DE102013105747B4 - Vorrichtungen zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, aufweisend einen Motorkühlkreislauf (3') und einen für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus sowie für einen Nachheizmodus ausgebildeten Kältemittelkreislauf (2) mit einem Verdampfer (4), einem Verdichter (5), einem Wärmeübertrager (6) zur Wärmezufuhr vom Kältemittel an zu konditionierende Luft für einen Fahrgastraum sowie einem Wärmeübertrager (9) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes (2) und dem Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes (3'), wobei der Wärmeübertrager (9) als Verdampfer zur Wärmeübertragung vom Kühlmittel an das verdampfende Kältemittel und als Kondensator zur Wärmeübertragung vom kondensierenden Kältemittel an das Kühlmittel betreibbar ausgebildet und angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Motorkühlkreislaufes (3') ein erster Motor (14) und ein zweiter Motor (17) angeordnet sind und der Motorkühlkreislauf (3') in einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf (3a) zur Konditionierung des ersten Motors (14) und einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf (3b) zur Konditionierung des zweiten Motors (17) unterteilt ausgebildet ist, wobei- der Wärmeübertrager (9) wechselseitig im Hochtemperatur-Kühlkreislauf (3a) und im Niedertemperatur-Kühlkreislauf (3b) betreibbar ist sowie- der Hochtemperatur-Kühlkreislauf (3a) und der Niedertemperatur-Kühlkreislauf (3b) über Umschaltventile (21, 22) miteinander gekoppelt sind, welche in Strömungsrichtung des Kühlmittels jeweils vor und nach dem Wärmeübertrager (9) angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, jeweils mit einem Motorkühlkreislauf und einen für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus sowie für einen Nachheizmodus ausgebildeten Kältemittelkreislauf. Der Kältemittelkreislauf weist einen Verdampfer, einen Verdichter, einen Wärmeübertrager zur Wärmezufuhr vom Kältemittel an die zu konditionierende Luft für einen Fahrgastraum sowie einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes und dem Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes auf.
  • Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Antriebskonzepten bekannt. Die Konzepte basieren auf Antrieben mittels eines Verbrennungsmotors, eines Elektromotors oder aus einer Kombination aus beiden Motortypen. Bei Kraftfahrzeugen mit einer Kombination aus verbrennungsmotorischem und elektromotorischem Antrieb wird unter anderem zwischen Kraftfahrzeugen mit einem reinen Hybridantrieb, auch „Plug-in hybrid electric vehicle“ (PHEV) genannt, und „Range Extender“ unterschieden. PHEV Fahrzeuge können elektrisch, elektrisch/verbrennungsmotorisch aber auch verbrennungsmotorisch angetrieben werden. Die Reichweite des Fahrzeuges mit reinem elektrischen Antrieb liegt in einem Bereich von 50 km. Fahrzeuge mit „Range Extender“ werden stets elektrisch angetrieben. Die Batterie des Fahrzeuges wird während der Fahrt mittels eines vom Verbrennungsmotor angetriebenen Generators aufgeladen.
  • Ein PHEV und ein Fahrzeug mit „Range Extender“ sind Kraftfahrzeuge, dessen Batterie zusätzlich über ein externes Stromnetz beziehungsweise Ladesystem geladen werden kann.
  • Zur Klimatisierung des Fahrgastraumes von Elektrofahrzeugen werden bekanntlich entweder elektrische Widerstandsheizungen (PTC) oder Wärmepumpensysteme eingesetzt, da die Abwärme des Elektromotors für die Beheizung des Fahrgastraumes nicht ausreicht. Die PTC-Heizsysteme sind in der Herstellung preiswert, verringern aber durch den Verbrauch an elektrischer Energie die Reichweite des Elektrofahrzeuges. Der Einsatz von Wärmepumpensystemen ist im Vergleich dazu kostenintensiver, jedoch ist der Einfluss auf die Reichweite des Elektrofahrzeuges geringer.
  • Bei Kraftfahrzeugen mit einem aus Verbrennungsmotor und Elektromotor kombiniertem Antrieb wird durch den Einsatz eines PTC-Heizsystems oder eines Wärmepumpensystems die Reichweite des Elektromotors ebenfalls eingeschränkt, jedoch kann durch den Betrieb des Verbrennungsmotors die Fahrt fortgesetzt werden. Durch den Betrieb des Verbrennungsmotors wird zudem Wärme für die Beheizung des Fahrgastraumes auf einem höheren Temperaturniveau zur Verfügung gestellt. Weiterhin ist die von modernen Verbrennungsmotoren bereitgestellte Wärme nicht ausreichend, um den Fahrgastraum zufriedenstellend zu beheizen. Ein wesentlicher Aspekt bei Kraftfahrzeugen mit „Range Extender“ ist, dass der Verbrennungsmotor im optimalen Betriebspunkt betrieben wird und die zur Verfügung stehende Heizwärme gering ist.
  • Durch die Beheizung mittels eines PTC-Heizsystems oder eines Kraftstoffzusatzheizers kann der Fahrgastraum komfortabel beheizt und vorkonditioniert werden. Allerdings ist deren Einsatz bei Kraftfahrzeugen mit elektromotorischem Antrieb oder mit Hybridantrieb aus ökologischer Sicht zu hinterfragen.
  • Aus dem Stand der Technik sind Klimatisierungssysteme von Kraftfahrzeugen mit Heizfunktion bekannt, welche einen Kältemittelkreislauf mit einem zusätzlichen, als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager aufweisen. Der zusätzliche Verdampfer ist meist als Verbindung zu einem Kühlmittelkreislauf ausgebildet, welcher bei Kraftfahrzeugen mit elektromotorischem Antrieb zur Temperierung von Komponenten des Antriebs dient. Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird mittels des zusätzlichen Verdampfers eine Möglichkeit zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors und dem Kältemittelkreislauf bereitgestellt.
  • Aus der DE 10 2010 038 406 A1 geht beispielsweise ein System für ein Kraftfahrzeug zum Erwärmen und/oder Kühlen eines Fahrgastraumes und zum Kühlen eines Verbrennungsmotors hervor. Das System umfasst einen Kühlmittelkreislauf zum Kühlen eines Verbrennungsmotors mit einem Umgebungsluft-Wärmeübertrager zur Abgabe von Wärme vom Kühlmittel an die Umgebungsluft sowie einen Kältemittelkreislauf mit einem Kondensator, einem Verdichter und einem ersten, von einem Fahrgastraum zuzuführender Luft umströmbaren Verdampfer zum Kühlen des Fahrgastraumes im Kühlbetrieb. Im Wärmepumpenbetrieb ist die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft mittels des Kältemittelkreislaufes erwärmbar, wobei die Wärme aus der Umgebungsluft aufgenommen wird. Der Kältemittelkreislauf umfasst dabei jeweils einen zweiten Verdampfer und Kondensator, welche als Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildet sind. Der Kältemittelkreislauf ist damit thermisch mit dem Kühlmittelkreislauf gekoppelt.
  • In der DE 10 2009 060 860 A1 wird ein Klimatisierungssystem für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf und einem Temperierkreislauf zum Temperieren des Fahrgastraums und einer Fahrzeugkomponente beschrieben. Die Kreisläufe sind über einen Wärmeübertrager zur Wärmeaufnahme vom Temperierkreislauf und einen Wärmeübertrager zur Wärmeabgabe an den Temperierkreislauf thermisch gekoppelt. Beim Temperieren von Fahrzeugkomponenten wird auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufes Wärme aus dem Temperierkreislauf in den Kältemittelkreislauf und auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreises Wärme vom Kältemittelkreislauf an den Temperierkreislauf übertragen.
  • Mit Hilfe der zwei zusätzlichen Wärmeübertrager im Kältemittelkreislauf als thermische Kopplungen zum Temperierkreislauf werden dabei Verbraucher, wie die Peripherie des Elektromotors, insbesondere Batterie, Brennstoffzellen, Leistungselektronik, und/oder der Fahrgastraum konditioniert und klimatisiert. Durch eine Trennung des Temperierkreislaufes in zwei unabhängige Kreisläufe kann neben den genannten Komponenten zudem der Verbrennungsmotor gekühlt werden. Die vom Verbrennungsmotor abgegebene Wärme wird an die Umgebung übertragen oder zum Beheizen der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft genutzt.
  • In der JP H11- 198 638 A ist ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf und einem Motorkühlkreislauf zum Kühlen eines Motors, welche mittels eines Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers thermisch miteinander gekoppelt sind, offenbart. Der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager weist in Strömungsrichtung des Kältemittels ein vorgelagertes erstes Expansionsventil mit einem Bypass sowie ein nachgelagertes zweites Expansionsventil mit einem Bypass auf.
  • Aus der FR 2 949 386 A1 geht ein System mit einem primären Kältemittelkreislauf und einem sekundären Wärmeträgerkreislauf für ein Kraftfahrzeug hervor, welche über einen Wärmeübertrager thermisch miteinander gekoppelt sind. Der Wärmeträgerkreislauf kann Umgebungsluft, das Kältemittel des Kältemittelkreislaufes beziehungsweise Komponenten eines elektrischen Antriebsstrangs jeweils als Wärmequellen oder als Wärmesenken nutzen.
  • In der DE 10 2009 049 232 A1 ist ein Wärmemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Schaltstromversorgungsvorrichtung, einem elektronischen Element zum Ausgeben einer von der Schaltstromversorgungsvorrichtung eingestellten elektrischen Leistung und einer Steuervorrichtung zum Steuern des Betriebes der Schaltstromversorgungsvorrichtung gezeigt. Das Wärmemanagementsystem weist eine zum Antreiben des Kraftfahrzeuges verwendete Antriebsvorrichtung und eine Vorrichtung zum Klimatisieren eines Fahrgastraums auf.
  • Des Weiteren können beispielsweise auch die Leistungen aus dem Betrieb von Photovoltaikanlagen oder Solarpanels in die entsprechenden Kreisläufe eingebunden werden.
  • Aus dem Stand der Technik ist nicht bekannt, sowohl den Verbrennungsmotor als auch den Elektromotor in einem gemeinsamen System je nach Bedarf als Wärmesenke und/oder Wärmequelle zu nutzen und die Motoren in ein Thermomanagement innerhalb des Klimatisierungssystems des Fahrgastraumes zu integrieren.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Wärmeverteilung eines mit einem kombinierten verbrennungs- und elektromotorischen Antrieb versehenen Kraftfahrzeuges, umfassend das Thermomanagement der Motoren und eine Klimaanlage zum Heizen und Kühlen der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft, bereitzustellen. Dabei soll das Kraftfahrzeug unter Einbeziehung mehrerer Wärmequellen beispielsweise hinsichtlich des Elektroverbrauchs, des Kraftstoffverbrauchs, des Schadstoffausstoßes und der Betriebsweise der Motoren effizient, kostengünstig und umweltschonend betreibbar sein. Zudem soll die Anzahl der Komponenten der Vorrichtung, insbesondere hinsichtlich der Anzahl an Wärmeübertragern, möglichst gering sein.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine erste Vorrichtung zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, aufweisend einen Motorkühlkreislauf und einen für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus sowie für einen Nachheizmodus ausgebildeten Kältemittelkreislauf gelöst. Der Kältemittelkreislauf umfasst einen Verdampfer, einen Verdichter, einen Wärmeübertrager zur Wärmezufuhr vom Kältemittel an zu konditionierende Luft für einen Fahrgastraum sowie einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes und dem Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes.
  • Der Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel, im Weiteren auch als Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager bezeichnet, ist als Verdampfer zur Wärmeübertragung vom Kühlmittel an das verdampfende Kältemittel und als Kondensator zur Wärmeübertragung vom kondensierenden Kältemittel an das Kühlmittel betreibbar ausgebildet und innerhalb der Vorrichtung angeordnet. Je nach Betriebsmodus kann der Wärmeübertrager als Verdampfer oder Kondensator betrieben werden. Die Strömungsrichtung des Kältemittels bleibt dabei bevorzugt unverändert.
  • Der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ist vorteilhaft entweder als Plattenwärmeübertrager oder als Rohrbündelwärmeübertrager ausgebildet.
  • Nach der Konzeption der Erfindung sind innerhalb des Motorkühlkreislaufes ein erster Motor und ein zweiter Motor angeordnet. Dabei ist der Motorkühlkreislauf in einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf zur Konditionierung des ersten Motors und einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf zur Konditionierung des zweiten Motors unterteilt. Der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ist auf der Seite des Motorkühlkreislaufes wechselseitig im Hochtemperatur-Kühlkreislauf und im Niedertemperatur-Kühlkreislauf betreibbar angeordnet.
  • Bevorzugt sind der erste Motor als Verbrennungsmotor und der zweite Motor als Elektromotor ausgebildet. Zudem können vorteilhaft weitere Motoren in den Motorkühlkreislauf eingebunden werden.
  • Die Aufgabe wird zudem erfindungsgemäß durch eine zweite Vorrichtung zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, aufweisend einen Motorkühlkreislauf und einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Wärmeübertrager zur Wärmezufuhr vom Kältemittel an zu konditionierende Luft für einen Fahrgastraum sowie einem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes und dem Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes gelöst.
  • Konzeptionsgemäß weist der Motorkühlkreislauf einen ersten Motor und einen zweiten Motor auf, wobei der erste Motor als Verbrennungsmotor und der zweite Motor als Elektromotor ausgebildet ist. Dabei ist der Motorkühlkreislauf in einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf zur Konditionierung des ersten Motors und einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf zur Konditionierung des zweiten Motors unterteilt. Der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ist auf der Seite des Motorkühlkreislaufes wechselseitig im Hochtemperatur-Kühlkreislauf und im Niedertemperatur-Kühlkreislauf betreibbar angeordnet.
  • Die jeweils derart getrennte Ausbildung des Motorkühlkreislaufes ermöglicht eine separate Konditionierung der Motoren und damit die Einstellung optimaler Temperaturen in den Teilkreisläufen, speziell des Verbrennungsmotors und des Elektromotors.
  • Hochtemperatur-Kühlkreislauf und Niedertemperatur-Kühlkreislauf sind erfindungsgemäß jeweils über Umschaltventile miteinander gekoppelt. Die Umschaltventile sind in Strömungsrichtung des Kühlmittels jeweils vor und nach dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager angeordnet.
  • Der Kältemittelkreislauf ist jeweils bevorzugt für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus sowie für einen Nachheizmodus ausgebildet. Von Vorteil ist, dass der Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel als Verdampfer zur Wärmeübertragung vom Kühlmittel an das verdampfende Kältemittel und als Kondensator zur Wärmeübertragung vom kondensierenden Kältemittel an das Kühlmittel betreibbar ausgebildet und angeordnet ist.
  • Zudem sind vorteilhaft weitere Motoren in den Motorkühlkreislauf einbindbar.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Motoren betriebszustandsunabhängig von Kühlmittel durchströmbar. Die Motoren können folglich sowohl im Zustand des Betriebes als auch im Zustand ohne Betrieb von Kühlmittel beaufschlagt werden, sodass jederzeit eine Konditionierung der Motoren erfolgen kann.
  • Nach einer nicht zur Erfindung gehörenden alternativen Ausgestaltung sind der erste Motor und der zweite Motor in dem Motorkühlkreislauf derart integriert angeordnet und ist der Motorkühlkreislauf derart ausgebildet, dass ein Massenstrom des Kühlmittels zur Wärmeübertragung durch den ersten Motor und zur Wärmeübertragung durch den zweiten Motor leitbar ist. Die Motoren wären folglich über einen gemeinsamen Kühlmittelmassenstrom durch den Motorkühlkreislauf koppelbar, das heißt der einzelne Kühlmittelmassenstrom kann in Strömungsrichtung nacheinander durch beide Motoren strömen und somit die Motoren in Reihe nacheinander beaufschlagen.
  • Beim Durchströmen mit Kühlmittel können die Motoren je nach Bedarf konditioniert werden, indem zwischen dem jeweiligen Motor und dem Kühlmittel Wärme übertragen wird. Die Wärme kann dem Motor entzogen oder zugeführt werden, sodass der Motor als Wärmequelle oder als Wärmesenke zu verstehen ist. Die Konditionierung erfolgt unabhängig von der Ausgestaltung der Motoren entweder mittels direkter Wärmeübertragung zwischen Kühlmittel und Motor oder über zwischengeschaltete Medien.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Motorkühlkreislauf den Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes und dem Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes, einen Wärmeübertrager zur Wärmeabgabe vom Kühlmittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft sowie einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und der Umgebungsluft.
  • Um den Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und der Umgebungsluft ist vorteilhaft ein Bypass angeordnet, sodass das Kühlmittel je nach Bedarf um den Wärmeübertrager herum geleitet werden kann.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Hochtemperatur-Kühlkreislauf den Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes und dem Kühlmittel des Hochtemperatur-Kühlkreislaufes, einen Wärmeübertrager zur Wärmeabgabe vom Kühlmittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft sowie einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und der Umgebungsluft.
  • Der Niedertemperatur-Kühlkreislauf weist bevorzugt den Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes und dem Kühlmittel des Niedertemperatur-Kühlkreislaufes sowie einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und der Umgebungsluft auf.
  • Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die Strömungsrichtung des Kühlmittels im Motorkühlkreislauf umkehrbar ist, sodass die Komponenten des Motorkühlkreislaufes bidirektional durchströmbar sind.
  • Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, aufweisend einen Motorkühlkreislauf und einen für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus sowie für einen Nachheizmodus ausgebildeten Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Wärmeübertrager zur Wärmezufuhr vom Kältemittel an zu konditionierende Luft für einen Fahrgastraum sowie einem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes und dem Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes wird der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager beim Betrieb im Kälteanlagenmodus oder im Nachheizmodus als Kondensator zur Wärmeübertragung vom kondensierenden Kältemittel an das Kühlmittel und im Wärmepumpenmodus als Verdampfer zur Wärmeübertragung vom Kühlmittel an das verdampfende Kältemittel betrieben.
  • Je nach Betriebsmodus des Kältemittelkreislaufes können die von Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes durchströmten Motoren und die Umgebungsluft je nach Bedarf als Wärmequellen und/oder Wärmesenken genutzt werden. Die Motoren sind dabei auch als thermische Massen verwendbar, in denen unabhängig vom Betriebszustand des Motors Wärme gespeichert oder gespeicherte Wärme abgeführt werden kann.
  • Das kombinierte System der Vorrichtung zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zum Abkühlen und/oder Vorwärmen von Verbrennungsmotor und Elektromotor je nach Bedarf, ermöglicht vorteilhaft eine Vorkonditionierung beider Motoren vor der Inbetriebnahme. Die Motoren sind dabei in das Thermomanagement des mit einem kombinierten verbrennungs- und elektromotorischen Antrieb versehenen Kraftfahrzeuges und dessen Klimaanlage zum Heizen und Kühlen der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft integriert.
  • Die als Kalt/Warm-Wärmespeicher in besonderen Fahrzuständen verwendbaren Motoren werden beispielsweise bei Elektromotorbetrieb zum Abkühlen des Fahrgastraumes nach maximal möglicher Erwärmung, dem sogenannten Pulldown, eingebunden. Dabei wird die Wärme an die Umgebung und den Verbrennungsmotor abgegeben, was vorteilhaft den Hochdruck im Kältemittelkreislauf verringert. Zudem kann der Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und der Umgebungsluft mit geringerem Bauraum ausgebildet werden.
  • Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufes im Kälteanlagenmodus und gleichzeitigem Betrieb des zweiten Motors kann das beim Durchströmen des als Kondensator betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers und des als Wärmequelle dienenden zweiten Motors erwärmte Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes den ersten Motor durchströmen, sodass Wärme an den ersten Motor übertragen werden kann. Damit ist der erste Motor bei Inbetriebnahme bereits vorgewärmt, was beispielsweise zu einer Verringerung des Schadstoffausstoßes führt, und wird als zusätzliche Wärmesenke des Motorkühlkreislaufes genutzt.
  • Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmeverteilung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:
    • - das Heizsystem für ein PHEV beziehungsweise ein Kraftfahrzeug mit „Range Extender“ innerhalb eines Gesamtkonzeptes des Thermomanagements des Kraftfahrzeuges einschließlich der Antriebsmotoren ist effizient, umweltschonend und kostengünstig betreibbar,
    • - Nutzen einer Vielzahl von Wärmequellen (Motoren, Abgas, Ladeluft, Batterie, Elektronik, Fahrgastraum und Luft aus der Umgebung), wobei die Wärme der Wärmequellen über den Kühlmittelkreislauf übertragen wird,
    • - Wärmespeicherung innerhalb der Motoren als thermische Massen und Nutzen der Restwärme des Verbrennungsmotors beim Betrieb im Wärmepumpenmodus, wenn der Elektromotor in Betrieb ist,
    • - Vorkonditionierung des Fahrgastraumes und des nicht im Fahrzustand befindlichen kalten Motors (insbesondere des Verbrennungsmotors) durch Erwärmung des Motors auf die optimale Betriebstemperatur, dabei zusätzliche Abkühlung des Kühlmittelkreislaufes,
    • - Strömung des Kühlmittels durch beide Motoren jederzeit möglich, was die Verschaltung des Motorkühlkreislaufes vereinfacht sowie
    • - Nutzung des Verbrennungsmotors als Wärmesenke im Sommer im Fall eines Pulldowns und Start mittels des Elektromotors.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen eine Vorrichtung zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf in Verbindung mit
    • 1a bis 1e: einem kombinierten Motorkühlkreislauf zur Konditionierung eines Verbrennungsmotors und eines Elektromotors sowie
    • 2a bis 2c: einem Hochtemperatur-Kühlkreislauf zur Konditionierung eines Verbrennungsmotors und einem Niedertemperatur-Kühlkreislauf zur Konditionierung eines Elektro-Motors
    bei jeweils unterschiedlichen Betriebsmodi.
  • In den 1a bis 1e ist die Vorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug mit dem Kältemittelkreislauf 2 und dem kombinierten Motorkühlkreislauf 3 zur Konditionierung eines ersten, als Verbrennungsmotor ausgebildeten Motors 14 und eines zweiten, als Elektromotor ausgebildeten Motors 17 bei unterschiedlichen Betriebsmodi dargestellt. Die sich in Betrieb befindlichen Leitungen des Kältemittelkreislaufes 2 oder des Motorkühlkreislaufes 3 sind mit durchgezogenen Linien verdeutlicht, während die sich nicht in Betrieb befindlichen Leitungen mittels gestrichelten Linien dargestellt sind. Die Strömungsrichtungen der Fluide werden anhand von Pfeilen gezeigt.
  • Der Kältemittelkreislauf 2 umfasst neben den in Strömungsrichtung des Kältemittels im Kälteanlagenmodus oder Nachheizmodus, welcher in 1a gezeigt ist, neben den nacheinander angeordneten Verdampfer 4, Verdichter 5, als Heizregister betriebenen Wärmeübertrager 6, welcher auch als zweiter Kondensator oder Wärmepumpen-Kondensator bekannt ist, Ventil 7, Receiver 8 und als Kondensator betriebenen Wärmeübertrager 9 auch einen inneren Wärmeübertrager 10. Unter dem inneren Wärmeübertrager 10 ist ein kreislaufinterner Wärmeübertrager zu verstehen, welcher der Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel bei Hochdruck und dem Kältemittel bei Niederdruck dient. Dabei wird beispielsweise einerseits das flüssige Kältemittel nach der Kondensation im Wärmeübertrager 9 weiter abgekühlt und andererseits das Sauggas vor dem Verdichter 5 überhitzt. Das Rückschlagventil 24 ist in der angegebenen Strömungsrichtung des Kältemittels durchlässig.
  • Das beim Austritt auf der Hochdruckseite aus dem inneren Wärmeübertrager 10 unterkühlte Kältemittel wird beim Durchströmen des als Expansionsorgan betriebenen Ventils 11 entspannt und im Verdampfer 4 unter Wärmeaufnahme aus der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft verdampft. Die Luft wird dabei abgekühlt und/oder entfeuchtet.
  • Erfolgt die Verflüssigung des Kältemittels bei unterkritischem Betrieb, wie zum Beispiel mit dem Kältemittel R134a oder bei bestimmten Umgebungsbedingungen mit Kohlendioxid, wird der Wärmeübertrager 9 als Kondensator bezeichnet. Ein Teil der Wärmeübertragung findet bei konstanter Temperatur statt. Bei überkritischem Betrieb beziehungsweise bei überkritischer Wärmeabgabe im Wärmeübertrager 9 nimmt die Temperatur des Kältemittels stetig ab. In diesem Fall wird der Wärmeübertrager 9 auch als Gaskühler bezeichnet. Überkritischer Betrieb kann unter bestimmten Umgebungsbedingungen oder Betriebsweisen des Kältemittelkreislaufes 2 zum Beispiel mit dem Kältemittel Kohlendioxid auftreten.
  • Die im Verdampfer 4 von der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft an das Kältemittel übertragene Wärme wird entweder anteilig im Wärmeübertrager 6 zum Nachheizen an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft wieder zugeführt und im Wärmeübertrager 9 an den Motorkühlkreislauf 3 übertragen oder wird ausschließlich im Wärmeübertrager 9 an den Motorkühlkreislauf 3 abgegeben. Dabei wird der Kältemittelkreislauf 2 entweder im Kälteanlagenmodus oder im Nachheizmodus betrieben. Beim Betrieb im Kälteanlagenmodus wird der Wärmeübertrager 6 nicht mit Luft beaufschlagt. Beim Betrieb im Nachheizmodus erfüllt der Wärmeübertrager 6, welcher auch als Heizregister bezeichnet wird, neben dem Wärmeübertrager 9 die Funktion eines zweiten Kondensators/Gaskühlers.
  • Die über ein nicht dargestelltes Gebläse angesaugte Luft wird in Strömungsrichtung zuerst über den Verdampfer 4, anschließend den Heizungswärmeübertrager 13 und dann das Heizregister 6 geleitet, bevor sie in den Fahrgastraum einströmt. Die Wärmeübertrager 4, 13, 6 sind folglich in angegebener Reihenfolge bezüglich der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft hintereinander angeordnet und werden je nach Bedarf und Betriebsmodus zu- oder abgeschaltet. Alternativ kann das Heizregister 6 in Strömungsrichtung der Luft auch hinter dem Heizungswärmeübertrager 13 angeordnet sein. Über den Wärmeübertrager 6 kann mit der Ausbildung spezieller Öffnungen und Luftleiteinrichtungen innerhalb des Klimagerätes Wärme vom Kältemittel auch direkt an Umgebungsluft übertragen werden.
  • Innerhalb des Motorkühlkreislaufes 3 wird das Kühlmittel, bevorzugt ein Wasser-Glykol-Gemisch, zwischen dem Motor 14 und den Wärmeübertragern 15, 9 umgewälzt. Im als Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildeten Wärmeübertrager 15 wird die Wärme vom Kühlmittel an die Umgebungsluft übertragen. Anschließend durchströmt das Kühlmittel den als Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildeten Wärmeübertrager 9 und nimmt Wärme des kondensierenden Kältemittels auf, bevor es durch den Abzweig A zum Motor 14 geleitet wird. Der Wärmeübertrager 13 wird nicht von Kühlmittel durchströmt.
  • Das im Motorkühlkreislauf 3 zirkulierende Kühlmittel kühlt dabei den sich in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotor 14. Der als Elektromotor ausgebildete Motor 17 wird nicht mit Kühlmittel konditioniert. Der als Bypass um den Elektromotor 17 ausgebildete Abzweig A ist geöffnet, während der als Bypass um den Verbrennungsmotor 14 ausgebildete Abzweig B geschlossen ist. Der Abzweig B kann alternativ auch innerhalb des Motors 14 ausgebildet sein.
  • Der Motorkühlkreislauf 3 weist in den Figuren nicht dargestellte Vorrichtungen zum Umwälzen des Kühlmittels auf. Die Vorrichtungen können dabei zum Beispiel als separat ausgebildete Pumpen innerhalb des Motorkühlkreislaufes 3 angeordnet sein. Nach alternativen Ausführungsformen können die Pumpen auch als Bestandteil der Motoren 14, 17 ausgebildet sein, wobei jeder Motor 14, 17 eine Einheit mit einer Pumpe bildet.
  • Bei geringen Umgebungstemperaturen ist der Fahrgastraum zu beheizen, was mittels der im Heiz- beziehungsweise Wärmepumpenmodus betriebenen Vorrichtung 1 nach den 1b und 1c realisierbar ist.
  • 1b zeigt den Kältemittelkreislauf 2 im Wärmepumpenmodus mit Umgebungsluft und 1c mit Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes 3 als Wärmequelle.
  • Im Unterschied zum Betriebsmodus nach 1a wird die gesamte, im Kältemittelkreislauf 2 aufgenommene Wärme im Wärmeübertrager 6 an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft abgegeben. Im als Expansionsorgan betriebenen Ventil 7 wird das aus dem Wärmeübertrager 6 austretende Kältemittel auf ein der Kühlmitteltemperatur entsprechendes Druckniveau ins Zweiphasengebiet in den Wärmeübertrager 9 entspannt, in welchem das Kältemittel verdampft. Beim Vorgang der Verdampfung nimmt das Kältemittel Wärme aus dem Motorkühlkreislauf 3 auf.
  • Das als Drei-Wege-Ventil ausgebildete Ventil 11 ist derart geschaltet, dass das Kältemittel durch einen Bypass 12 am Verdampfer 4 und dem inneren Wärmeübertrager 10 vorbei zum Verdichter 5 geleitet wird. Da der innere Wärmeübertrager 10 lediglich einseitig durchströmt wird, wird dabei keine Wärme übertragen. Der innere Wärmeübertrager 10 ist inaktiv.
  • Das Rückschlagventil 24 dient der Verhinderung einer Kältemitteleinlagerung im Verdampfer 4 und im inneren Wärmeübertrager 10 beim Betrieb des Kältemittelkreislaufes 2 im Wärmepumpenmodus.
  • Gemäß 1b wird innerhalb des Motorkühlkreislaufes 3 ein Teil des Kühlmittels zwischen dem Wärmeübertrager 9, dem Wärmeübertrager 15 und dem Elektromotor 17 umgewälzt. Die im Wärmeübertrager 9 an das verdampfende Kältemittel abzugebende Wärme wird im Wärmeübertrager 15 aus der Umgebungsluft aufgenommen. Der Elektromotor 17 ist nicht in Betrieb, kann jedoch als Wärmequelle oder Wärmesenke genutzt werden.
  • Ein zweiter Teil des Kühlmittels kann zwischen dem Motor 14 und dem Wärmeübertrager 13 umgewälzt werden, wenn der Verbrennungsmotor 14 in Betrieb ist. Die bei der Kühlung des Motors 14 aufgenommene Wärme wird im Wärmeübertrager 13 an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft übertragen.
  • Die einzelnen Bereiche des Motorkühlkreislaufes 3 werden dabei je nach Wärmebedarf der Beheizung des Fahrgastraumes zu- oder abgeschaltet.
  • Nach 1c wird der Kältemittelkreislauf 2 im Wärmepumpenmodus mit Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes 3 beziehungsweise des Motors 14 als Wärmequelle betrieben.
  • Das als Vier-Wege-Ventil ausgebildete Ventil 16 ist derart geschaltet, dass das Kühlmittel in einem Bypass 18 um den Wärmeübertrager 15 herum geleitet wird und damit keine Wärme aus der Umgebungsluft aufgenommen wird. Das Ventil 16 kann dabei alternativ auch als Kombination von mehreren Ventilen ausgebildet sein. Das Kühlmittel wird zwischen dem Wärmeübertrager 13, dem Wärmeübertrager 9 und dem Motor 14 umgewälzt. Die bei der Kühlung des Motors 14 aufgenommene Wärme wird im Wärmeübertrager 13 an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft und/oder im Wärmeübertrager 9 an das verdampfende Kältemittel übertragen. Das Kältemittel gibt anschließend die Wärme bei der Kondensation im Wärmeübertrager 6 an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft wieder ab.
  • Die Wärmeübertrager 9, 13 des Motorkühlkreislaufes 3 beziehungsweise der Kältemittelkreislauf 2 werden dabei je nach Wärmebedarf der Beheizung des Fahrgastraumes zu- oder abgeschaltet. Durch Schaltung des Ventils 16 kann das Kühlmittel beispielsweise nur durch den Wärmeübertrager 9 oder nur durch den Wärmeübertrager 13 oder durch beide gleichzeitig geleitet werden. Zudem ist eine Beheizung der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft durch Wärmeübertragung im Wärmeübertrager 6 und im Wärmeübertrager 13 möglich.
  • Bei der Ausführung nach 1d wird der Kältemittelkreislauf 2 im Kälteanlagenmodus oder im Nachheizmodus, ähnlich 1a, betrieben. Innerhalb des Motorkühlkreislaufes 3 wird das Kühlmittel zwischen dem Motor 17, anstelle des Motors 14 nach 1a, und den Wärmeübertragern 15, 9 umgewälzt, wie die durchgezogenen Linien verdeutlichen. Im Wärmeübertrager 15 wird die Wärme vom Kühlmittel an die Umgebungsluft übertragen. Anschließend durchströmt das Kühlmittel den Wärmeübertrager 9 und nimmt Wärme des kondensierenden Kältemittels auf, bevor es zum Motor 17 geleitet wird. Der Wärmeübertrager 13 wird nicht von Kühlmittel durchströmt.
  • Das im Motorkühlkreislauf 3 zirkulierende Kühlmittel kühlt den sich in Betrieb befindlichen Elektromotor 17. Der Verbrennungsmotor 14 wird nicht mit Kühlmittel konditioniert. Der als Bypass um den Motor 14 ausgebildete Abzweig B ist geöffnet, während der als Bypass um den Elektromotor 17 ausgebildete Abzweig A geschlossen ist.
  • Nach einer alternativen Betriebsweise des Motorkühlkreislaufes 3 ist der Abzweig B als Bypass um den Verbrennungsmotor 14 geschlossen, sodass das beim Durchströmen des Wärmeübertragers 9 und beim Kühlen des Elektromotors 17 erwärmte Kühlmittel zum Verbrennungsmotor 14 geleitet wird, wie die gestrichelten Linien andeuten. Dabei kann Wärme vom Kühlmittel an den Motor 14 übertragen werden. Der Verbrennungsmotor 14 kann damit im ausgeschalteten Zustand, das heißt vor der Inbetriebnahme, erwärmt beziehungsweise vorkonditioniert werden.
  • Bei der Ausführungsform gemäß den 1 a bis 1e besteht somit einerseits die Möglichkeit, den sich jeweils nicht im Fahrzustand befindlichen Motor 14, 17 vor Inbetriebnahme zu konditionieren. Insbesondere kann dabei der Verbrennungsmotor 14 durch Wärmeabgabe vom Kühlmittel an den Motor 14 vorgewärmt werden, was insbesondere in 1d gezeigt wird. Die an den Motor 14 abzugebende Wärme wird im Wärmeübertrager 9 vom Kältemittel an das Kühlmittel übertragen, wird im Wärmeübertrager 15 aus der Umgebungsluft oder am Motor 17 aufgenommen. Andererseits ist es möglich, die Restwärme des unmittelbar zuvor ausgeschalteten Verbrennungsmotors 14 zum Vorwärmen des Elektromotors 17 zu nutzen, wenn der Elektromotor 17 in Betrieb gesetzt wurde. Dabei wird die Restwärme vom Verbrennungsmotor 14 an das Kühlmittel und vom Kühlmittel an den Elektromotor 17 übertragen.
  • 1e zeigt die Vorrichtung 1 mit dem Kältemittelkreislauf 2 im Wärmepumpenmodus mit Kühlmittel beziehungsweise dem Elektromotor 17 als Wärmequelle.
  • Das als Vier-Wege-Ventil ausgebildete Ventil 16 ist derart geschaltet, dass das Kühlmittel in dem Bypass 18 um den Wärmeübertrager 15 herum geleitet wird und damit keine Wärme aus der Umgebungsluft aufgenommen wird. Das Kühlmittel wird zwischen dem Wärmeübertrager 9 und dem Motor 17 umgewälzt. Die bei der Kühlung des Motors 17 aufgenommene Wärme wird im Wärmeübertrager 9 an das verdampfende Kältemittel übertragen. Das Kältemittel gibt anschließend die Wärme bei der Kondensation im Wärmeübertrager 6 an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft wieder ab.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform sind die Motoren 14, 17 auch bei Stillstand oder im Zustand „Außer Betrieb“ von Kühlmittel jederzeit durchströmbar, sodass die Abzweige A, B entfallen.
  • Wie aus den 1a bis 1e hervorgeht, kann das Kühlmittel je nach Betriebsmodus der Vorrichtung 1, das heißt des Kältemittelkreislaufes 2 in Kombination mit dem Motorkühlkreislauf 3, in beiden Strömungsrichtungen durch den Motorkühlkreislauf 3 strömen.
  • In den 2a bis 2c ist die Vorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug mit dem Kältemittelkreislauf 2 und einem zweigeteilten Motorkühlkreislauf 3' bei jeweils unterschiedlichen Betriebsmodi dargestellt. Der Motorkühlkreislauf 3' ist in einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf 3a zur Konditionierung des als Verbrennungsmotor ausgebildeten Motors 14 sowie einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf 3b zur Konditionierung des als Elektromotor ausgebildeten Motors 17 unterteilt. Im Unterschied zu den Ausführungsformen nach den 1a bis 1e ist der Motorkühlkreislauf 3' in zwei Teilkreisläufe aufgeteilt. Die Teilkreisläufe haben den Wärmeübertrager 9 des Kältemittelkreislaufes 2 gemeinsam. Der Kältemittelkreislauf 2 bleibt unverändert.
  • Der Hochtemperatur-Kühlkreislauf 3a umfasst des Weiteren den Heizungswärmeübertrager 13 zur Wärmeübertragung an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft, den Wärmeübertrager 19 zur Wärmeübertragung mit der Umgebung sowie ein als Drei-Wege-Ventil ausgebildetes Ventil 23. Der Niedertemperatur-Kühlkreislauf 3b umfasst zudem den Wärmeübertrager 20 zur Wärmeübertragung mit der Umgebung.
  • In Strömungsrichtung des Kühlmittels vor und nach dem Wärmeübertrager 9 sind Hochtemperatur-Kühlkreislauf 3a und Niedertemperatur-Kühlkreislauf 3b über Umschaltventile 21, 22 miteinander gekoppelt. Durch Schalten der Umschaltventile 21, 22 wird entweder Kühlmittel des Hochtemperatur-Kühlkreislaufes 3a oder Kühlmittel des Niedertemperatur-Kühlkreislaufes 3b durch den Wärmeübertrager 9 geleitet.
  • Gemäß 2a wird der Kältemittelkreislauf 2 im Kälteanlagenmodus oder im Nachheizmodus betrieben, vergleichbar mit der Betriebsweise der Vorrichtung 1 nach 1a. Die im als Kondensator betriebenen Wärmeübertrager 9 abzuführende Wärme wird an den Niedertemperatur-Kühlkreislauf 3b übertragen. Das Kühlmittel wird zwischen dem Wärmeübertrager 9 und dem Wärmeübertrager 20 umgewälzt, sodass die aufgenommene Wärme im Wärmeübertrager 20 an die Umgebung abgegeben wird. Der Motor 17 ist nicht in Betrieb.
  • Die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft wird beim Durchströmen des Wärmeübertragers 6 und/oder des Wärmeübertragers 13 erwärmt. Je nach Wärmebedarf kann die vom Motor 14 abgeführte Wärme im Wärmeübertrager 13 an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft oder im Wärmeübertrager 19 an die Umgebungsluft übertragen werden. Zur Wärmeübertragung an die Umgebungsluft wird das Kühlmittel im Hochtemperatur-Kühlkreislauf 3a zwischen dem Motor 14 und dem Wärmeübertrager 19 umgewälzt.
  • Bei Inbetriebnahme des Elektromotors 17 und ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 14 wird die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft ausschließlich über den Wärmeübertrager 6 erwärmt.
  • Nach den 2b und 2c wird die Vorrichtung 1 im Wärmepumpenmodus betrieben.
  • 2b zeigt den Kältemittelkreislauf 2 im Wärmepumpenmodus mit Umgebungsluft als Wärmequelle. Die Wärme wird im Wärmeübertrager 20 von der Umgebungsluft an das Kühlmittel übertragen und im Wärmeübertrager 9 an den Kältemittelkreislauf 2 abgegeben. Der Motor 17 ist außer Betrieb.
  • Die vom Motor 14 an das im Hochtemperatur-Kühlkreislauf 3a zirkulierende Kühlmittel übertragene Wärme wird im Wärmeübertrager 13 an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft abgegeben.
  • Nach einer alternativen Betriebsweise ist der Motor 17 in Betrieb. Die im Motor 17 entstehende Wärme wird vom im Niedertemperatur-Kühlkreislauf 3b zirkulierenden Kühlmittel aufgenommen und im Wärmeübertrager 9 an das Kältemittel übertragen. Bei Abkühlung des Kühlmittels im Niedertemperatur-Kühlkreislauf 3b unter die Temperatur der Umgebungsluft kann neben der vom Elektromotor 17 abgegebenen Wärme zudem Wärme aus der Umgebungsluft genutzt werden.
  • Je nach Betriebsmodus der Vorrichtung 1 beziehungsweise des Kältemittelkreislaufes 2 strömt das Kühlmittel in entgegengesetzter Richtung durch den Elektromotor 17. Der Motor 17 ist folglich in beide Richtungen durchströmbar.
  • 2c zeigt den Kältemittelkreislauf 2 beim Betrieb im Wärmepumpenmodus mit dem Kühlmittel des Hochtemperatur-Kühlkreislaufes 3a beziehungsweise dem Verbrennungsmotor 14 als Wärmequelle. Die Wärme wird vom Motor 14 an das Kühlmittel übertragen und im Wärmeübertrager 9 an den Kältemittelkreislauf 2 und/oder im Wärmeübertrager 13 an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft abgegeben. Im Niedertemperatur-Kühlkreislauf 3b wird kein Kühlmittel umgewälzt.
  • Der Massenstrom des Kühlmittels wird mittels eines Drei-Wege-Ventils 23 in einen ersten Teilmassenstrom durch den Wärmeübertrager 9 und einen zweiten Teilmassenstrom durch den Wärmeübertrager 13 aufgeteilt. Die vom Motor 14 abgegebene Wärme wird damit direkt über den Wärmeübertrager 13 und indirekt über den Wärmeübertrager 6 an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft übertragen und nicht an die Umgebung abgeführt.
  • In einer weiteren Ausführungform wird der Massenstrom des Kühlmittels nicht aufgeteilt.
  • Die Ventile 7, 11 des Kältemittelkreislaufes 2 können auch als Festdrosseln ausgebildet sein.
  • Der Receiver 8, welcher im Wärmepumpenmodus des Kältemittelkreislaufes 2 bei Niederdruck als Sammler betrieben wird, ist vorteilhaft mit entsprechenden Abscheidevorrichtungen, wie einem Deflektor oder einem Fliehkraftabscheider, auszubilden. Im Kälteanlagen- oder im Nachheizmodus wird der Receiver 8 mit Kältemittel bei Hochdruck beaufschlagt.
  • Der Receiver 8, welcher in den angegebenen Ausführungsformen in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Wärmeübertrager 9 angeordnet ist, ist alternativ auch als Akkumulator auf der Niederdruckseite in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Verdampfer 4 anordenbar.
  • Die aufgezeigten Verschaltungsvarianten und Betriebsmodi sind für jedes Kältemittel verwendbar, welches niederdruckseitig einen Phasenübergang von flüssig nach gasförmig durchläuft. Hochdruckseitig gibt das Medium durch Gaskühlung, Kondensation und Unterkühlung die aufgenommene Wärme an eine Wärmesenke ab. Als geeignete Kältemittel sind hierzu natürliche Stoffe wie zum Beispiel R744, R717 etc., brennbare R290, R600, R600a etc. sowie chemische wie R134a, R152a, HFO-1234yf etc. oder diverse Kältemittelgemische verwendbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Kältemittelkreislauf
    3, 3'
    Motorkühlkreislauf
    3a
    Hochtemperatur-Kühlkreislauf
    3b
    Niedertemperatur-Kühlkreislauf
    4
    Verdampfer (Kältemittelkreislauf)
    5
    Verdichter (Kältemittelkreislauf)
    6
    Wärmeübertrager, Heizregister
    7
    Ventil
    8
    Receiver
    9
    Wärmeübertrager
    10
    innerer Wärmeübertrager
    11
    Ventil
    12
    Bypass (um Verdampfer Kältemittelkreislauf)
    13
    Wärmeübertrager, Heizungswärmeübertrager
    14
    Motor, Verbrennungsmotor
    15
    Wärmeübertrager
    16
    Ventil
    17
    Motor, Elektromotor
    18
    Bypass (um Wärmeübertrager 15)
    19
    Wärmeübertrager (Hochtemperatur-Kühlkreislauf)
    20
    Wärmeübertrager (Niedertemperatur-Kühlkreislauf)
    21
    Umschaltventil
    22
    Umschaltventil
    23
    Ventil, Drei-Wege-Ventil
    24
    Rückschlagventil
    A
    Abzweig
    B
    Abzweig

Claims (5)

  1. Vorrichtung (1) zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, aufweisend einen Motorkühlkreislauf (3') und einen für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus sowie für einen Nachheizmodus ausgebildeten Kältemittelkreislauf (2) mit einem Verdampfer (4), einem Verdichter (5), einem Wärmeübertrager (6) zur Wärmezufuhr vom Kältemittel an zu konditionierende Luft für einen Fahrgastraum sowie einem Wärmeübertrager (9) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes (2) und dem Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes (3'), wobei der Wärmeübertrager (9) als Verdampfer zur Wärmeübertragung vom Kühlmittel an das verdampfende Kältemittel und als Kondensator zur Wärmeübertragung vom kondensierenden Kältemittel an das Kühlmittel betreibbar ausgebildet und angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Motorkühlkreislaufes (3') ein erster Motor (14) und ein zweiter Motor (17) angeordnet sind und der Motorkühlkreislauf (3') in einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf (3a) zur Konditionierung des ersten Motors (14) und einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf (3b) zur Konditionierung des zweiten Motors (17) unterteilt ausgebildet ist, wobei - der Wärmeübertrager (9) wechselseitig im Hochtemperatur-Kühlkreislauf (3a) und im Niedertemperatur-Kühlkreislauf (3b) betreibbar ist sowie - der Hochtemperatur-Kühlkreislauf (3a) und der Niedertemperatur-Kühlkreislauf (3b) über Umschaltventile (21, 22) miteinander gekoppelt sind, welche in Strömungsrichtung des Kühlmittels jeweils vor und nach dem Wärmeübertrager (9) angeordnet sind.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Motor (14) als Verbrennungsmotor und der zweite Motor (17) als Elektromotor ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung (1) zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, aufweisend einen Motorkühlkreislauf (3') und einen Kältemittelkreislauf (2) mit einem Verdampfer (4), einem Verdichter (5), einem Wärmeübertrager (6) zur Wärmezufuhr vom Kältemittel an zu konditionierende Luft für einen Fahrgastraum sowie einem Wärmeübertrager (9) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes (2) und dem Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes (3'), dadurch gekennzeichnet, dass der Motorkühlkreislauf (3') einen ersten Motor (14) und einen zweiten Motor (17) aufweist, wobei der erste Motor (14) als Verbrennungsmotor und der zweite Motor (17) als Elektromotor ausgebildet ist, und dass der Motorkühlkreislauf (3') in einen Hochtemperatur-Kühlkreislauf (3a) zur Konditionierung des ersten Motors (14) und einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf (3b) zur Konditionierung des zweiten Motors (17) unterteilt ausgebildet ist, wobei - der Wärmeübertrager (9) wechselseitig im Hochtemperatur-Kühlkreislauf (3a) und im Niedertemperatur-Kühlkreislauf (3b) betreibbar ist sowie - der Hochtemperatur-Kühlkreislauf (3a) und der Niedertemperatur-Kühlkreislauf (3b) über Umschaltventile (21, 22) miteinander gekoppelt sind, welche in Strömungsrichtung des Kühlmittels jeweils vor und nach dem Wärmeübertrager (9) angeordnet sind.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Kühlkreislauf (3a) den Wärmeübertrager (9) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes (2) und dem Kühlmittel des Hochtemperatur-Kühlkreislaufes (3a), einen Wärmeübertrager (13) zur Wärmeabgabe vom Kühlmittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft sowie einen Wärmeübertrager (19) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und der Umgebungsluft umfasst.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedertemperatur-Kühlkreislauf (3b) den Wärmeübertrager (9) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes (2) und dem Kühlmittel des Niedertemperatur-Kühlkreislaufes (3b) sowie einen Wärmeübertrager (20) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und der Umgebungsluft umfasst.
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