittels des Kondensators 40 kann ein fahrzeugseitiger Luftstrom geheizt werden. Eine Luft zum Klimatisieren des Fahrzeugs kann dabei je nach einem Bedarf am Verdampfer 20 oder Kondensator 40 vorbeigeführt werden und wird dort klimatisiert. Hierfür ist die Klimaanlage des Fahrzeugs entsprechend ausgebildet. Soll der Fahrgastraum gekühlt werden, so wird eine vom Verdampfer 20 stammende Kühlluft dem Inneren des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt. Zeitlich zuvor gibt die spätere Kühlluft den Wärmestrom Q₂₀ an den Verdampfer 20 ab. Soll der Fahrgastraum geheizt werden so ist die Klimaanlage des Fahrzeugs derart ausgelegt, dass eine zu erwärmende Luft am Kondensator 40 vorbeigeführt wird und dort den Wärmestrom Q₄₀ aufnimmt. Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, den Kältemittelkreislauf 1 derart auszulegen, dass die Wärmetauscher 20, 40 sowohl als Verdampfer 20, 40 als auch als Kondensator 20, 40 fungieren, wofür je nach Bedarf an Klimatisierung, die Wärmetauscher 20, 40 über weitere Ventile (nicht dargestellt) variabel an einen Hochdruckausgang oder einen Niederdruckeingang der beiden Verdichterstufen angeschlossen werden. Die Strömungsrichtung durch die Verdichterstufen bleibt dabei bevorzugt erhalten.By means of the evaporator 20 a vehicle-side air flow can be cooled, and by means of the capacitor 40 a vehicle-side airflow can be heated. An air for air conditioning of the vehicle can thereby depending on a need for the evaporator 20 or capacitor 40 be passed and is air conditioned there. For this purpose, the air conditioning system of the vehicle is designed accordingly. If the passenger compartment is to be cooled, one of the evaporator 20 derived cooling air provided to the interior of the vehicle. Previously, the later cooling air gives the heat flow Q ₂₀ to the evaporator 20 from. If the passenger compartment to be heated so the air conditioning system of the vehicle is designed so that a to be heated air at the condenser 40 is passed and receives there the heat flow Q ₄₀ . According to the invention, it is also possible to use the refrigerant circuit 1 interpreted in such a way that the heat exchanger 20 . 40 both as an evaporator 20 . 40 as well as a capacitor 20 . 40 for which, depending on the need for air conditioning, the heat exchangers 20 . 40 via further valves (not shown) are connected variably to a high-pressure outlet or a low-pressure inlet of the two compressor stages. The flow direction through the compressor stages remains preferably preserved.

Gemäß der Massenstromverhältnisse bei einer mehrstufigen Fluidverdichtung sind die Laufräder der einzelnen Stufen 12, 14 ausgebildet (in der Zeichnung nicht dargestellt). Hierbei kann in der oberen Stufe 14 ein kleineres und in der unteren Stufe 12 der Fluidverdichtung ein größeres Laufrad, oder umgekehrt angewendet werden. Ferner ist es möglich, beide Laufräder identisch auszugestalten, wobei es bei einer solchen Ausführungsform bevorzugt ist, dass diese beiden Laufräder auf einer gemeinsamen Welle sitzen, die von einem einzelnen Elektromotor angetrieben wird, wobei der eingesetzte Massenstrom m₁ + m₂ über das Laufrad der oberen Stufe 14 bevorzugt größer ist, als der Massenstrom m₁ der unteren Stufe 12. Hierbei ist es möglich, ein Getriebe zwischen den Laufrädern oder vor dem Laufrad der unteren Stufe 12 vorzusehen.According to the mass flow conditions in a multi-stage fluid compression are the wheels of the individual stages 12 . 14 formed (not shown in the drawing). This may be in the upper stage 14 a smaller one and in the lower level 12 the fluid compression a larger impeller, or vice versa are applied. Further, it is possible to design both wheels identically, it being preferred in such an embodiment that these two wheels sit on a common shaft which is driven by a single electric motor, wherein the mass flow used m ₁ + m ₂ via the impeller of upper level 14 is preferably greater than the mass flow m _{1 of} the lower stage 12 , It is possible, a gear between the wheels or before the impeller of the lower stage 12 provided.

Solche Ausführungsformen sind natürlich auch auf unterschiedlich große Laufräder, gleich große Massenströme oder unterschiedlich große Massenströme anwendbar, wobei der Massenstrom über das Laufrad der unteren Stufe 12 größer sein kann als der der oberen Stufe 14. Analoges gilt für die Drehzahlen der einzelnen Stufen 12, 14 der Fluidverdichtung, wobei es jedoch bevorzugt ist, eine Mehrzahl von Stufen 12, 14 der Fluidverdichtung von einem einzigen Elektromotor anzutreiben, wobei die Mehrzahl von Stufen 12, 14 bevorzugt von einer gemeinsamen Welle antreibbar sind (beides ebenfalls nicht dargestellt). Aber auch eine Anwendung von zwei oder mehr Elektromotoren oder eine Anwendung eines oder einer Mehrzahl von Getrieben ist natürlich möglich (siehe oben).Of course, such embodiments are also applicable to differently sized impellers, equal mass flows or different mass flows, wherein the mass flow through the impeller of the lower stage 12 can be larger than the upper level 14 , The same applies to the speeds of the individual stages 12 . 14 fluid compression, but it is preferred that a plurality of stages 12 . 14 to drive the fluid compression of a single electric motor, wherein the plurality of stages 12 . 14 are preferably driven by a common shaft (both also not shown). But also an application of two or more electric motors or an application of one or a plurality of gears is of course possible (see above).

Bevorzugt beträgt ein Volumen oder ein benötigter Einbauraum des Turboverdichters 10 ca. 75–90 cm³, 110–140 cm³, 160–190 cm³, 210–240 cm³, 260–290 cm³, 310–340 cm³, 360–390 cm³, 410–440 cm³, 460–490 cm³, 510–650 cm³, 700–800 cm³, 850–950 cm³, 1.100–1.400 cm³, 1.600–1.900 cm³, 2.100–2.400 cm³, 2.600–2.900 cm³, 3.100–3.200 cm³. Ferner beträgt eine Masse des Turboverdichters 10 bevorzugt ca. 0,2–0,3 kg, 0,4–0,6 kg, 0,7–0,8 kg, 0,9–1,1 kg, 1,2–1,3 kg, 1,4–1,6 kg, 1,7–1,8 kg, 1,9–2 kg, 2,1–2,3 kg, 2,4–2,5 kg, 2,6–2,7 kg, 2,8–3,1 kg, 3,2–3,6 kg, 3,7–4,1 kg, 4,2–4,6 kg, 4,7–5,1 kg, 5,2–5,6 oder 5,7–6,1 kg. In einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Kältemittelkreislaufs 1 beträgt eine minimale Drehzahl des Turboverdichters 10 ca. 20.000–40.000 U/min, 60.000–80.000 U/min, 90.000–110.000 U/min, 120.000–140.000 U/min, 160.000–180.000 U/min, 190.000–210.000 U/min, 220.000–230.000 U/min oder 240.000–260.000 U/min. In einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Kältemittelkreislaufs 1 beträgt eine maximale Drehzahl des Turboverdichters 10 ca. 240.000–260.000 U/min, 275.000–350.000 U/min, 375.000–450.000 U/min, 475.000–550.000 U/min, 600.000–800.000 U/min, 900.000–1.100.000 U/min oder 1.200.000–1.500.000 U/min.Preferably, a volume or a required installation space of the turbocompressor 10 is approximately 75-90 cm ³ , 110-140 cm ³ , 160-190 cm ³ , 210-240 cm ³ , 260-290 cm ³ , 310-340 cm ³ , 360 -390 cm ³ , 410-440 cm ³ , 460-490 cm ³ , 510-650 cm ³ , 700-800 cm ³ , 850-950 cm ³ , 1,100-1,400 cm ³ , 1,600-1,900 cm ³ , 2,100-2,400 cm ³ , 2,600-2,900 cm ³ , 3,100-3,200 cm ³ . Furthermore, a mass of the turbocompressor 10 is preferably about 0.2-0.3 kg, 0.4-0.6 kg, 0.7-0.8 kg, 0.9-1.1 kg, 1.2- 1.3 kg, 1.4-1.6 kg, 1.7-1.8 kg, 1.9-2 kg, 2.1-2.3 kg, 2.4-2.5 kg, 2, 6-2.7 kg, 2.8-3.1 kg, 3.2-3.6 kg, 3.7-4.1 kg, 4.2-4.6 kg, 4.7-5.1 kg, 5.2-5.6 or 5.7-6.1 kg. In a proper use of the refrigerant circuit 1 is a minimum speed of the turbo compressor 10 Approximately 20,000-40,000 rpm, 60,000-80,000 rpm, 90,000-110,000 rpm, 120,000-140,000 rpm, 160,000-180,000 rpm, 190,000-210,000 rpm, 220,000-230,000 rpm or 240,000-260,000 rpm. In a proper use of the refrigerant circuit 1 is a maximum speed of the turbo compressor 10 approximately 240,000-260,000 rpm, 275,000-350,000 rpm, 375,000-450,000 rpm, 475,000-550,000 rpm, 600,000-800,000 rpm, 900,000-1,100,000 rpm or 1,200,000 rpm. 1,500,000 rpm.

Bei der Verwendung von Hydrofluoroolefin (HFO-1234yf) treten mit diesem Auslegungsansatz je nach einem Betriebspunkt mit aktuellen Elektromotoren realisierbare Drehzahlen von bis über 250.000 U/min auf. Ein Außendurchmesser eines Laufrads des Turboverdichters 10 beträgt dabei rund 20 mm bei einer axialen Höhe von rund 10 mm. Der Platzbedarf des Turboverdichters 10 ist somit deutlich geringer als der eines Kolbenverdichters gleicher Leistung. Wird Kohlendioxid als Kältemittel 2 für die Klimatisierung eines Klein-Fahrzeugs eingesetzt, resultieren daraus sehr hohe Drehzahlen von ca. 1 Mio. U/min, wobei der Turboverdichter 10 geringe Laufradabmessungen von kleiner als 8 mm aufweist. Die Anforderungen an den Turboverdichter 10 hinsichtlich einer Drehzahl und einem Außendurchmesser werden geringer, wenn eine größere Heiz- oder Kühlleistung benötigt wird, da hierdurch eine Größe des Turboverdichters 10 überproportional steigt. Deshalb kann die Erfindung auf auch größere Leistungsklassen von mehr als 10 kW Heiz- oder Kühlleistung für eine mobile Klimatisierung insbesondere auch mit Kohlendioxid als Kältemittel 2 angewendet werden.When using hydrofluoroolefin (HFO-1234yf), this design approach allows realizable speeds of up to more than 250,000 rpm, depending on an operating point with current electric motors. An outer diameter of an impeller of the turbocompressor 10 is around 20 mm at an axial height of about 10 mm. The space requirement of the turbo compressor 10 is thus significantly lower than that of a reciprocating compressor of the same power. Is carbon dioxide as a refrigerant 2 used for the air conditioning of a small vehicle, resulting in very high speeds of about 1 million rev / min, the turbo compressor 10 has small impeller dimensions of less than 8 mm. The requirements for the turbocompressor 10 in terms of a speed and an outer diameter are smaller when a larger heating or cooling capacity is needed, as a result of a size of the turbo compressor 10 disproportionately increases. Therefore, the invention can be applied to larger power classes of more than 10 kW heating or cooling capacity for mobile air conditioning in particular with carbon dioxide as a refrigerant 2 be applied.

Bei einem Einsatz von Hydrofluoroolefin als Kältemittel 2 kann es in bestimmten Betriebsszenarios zu sehr hohen Druckverhältnissen kommen, die eine Verwendung von mehr als zwei Stufen notwendig machen. Insbesondere bei sehr tiefen Außentemperaturen von ca. –20°C und hohen Wärmeabgabetemperaturen von ca. 50°C reicht eine zweistufige Fluidverdichtung eventuell nicht mehr aus. Für solche Extrem-Szenarios könnte ferner während der Fahrt zusätzlich eine elektrische Widerstandsheizung einen Wärmepumpenbetrieb der Klimaanlage unterstützen. Insbesondere für Fahrten bei extrem niedrigen Außentemperaturen kann das betreffende Fahrzeug eine elektrische Zuheizung aufweisen. Ferner ist es möglich, das Fahrzeug stationär Vorzuklimatisieren. Dies erfolgt beispielsweise mittels einer internen/externen elektrischen Zuheizung, die z. B. extern mit elektrischem Strom versorgbar ist, oder durch Warmluftzufuhr von außen. So kann ein geparktes Fahrzeug z. B. über stationäre elektrische oder thermische Anbindungen vorgeheizt werden.When using hydrofluoroolefin as a refrigerant 2 In certain operating scenarios, very high pressure ratios can occur, which necessitate the use of more than two stages. Especially at very low outside temperatures of about -20 ° C and high heat release temperatures of about 50 ° C, a two-stage fluid compression may not be enough. In addition, for such extreme scenarios, an electrical resistance heater could assist a heat pump operation of the air conditioner during travel. Especially for driving at extremely low outside temperatures, the vehicle in question may have an electric auxiliary heater. Further, it is possible to pre-air-condition the vehicle stationary. This is done for example by means of an internal / external electrical heating, the z. B. externally supplied with electric power, or by supplying hot air from the outside. So a parked vehicle z. B. preheated by stationary electrical or thermal connections.

Claims

Vehicle refrigerant circuit for an air conditioning system of a vehicle, in particular for heating, cooling and / or dehumidifying a passenger compartment of an electric or hybrid motor vehicle, having at least one-stage fluid compression for a refrigerant ( 2 ) of the vehicle refrigerant circuit ( 1 ), characterized in that a compressor ( 10 ) the fluid compression of the vehicle refrigerant circuit ( 1 ) as a turbocompressor ( 10 ) is trained.

Vehicle refrigerant circuit according to claim 1, characterized in that the turbo compressor ( 10 ) of the vehicle refrigerant circuit ( 1 ) as a radial compressor ( 10 ), and / or the turbocompressor ( 10 ) or the radial compressor ( 10 ) of the vehicle refrigerant circuit ( 1 ) by means of an electric motor, preferably directly, is driven and / or driven.

Vehicle refrigerant circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid compression or the turbocompressor ( 10 ) of the vehicle refrigerant circuit ( 1 ) as a two-stage or multi-stage fluid compression or a two-stage or multi-stage turbocompressor ( 10 ) is trained.

Vehicle refrigerant circuit according to one of the preceding claims, characterized in that in a multi-stage fluid compression in the vehicle refrigerant circuit ( 1 ) between two stages of fluid compression an economizer, a mixer or a heat exchanger is connected in between, wherein preferably, an outflowing mass flow (m ₁ ) of refrigerant ( 2 ) a lower level ( 12 ) Of the fluid compression and a back flowing mass flow (m ₁ + m ₂₎ of refrigerant ( 2 ) an upper stage of the fluid compression in the economizer or mixer can be brought together and preferably at least assume a common thermodynamic state variable, in particular a common fluid pressure.

Vehicle refrigerant circuit according to one of the preceding claims, characterized in that in a multi-stage fluid compression in the vehicle refrigerant circuit, the mass flow (m ₁ + m ₂ ) of refrigerant ( 2 ) in the upper stage of the fluid compression is greater than the mass flow (m ₁ ) of refrigerant ( 2 ) in the lower stage of the fluid compression.

Vehicle refrigerant circuit according to one of the preceding claims, characterized in that: - the vehicle refrigerant circuit ( 1 ) is designed oil-free; The vehicle refrigerant circuit ( 1 ) belt drive is designed; The vehicle refrigerant circuit ( 1 ) for hydrofluoroolefin or carbon dioxide as refrigerant ( 2 ) is designed; - the turbo-compressor ( 10 ) has a speed control and / or regulation; The fluid compression of the vehicle refrigerant circuit ( 1 ) takes place by means of a single or a plurality of electric motors; and or A drive of the turbocompressor ( 10 ) has a transmission.

Vehicle refrigerant circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the turbocompressor ( 10 ) is designed such that: - that a volume or a required installation space of the turbocompressor ( 10 ) about or less than about 100 cm ³ , 150 cm ³ , 200 cm ³ , 250 cm ³ , 300 cm ³ , 350 cm ³ , 400 cm ³ , 450 cm ³ , 500 cm ³ , 600 cm ³ , 750 cm ^3, 1 l, 1.25 l, 1.5 l, 1.75 l, 2 l, 2.25 l, 2.5 l, 2.75 l and 3 l; - that a mass of the turbocompressor ( 10 ) about or less than about 0.25 kg, 0.5 kg, 0.75 kg, 1 kg, 1.25 kg, 1.5 kg, 1.75 kg, 2 kg, 2.25 kg, 2 , 5kg, 2.75kg, 3kg, 3.5kg, 4kg, 4.5kg, 5kg, 5.5kg or 6kg; - that in a proper use of the vehicle refrigerant circuit ( 1 ) a speed of the turbo-compressor ( 10 ) is at least about 20,000 RPM, 50,000 RPM, 100,000 RPM, 125,000 RPM, 150,000 RPM, 175,000 RPM, 200,000 RPM, or 250,000 RPM; and / or - that in a proper use of the vehicle refrigerant circuit ( 1 ) a speed of the turbo-compressor ( 10 ) is at most about 250,000 rpm, 300,000 rpm, 400,000 rpm, 500,000 rpm, 750,000 rpm, 1,000,000 rpm or 1,250,000 rpm.

Use of a turbocompressor ( 10 ), in particular a radial compressor ( 10 ), for at least one-stage fluid compression of a refrigerant ( 2 ) in a refrigerant circuit ( 1 ), preferably in a vehicle refrigerant circuit ( 1 ) of an electric or hybrid motor vehicle.

Air conditioning system for a motor vehicle, in particular an electric or hybrid motor vehicle, characterized in that the air conditioning system is a vehicle refrigerant circuit ( 1 ) according to one of claims 1 to 7.

Vehicle, in particular electric or hybrid motor vehicle, with a vehicle refrigerant circuit ( 1 ) according to one of claims 1 to 7 or an air conditioner according to claim 9, characterized in that the vehicle has an internal, preferably electrical, auxiliary heating for a passenger compartment of the vehicle and / or a device for a preferably stationary Vorklimatisierung of the passenger compartment.