DE102012013167A1

DE102012013167A1 - Air conditioning system for motor vehicle, has circuit with coolant flow direction, where two thermoelectric heat pumps coupled to one another through coolant circuit so that coolant is heated by heat exchange with hot side of heat pump

Info

Publication number: DE102012013167A1
Application number: DE201210013167
Authority: DE
Inventors: Christof Böttcher; Thomas Haltmeier; Christine Susanne Junior
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2014-01-02

Abstract

The air conditioning system has a coolant circuit (10) with a coolant flow direction, where each of two thermoelectric heat pumps (12,14) are provided with a hot side (W) and a cold side (K). One of the sides of the pump is thermally coupled to the coolant circuit. The heat pumps are coupled together through the coolant circuit so that the coolant is heated by the heat exchange with the hot side of the heat pump. The coolant is further heated by the heat exchange with the downstream hot side of the other heat pump.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend

– einen Kühlmittelkreis mit einer Kühlmittelstromrichtung,
– wenigstens zwei thermoelektrische Wärmepumpen mit jeweils einer Warmseite und einer Kaltseite, von denen jeweils wenigstens eine thermisch mit dem Kühlmittelkreis gekoppelt ist,

wobei die Wärmepumpen über den Kühlmittelkreis derart miteinander gekoppelt sind, dass durch Wärmeaustausch mit der Kaltseite einer Wärmepumpe abgekühltes Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit einer stromabwärts angeordneten Warmseite einer weiteren Wärmepumpe aufheizbar ist.The invention relates to an air conditioning system for a motor vehicle, comprising

A coolant circuit with a coolant flow direction,
At least two thermoelectric heat pumps each having a hot side and a cold side, of which in each case at least one is thermally coupled to the coolant circuit,

wherein the heat pumps are coupled together via the coolant circuit such that coolant cooled by heat exchange with the cold side of a heat pump is heatable by heat exchange with a downstream hot side of another heat pump.

Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend

– einen ersten Kühlmittelkreis mit einer Kühlmittelstromrichtung,
– eine thermoelektrische Vorstufen-Wärmepumpe mit einer Warmseite und einer Kaltseite, deren Warmseite thermisch mit dem Kühlmittelkreis gekoppelt ist.
– eine thermoelektrische Endstufen-Wärmepumpe mit einer Warmseite und einer Kaltseite, deren Kaltseite thermisch mit dem Kühlmittelkreis gekoppelt ist und stromaufwärts der Warmseite der Vorstufen-Wärmepumpe angeordnet ist.

The invention further relates to an air conditioning system for a motor vehicle, comprising

A first coolant circuit with a coolant flow direction,
- A thermoelectric precursor heat pump with a hot side and a cold side, the hot side is thermally coupled to the coolant circuit.
A thermoelectric final stage heat pump having a hot side and a cold side, the cold side of which is thermally coupled to the coolant circuit and located upstream of the hot side of the pre-stage heat pump.

Die Erfindung bezieht sich schließlich auf ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend

– einen Kühlmittelkreis mit einer Kühlmittelstromrichtung,
– eine thermoelektrische Endstufen-Wärmepumpe mit einer Warmseite und einer Kaltseite, deren Warmseite thermisch mit einem mit dem als Wärmesenke wirkenden Innenraum des Kraftfahrzeugs thermisch gekoppelten Innenraum-Wärmetauscher gekoppelt ist, und
– eine erste thermoelektrische Vorstufen-Wärmepumpe mit einer Warmseite und einer Kaltseite, deren Warmseite thermisch mit dem Kühlmittelkreis gekoppelt und stromaufwärts der Kaltseite der Endstufen-Wärmepumpe angeordnet ist.

The invention finally relates to an air conditioning system for a motor vehicle, comprising

A coolant circuit with a coolant flow direction,
A thermoelectric output stage heat pump having a hot side and a cold side, the hot side of which is thermally coupled to a heat sink acting as an interior of the motor vehicle thermally coupled indoor heat exchanger, and
A first thermoelectric precursor heat pump having a hot side and a cold side, the hot side of which is thermally coupled to the coolant circuit and located upstream of the cold side of the final stage heat pump.

Derartige Klimatisierungssysteme sind bekannt aus der EP 2 357 102 A1 . Alle drei obigen Beschreibungsansätze betreffen dasselbe (einzige) Ausführungsbeispiel der genannten Druckschrift und unterstreichen dabei jeweils unterschiedliche Aspekte. Einer funktionalen Beschreibung kommt der obige dritte Darstellungsansatz am nächsten.Such air conditioning systems are known from the EP 2 357 102 A1 , All three above description approaches concern the same (only) embodiment of the cited document and underline each different aspects. A functional description is closest to the above third approach.

Bei dem bekannten Klimatisierungssystem ist ein einfacher Kühlmittelkreis realisiert, der thermisch sowohl mit der Warmseite der Vorstufen-Wärmepumpe als auch mit der Kaltseite der Endstufen-Wärmepumpe gekoppelt ist, wobei aufgrund der Einfachheit des Kühlmittelkreises beide Ankopplungsstellen relativ zueinander sowohl als stromaufwärts gelegen als auch als stromabwärts gelegen beschrieben werden können. Die Kaltseite der Vorstufen-Wärmepumpe und die Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe sind nicht mit dem Kühlmittelkreis gekoppelt. Vielmehr besteht eine thermische Kopplung der Kaltseite der Vorstufen-Wärmepumpe mit der Außenluft des Kraftfahrzeugs und eine thermische Kopplung der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe mit der Innenluft des Kraftfahrzeugs. Bei Betrieb entzieht die Vorstufen-Wärmepumpe an ihrer Kaltseite der Außenluft Wärme und pumpt diese zur Warmseite, wo sie in den Kühlmittelkreis eingekoppelt wird. Das solchermaßen vorgewärmte Kühlmittel erfährt eine weitere Aufheizung durch Wärmeaustausch mit einer zusätzlichen Wärmequelle, nämlich der Abwärme des Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs. Dem solchermaßen zweifach erhitzten Kühlmittel wird nun an der Kaltseite der Endstufen-Wärmepumpe entzogen, welche zur Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe gepumpt und dort auf einen in den Innenraum des Kraftfahrzeugs leitbaren Luftstrom übertragen wird. Der Innenraum des Kraftfahrzeugs dient somit als Wärmesenke, in den hinein im Ergebnis Wärme aus den Wärmequellen Außenluft und Antriebsaggregat gefördert wird. Das an der Kaltseite der Endstufen-Wärmepumpe abgekühlte Kühlmittel strömt zurück zur Vorstufen-Wärmepumpe, an deren Warmseite es, wie oben beschrieben, wieder erwärmt wird.In the known air-conditioning system, a simple refrigerant circuit is thermally coupled to both the hot side of the pre-stage heat pump and the cold side of the final stage heat pump, wherein due to the simplicity of the refrigerant circuit both coupling points relative to each other both upstream and downstream can be described. The cold side of the pre-stage heat pump and the hot side of the final stage heat pump are not coupled to the coolant circuit. Rather, there is a thermal coupling of the cold side of the precursor heat pump with the outside air of the motor vehicle and a thermal coupling of the hot side of the power amplifier heat pump with the inside air of the motor vehicle. During operation, the pre-stage heat pump removes heat from the outside air on its cold side and pumps it to the hot side, where it is injected into the coolant circuit. The thus preheated coolant undergoes further heating by heat exchange with an additional heat source, namely the waste heat of the drive unit of the motor vehicle. The thus doubly heated coolant is now removed from the cold side of the heat pump end stage, which is pumped to the hot side of the power amplifier heat pump and transmitted there to an airflow which can be conducted into the interior of the motor vehicle. The interior of the motor vehicle thus serves as a heat sink, in the result in the heat from the heat sources outside air and drive unit is promoted. The refrigerant cooled at the cold side of the final-stage heat pump flows back to the pre-stage heat pump, at the hot side of which it is reheated as described above.

Nachteilig bei diesem bekannten System ist seine geringe Energieeffizienz, die wesentlich auf der passiven Ankopplung der zusätzlichen Wärmequelle in einem Kühlmittelkreisabschnitt mit relativ hoher Temperatur beruht. Entsprechend hoch muss die Temperatur der Antriebsaggregat-Abwärme sein, um zwischen der Warmseite der Vorstufen-Wärmepumpe und der Kaltseite der Endstufen-Wärmepumpe zu einer Temperaturerhöhung des Kühlmittels führen zu können.A disadvantage of this known system is its low energy efficiency, which is based essentially on the passive coupling of the additional heat source in a coolant circuit section with a relatively high temperature. The temperature of the drive unit waste heat must be correspondingly high in order to be able to increase the temperature of the coolant between the hot side of the pre-stage heat pump and the cold side of the final stage heat pump.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Klimatisierungssystem für Kraftfahrzeuge derart weiterzubilden, dass eine gesteigerte Energieeffizienz erreicht wird.It is the object of the present invention to develop a generic air conditioning system for motor vehicles in such a way that increased energy efficiency is achieved.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Wärmepumpen über den Kühlmittelkreis weiter derart miteinander gekoppelt sind, dass durch Wärmeaustausch mit der Warmseite einer Wärmepumpe aufgeheiztes Kühlmittel durch Wärmeaustausch mit einer stromabwärts angeordneten Warmseite einer weiteren Wärmepumpe weiter aufheizbar ist.This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 1, characterized in that the heat pumps are further coupled to each other via the coolant circuit, that further heated by heat exchange with the hot side of a heat pump heated coolant through heat exchange with a downstream hot side of another heat pump is.

Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 2 dadurch gelöst; dass die Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe thermisch mit dem Kühlmittelkreis gekoppelt und stromabwärts der Warmseite der Vorstufen-Wärmepumpe sowie stromaufwärts der Kaltseite derselben Endstufen-Wärmepumpe angeordnet ist. The object is further achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 2 thereby; in that the warm side of the final stage heat pump is thermally coupled to the coolant circuit and located downstream of the hot side of the pre-stage heat pump and upstream of the cold side of the same final stage heat pump.

Die Aufgabe wird schließlich in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 8 dadurch gelöst, dass eine zweite thermoelektrische Vorstufen-Wärmepumpe mit einer Warmseite und einer Kaltseite vorgesehen ist,

– deren Kaltseite thermisch mit dem Kühlmittelkreis gekoppelt und mit der thermisch mit dem Kühlmittelkreis gekoppelten Kaltseite der ersten Vorstufen-Wärmepumpe parallel geschaltet und
• eingangsseitig mit dem Innenraum-Wärmetauscher gekoppelt ist sowie
• ausgangsseitig thermisch mit einer Wärmequelle gekoppelt ist, und
– deren Warmseite thermisch mit dem Kühlmittelkreis gekoppelt ist und
• eingangsseitig gemeinsam mit der Warmseite der ersten Vorstufen-Wärmepumpe thermisch mit der Kaltseite der Endstufen-Wärmepumpe und der Wärmequelle gekoppelt ist, sowie
• ausgangsseitig mit der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe gekoppelt ist.

The object is finally achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 8, characterized in that a second thermoelectric precursor heat pump is provided with a hot side and a cold side,

- Their cold side thermally coupled to the coolant circuit and connected in parallel with the thermally coupled to the coolant circuit cold side of the first precursor heat pump and
• is coupled on the input side with the indoor heat exchanger and
• thermally coupled to a heat source on the output side, and
- The hot side is thermally coupled to the coolant circuit and
• thermally coupled to the cold side of the heat pump and the heat source together with the hot side of the first pre-stage heat pump on the input side, as well as
• is coupled on the output side to the hot side of the final heat pump.

Die als unabhängige Nebenansprüche formulierten Ansprüche 2 und 8 unterliegen einem gemeinsamen erfinderischen Grundgedanken, wie er in Anspruch 1 formuliert ist.The claims 2 and 8 formulated as independent ancillary claims are subject to a common inventive concept as formulated in claim 1.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung variiert die aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannte Idee der Kaskadierung mehrerer thermoelektrischer Wärmepumpen, vorzugsweise Peltier-Wärmepumpen. Während beim Stand der Technik das Hauptaugenmerk darauf liegt, mit dem von der Vorstufen-Wärmepumpe erhitzen Kühlmittel das Temperaturniveau der Endstufen-Wärmepumpe anzuheben, indem diese stromabwärts jener angeordnet und ihre Kaltseite mit der Warmseite jener gekoppelt wird, erfolgt die Kaskadierung im Rahmen der Erfindung vor allem durch die zweifache, hintereinandergeschaltete Erhitzung des Kühlmittels zunächst an der Warmseite der Vorstufen-Wärmepumpe und dann an der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe. Gleichwohl wird der aus dem Stand der Technik bekannte Gedanke des Anhebens des Temperaturniveaus der Endstufen-Wärmepumpe beibehalten, wobei hierzu jedoch nicht oder nicht nur (je nach Ausführungsform) eigens zu diesem Zweck erhitztes Kühlmittel verwendet wird, sondern vielmehr die Restwärme, die noch im Kühlmittel nach dessen Wärmeaustausch mit dem Bestimmungsort, d. h. insbesondere dem Fahrzeuginnenraum, enthalten ist. Auf diese Weise lassen sich ein erhöhtes Temperaturniveau an der „Endverbrauchsstelle” und eine Restwärmenutzung realisieren, was insgesamt zu einer gesteigerten Energieeffizienz und Komforterhöhung führt.The invention varies the principle known from the prior art of cascading several thermoelectric heat pumps, preferably Peltier heat pumps. While the prior art focuses on raising the temperature level of the final stage heat pump with the coolant heated by the precursor heat pump by placing it downstream and coupling its cold side to the hot side thereof, cascading occurs within the scope of the invention in particular by the two-fold heating of the coolant connected in series, first on the hot side of the precursor heat pump and then on the hot side of the final stage heat pump. However, the well-known from the prior art idea of raising the temperature level of the final stage heat pump is maintained, but this is not or not only (depending on the embodiment) specially heated for this purpose coolant is used, but rather the residual heat, which is still in the coolant after its heat exchange with the destination, d. H. in particular the vehicle interior, is included. In this way, an increased temperature level at the "end consumption point" and a residual heat utilization can be realized, which leads to an overall increase in energy efficiency and increased comfort.

Dieses gemeinsame, erfinderische Konzept lässt sich auf unterschiedliche Weisen realisieren, wobei Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7 ein Klimatisierungssystem mit einem im Wesentlichen unverzweigten Kühlmittelkreis und Gegenstand der Ansprüche 8 und 9 ein Klimatisierungssystem mit einem verzweigten Kühlmittelkreis ist.This common, inventive concept can be realized in different ways, the subject matter of claims 2 to 7 an air conditioning system with a substantially unbranched coolant circuit and subject matter of claims 8 and 9 is an air conditioning system with a branched coolant circuit.

Bei dem Klimatisierungssystem gem. Anspruch 2 mit im Wesentlichen unverzweigtem Kühlmittelkreis ist die Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe im Gegensatz zum Stand der Technik thermisch mit dem Kühlmittelkreis gekoppelt und zwar stromabwärts der Warmseite der Vorstufen-Wärmepumpe. Das an der Warmseite der Vorstufen-Wärmepumpe erhitzte Kühlmittel wird somit an der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe weiter erhitzt. Das solchermaßen zweifach erhitzte Kühlmittel dient als Wärmequelle für den Wärmeaustausch mit der Endverbrauchsstelle, insbesondere dem Fahrzeuginnenraum. Spezielle Ausgestaltungen dieses Wärmeaustausches sollen weiter unten diskutiert werden. Hinter dem Wärmeaustausch mit dem Innenraum ist das Kühlmittel deutlich abgekühlt, enthält jedoch noch nutzbare Restwärme. Es wird daher der Kaltseite der Endstufen-Wärmepumpe zugeführt, um deren Temperaturniveau anzuheben. In Stromrichtung gesehen, durchläuft das Kühlmittel somit die Stationen Warmseite der Vorstufen-Wärmepumpe, Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe (Wärmeaustausch mit dem Fahrzeuginnenraum) und Kaltseite der Endstufen-Wärmepumpe. Das solchermaßen maximal abgekühlte Kühlmittel wird dann erneut der Warmseite der Vorstufen-Wärmepumpe zugeführt, um erneut die oben beschriebenen Stationen zu durchlaufen.In the air conditioning system acc. Claim 2 with substantially unbranched coolant circuit, the hot side of the final heat pump is in contrast to the prior art thermally coupled to the coolant circuit and downstream of the hot side of the precursor heat pump. The heated at the hot side of the precursor heat pump coolant is thus heated further on the hot side of the power amplifier heat pump. The thus twice-heated coolant serves as a heat source for the heat exchange with the Endverbrauchsstelle, in particular the vehicle interior. Specific embodiments of this heat exchange will be discussed below. Behind the heat exchange with the interior of the coolant is significantly cooled, but still contains usable residual heat. It is therefore supplied to the cold side of the final stage heat pump to raise their temperature level. Seen in the direction of flow, the coolant thus passes through the stations warm side of the pre-stage heat pump, hot side of the power amplifier heat pump (heat exchange with the vehicle interior) and cold side of the power amplifier heat pump. The thus maximally cooled coolant is then again supplied to the hot side of the pre-stage heat pump to again go through the stations described above.

Bevorzugt ist die Kaltseite der Vorstufen Wärmepumpe thermisch mit einer Wärmequelle gekoppelt. Diese ist günstigerweise ein Abwärmereservoir eines Antriebsaggregats, einer Leistungselektronik einer Batterie, eines Elektromotors und/oder einer Bremse des Kraftfahrzeugs. Auch andere Abwärme produzierende Komponenten des Kraftfahrzeugs können hier genutzt werden. Je nach Ausführungsform kann die Ankopplung des Abwärmereservoirs unmittelbar oder, wie aufgrund der damit verbundenen, erhöhten Flexibilität bevorzugt vorgesehen, über einen separaten, zweiten Kühlmittelkreis erfolgen.Preferably, the cold side of the heat pump precursor is thermally coupled to a heat source. This is conveniently a waste heat reservoir of a drive unit, a power electronics of a battery, an electric motor and / or a brake of the motor vehicle. Other waste heat-producing components of the motor vehicle can be used here. Depending on the embodiment, the coupling of the waste heat reservoir can be effected directly or, as a result of the associated increased flexibility, preferably via a separate, second coolant circuit.

Um die erfindungsgemäß erzeugte Wärme im Innenraum des Kraftfahrzeugs nutzen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Flüssigkeit/Gas-Wärmetauscher vorgesehen ist, der als Innenraum-Wärmetauscher den Kühlmittelkreis im Bereich der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe thermisch mit einem in das Innere des Kraftfahrzeugs leitbaren Luftstrom koppelt. Typischerweise wird es sich bei dem Wärmetauscher um einen üblichen Wasser/Lüft-Wärmetauscher handeln. Die Formulierung „im Bereich der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe” ist hier weit zu verstehen und insbesondere nicht auf die rein räumliche Auslegung beschränkt. Vielmehr ist die Formulierung funktional im Sinne eines thermischen Bereichs so zu verstehen, dass der Innenraum-Wärmetauscher so anzuordnen ist, dass das Kühlmittel zwischen der Passage der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe, wo es seine maximale Temperatur erreicht, und dem Eintritt in den Innenraum-Wärmetauscher keinen oder zumindest keinen wesentlichen Wärmeverlust erleidet. Entsprechend kann der doppelte Wärmeaustausch, nämlich von der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe zum Kühlmittel und von diesem zum Innenraum-Luftstrom sowohl in zwei hintereinander geschalteten Bauteilen als auch in einem integrierten Bauteil realisiert sein.In order to be able to use the heat generated according to the invention in the interior of the motor vehicle, it is preferably provided that a liquid / gas heat exchanger is provided which can be used as an interior Heat exchanger thermally couples the coolant circuit in the region of the hot side of the power amplifier heat pump with an airflow which can be conducted into the interior of the motor vehicle. Typically, the heat exchanger will be a conventional water / vent heat exchanger. The wording "in the area of the hot side of the final stage heat pump" is to be understood here broadly and in particular not limited to the purely spatial interpretation. Rather, the formulation is functional in terms of a thermal range to be understood that the indoor heat exchanger is to be arranged so that the coolant between the passage of the hot side of the power amplifier heat pump, where it reaches its maximum temperature, and the entry into the interior Heat exchanger suffers no or at least no significant heat loss. Correspondingly, the double heat exchange, namely from the hot side of the final stage heat pump to the coolant and from this to the interior air flow can be realized both in two components connected in series and in one integrated component.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die thermische Kopplung der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe mit dem Kühlmittelkreis schaltbar ist, derart, dass die Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe überbrückbar ist, und dass ein Flüssigkeit-Gas-Wärmetauscher vorgesehen ist, der als Innenraum-Wärmetauscher den Kühlmittelkreis im Überbrückungsbereich thermisch mit einem in das Innere des Kraftfahrzeugs leitbaren Luftstrom koppelt. Diese Weiterbildung der Erfindung hat zur Folge, dass das Klimatisierungssystem nicht nur zum Heizen sondern auch zum Kühlen verwendet werden kann. Hierzu wird die Vorstufen-Wärmepumpe abgeschaltet, sodass sich zwischen ihrer Kaltseite und ihrer Warmseite kein Temperaturgefälle einstellt. Die Endstufen-Wärmepumpe wird jedoch normal betrieben, insbesondere ist keine Spannungsumpolung erforderlich. Beider Passage der Kühlmittels an der Kaltseite der in Betrieb befindlichen Endstufen-Wärmepumpe wird es abgekühlt. Seine Passage der Warmseite der nicht in Betrieb befindlichen Vorstufen-Wärmepumpe führt zu keiner Temperaturänderung. Vor der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe wird das Kühlmittel vorzugsweise mittels eines Schaltventils ohne thermischen Kontakt um die Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe herumgeführt, sodass es auch hier zu keiner Temperaturänderung, insbesondere zu keiner Temperaturerhöhung kommt. Das solchermaßen abgekühlte Kühlmittel durchläuft dann den Innenraum-Wärmetauscher, wobei hier der Innenraum als Wärmequelle dient und abgekühlt wird. Das solchermaßen erwärmte Kühlmittel erfährt dann bei einem neuerlichen Durchlauf der oben erläuterten Stationen an der Kaltseite der Endstufen-Wärmepumpe eine erneute Abkühlung. Auch in diesem Zusammenhang gilt das oben im Zusammenhang mit der Formulierung „im Bereich der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe” Gesagte analog für die Formulierung „im Überbrückungsbereich”.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the thermal coupling of the hot side of the power amplifier heat pump is switchable with the coolant circuit, such that the hot side of the power amplifier heat pump can be bridged, and that a liquid-gas heat exchanger is provided as Interior heat exchanger thermally couples the coolant circuit in the bridging region with an air stream which can be conducted into the interior of the motor vehicle. This development of the invention has the consequence that the air conditioning system can be used not only for heating but also for cooling. For this purpose, the pre-stage heat pump is switched off so that there is no temperature gradient between its cold side and its warm side. However, the final stage heat pump is operated normally, in particular no voltage reversal is required. When the coolant passes through the cold side of the heat pump in operation, it is cooled down. Its passage on the hot side of the non-operating pre-stage heat pump does not cause any temperature change. Before the hot side of the power amplifier heat pump, the coolant is preferably led around by means of a switching valve without thermal contact to the hot side of the power amplifier heat pump, so that there is no temperature change, in particular no temperature increase here. The thus cooled coolant then passes through the interior heat exchanger, in which case the interior serves as a heat source and is cooled. The thus heated coolant then undergoes a renewed cooling in a renewed passage of the above-mentioned stations on the cold side of the power amplifier heat pump. Also in this context, the above in connection with the phrase "in the range of the warm side of the final stage heat pump" the same applies analogously to the phrase "in the bridging area".

Bei der Ausführungsform gem. Anspruch 8 mit verzweigtem Kühlmittelkreis werden die oben erläuterten Aufgaben des Anhebens des Temperaturniveaus der Endstufen-Wärmepumpe einerseits und der zweifachen Erhitzung des Kühlmittels andererseits auf zwei unterschiedliche, Vorstufen-Wärmepumpen verteilt. Die Aufgabe der Restwärmenutzung hingegen wird von beiden Vorstufen-Wärmepumpen gemeinsam erfüllt. So werden die Kaltseiten der beiden Vorstufen-Wärmepumpen, die eingangsseitig und ausgangsseitig parallel zueinander geschaltet sind, mit Kühlmittel gespeist, welches seine Wärme im Wesentlichen in einem Innenraum-Wärmetauscher abgegeben hat, aber noch über eine gewissen Restwärme verfügt. Hierzu ist vor den Kaltseiten der Vorstufen-Wärmepumpen eine entsprechende Kühlmittelkreisverzweigung vorgesehen. An den Kaltseiten der Vorstufen-Wärmepumpen gibt das Kühlmittel weitere Wärme ab. Die solchermaßen abgekühlten Kühlmittelströme werden hinter den Kaltseiten der Vorstufen-Wärmepumpen wieder vereinigt. Der kalte, vereinigte Kühlmittelstrom nimmt nachfolgend durch Wärmeaustausch mit einer Wärmequelle, insbesondere, wie bevorzugt vorgesehen, mit einem Abwärmereservoir eines Antriebsaggregats, einer Leistungselektronik und/oder eine Bremse des Kraftfahrzeugs, Wärme auf. Dieser erwärmte Kühlmittelstrom wird mit einem ähnlich temperierten Kühlmittelstrom aus einem Zweig des Kühlmittelkreises zusammengeführt, der gerade eine Abkühlung an der Kaltseite der Endstufen-Wärmepumpe erfahren hat. Dieser vermischte Kühlmittelstrom wird den Warmseiten der beiden Vorstufen-Wärmepumpen zugeführt, wozu vor diesen eine entsprechende Verzweigung des Kühlmittelkreises angeordnet ist. Der die Warmseite der ersten Vorstufen-Wärmepumpe durchlaufende Kühlmittelanteil wird hier erwärmt und durchläuft alsdann die Kaltseite der Endstufen-Wärmepumpe, um deren Temperaturniveau anzuheben. Der die Warmseite der zweiten Vorstufen-Wärmepumpe durchlaufende Kühlmittelanteil wird dort erwärmt und erfährt alsdann bei seiner nachfolgenden Passage der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe eine erneute Erhitzung auf ein maximales Temperaturniveau. Das solchermaßen zweifach erhitzte Kühlmittel wird dem Innenraum-Wärmetauscher zugeführt, über welchen es seine Wärme an den Innenraum des Kraftfahrzeugs abgibt.In the embodiment according to. Claim 8 with branched coolant circuit, the above-mentioned tasks of raising the temperature level of the final stage heat pump on the one hand and the double heating of the coolant on the other hand distributed to two different, pre-stage heat pumps. The task of using residual heat, on the other hand, is jointly fulfilled by both pre-stage heat pumps. Thus, the cold sides of the two precursor heat pumps, which are connected on the input side and output side parallel to each other, fed with coolant, which has given up its heat substantially in an indoor heat exchanger, but still has a certain residual heat. For this purpose, a corresponding Kühlmittelkreisverzweigung is provided before the cold sides of the precursor heat pumps. On the cold sides of the pre-stage heat pumps, the coolant releases further heat. The thus cooled coolant flows are reunited behind the cold sides of the precursor heat pumps. The cold, combined coolant stream subsequently absorbs heat by exchanging heat with a heat source, in particular, as preferably provided, with a waste heat reservoir of a drive unit, power electronics and / or a brake of the motor vehicle. This heated coolant flow is combined with a similarly tempered coolant flow from a branch of the coolant circuit, which has just experienced a cooling on the cold side of the power amplifier heat pump. This mixed coolant flow is fed to the hot sides of the two precursor heat pumps, for which purpose a corresponding branching of the coolant circuit is arranged in front of them. The coolant portion passing through the hot side of the first pre-stage heat pump is heated here and then passes through the cold side of the final stage heat pump to raise its temperature level. The coolant portion passing through the hot side of the second pre-stage heat pump is heated there and then re-heated to a maximum temperature level during its subsequent passage of the hot side of the final heat pump. The thus twice-heated coolant is supplied to the indoor heat exchanger, via which it emits its heat to the interior of the motor vehicle.

Bevorzugt ist der Innenraum-Wärmetauscher als ein Flüssigkeit/Gas-Wärmetauscher ausgebildet, der den Kühlmittelkreis im Bereich der Warmseite der Endstufen-Wärmepumpe thermisch mit einem in das Innere des Fahrzeugs leitbaren Luftstrom koppelt. Für diesbezügliche Details wird auf das oben in Verbindung mit der unverzweigten Ausführungsform Gesagte verwiesen.The interior heat exchanger is preferably designed as a liquid / gas heat exchanger which thermally couples the coolant circuit in the region of the hot side of the end stage heat pump with an air flow which can be conducted into the interior of the vehicle. For details please refer to the above in Reference is made to the connection with the unbranched embodiment.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems, 1 a schematic representation of a first embodiment of an air conditioning system according to the invention,

2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems. 2 a schematic representation of a second embodiment of an air conditioning system according to the invention.

Gleiche Bezugszeichen in den Figuren deuten auf gleiche oder analoge Elemente hin.Like reference numerals in the figures indicate like or analogous elements.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung mit im Wesentlichen unverzweigtem Kühlmittelkreis 10. Die Stromrichtung des Kühlmittels im Kühlmittelkreis 10 ist durch Pfeile angedeutet. Der Kühlmittelstrom wird durch eine oder mehrere nicht dargestellte Kühlmittelpumpen aufrechterhalten. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the invention with a substantially unbranched coolant circuit 10 , The current direction of the coolant in the coolant circuit 10 is indicated by arrows. The coolant flow is maintained by one or more coolant pumps, not shown.

Thermisch angekoppelt an den Kühlmittelkreis 10 sind eine Vorstufenwärmepumpe 12 sowie eine Endstufenwärmepumpe 14. Jede der thermoelektrischen Wärmepumpen 12, 14, die bevorzugt als Peltier-Wärmepumpen ausgebildet sind, verfügt über eine Warmseite und eine Kaltseite, die in 1 entsprechend mit „W” und „K” gekennzeichnet sind. Die thermische Ankopplung an den Kühlmittelkreis 10 erfolgt über Wärmetauscherelemente 16. Die konkrete Ausgestaltung der Wärmetauscherelemente 16 ist für die vorliegende Erfindung nicht von Belang. Insbesondere können sie als separate Elemente oder integriert mit den Wärmepumpen 12, 14 ausgebildet sein.Thermally coupled to the coolant circuit 10 are a precursor heat pump 12 as well as a final stage heat pump 14 , Each of the thermoelectric heat pumps 12 . 14 , which are preferably designed as Peltier heat pumps, has a hot side and a cold side in 1 marked accordingly with "W" and "K". The thermal coupling to the coolant circuit 10 takes place via heat exchanger elements 16 , The specific embodiment of the heat exchanger elements 16 is not relevant to the present invention. In particular, they can be used as separate elements or integrated with the heat pumps 12 . 14 be educated.

Während die Endstufen-Wärmepumpe 14 beidseitig, d. h. an ihrer Kaltseite K und ihrer Warmseite W mit dem Kühlmittelkreis 10 thermisch gekoppelt ist, ist die Vorstufen-Wärmepumpe 12 lediglich an ihrer Warmseite W thermisch mit dem Kühlmittelkreis 10 gekoppelt. Die Kaltseite K der Vorstufenwärmepumpe 12 ist thermisch mit einer Wärmequelle 18, insbesondere einem Abwärmereservoir des Antriebsaggregats, einer Leistungselektronik und/oder einer Bremse des Kraftfahrzeugs, zu dessen Klimatisierung das dargestellte System dient, gekoppelt. Bei der gezeigten Ausführungsform erfolgt diese Kopplung indirekt über einen zusätzlichen Kühlmittelkreis 20, an den einerseits die Kaltseite K der Vorstufenwärmepumpe 12 und andererseits die zusätzliche Wärmequelle 18 jeweils mit entsprechenden Wärmetauschern 22 gekoppelt ist. Das Vorsehen eines zusätzlichen Kühlmittelkreises dessen durch Pfeile angedeuteter Kühlmittelstrom durch eine oder mehrere nicht dargestellte Kühlmittelpumpen aufrechterhalten wird, hat den Vorteil, dass nahezu beliebige Wege zwischen der Vorstufen Wärmepumpe 12 und der zusätzlichen Wärmequelle 18 überbrückbar sind. Eine alternative unmittelbare Kopplung der zusätzlichen Wärmequelle 18 an die Kaltseite K der Vorstufen-Wärmepumpe 12 über einen geeigneten Wärmetauscher hätte demgegenüber jedoch den Vorteil eines weniger komplexen Aufbaus. Schließlich ist der Kühlmittelkreis 10 über einen stromabwärts der Warmseite W der Endstufen-Wärmepumpe 14 und stromaufwärts deren Kaltseite K angeordneten Wärmetauscher 24 thermisch mit dem Innenraum des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird ein durch den Pfeil 26 angedeuteter Luftstrom, der den Wärmetauscher 24 durchströmt und dabei entsprechend temperiert wird, in das Innere des Kraftfahrzeugs geleitet.While the power amplifier heat pump 14 on both sides, ie on its cold side K and its warm side W with the coolant circuit 10 thermally coupled, is the precursor heat pump 12 only on its warm side W thermally with the coolant circuit 10 coupled. The cold side K of the precursor heat pump 12 is thermal with a heat source 18 , in particular a waste heat reservoir of the drive unit, power electronics and / or a brake of the motor vehicle, to the air conditioning of which the system shown serves. In the embodiment shown, this coupling takes place indirectly via an additional coolant circuit 20 , on the one hand, the cold side K of the precursor heat pump 12 and on the other hand, the additional heat source 18 each with corresponding heat exchangers 22 is coupled. The provision of an additional coolant circuit whose indicated by arrows coolant flow is maintained by one or more coolant pumps, not shown, has the advantage that almost any paths between the precursors heat pump 12 and the additional heat source 18 can be bridged. An alternative direct coupling of the additional heat source 18 to the cold side K of the pre-stage heat pump 12 On the other hand, however, having a suitable heat exchanger would have the advantage of a less complex construction. Finally, the coolant circuit 10 via a downstream side of the hot side W of the final stage heat pump 14 and upstream of the cold side K arranged heat exchanger 24 thermally coupled to the interior of the motor vehicle. In the preferred embodiment, a by the arrow 26 indicated air flow, the heat exchanger 24 flows through it while being heated accordingly, in the interior of the motor vehicle.

Das Klimatisierungssystem gem. 1 arbeitet wie folgt: An der Warmseite W der Vorstufen-Wärmepumpe 12 wird Kühlmittel im Kühlmittelkreis 10 erwärmt. Die hierzu erforderliche Wärme wird dabei dem zusätzlichen Kühlmittelkreis 20 und über diesen der Wärmequelle 18 entzogen. Das derart einfach aufgeheizte Kühlmittel strömt weiter zur Warmseite W der Endstufen-Wärmepumpe 14, wo es eine weitere Erhitzung erfährt (zum wesentlichen Ursprung der hierfür erforderlichen Wärme siehe weiter unten). Das solchermaßen zweifach erhitzte Kühlmittel durchströmt mit maximaler Temperatur den Wärmtauscher 24, was zu einer effizienten und aufgrund des hohen Temperaturniveaus als komfortabel empfundenen Erwärmung des Kraftfahrzeuginnenraums führt. Durch die Wärmeabgabe an den Innenraum-Luftstrom 26 kühlt das Kühlmittel deutlich ab. Gleichwohl enthält es noch nutzbare Restwärme. Diese wird der Kaltseite K der Endstufen-Wärmepumpe zugeführt, um deren Temperatur-Arbeitsniveau zu erhöhen. Entsprechend hoch kann die Maximaltemperatur des Kühlmittels im Bereich des Wärmetauschers 24 ausfallen.The air conditioning system acc. 1 works as follows: On the warm side W of the pre-stage heat pump 12 becomes coolant in the coolant circuit 10 heated. The heat required for this is the additional coolant circuit 20 and over this the heat source 18 withdrawn. The thus simply heated coolant continues to flow to the warm side W of the power stage heat pump 14 where it is further heated (for the essential origin of the heat required for this, see below). The thus twice-heated coolant flows through the heat exchanger with maximum temperature 24 , which leads to an efficient and due to the high temperature level perceived as comfortable heating of the vehicle interior. By the heat transfer to the interior airflow 26 cools the coolant significantly. Nevertheless, it still contains usable residual heat. This is the cold side K of the final stage heat pump supplied to increase their temperature working level. The maximum temperature of the coolant in the area of the heat exchanger can be correspondingly high 24 fail.

Das nunmehr zweifach abgekühlte Kühlmittel wird wieder zum „Anfang” des erläuterten Prozesses, d. h. zur Warmseite W der Vorstufen-Wärmepumpe geführt. In Figur gestrichelt dargestellt ist ein Bypass 30 des Kühlmittelkreises 10, der von einem steuerbaren Ventil 28, welches sich stromaufwärts der Warmseite W der Endstufen-Wärmepumpe befindet, abzweigt. Dieser Bypass mündet stromabwärts der Warmseite W der Endstufen-Wärmepumpe 14 an der Mündungsstelle 32, die passiv oder aktiv steuerbar sein kann, wieder in den primären Hauptkreis des Kühlmittelkreises 10. Mit dem Bypass 30 lässt sich somit die Warmseite W der Endstufen-Wärmepumpe 14 überbrücken. Wird bei einer derartigen Schaltung lediglich die Endstufen-Wärmepumpe 14 durch Anlegen einer elektrischen Spannung betrieben, wohingegen die Vorstufen-Wärmepumpe ausgeschaltet ist, kann eine effiziente Kühlung des Fahrzeuginnenraums erreicht werden. Die Warmseiten W der Wärmepumpen 12, 14 werden bei dieser Schaltung ohne wesentliche Temperaturänderung passiert. Allerdings erfährt das Kühlmittel an der Kaltseite K der Endstufen-Wärmepumpe 14 eine Abkühlung. Bei hinreichender Abkühlung ist das Kühlmittel im Wärmetauscher 24 dann kälter als der Innenraum-Luftstrom 26, sodass dieser im Wärmetauscher 24 abgekühlt wird und zu einer Kühlung des Kraftfahrzeuginnenraums beiträgt.The now twice cooled coolant is again at the "beginning" of the process explained, ie out to the hot side W of the precursor heat pump. Dashed lines in Figure shows a bypass 30 of the coolant circuit 10 that of a controllable valve 28 , which is located upstream of the hot side W of the final stage heat pump, branches off. This bypass opens downstream of the hot side W of the final stage heat pump 14 at the confluence 32 , which can be passively or actively controllable, back into the primary main circuit of the coolant circuit 10 , With the bypass 30 can thus be the hot side W of the power amplifier heat pump 14 bridged. In such a circuit, only the final stage heat pump 14 by Applying an electrical voltage operated, whereas the precursor heat pump is turned off, an efficient cooling of the vehicle interior can be achieved. The warm sides W of the heat pumps 12 . 14 are passed in this circuit without significant temperature change. However, the coolant experiences at the cold side K of the final stage heat pump 14 a cool down. With sufficient cooling, the coolant is in the heat exchanger 24 then colder than the interior airflow 26 so that this in the heat exchanger 24 is cooled and contributes to a cooling of the motor vehicle interior.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Klimatisierungssystems, die sich durch einen verzweigten Kühlmittelkreis 10 auszeichnet. Auch in 2 ist der Kühlmittelstrom, welcher durch nicht dargestellte Kühlmittelpumpen aufrechterhalten wird, durch Pfeile markiert. Bezgl. der einzelnen Elemente des Klimatisierungssystems von 2 wird auf die obige Erläuterung der Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen in 1 verwiesen. Zusätzlich zu der ersten Vorstufen-Wärmpumpe 12 verfügt die Ausführungsform von 2 über eine zweite Vorstufen-Wärmepumpe 13 mit einer Warmseite W und einer Kaltseite K. Die erfindungswesentliche Verschaltung der einzelnen Elemente soll nachfolgend beschrieben werden. 2 shows a schematic representation of another embodiment of an air conditioning system according to the invention, which is characterized by a branched coolant circuit 10 distinguished. Also in 2 is the coolant flow, which is maintained by not shown coolant pumps, marked by arrows. Bezgl. of the individual elements of the air conditioning system of 2 is to the above explanation of the elements with corresponding reference numerals in 1 directed. In addition to the first pre-stage heat pump 12 has the embodiment of 2 via a second pre-stage heat pump 13 with a hot side W and a cold side K. The invention essential interconnection of the individual elements will be described below.

Zur Erleichterung des Verständnisses sind einzelne Abschnitte des Kühlmittelkreises 10 entsprechend ihres Temperaturniveaus bei Betrieb mit unterschiedlich gestrichelten Linien dargestellt, wobei eine durchgezogene Linie ein höchstes Temperaturniveau, eine breit gestrichelte Linie ein niedrigeres Temperaturniveau, eine eng gestrichelte Linie ein noch niedrigeres Temperaturniveau und eine punktierte Linie ein niedrigstes Temperaturniveau andeuten. Man beachte, dass hierdurch nur dem besseren Verständnis dienende sehr grobe Temperaturniveaus angedeutet sind und keinesfalls von einer exakten Temperaturgleichheit in gleich dargestellten Abschnitten des Kühlmittelkreises 10 ausgegangen werden darf.To facilitate understanding, individual sections of the coolant circuit 10 shown in different dashed lines according to their temperature level, with a solid line indicating a highest temperature level, a broad dashed line indicating a lower temperature level, a narrow dashed line indicating an even lower temperature level, and a dotted line indicating a lowest temperature level. It should be noted that this indicates only very clear temperature levels serving to improve understanding, and in no way an exact temperature equality in equal sections of the coolant circuit 10 may be assumed.

Vergleichbar dem Aufbau der Ausführungsform von 1 erfährt das Kühlmittel an der Warmseite W der ersten Vorstufen-Wärmepumpe 12 eine Erwärmung. Das solchermaßen erwärmte Kühlmittel wird zur weiteren Erwärmung an die Warmseite W der Endstufen-Wärmepumpe 14 geleitet, wo es auf sein höchstes Temperaturniveau aufgeheizt und im Wärmetauscher 24 mit dem Innenraum-Luftstrom 26 in thermischen Kontakt gebracht wird. Stromabwärts des Wärmetauschers 24 verzweigt sich der Kühlmittelkreis an einer Verzweigungsstelle 33, die positiv oder aktiv steuerbar sein kann, sodass das Restwärme enthaltende Kühlmittel gleichermaßen beiden Kaltseiten K der Vorstufen-Wärmepumpen 12, 13 zugeführt wird, um deren Temperatur-Arbeitsniveau anzuheben. Die beiden Teilströme des solchermaßen vollständig abgekühlten Kühlmittels werden stromabwärts der Kaltseiten K der beiden Vorstufen-Wärmepumpen 12, 13 an einer Mündungsstelle 32 wieder zusammengeführt und über einen Wärmetauscher 22, vergleichbar dem Aufbau des Systems von 1, mit der Wärmequelle 18 thermisch gekoppelt. Im Unterschied zur Ausführungsform gem. 1 ist hierfür jedoch kein eigener Kühlmittelkreis 20 vorgesehen; vielmehr erfolgt die Ankopplung der Wärmequelle 18, wie erläutert, über einen Abzweig des Kühlmittelkreises 10.Comparable to the structure of the embodiment of 1 experiences the coolant on the hot side W of the first precursor heat pump 12 a warming. The thus heated coolant is for further heating to the hot side W of the final stage heat pump 14 where it is heated to its highest temperature level and in the heat exchanger 24 with the interior airflow 26 is brought into thermal contact. Downstream of the heat exchanger 24 the coolant circuit branches at a branching point 33 , which may be positively or actively controllable, so that the residual heat-containing refrigerant equally both cold sides K of the precursor heat pumps 12 . 13 is supplied to raise their temperature working level. The two partial streams of the thus completely cooled coolant are downstream of the cold sides K of the two precursor heat pumps 12 . 13 at a confluence point 32 merged again and via a heat exchanger 22 , comparable to the structure of the system of 1 , with the heat source 18 thermally coupled. In contrast to the embodiment acc. 1 However, this is not a separate coolant circuit 20 intended; Rather, the coupling of the heat source takes place 18 as explained, via a branch of the coolant circuit 10 ,

Das solchermaßen vorgewärmte Kühlmittel wird gleichermaßen beiden Warmseiten W der Vorstufen-Wärmepumpen 12, 13 zugeführt, wozu der Kühlmittelkreis 10 an einer den Vorstufen-Wärmepumpen 12, 13 unmittelbar vorgeschalteten weiteren Verzweigungsstelle 32 aufgespalten wird. Nach Passage der Warmseiten W der Vorstufen-Wärmepumpen 12, 13 verlaufen die beiden Kühlmittelkreiszweige unterschiedlich. Während der die erste Vorstufen-Wärmepumpe 12 passierende Zweig, wie oben bereits erläutert, zur Warmseite W derThe thus preheated refrigerant is equally both hot sides W of the precursor heat pumps 12 . 13 supplied, including the coolant circuit 10 at one of the precursor heat pumps 12 . 13 immediately upstream further branching point 32 is split. After passage of the hot sides W of the precursor heat pumps 12 . 13 the two coolant circuit branches run differently. During the first precursor heat pump 12 Passing branch, as already explained above, to the hot side W of

Endstufen-Wärmepumpe 14 führt, führt der die zweite Vorstufen-Wärmepumpe 13 passierende Zweig zur Kaltseite der Endstufen-Wärmepumpe 14. Er erreicht diese auf einem ähnlichen Temperaturniveau wie der erste Zweig die Warmseite W der Endstufen-Wärmepumpe 14, sodass deren Temperatur-Arbeitsniveau erheblich angehoben wird, was zu einer hohen Maximaltemperatur des Kühlmittels im Bereich des Wärmetauschers 24 führt. Das an der Kaltseite K der Endstufen-Wärmepumpe 14 abgekühlte Kühlmittel wird an einer unmittelbar nachgeschalteten weiteren Mündungsstelle 32 mit dem Kühlmittelstrom von der Wärmequelle 18 her vereinigt und durchläuft gemeinsam mit diesem die beiden zuvor beschriebenen Zweige, welche die Warmseiten W der Vorstufen-Wärmepumpen 12, 13 passieren.Final-stage heat pump 14 leads, leads the second precursor heat pump 13 Passing branch to the cold side of the power stage heat pump 14 , It reaches this at a similar temperature level as the first branch, the hot side W of the power amplifier heat pump 14 so that their temperature working level is increased significantly, resulting in a high maximum temperature of the coolant in the region of the heat exchanger 24 leads. The on the cold side K of the power amplifier heat pump 14 Cooled coolant is at an immediately downstream further opening point 32 with the coolant flow from the heat source 18 united together and passes through this together with the two branches described above, which are the hot sides W of the precursor heat pumps 12 . 13 happen.

Diese Ausführungsform der Erfindung weist zwar einen sehr komplexen Aufbau auf, Sie vereinigt jedoch die Ideen der kaskadierten zweifach Aufheizung von Kühlmittel, die Ausnutzung von Restwärme zur Anhebung des Temperatur-Arbeitsniveaus von Wärmepumpen und die effiziente, weil auf niedrigem Temperaturniveau stattfindende Ankopplung einer zusätzlichen Wärmequelle, wobei kein separater, zweiter Kühlmittelkreis benötigt wird.Although this embodiment of the invention has a very complex construction, it combines the ideas of cascaded dual heating of coolant, the use of residual heat to increase the temperature working level of heat pumps and the efficient, because low-temperature coupling of an additional heat source, where no separate, second coolant circuit is needed.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere kann die konkrete Ausgestaltung und Dimensionierung der Wärmepumpen und Wärmetauscher vom Fachmann an die Erfordernisse des Einzelfalls angepasst werden. Auch die Struktur und Verlegung der Kühlmittelkreise kann an die Besonderheiten des Einzelfalls angepasst werden.Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures represent only illustrative embodiments of the present invention. In the light of the disclosure herein, those skilled in the art will recognize a wide range of possible variations Hand given. In particular, the specific design and dimensioning of the heat pumps and heat exchangers can be adapted by the person skilled in the art to the requirements of the individual case. The structure and installation of the coolant circuits can also be adapted to the specifics of the individual case.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: KühlmittelkreisCoolant circuit
1212: Vorstufen-WärmepumpePrecursors heat pump
1313: Vorstufen-WärmepumpePrecursors heat pump
1414: Endstufen-WärmepumpeFinal-stage heat pump
1616: Wärmetauscherheat exchangers
1818: Wärmequelleheat source
2020: zusätzlicher Kühlmittelkreisadditional coolant circuit
2222: Wärmetauscherheat exchangers
2424: Wärmetauscherheat exchangers
2626: Innenraum-LuftpfeilIndoor air arrow
2828: Steuerventilcontrol valve
3030: Bypassbypass
3232: Mündungsstelleopening point
3333: Verzweigungsstellebranching point

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2357102 A1 [0004]

Claims

Air conditioning system for a motor vehicle, comprising - a coolant circuit with a coolant flow direction, - at least two thermoelectric heat pumps each having a hot side and a cold side, each of which is at least one thermally coupled to the coolant circuit, wherein the heat pumps are coupled together via the coolant circuit such that cooled by heat exchange with the cold side of a heat pump cooled by heat exchange with a downstream hot side of another heat pump, characterized in that the heat pumps ( 12 . 13 ; 14 ) over the coolant circuit ( 10 ) are further coupled to each other such that by heat exchange (W) with the hot side of a heat pump ( 12 ) heated coolant by heat exchange with a downstream hot side (W) of another heat pump ( 14 ) is further heatable.

An air conditioning system for a motor vehicle, comprising - a first coolant circuit with a coolant flow direction, - a thermoelectric precursor heat pump with a hot side and a cold side, the hot side is thermally coupled to the coolant circuit. A thermoelectric output stage heat pump having a hot side and a cold side, the cold side of which is thermally coupled to the coolant circuit and located upstream of the hot side of the precursor heat pump, characterized in that the hot side (W) of the final stage heat pump ( 14 ) thermally with the coolant circuit ( 10 ) and downstream of the hot side (W) of the precursor heat pump ( 12 ) and upstream of the cold side (K) of the same end-stage heat pump ( 14 ) is arranged.

Air conditioning system according to claim 2, characterized in that a liquid / gas heat exchanger is provided, which serves as an indoor heat exchanger ( 24 ) the coolant circuit ( 10 ) in the region of the hot side (W) of the final stage heat pump ( 14 ) thermally with a controllable into the interior of the motor vehicle air flow ( 26 ) couples.

Air conditioning system according to one of claims 2 to 3, characterized in that the thermal coupling of the hot side (W) of the final stage heat pump ( 14 ) with the coolant circuit ( 10 ) is switchable such that the hot side (W) of the final stage heat pump ( 14 ) and that a liquid / gas heat exchanger is provided, which serves as an indoor heat exchanger ( 24 ) the coolant circuit ( 10 ) in the bridging region thermally with an airflow which can be conducted into the interior of the motor vehicle ( 26 ) couples.

Air conditioning system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cold side (K) of the precursor heat pump ( 12 ) thermally with a heat source ( 18 ) is coupled.

Air-conditioning system according to claim 5, characterized in that the heat source ( 18 ) is a waste heat reservoir of a drive unit, a power electronics of a battery, an electric motor and / or a brake of the motor vehicle.

Air conditioning system according to one of claims 5 to 6, that the thermal coupling of the heat source ( 18 ) with the cold side (K) of the precursor heat pump ( 12 ) via a separate, second coolant circuit ( 20 ) he follows.

Air conditioning system for a motor vehicle, comprising - a coolant circuit ( 10 ) with a coolant flow direction, - a thermoelectric output stage heat pump ( 14 ) with a hot side (W) and a cold side (K), the hot side (W) thermally with a thermally coupled to the acting as a heat sink interior of the motor vehicle interior heat exchanger ( 24 ), and - a first thermoelectric precursor heat pump ( 13 ) with a hot side (W) and a cold side (K), the hot side (W) thermally with the coolant circuit ( 10 ) and upstream of the cold side (K) of the final stage heat pump ( 14 ), characterized in that a second thermoelectric precursor heat pump ( 12 ) is provided with a hot side (W) and a cold side (K), - the cold side (K) thermally with the coolant circuit ( 10 ) and with the thermally with the coolant circuit ( 10 ) coupled cold side (K) of the first precursor heat pump ( 13 ) in parallel and • on the input side with the indoor heat exchanger ( 24 ) and, on the output side, thermally with a heat source ( 18 ), and - the hot side (W) thermally with the coolant circuit ( 10 ) and • on the input side together with the hot side (W) of the first precursor heat pump ( 13 ) thermally with the cold side (K) of the final stage heat pump ( 14 ) and the heat source is coupled, and • on the output side with the hot side (W) of the final stage heat pump ( 14 ) is coupled.

Air-conditioning system according to claim 8, characterized in that the heat source ( 18 ) is a waste heat reservoir of a drive unit, a power electronics and / or a brake of the motor vehicle.

Air conditioning system according to one of claims 8 to 9, characterized in that the interior heat exchanger ( 24 ) is formed as a liquid / gas heat exchanger, the coolant circuit ( 10 ) in the region of the hot side (W) of the final stage heat pump ( 14 ) thermally with a controllable into the interior of the motor vehicle air flow ( 26 ) couples.