DE102013106831A1 - Vehicle air conditioning system of a hybrid or electric vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage (10) eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, mit einem Kältemittelkreislauf (12), der einen Verdichter (14) zum Komprimieren eines Kältemittels (16), einen Kondensator (18) zum Kühlen und Kondensieren des komprimierten Kältemittels (16), eine Druckverminderungseinheit (20) zum Dekomprimieren des kondensierten Kältemittels (16) sowie einen Verdampfer (22) zum Erwärmen und Verdampfen des dekomprimierten Kältemittels (16) aufweist, einem ersten Kühlkreislauf (24), der mit dem Kältemittelkreislauf (12) thermisch gekoppelt ist, und eine Pumpe (26) zum Umwälzen einer ersten Kühlflüssigkeit (28) sowie einen Wärmetauscher (30) zum Kühlen eines elektrischen Antriebsstrangs (31) des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs aufweist, und einem zweiten Kühlkreislauf (32), der mit dem Kältemittelkreislauf (12) thermisch gekoppelt ist und eine Pumpe (34) zum Umwälzen einer zweiten Kühlflüssigkeit (36) sowie einen Wärmetauscher (38) zum Heizen von einem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft (40) aufweist, wobei der Verdampfer (22) an den ersten Kühlkreislauf (24) angeschlossen ist und Wärmeenergie an das Kältemittel (16) abgeben kann, und wobei der Kondensator (18) an den zweiten Kühlkreislauf (32) angeschlossen ist und Wärmeenergie vom Kältemittel (16) aufnehmen kann.The invention relates to a vehicle air conditioning system (10) of a hybrid or electric vehicle, comprising a refrigerant circuit (12), a compressor (14) for compressing a refrigerant (16), a condenser (18) for cooling and condensing the compressed refrigerant (16). , a pressure reduction unit (20) for decompressing the condensed refrigerant (16) and an evaporator (22) for heating and evaporating the decompressed refrigerant (16), a first cooling circuit (24) which is thermally coupled to the refrigerant circuit (12), and a pump (26) for circulating a first cooling liquid (28) and a heat exchanger (30) for cooling an electric drive train (31) of the hybrid or electric vehicle, and a second cooling circuit (32) which is connected to the refrigerant circuit (12) is thermally coupled and a pump (34) for circulating a second cooling liquid (36) and a heat exchanger (38) for heating Air (40) which can be supplied to a vehicle interior, the evaporator (22) being connected to the first cooling circuit (24) and being able to emit thermal energy to the refrigerant (16), and the condenser (18) being connected to the second cooling circuit (32) is and can absorb heat energy from the refrigerant (16).

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Kondensator zum Kühlen und Kondensieren des komprimierten Kältemittels, eine Druckverminderungseinheit zum Dekomprimieren des kondensierten Kältemittels sowie einen Verdampfer zum Erwärmen und Verdampfen des dekomprimierten Kältemittels aufweist. The invention relates to a vehicle air conditioner of a hybrid or electric vehicle, comprising a refrigerant circuit including a compressor for compressing a refrigerant, a condenser for cooling and condensing the compressed refrigerant, a pressure reducing unit for decompressing the condensed refrigerant, and an evaporator for heating and evaporating the decompressed refrigerant having.

Moderne Kraftfahrzeuge sind inzwischen üblicherweise mit einer Klimaanlage zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums ausgestattet. Diese Fahrzeugklimaanlagen werden vorwiegend mit einem Kältemittelkreislauf nach dem Carnot-Prinzip betrieben, um bei hohen Außentemperaturen eine Kühlung des Fahrzeuginnenraums zu erreichen. Zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums bei niedrigen Außentemperaturen wird üblicherweise die Abwärme des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors genutzt. Modern motor vehicles are now usually equipped with an air conditioner for air conditioning of the vehicle interior. These vehicle air conditioning systems are mainly operated with a refrigerant circuit according to the Carnot principle, in order to achieve a cooling of the vehicle interior at high outside temperatures. For heating the vehicle interior at low outside temperatures usually the waste heat of the motor vehicle internal combustion engine is used.

Die Abwärme des Fahrzeugmotors ist jedoch bei Elektrofahrzeugen insgesamt und bei Hybridfahrzeugen während Aufwärm- oder temporären Abschaltphasen des Verbrennungsmotors so gering, dass eine zufriedenstellende Beheizung des Fahrzeuginnenraums schwierig ist. Aus diesem Grund kommt oftmals ein zusätzliches, elektrisches Heizgerät zum Einsatz, was jedoch mit zusätzlichem Energie- und Bauraumbedarf sowie zusätzlichen Gerätekosten verbunden ist. However, the waste heat of the vehicle engine is so low overall in electric vehicles and in hybrid vehicles during warm-up or temporary shutdown phases of the internal combustion engine, that a satisfactory heating of the vehicle interior is difficult. For this reason, an additional, electric heater is often used, but this is associated with additional energy and space requirements and additional equipment costs.

Um die Beheizung des Fahrzeuginnenraums zu verbessern, wurde im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, die zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums vorgesehene Fahrzeugklimaanlage bei Bedarf als Wärmepumpe zu betreiben und somit die Außenluft als Wärmequelle zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums zu nutzen. In order to improve the heating of the vehicle interior, it has already been proposed in the prior art to operate the vehicle air conditioning system provided for cooling the vehicle interior as a heat pump and thus to use the outside air as a heat source for heating the vehicle interior.

Bei sehr kalter Umgebungsluft hat es sich jedoch als schwierig erwiesen, im Wärmepumpenbetrieb eine kontinuierliche und zufriedenstellende Heizleistung sicherzustellen, da der Verdampfer in diesem Fall leicht vereist. In very cold ambient air, however, it has proved difficult to ensure a continuous and satisfactory heating performance in heat pump operation, since the evaporator in this case easily ices up.

Zur Lösung dieses Problems wird in der US 2011/0167850 A1 eine Fahrzeugklimaanlage vorgeschlagen, die verschiedene Heizmodi aufweist, wobei sowohl Ausführungsformen mit einem „direkten“ Wärmepumpenbetrieb der Klimaanlage als auch Ausführungsformen mit einem „indirekten“ Wärmepumpenbetrieb der Klimaanlage beschrieben werden. To solve this problem is in the US 2011/0167850 A1 proposed a vehicle air conditioning system having various heating modes, wherein both embodiments are described with a "direct" heat pump operation of the air conditioner and embodiments with an "indirect" heat pump operation of the air conditioner.

Beim direkten Wärmepumpenbetrieb wird der Wärmetauscher zum Heizen von dem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft unmittelbar vom Kältemittel des Klimakreislaufs durchströmt. Da das Kältemittel im Bereich des Wärmetauschers unter Hochdruck steht und der Wärmetauscher als Teil einer „HLK-Anlage“ (Heizung/ Lüftung/Klimatisierung) dem Fahrzeuginnenraum zugeordnet ist, sind in diesem Fall üblicherweise aufwendige Schutzmaßnahmen notwendig, um zu verhindern, dass Kältemittel aus dem Wärmetauscher austritt und in den Fahrzeuginnenraum gelangt. Außerdem beeinträchtigt die Durchströmung des Wärmetauschers mit Kältemittel im Kühlmodus der Fahrzeugklimaanlage den Wirkungsgrad der Klimaanlage, was bei gleicher Kühlleistung zu einem erhöhten Energiebedarf führt. In direct heat pump operation of the heat exchanger for heating of the vehicle interior feedable air is flowed through directly by the refrigerant of the air conditioning circuit. Since the refrigerant is in the heat exchanger under high pressure and the heat exchanger is assigned as part of an "HVAC system" (heating / ventilation / air conditioning) the vehicle interior, complex protective measures are usually necessary in this case to prevent refrigerant from the Exits the heat exchanger and enters the vehicle interior. In addition, the flow through the heat exchanger with refrigerant in the cooling mode of the vehicle air conditioning affects the efficiency of the air conditioner, which leads to an increased energy requirement for the same cooling performance.

Beim indirekten Wärmepumpenbetrieb wird der Wärmetauscher zum Heizen von dem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft von der Kühlflüssigkeit eines Kühlkreislaufs durchströmt, wobei der Kühlkreislauf über einen (weiteren) Wärmetauscher mit dem Kältemittelkreislauf thermisch gekoppelt ist und auch zur Kühlung eines Verbrennungsmotors dient. Allerdings stellt sich bei diesem Kühlkreislauf, insbesondere während Aufwärm- oder temporärer Abschaltphasen des Verbrennungsmotors, nur eine mäßige Übertragung von Wärmeenergie zwischen der Kühlflüssigkeit und der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft ein, was im Heizmodus entweder zu einer unzureichenden Heizleistung oder einem erhöhten Energiebedarf führt. In the case of indirect heat pump operation, the heat exchanger for heating air that can be supplied to the vehicle interior is flowed through by the cooling liquid of a cooling circuit, wherein the cooling circuit is thermally coupled to the refrigerant circuit via a (further) heat exchanger and also serves to cool an internal combustion engine. However, in this cooling circuit, in particular during warm-up or temporary shutdown phases of the internal combustion engine, only a moderate transfer of heat energy between the cooling liquid and the vehicle interior feedable air, resulting in heating mode either insufficient heating or increased energy requirements.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer konstruktiv einfachen, kompakten und preiswerten Fahrzeugklimaanlage, welche sowohl im Kühlmodus als auch im Heizmodus besonders energieeffizient betrieben werden kann. The object of the invention is therefore to provide a structurally simple, compact and inexpensive vehicle air conditioning system, which can be operated particularly energy efficient both in the cooling mode and in the heating mode.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Fahrzeugklimaanlage eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, mit einem Kältemittelkreislauf, der einen Verdichter zum Komprimieren eines Kältemittels, einen Kondensator zum Kühlen und Kondensieren des komprimierten Kältemittels, eine Druckverminderungseinheit zum Dekomprimieren des kondensierten Kältemittels sowie einen Verdampfer zum Erwärmen und Verdampfen des dekomprimierten Kältemittels aufweist, einem ersten Kühlkreislauf, der mit dem Kältemittelkreislauf thermisch gekoppelt ist und eine Pumpe zum Umwälzen einer ersten Kühlflüssigkeit sowie einen Wärmetauscher zum Kühlen eines elektrischen Antriebsstrangs des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs aufweist, und einem zweiten Kühlkreislauf, der mit dem Kältemittelkreislauf thermisch gekoppelt ist und eine Pumpe zum Umwälzen einer zweiten Kühlflüssigkeit sowie einen Wärmetauscher zum Heizen von einem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft aufweist, wobei der Verdampfer an den ersten Kühlkreislauf angeschlossen ist und Wärmeenergie an das Kältemittel abgeben kann, und wobei der Kondensator an den zweiten Kühlkreislauf angeschlossen ist und Wärmeenergie vom Kältemittel aufnehmen kann. This object is achieved according to the invention by a vehicle air conditioning system of a hybrid or electric vehicle, comprising a refrigerant circuit comprising a compressor for compressing a refrigerant, a condenser for cooling and condensing the compressed refrigerant, a pressure reduction unit for decompressing the condensed refrigerant, and an evaporator for heating and vaporizing the decompressed refrigerant, a first cooling circuit which is thermally coupled to the refrigerant circuit and a pump for circulating a first cooling liquid and a heat exchanger for cooling an electric drive train of the hybrid or electric vehicle, and a second cooling circuit, which is thermally coupled to the refrigerant circuit is and a pump for circulating a second cooling liquid and a heat exchanger for heating of a vehicle interior feedable air, wherein the evaporator at d is connected to the first cooling circuit and can deliver heat energy to the refrigerant, and wherein the condenser to the second cooling circuit is connected and can absorb heat energy from the refrigerant.

Die separaten Kältemittel- und Kühlkreisläufe sind strömungstechnisch entkoppelt und lassen sich somit individuell auf die jeweils zu erfüllende Funktion hin konstruieren. So ist der erste Kühlkreislauf speziell darauf ausgelegt, die Wärmeenergie zahlreicher kleinerer Wärmequellen (Leistungselektronik, Elektromotor, Batterie, etc.) des elektrischen Antriebsstrangs eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs „einzusammeln“ und eine ungleichmäßige Wärmeabgabe der einzelnen Wärmequellen über seine thermische Kapazität und die thermische Trägheit des ersten Kühlkreislaufs weitgehend zu kompensieren, sodass im Verdampfer eine sehr gleichmäßige Wärmeübertragung auf das Kältemittel erfolgt. Der vom Kältemittelkreislauf fluidtechnisch ebenfalls entkoppelte, zweite Kühlkreislauf lässt sich hingegen speziell auf eine besonders effiziente Wärmeübertragung zwischen der zweiten Kühlflüssigkeit und der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft zuschneiden. Der Kältemittelkreislauf sorgt schließlich mittels einer (einstellbaren) Kompressorleistung für eine zufriedenstellende Beheizung bzw. Kühlung des Fahrzeuginnenraums. The separate refrigerant and cooling circuits are fluidically decoupled and can thus be individually designed for each function to be performed. Thus, the first cooling circuit is specially designed to "collect" the heat energy of numerous smaller heat sources (power electronics, electric motor, battery, etc.) of the electric drive train of an electric or hybrid vehicle and uneven heat dissipation of the individual heat sources on its thermal capacity and thermal inertia of the first cooling circuit largely compensate, so that takes place in the evaporator, a very uniform heat transfer to the refrigerant. On the other hand, the second cooling circuit, which is likewise decoupled from the refrigerant circuit by fluid technology, can be tailored specifically to a particularly efficient transfer of heat between the second cooling fluid and the air that can be supplied to the vehicle interior. Finally, the refrigerant circuit ensures satisfactory heating or cooling of the vehicle interior by means of (adjustable) compressor power.

In einer Ausführungsform der Fahrzeugklimaanlage weist der zweite Kühlkreislauf zum Umwälzen der zweiten Kühlflüssigkeit eine Kühlflüssigkeitsleitung mit einem Leitungsquerschnitt A auf, wobei gilt: 10 mm2 ≤ A ≤ 100 mm2, insbesondere 20 mm2 ≤ A ≤ 60 mm2. Dieser geringe Leitungsquerschnitt A im zweiten Kühlkreislauf ermöglicht im Wärmetauscher eine gute Wärmeübertragung zwischen der zweiten Kühlflüssigkeit und der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft. Dies äußert sich durch eine hohe Temperaturdifferenz der zweiten Kühlflüssigkeit zwischen einem Kühlflüssigkeitseinlass und einem Kühlflüssigkeitsauslass des Wärmetauschers. In one embodiment of the vehicle air conditioning system, the second cooling circuit for circulating the second cooling liquid has a coolant line with a line cross section A, where: 10 mm 2 ≦ A ≦ 100 mm 2 , in particular 20 mm 2 ≦ A ≦ 60 mm 2 . This small line cross-section A in the second cooling circuit allows in the heat exchanger good heat transfer between the second cooling liquid and the air supplied to the vehicle interior. This manifests itself by a high temperature difference of the second cooling liquid between a cooling liquid inlet and a cooling liquid outlet of the heat exchanger.

Ferner weist die Pumpe im zweiten Kühlkreislauf eine Förderleistung P auf, wobei vorzugsweise gilt: 50 dm3/h ≤ P ≤ 400 dm3/h, besonders bevorzugt 120 dm3/h ≤ P ≤ 260 dm3/h. Aufgrund dieses recht geringen Durchflusses im zweiten Kühlkreislauf ergibt sich, insbesondere in Verbindung mit den oben genannten, kleinen Leitungsquerschnitten A, eine hohe Temperaturabsenkung der zweiten Kühlflüssigkeit im Wärmetauscher zum Heizen der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft, wobei die Temperaturdifferenz vorzugsweise bei über 20 °C liegt. Diese große Temperaturdifferenz im Wärmetauscher trägt zu einem besonders energieeffizienten Wärmepumpenbetrieb der Fahrzeugklimaanlage bei. Furthermore, the pump has a delivery rate P in the second cooling circuit, wherein preferably: 50 dm 3 / h ≦ P ≦ 400 dm 3 / h, particularly preferably 120 dm 3 / h ≦ P ≦ 260 dm 3 / h. Due to this rather low flow in the second cooling circuit results, especially in conjunction with the above, small line cross-sections A, a high temperature drop of the second cooling liquid in the heat exchanger for heating the vehicle interior to be supplied air, the temperature difference is preferably above 20 ° C. This large temperature difference in the heat exchanger contributes to a particularly energy-efficient heat pump operation of the vehicle air conditioning system.

Insbesondere können ein Leitungsquerschnitt A einer Kühlflüssigkeitsleitung und eine Förderleistung P der Pumpe im zweiten Kühlkreislauf so aufeinander abgestimmt sein, dass für eine Strömungsgeschwindigkeit v der zweiten Kühlflüssigkeit gilt: 0,5 m/s ≤ v ≤ 2,0 m/s. In diesem Bereich ist die Strömungsgeschwindigkeit v groß genug, um eine weitgehend konstante und ausreichende Wärmeübertragung zu gewährleisten, sowie klein genug, um einen übermäßigen Leitungsverschleiß infolge Erosion zu vermeiden. In particular, a line cross-section A of a coolant line and a delivery rate P of the pump in the second cooling circuit can be matched to one another such that the following applies for a flow rate v of the second coolant: 0.5 m / s ≦ v ≦ 2.0 m / s. In this range, the flow velocity v is large enough to ensure a largely constant and sufficient heat transfer and small enough to avoid excessive line wear due to erosion.

In einer weiteren Ausführungsform der Fahrzeugklimaanlage ist der Kältemittelkreislauf getrennt von den beiden Kühlkreisläufen ausgebildet, und das Kältemittel unterscheidet sich von den Kühlflüssigkeiten. Aufgrund dieser strömungsmäßig separat ausgebildeten Kreisläufe ohne Fluidverbindung können in den einzelnen Kreisläufen unterschiedliche Medien zum Einsatz kommen. Geeignete Kältemittel sind beispielsweise R 134 a, HFO 1234 yf oder Kohlendioxid. Als Kühlflüssigkeit eignen sich zum Beispiel Wasser, Öle oder besonders bevorzugt Wasser/Glykol-Gemische. In a further embodiment of the vehicle air conditioning system, the refrigerant circuit is formed separately from the two refrigerant circuits, and the refrigerant is different from the refrigerant liquids. Because of these fluidly separate circuits without fluid connection different media can be used in the individual circuits. Suitable refrigerants are, for example, R 134 a, HFO 1234 yf or carbon dioxide. Suitable cooling fluids are, for example, water, oils or particularly preferably water / glycol mixtures.

Vorzugsweise ist auch der erste Kühlkreislauf getrennt vom zweiten Kühlkreislauf ausgebildet. Besonders bevorzugt sind diese strömungsmäßig getrennten, separaten Kühlkreisläufe auch thermisch getrennt, sodass zwischen den beiden Kühlkreisläufen keine unmittelbare Wärmeübertragung möglich ist. Preferably, the first cooling circuit is formed separately from the second cooling circuit. Particularly preferably, these flow separated, separate cooling circuits are also thermally separated so that no direct heat transfer is possible between the two cooling circuits.

Trotz der strömungsmäßig getrennten Ausbildung der Kühlkreisläufe kann jedoch die erste Kühlflüssigkeit mit der zweiten Kühlflüssigkeit identisch sein. Dies reduziert die Anzahl der in der Fahrzeugklimaanlage eingesetzten Kühlmedien, was die Lagerhalterung sowie eine Befüllung der Fahrzeugklimaanlage deutlich vereinfacht. Despite the fluidically separate design of the cooling circuits, however, the first cooling liquid may be identical to the second cooling liquid. This reduces the number of cooling media used in the vehicle air conditioning system, which significantly simplifies the storage and filling of the vehicle air conditioning system.

In einer weiteren Ausführungsform der Fahrzeugklimaanlage weist der erste Kühlkreislauf einen zum Verdampfer parallel geschalteten, insbesondere separat schaltbaren Kühler auf, wobei die erste Kühlflüssigkeit den Kühler durchströmen und dabei Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgeben kann. Üblicherweise ist die Fahrzeugklimaanlage mit einer Steuereinheit ausgerüstet, welche den Durchfluss auf die beiden parallel geschalteten Leitungsabschnitte variabel verteilen oder auf einen der beiden Leitungsabschnitte beschränken kann. Über diese Steuereinheit lässt sich die Fahrzeugklimaanlage mit geringem Aufwand an die jeweils gewünschte Funktion anpassen. In a further embodiment of the vehicle air conditioning system, the first cooling circuit has a cooler connected in parallel to the evaporator, in particular separately switchable cooler, wherein the first cooling liquid can flow through the radiator and thereby emit heat energy to the ambient air. Usually, the vehicle air conditioning system is equipped with a control unit which the Distribute the flow variably to the two line sections connected in parallel or restrict it to one of the two line sections. About this control unit, the vehicle air conditioning can be adapted with little effort to the particular desired function.

In einer weiteren Ausführungsform der Fahrzeugklimaanlage weist der zweite Kühlkreislauf einen zum Wärmetauscher parallel geschalteten, insbesondere separat schaltbaren Kühler auf, wobei die zweite Kühlflüssigkeit den Kühler durchströmen und dabei Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgeben kann. Üblicherweise ist die Fahrzeugklimaanlage mit einer Steuereinheit ausgerüstet, welche den Durchfluss auf die beiden parallel geschalteten Leitungsabschnitte variabel verteilen oder auf einen der beiden Leitungsabschnitte beschränken kann. Über diese Steuereinheit lässt sich die Fahrzeugklimaanlage mit geringem Aufwand an den jeweils gewünschten Betriebsmodus anpassen. In a further embodiment of the vehicle air conditioning system, the second cooling circuit has a cooler connected in parallel to the heat exchanger, in particular separately switchable cooler, wherein the second cooling liquid can flow through the radiator and thereby emit heat energy to the ambient air. The vehicle air conditioning system is usually equipped with a control unit which can variably distribute the flow to the two line sections connected in parallel or restrict it to one of the two line sections. With this control unit, the vehicle air conditioning system can be adapted with little effort to the respective desired operating mode.

Vorzugsweise ist der vom ersten Kühlmittel durchströmbare Verdampfer ein erster Verdampfer und die vorgeschaltete Druckverminderungseinheit eine erste Druckverminderungseinheit, wobei der Kältemittelkreislauf parallel geschaltet zum ersten Verdampfer und der ersten Druckverminderungseinheit einen von der Umgebungsluft durchströmbaren zweiten Verdampfer mit einer vorgeschalteten zweiten Druckverminderungseinheit aufweist. Besonders bevorzugt sind die Druckverminderungseinheiten jeweils als Expansionsventile mit Absperrfunktion ausgebildet, sodass sich über die Druckverminderungseinheiten der Durchfluss auf die beiden parallel geschalteten Leitungsabschnitte verteilen oder auf einen der beiden Leitungsabschnitte beschränken lässt. Auf diese Weise kann die Fahrzeugklimaanlage mit geringem Aufwand von einem Kühlmodus in einen Heizmodus geschaltet werden, und umgekehrt. The evaporator through which the first coolant can flow is preferably a first evaporator and the upstream pressure reduction unit is a first pressure reduction unit, wherein the refrigerant circuit has a second evaporator with an upstream second pressure reduction unit connected in parallel with the first evaporator and the first pressure reduction unit through which the ambient air can flow. Particularly preferably, the pressure reduction units are each designed as expansion valves with shut-off function, so that the flow can be distributed over the pressure reduction units to the two line sections connected in parallel or limited to one of the two line sections. In this way, the vehicle air conditioner can be switched from a cooling mode to a heating mode with little effort, and vice versa.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Wärmetauscher zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums im Betrieb der Klimaanlage sowohl von der zweiten Kühlflüssigkeit als auch von der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft durchströmt werden, wobei sich bei der Durchströmung des Wärmetauschers die Kühlflüssigkeit um eine Temperaturdifferenz ∆TKF abkühlt und die Luft um eine Temperaturdifferenz ∆TL erwärmt, wobei gilt: 0,3 < ∆TKF / ∆TL < 1,1. Die Einhaltung dieser Temperaturparameter trägt zu einem äußerst energieeffizienten Wärmepumpenbetrieb der Fahrzeugklimaanlage bei. According to one embodiment, the heat exchanger for heating the vehicle interior in the operation of the air conditioner can be traversed by both the second cooling liquid and the air supplied to the vehicle interior, wherein the cooling liquid is cooled by a temperature difference .DELTA.T KF in the flow through the heat exchanger and the air to a temperature difference ΔT L is heated, where: 0.3 <ΔT KF / ΔT L <1.1. Compliance with these temperature parameters contributes to extremely energy efficient heat pump operation of the vehicle air conditioning system.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Kondensator im Betrieb der Klimaanlage sowohl vom Kältemittel als auch von der zweiten Kühlflüssigkeit durchströmt werden, wobei sich bei der Durchströmung des Kondensators das Kältemittel um eine Temperaturdifferenz ∆TKM abkühlt und die Kühlflüssigkeit um eine Temperaturdifferenz ∆TKF erwärmt, wobei gilt: 0,5 < ∆TKF / ∆TKM < 1,1. Die Einhaltung dieser Temperaturparameter trägt ebenfalls zu einem äußerst energieeffizienten Wärmepumpenbetrieb der Fahrzeugklimaanlage bei. According to a further embodiment, during the operation of the air conditioning system, the condenser can be flowed through by both the refrigerant and the second cooling liquid, the refrigerant, as it flows through the condenser, cooling by a temperature difference ΔT KM and heating the cooling liquid by a temperature difference ΔT KF . where: 0.5 <ΔT KF / ΔT KM <1.1. Compliance with these temperature parameters also contributes to extremely energy efficient heat pump operation of the vehicle air conditioning system.

Der Wärmetauscher zum Heizen der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft weist in Luftströmungsrichtung eine Abmessung t auf und umfasst vorzugsweise mehrere parallel angeordnete Flachrohre, wobei zwei benachbarte Flachrohre einen Achsabstand b aufweisen, wobei sich zwischen zwei benachbarten Flachrohren jeweils wenigstens eine Lamelle erstreckt, die in Durchflussrichtung der zweiten Kühlflüssigkeit wellenförmig ausgebildet ist und an einem Wellenberg jeweils ein erstes Flachrohr der beiden benachbarten Flachrohre sowie an einem Wellental ein zweites Flachrohr der beiden benachbarten Flachrohre berührt, wobei die Lamelle in Durchflussrichtung gesehen einen Abstand h zwischen einem Wellenberg und einem Wellental aufweist, und wobei gilt: 25 mm < t < 60 mm, 4 mm < b < 8 mm und 0,6 mm < h < 1,2 mm. Diese Konstruktionsparameter des Wärmetauschers bewirken eine ausgesprochen gute Wärmeübertragung von der zweiten Kühlflüssigkeit auf die dem Fahrzeuginnenraum zuführbare Luft. The heat exchanger for heating the air supplied to the vehicle interior has a dimension t in the air flow direction and preferably comprises a plurality of parallel flat tubes, wherein two adjacent flat tubes have a center distance b, wherein between two adjacent flat tubes respectively at least one lamella extending in the flow direction of the second Cooling liquid is wave-shaped and on a wave crest in each case a first flat tube of the two adjacent flat tubes and at a trough a second flat tube of the two adjacent flat tubes touches, the lamella seen in the flow direction has a distance h between a wave crest and a trough, and where: 25 mm <t <60 mm, 4 mm <b <8 mm and 0.6 mm <h <1.2 mm. These design parameters of the heat exchanger cause a very good heat transfer from the second cooling liquid to the air that can be supplied to the vehicle interior.

Die Fahrzeugklimaanlage lässt sich beispielsweise in einem Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor einsetzen, wobei vorzugsweise ein separater, dritter Kühlkreislauf vorgesehen ist, der eine Pumpe zum Umwälzen einer dritten Kühlflüssigkeit sowie einen Wärmetauscher zum Kühlen des Verbrennungsmotors aufweist. Dieser dritte Kühlkreislauf ist besonders bevorzugt vom Kältemittelkreislauf sowie vom ersten und zweiten Kühlkreislauf thermisch und strömungsmäßig getrennt ausgebildet, weist also insbesondere keine Fluidverbindung zu den anderen Kreisläufen auf. Über diesen separaten, dritten Kühlkreislauf kann mit geringem Aufwand die Abwärme des Verbrennungsmotors zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums verwendet werden. Sofern der dritte Kühlkreislauf eine ausreichende Heizleistung liefert, kann die Wärmepumpe abgestellt oder zumindest in ihrer Leistung gedrosselt werden, was wiederum zu einem besonders energieeffizienten Betrieb der Fahrzeugklimaanlage beiträgt. The vehicle air conditioning system can be used for example in a hybrid vehicle with an internal combustion engine, wherein preferably a separate, third cooling circuit is provided which has a pump for circulating a third cooling liquid and a heat exchanger for cooling the internal combustion engine. This third cooling circuit is particularly preferably formed by the refrigerant circuit and the first and second cooling circuit thermally and fluidly separated, so in particular has no fluid connection to the other circuits. About this separate, third cooling circuit, the waste heat of the engine can be used to heat the vehicle interior with little effort. If the third cooling circuit supplies a sufficient heat output, the heat pump can be turned off or at least throttled in its performance, which in turn contributes to a particularly energy-efficient operation of the vehicle air conditioning.

Hierzu weist der dritte Kühlkreislauf bevorzugt einen Wärmetauscher zum Heizen von dem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft auf. Dadurch lässt sich eine effiziente Wärmeübertragung von der dritten Kühlflüssigkeit auf die dem Fahrzeuginnenraum zuführbare Luft realisieren, sodass die Wärmepumpe keine oder kaum Heizleistung zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums bereitstellen muss. For this purpose, the third cooling circuit preferably has a heat exchanger for heating air that can be supplied to the vehicle interior. As a result, an efficient transfer of heat from the third cooling liquid to the air that can be supplied to the vehicle interior can be realized so that the heat pump does not have to provide any or hardly any heating power for heating the vehicle interior.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen: Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment with reference to the drawings. In these show:

1 eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage; 1 a schematic diagram of a vehicle air conditioning system according to the invention;

2 ein Temperaturprofil in einem Kondensator und einem Wärmetauscher zum Heizen von einem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen der erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage; 2 a temperature profile in a condenser and a heat exchanger for heating air supplied from a vehicle interior at different operating conditions of the vehicle air conditioning system according to the invention;

3 ein Mollier-Diagramm, das die Zustandsänderungen eines Kältemittels im Heizmodus einer erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage veranschaulicht; und 3 a Mollier diagram showing the state changes of a refrigerant in heating mode a vehicle air conditioning system according to the invention illustrated; and

4 eine schematische Perspektivansicht eines Wärmetauschers zum Heizen von einem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft. 4 a schematic perspective view of a heat exchanger for heating feedable from a vehicle interior air.

Die 1 zeigt eine Fahrzeugklimaanlage 10 eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, mit einem Kältemittelkreislauf 12, der einen Verdichter 14 zum Komprimieren eines Kältemittels 16, einen Kondensator 18 zum Kühlen und Kondensieren des komprimierten Kältemittels 16, eine Druckverminderungseinheit 20 zum Dekomprimieren des kondensierten Kältemittels 16 sowie einen Verdampfer 22 zum Erwärmen und Verdampfen des dekomprimierten Kältemittels 16 aufweist, einem ersten Kühlkreislauf 24, der mit dem Kältemittelkreislauf 12 thermisch gekoppelt ist und eine Pumpe 26 zum Umwälzen einer ersten Kühlflüssigkeit 28 sowie einen Wärmetauscher 30 zum Kühlen eines elektrischen Antriebsstrangs 31 des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs aufweist, sowie einem zweiten Kühlkreislauf 32, der mit dem Kältemittelkreislauf 12 thermisch gekoppelt ist und eine Pumpe 34 zum Umwälzen einer zweiten Kühlflüssigkeit 36 sowie einen Wärmetauscher 38 zum Heizen von einem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft 40 aufweist. The 1 shows a vehicle air conditioning 10 a hybrid or electric vehicle, with a refrigerant circuit 12 , the one compressor 14 for compressing a refrigerant 16 , a capacitor 18 for cooling and condensing the compressed refrigerant 16 , a pressure reduction unit 20 for decompressing the condensed refrigerant 16 as well as an evaporator 22 for heating and vaporizing the decompressed refrigerant 16 comprising a first cooling circuit 24 that with the refrigerant circuit 12 thermally coupled and a pump 26 for circulating a first cooling liquid 28 and a heat exchanger 30 for cooling an electric drive train 31 of the hybrid or electric vehicle, and a second cooling circuit 32 that with the refrigerant circuit 12 thermally coupled and a pump 34 for circulating a second cooling liquid 36 and a heat exchanger 38 for heating air that can be supplied to a vehicle interior 40 having.

Der Kältemittelkreislauf 12 ist ein strömungstechnisch separater Kreislauf ohne Fluidverbindung zu den Kühlkreisläufen 24, 32. The refrigerant circuit 12 is a fluidically separate circuit without fluid connection to the cooling circuits 24 . 32 ,

Das Kältemittel 16 im Kältemittelkreislauf 12 unterscheidet sich von den Kühlflüssigkeiten 28, 36 der Kühlkreisläufe 24, 32 und vermischt sich aufgrund der strömungsmäßig getrennten Ausbildung des Kältemittelkreislaufs 12 auch nicht mit diesen Kühlflüssigkeiten 28, 36. Geeignete Kältemittel sind beispielsweise R 134 a, HFO 1234 yf oder Kohlendioxid. The refrigerant 16 in the refrigerant circuit 12 is different from the cooling fluids 28 . 36 the cooling circuits 24 . 32 and mixes due to the fluidly separated configuration of the refrigerant circuit 12 not even with these coolants 28 . 36 , Suitable refrigerants are, for example, R 134 a, HFO 1234 yf or carbon dioxide.

Zur thermischen Kopplung des Kältemittelkreislaufs 12 mit dem ersten Kühlkreislauf 24 ist der Verdampfer 22 des Kältemittelkreislaufs 12 an den ersten Kühlkreislauf 24 angeschlossen, sodass die erste Kühlflüssigkeit 28 den Verdampfer 22 durchströmen und Wärmeenergie an das Kältemittel 16 abgeben kann. For thermal coupling of the refrigerant circuit 12 with the first cooling circuit 24 is the evaporator 22 of the refrigerant circuit 12 to the first cooling circuit 24 connected, so the first coolant 28 the evaporator 22 flow through and heat energy to the refrigerant 16 can deliver.

Zur thermischen Kopplung des Kältemittelkreislaufs 12 mit dem zweiten Kühlkreislauf 32 ist der Kondensator 18 des Kältemittelkreislaufs 12 an den zweiten Kühlkreislauf 32 angeschlossen, sodass die zweite Kühlflüssigkeit 36 den Kondensator 18 durchströmen und Wärmeenergie vom Kältemittel 16 aufnehmen kann. For thermal coupling of the refrigerant circuit 12 with the second cooling circuit 32 is the capacitor 18 of the refrigerant circuit 12 to the second cooling circuit 32 connected, leaving the second coolant 36 the capacitor 18 flow through and heat energy from the refrigerant 16 can record.

Gemäß 1 ist der erste Kühlkreislauf 24 sowohl strömungstechnisch als auch thermisch getrennt vom zweiten Kühlkreislauf 32 ausgebildet. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die beiden Kühlkreisläufe 24, 32 separate Kreisläufe ohne Fluidverbindung sowie ohne unmittelbare Wärmeübertragung sind. Über den Kältemittelkreislauf 12 besteht zwischen den beiden Kühlkreisläufen 24, 32 lediglich eine indirekte thermische Kopplung. According to 1 is the first cooling circuit 24 both fluidically and thermally separated from the second cooling circuit 32 educated. In other words, that means the two cooling circuits 24 . 32 separate circuits without fluid connection and without immediate heat transfer. About the refrigerant circuit 12 exists between the two cooling circuits 24 . 32 only an indirect thermal coupling.

Obwohl die beiden Kühlkreisläufe 24, 32 strömungsmäßig getrennt sind, ist die erste Kühlflüssigkeit 28 vorzugsweise mit der zweiten Kühlflüssigkeit 36 identisch. Die Verwendung von lediglich einer einzigen Kühlflüssigkeit reduziert die Anzahl der Kühlmedien, was deren Lagerhalterung vereinfacht und darüber hinaus auch beim Befüllen der Fahrzeugklimaanlage 10 vorteilhaft ist, da es zu keiner Verwechslung von Kühlflüssigkeiten kommen kann. Geeignete Kühlflüssigkeiten sind beispielsweise Wasser, Öle oder besonders bevorzugt Wasser/Glykol-Gemische. Although the two cooling circuits 24 . 32 are separated by flow, is the first cooling liquid 28 preferably with the second cooling liquid 36 identical. The use of only a single coolant reduces the number of cooling media, which simplifies their storage and moreover when filling the vehicle air conditioner 10 is advantageous because there may be no confusion of cooling fluids. Suitable cooling liquids are, for example, water, oils or particularly preferably water / glycol mixtures.

Der erste Kühlkreislauf 24 weist gemäß 1 einen zum Verdampfer 22 parallel geschalteten, insbesondere separat schaltbaren Kühler 42 auf, wobei die erste Kühlflüssigkeit 28 den Kühler 42 durchströmen und dabei Wärmeenergie an die Umgebungsluft 44 abgeben kann. The first cooling circuit 24 according to 1 one to the evaporator 22 connected in parallel, in particular separately switchable cooler 42 on, with the first cooling liquid 28 the cooler 42 flow through while heat energy to the ambient air 44 can deliver.

Zudem ist im ersten Kühlkreislauf 24 eine Steuereinheit 46 vorgesehen, über die sich der Kühler 42 separat zuschalten oder abschalten lässt. Die Steuereinheit 46 umfasst im vorliegenden Fall zwei Abschaltventile, welche einen Durchfluss der ersten Kühlflüssigkeit 28 auf parallel geschaltete Leitungsabschnitte 48, 50 des ersten Kühlkreislaufs 24 verteilen können. In addition, in the first cooling circuit 24 a control unit 46 provided over which the radiator 42 can be switched on or off separately. The control unit 46 in the present case comprises two shut-off valves, which a flow of the first cooling liquid 28 on parallel line sections 48 . 50 of the first cooling circuit 24 can distribute.

In einem Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage 10 ist die Steuereinheit 46 vorzugsweise so geschaltet, dass ein den Kühler 42 umfassender Leitungsabschnitt 48 des ersten Kühlkreislaufs 24 nicht von der ersten Kühlflüssigkeit 28 durchströmt wird. Somit durchströmt die gesamte erste Kühlflüssigkeit 28 den Verdampfer 22 und gibt die über den Wärmetauscher 30 vom elektrischen Antriebsstrang 31 aufgenommene Wärmeenergie an das Kältemittel 16 ab. In a heating mode of the vehicle air conditioner 10 is the control unit 46 preferably switched so that the cooler 42 comprehensive line section 48 of the first cooling circuit 24 not from the first coolant 28 is flowed through. Thus, flows through the entire first coolant 28 the evaporator 22 and gives the over the heat exchanger 30 from the electric drive train 31 absorbed heat energy to the refrigerant 16 from.

Entsprechend ist die Steuereinheit 46 in einem Kühlmodus der Fahrzeugklimaanlage 10 vorzugsweise so geschaltet, dass ein den Verdampfer 22 umfassender Leitungsabschnitt 50 des ersten Kühlkreislaufs 24 nicht von der ersten Kühlflüssigkeit 28 durchströmt wird. Somit durchströmt die gesamte erste Kühlflüssigkeit 28 den Kühler 42 und gibt die über den Wärmetauscher 30 vom elektrischen Antriebsstrang 31 aufgenommene Wärmeenergie an die Umgebungsluft 44 ab. Accordingly, the control unit 46 in a cooling mode of the vehicle air conditioner 10 preferably switched so that the evaporator 22 comprehensive line section 50 of the first cooling circuit 24 not from the first coolant 28 is flowed through. Thus, flows through the entire first coolant 28 the cooler 42 and gives the over the heat exchanger 30 from the electric drive train 31 absorbed heat energy to the ambient air 44 from.

Obwohl die Steuereinheit 46 üblicherweise einen Leitungsabschnitt 48, 50 freigibt und den parallel geschalteten, anderen Leitungsabschnitt 50, 48 sperrt, sind selbstverständlich auch Schaltstellungen denkbar, bei denen beide Leitungsabschnitte 48, 50 zumindest teilweise freigegeben sind. Although the control unit 46 usually a line section 48 . 50 releases and the parallel connected, other line section 50 . 48 locks, of course, switch positions are conceivable in which both line sections 48 . 50 at least partially released.

Der zweite Kühlkreislauf 32 weist gemäß 1 einen zum Wärmetauscher 38 parallel geschalteten, insbesondere separat schaltbaren Kühler 54 auf, wobei die zweite Kühlflüssigkeit 36 den Kühler 54 durchströmen und dabei Wärmeenergie an die Umgebungsluft 44 abgeben kann. The second cooling circuit 32 according to 1 one to the heat exchanger 38 connected in parallel, in particular separately switchable cooler 54 on, with the second cooling liquid 36 the cooler 54 flow through while heat energy to the ambient air 44 can deliver.

Zudem ist im zweiten Kühlkreislauf 32 eine Steuereinheit 56 vorgesehen, über die sich der Kühler 54 separat zuschalten oder abschalten lässt. Die Steuereinheit 56 ist im vorliegenden Fall ein Drei-Wege-Ventil, welches einen Durchfluss der zweiten Kühlflüssigkeit 36 auf parallel geschaltete Leitungsabschnitte 55, 57 des zweiten Kühlkreislaufs 32 verteilen kann. In addition, in the second cooling circuit 32 a control unit 56 provided over which the radiator 54 can be switched on or off separately. The control unit 56 is in the present case a three-way valve, which is a flow of the second cooling liquid 36 on parallel line sections 55 . 57 of the second cooling circuit 32 can distribute.

In einem Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage 10 ist die Steuereinheit 56 vorzugsweise so geschaltet, dass ein den Kühler 54 umfassender Leitungsabschnitt 55 des zweiten Kühlkreislaufs 32 nicht von der zweiten Kühlflüssigkeit 28 durchströmt wird. Somit durchströmt die gesamte zweite Kühlflüssigkeit 28 den Wärmetauscher 38 und gibt die über den Kondensator 18 aufgenommene Wärmeenergie an die dem Fahrzeuginnenraum zuführbare Luft 40 ab. In a heating mode of the vehicle air conditioner 10 is the control unit 56 preferably switched so that the cooler 54 comprehensive line section 55 of the second cooling circuit 32 not from the second coolant 28 is flowed through. Thus flows through the entire second cooling liquid 28 the heat exchanger 38 and gives the over the capacitor 18 absorbed heat energy to the vehicle interior feedable air 40 from.

Entsprechend ist die Steuereinheit 56 in einem Kühlmodus der Fahrzeugklimaanlage 10 vorzugsweise so geschaltet, dass ein den Wärmetauscher 38 umfassender Leitungsabschnitt 57 des zweiten Kühlkreislaufs 32 nicht von der zweiten Kühlflüssigkeit 36 durchströmt wird. Somit durchströmt die gesamte zweite Kühlflüssigkeit 36 den Kühler 54 und gibt die über den Kondensator 18 aufgenommene Wärmeenergie an die Umgebungsluft 44 ab. Accordingly, the control unit 56 in a cooling mode of the vehicle air conditioner 10 preferably switched so that a the heat exchanger 38 comprehensive line section 57 of the second cooling circuit 32 not from the second coolant 36 is flowed through. Thus flows through the entire second cooling liquid 36 the cooler 54 and gives the over the capacitor 18 absorbed heat energy to the ambient air 44 from.

Obwohl die Steuereinheit 56 üblicherweise einen Leitungsabschnitt 55, 57 freigibt und den parallel geschalteten, anderen Leitungsabschnitt 57, 55 sperrt, sind selbstverständlich auch Schaltstellungen denkbar, bei denen beide Leitungsabschnitte 55, 57 zumindest teilweise freigegeben sind. Although the control unit 56 usually a line section 55 . 57 releases and the parallel connected, other line section 57 . 55 locks, of course, switch positions are conceivable in which both line sections 55 . 57 at least partially released.

Für den Fall, dass zum Beispiel unter extremen Randbedingungen eine Heizleistung der Fahrzeugklimaanlage 10 im Wärmepumpenbetrieb nicht für eine zufriedenstellende Beheizung des Fahrzeuginnenraums ausreicht, kann dem Wärmetauscher 38 ein optionales Heizgerät 52 vorgeschaltet sein, um die zweite Kühlflüssigkeit 36 aufzuheizen. Dieses Heizgerät 52 ist vorzugsweise ein selbstregelndes PTC-Heizelement, kann alternativ aber zum Beispiel auch eine elektrische Widerstandsheizung sein. In the event that, for example, under extreme conditions a heating power of the vehicle air conditioning 10 in heat pump mode is not sufficient for a satisfactory heating of the vehicle interior, the heat exchanger 38 an optional heater 52 be upstream of the second cooling fluid 36 heat. This heater 52 is preferably a self-regulating PTC heating element, but may alternatively be, for example, an electrical resistance heater.

Im Kältemittelkreislauf 12 gemäß 1 ist der von der ersten Kühlflüssigkeit 28 durchströmbare Verdampfer 22 ein erster Verdampfer und die vorgeschaltete Druckverminderungseinheit 20 eine erste Druckverminderungseinheit, wobei der Kältemittelkreislauf 12 parallel geschaltet zum ersten Verdampfer und der ersten Druckverminderungseinheit einen von der Umgebungsluft 44 durchströmbaren zweiten Verdampfer 58 mit einer vorgeschalteten zweiten Druckverminderungseinheit 60 aufweist. Die beiden Druckverminderungseinheiten 20, 60 sind im vorliegenden Fall jeweils als Expansionsventile mit Absperrfunktion ausgebildet. Alternativ ist jedoch auch denkbar, dass als Druckverminderungseinheit 20, 60 jeweils eine vorgefertigte Baugruppe aus einem Expansionsventil und einem Absperrventil zum Einsatz kommt. Auf diese Weise lassen sich die Druckverminderungseinheiten 20, 60 auch zur Durchflusssteuerung des Kältemittels 16 verwenden, sodass auf zusätzliche Durchflusssteuerelemente wie zum Beispiel separate Absperr- oder Rückschlagventile, verzichtet werden kann. In the refrigerant circuit 12 according to 1 is that of the first coolant 28 streamable evaporator 22 a first evaporator and the upstream pressure reduction unit 20 a first pressure reduction unit, wherein the refrigerant circuit 12 parallel to the first evaporator and the first pressure reduction unit one of the ambient air 44 permeable second evaporator 58 with an upstream second pressure reduction unit 60 having. The two pressure reduction units 20 . 60 are each designed in the present case as expansion valves with shut-off function. Alternatively, however, it is also conceivable that as a pressure reduction unit 20 . 60 in each case a prefabricated assembly of an expansion valve and a shut-off valve is used. In this way, the pressure reduction units can be 20 . 60 also for flow control of the refrigerant 16 use, so that additional flow control elements such as separate shut-off or check valves, can be omitted.

Im Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage 10 sperrt die zweite Druckverminderungseinheit 60 vorzugsweise einen den zweiten Verdampfer 58 umfassenden Leitungsabschnitt 62 des Kältemittelkreislaufs 12. Somit nimmt das Kältemittel 16 ausschließlich vom elektrischen Antriebsstrang 31 des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs bereitgestellte Wärmeenergie über den ersten Verdampfer 22 auf. In the heating mode of the vehicle air conditioner 10 locks the second pressure reduction unit 60 preferably a second evaporator 58 comprehensive line section 62 of the refrigerant circuit 12 , Thus, the refrigerant decreases 16 exclusively from the electric drive train 31 provided by the hybrid or electric vehicle heat energy through the first evaporator 22 on.

Entsprechend sperrt die erste Druckverminderungseinheit 20 im Kühlmodus der Fahrzeugklimaanlage 10 einen den ersten Verdampfer 22 umfassenden Leitungsabschnitt 64 des Kältemittelkreislaufs 12. Somit nimmt das Kältemittel 16 ausschließlich Wärmeenergie von der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft 40 auf, was zu einer gewünschten Kühlung des Fahrzeuginnenraums führt. Accordingly locks the first pressure reduction unit 20 in the cooling mode of the vehicle air conditioner 10 one the first evaporator 22 comprehensive line section 64 of the refrigerant circuit 12 , Thus, the refrigerant decreases 16 only heat energy from the air supplied to the vehicle interior 40 on, which leads to a desired cooling of the vehicle interior.

Obwohl die Druckverminderungseinheiten 20, 60 üblicherweise einen Leitungsabschnitt 62, 64 freigeben und den parallel geschalteten, anderen Leitungsabschnitt 64, 62 sperren, sind selbstverständlich auch Schaltstellungen denkbar, bei denen beide Leitungsabschnitte 62, 64 zumindest teilweise freigegeben sind. Although the pressure reduction units 20 . 60 usually a line section 62 . 64 release and the parallel connected, other line section 64 . 62 lock, of course, switch positions are conceivable in which both line sections 62 . 64 at least partially released.

Gemäß 1 ist im Kältemittelkreislauf 12 druckseitig ein Kältemittelspeicher 65 vorgesehen, der stromaufwärts der Druckverminderungseinheiten 20, 60 angeordnet ist. Der Kältemittelspeicher 65 ist demzufolge ein Hochdruckspeicher, dem vorzugsweise ausschließlich flüssiges Kältemittel 16 entnommen wird, um es im Heizmodus über die erste Druckverminderungseinheit 20 zum Verdampfer 22 und im Kühlmodus über die zweite Druckverminderungseinheit 60 zum Verdampfer 58 zu leiten. Selbstverständlich kann der Kältemittelspeicher 65 alternativ auch ein saugseitig angeordneter Niederdruckspeicher sein, dem vorzugsweise ausschließlich gasförmiges Kältemittel 16 entnommen wird, um es dem Verdichter 14 zuzuführen. According to 1 is in the refrigerant circuit 12 a refrigerant reservoir on the pressure side 65 provided upstream of the pressure reduction units 20 . 60 is arranged. The refrigerant reservoir 65 is therefore a high-pressure accumulator, preferably exclusively liquid refrigerant 16 to remove it in heating mode via the first pressure reduction unit 20 to the evaporator 22 and in the cooling mode via the second pressure reduction unit 60 to the evaporator 58 to lead. Of course, the refrigerant storage 65 alternatively also be a suction side arranged low-pressure accumulator, preferably exclusively gaseous refrigerant 16 is taken to the compressor 14 supply.

Um einen besonders energieeffizienten Wärmepumpenbetrieb der Fahrzeugklimaanlage 10 zu erreichen, weist eine Kühlflüssigkeitsleitung 66 zum Umwälzen der zweiten Kühlflüssigkeit 36 im zweiten Kühlkreislauf 32 einen Leitungsquerschnitt A auf, mit 10 mm2 ≤ A ≤ 100 mm2, insbesondere 20 mm2 ≤ A ≤ 60 mm2. To a particularly energy-efficient heat pump operation of the vehicle air conditioning 10 to reach, has a coolant line 66 for circulating the second cooling liquid 36 in the second cooling circuit 32 a line cross section A, with 10 mm 2 ≤ A ≤ 100 mm 2 , in particular 20 mm 2 ≤ A ≤ 60 mm 2 .

Ferner weist die Pumpe 34 im zweiten Kühlkreislauf 32 eine Förderleistung P auf, mit 50 dm3/h ≤ P ≤ 400 dm3/h, insbesondere 120 dm3/h ≤ P ≤ 260 dm3/h. Furthermore, the pump points 34 in the second cooling circuit 32 a delivery rate P on, with 50 dm 3 / h ≤ P ≤ 400 dm 3 / h, in particular 120 dm 3 / h ≤ P ≤ 260 dm 3 / h.

Besonders bevorzugt sind der Leitungsquerschnitt A der Kühlflüssigkeitsleitung 66 und die Förderleistung P der Pumpe 34 im zweiten Kühlkreislauf 32 so aufeinander abgestimmt, dass eine Strömungsgeschwindigkeit v der zweiten Kühlflüssigkeit 36 bei 0,5 m/s ≤ v ≤ 2,0 m/s liegt. Particularly preferred are the line cross-section A of the coolant line 66 and the delivery rate P of the pump 34 in the second cooling circuit 32 coordinated so that a flow velocity v of the second cooling liquid 36 at 0.5 m / s ≤ v ≤ 2.0 m / s.

Der kleine Leitungsquerschnitt A sowie der geringe Durchfluss im zweiten Kühlkreislauf 32 ermöglichen im Wärmetauscher 38 eine gute Wärmeübertragung zwischen der zweiten Kühlflüssigkeit 36 und der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft 40. Dies äußert sich durch einen hohen Temperaturabfall der zweiten Kühlflüssigkeit 36 zwischen einem Kühlflüssigkeitseinlass 67 und einem Kühlflüssigkeitsauslass 69 des Wärmetauschers 38 sowie eine besonders starke Erwärmung der Luft 40 beim Durchströmen des Wärmetauschers 38. The small line cross-section A and the low flow in the second cooling circuit 32 allow in the heat exchanger 38 a good heat transfer between the second cooling liquid 36 and the air supplied to the vehicle interior 40 , This manifests itself by a high temperature drop of the second cooling liquid 36 between a cooling fluid inlet 67 and a coolant outlet 69 of the heat exchanger 38 and a particularly strong warming of the air 40 when flowing through the heat exchanger 38 ,

Infolge der thermischen Kopplung der Kreisläufe 12, 24, 32 lässt sich die vergleichsweise geringe Wärmeenergie des elektrischen Antriebsstrangs 31 eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs im ersten Kühlkreislauf 24 sammeln, an den Kältemittelkreislauf 12 übertragen, im Wärmepumpenbetrieb des Kältemittelkreislaufs 12 vergrößern und schließlich an den zweiten Kühlkreislauf 32 abgeben, um dort über den Wärmetauscher 38 die dem Fahrzeuginnenraum zuführbare Luft 40 zu heizen. Die Wärmeenergie des elektrischen Antriebsstrangs 31 setzt sich dabei üblicherweise aus der Wärmeenergie mehrerer Wärmequellen des Elektro- oder Hybridfahrzeugs zusammen (z.B. Leistungselektronik, Elektromotor, Batterie). Due to the thermal coupling of the circuits 12 . 24 . 32 is the relatively low heat energy of the electric drive train 31 a hybrid or electric vehicle in the first cooling circuit 24 collect, to the refrigerant circuit 12 transferred, in heat pump operation of the refrigerant circuit 12 enlarge and finally to the second cooling circuit 32 leave to there over the heat exchanger 38 the air supplied to the vehicle interior 40 to heat. The heat energy of the electric drive train 31 is usually composed of the heat energy of several heat sources of the electric or hybrid vehicle together (eg power electronics, electric motor, battery).

Gleichzeitig lässt sich aufgrund der fluidischen Kreislauftrennung jeder einzelne Kreislauf 12, 24, 32, insbesondere hinsichtlich seiner Leitungsquerschnitte, Strömungsmengen sowie Strömungsgeschwindigkeiten, an die spezielle Funktion des jeweiligen Kreislaufs 12, 24, 32 anpassen. At the same time, every single cycle can be due to the fluidic circulation separation 12 . 24 . 32 , in particular with regard to its cross-sections, flow rates and flow velocities, to the specific function of the respective circuit 12 . 24 . 32 to adjust.

So ist der erste Kühlkreislauf 24 darauf zugeschnitten, möglichst effizient Wärmeenergie vom elektrischen Antriebsstrang 31 des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs aufzunehmen und je nach Bedarf über den Kühler 42 oder den Verdampfer 22 an die Umgebungsluft 44 bzw. den Kältemittelkreislauf 12 abzugeben. Der zweite Kühlkreislauf 32 ist hingegen darauf zugeschnitten, dem Kältemittelkreislauf 12 über den Kondensator 18 möglichst viel Wärmeenergie zu entziehen und bedarfsweise über den Kühler 54 oder den Wärmetauscher 38 möglichst effizient an die Umgebungsluft 44 bzw. die dem Fahrzeuginnenraum zuführbare Luft 40 abzugeben. This is the first cooling circuit 24 tailored to heat energy from the electric drive train as efficiently as possible 31 of the hybrid or electric vehicle and as needed via the radiator 42 or the evaporator 22 to the ambient air 44 or the refrigerant circuit 12 leave. The second cooling circuit 32 is tailored to the refrigerant circuit 12 over the capacitor 18 remove as much heat energy and if necessary on the cooler 54 or the heat exchanger 38 as efficiently as possible to the ambient air 44 or the air supplied to the vehicle interior 40 leave.

Der zwischen die Kühlkreisläufe 24, 32 geschaltete Kältemittelkreislauf 12 ist hingegen speziell dafür ausgelegt, über eine anpassbare Leistung des Verdichters 14 eine zufriedenstellende Heiz- bzw. Kühlleistung der Fahrzeugklimaanlage 10 für möglichst alle auftretenden Randbedingungen zu gewährleisten. The between the cooling circuits 24 . 32 switched refrigerant circuit 12 On the other hand, it is specially designed for a customizable compressor output 14 a satisfactory heating or cooling capacity of the vehicle air conditioning system 10 to ensure for all possible boundary conditions.

Falls die Fahrzeugklimaanlage 10 bei einem Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 68 zum Einsatz kommt, kann optional ein separater, dritter Kühlkreislauf 70 vorgesehen sein, der in 1 gestrichelt angedeutet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der dritte Kühlkreislauf 70 eine Pumpe 72 zum Umwälzen einer dritten Kühlflüssigkeit 74 sowie einen Wärmetauscher 76 zum Kühlen des Verbrennungsmotors 68. If the vehicle air conditioning 10 in a hybrid vehicle with an internal combustion engine 68 optional, a separate, third cooling circuit can be used 70 be provided in the 1 indicated by dashed lines. In the illustrated embodiment, the third cooling circuit comprises 70 a pump 72 for circulating a third cooling liquid 74 and a heat exchanger 76 for cooling the internal combustion engine 68 ,

Gemäß 1 weist der dritte Kühlkreislauf 70 einen Wärmetauscher 78 zum Heizen von dem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft 40 auf. Parallel geschaltet zum Wärmetauscher 78 ist im dritten Kühlkreislauf 70 ein insbesondere separat schaltbarer Kühler 80 vorgesehen, wobei die dritte Kühlflüssigkeit 74 den Kühler 80 durchströmen und dabei Wärmeenergie an die Umgebungsluft 44 abgeben kann. According to 1 indicates the third cooling circuit 70 a heat exchanger 78 for heating air that can be supplied to the vehicle interior 40 on. Parallel connected to the heat exchanger 78 is in the third cooling circuit 70 a particular separately switchable cooler 80 provided, wherein the third cooling liquid 74 the cooler 80 flow through while heat energy to the ambient air 44 can deliver.

Zudem ist im dritten Kühlkreislauf 70 eine Steuereinheit 79 vorgesehen, über die sich der Kühler 80 separat zuschalten oder abschalten lässt. Die Steuereinheit 79 umfasst im vorliegenden Fall zwei Abschaltventile, welche einen Durchfluss der dritten Kühlflüssigkeit 74 auf parallel geschaltete Leitungsabschnitte des dritten Kühlkreislaufs 70 verteilen können. In addition, in the third cooling circuit 70 a control unit 79 provided over which the radiator 80 can be switched on or off separately. The control unit 79 in the present case comprises two shut-off valves, which a flow of the third cooling liquid 74 on parallel connected line sections of the third cooling circuit 70 can distribute.

In einem Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage 10 ist die Steuereinheit 79 vorzugsweise so geschaltet, dass ein den Kühler 80 umfassender Leitungsabschnitt des dritten Kühlkreislaufs 70 nicht von der dritten Kühlflüssigkeit 74 durchströmt wird. Somit durchströmt die gesamte dritte Kühlflüssigkeit 74 den Wärmetauscher 78 und gibt die über den Wärmetauscher 76 vom Verbrennungsmotor 68 aufgenommene Wärmeenergie an die dem Fahrzeuginnenraum zuführbare Luft 40 ab. In a heating mode of the vehicle air conditioner 10 is the control unit 79 preferably switched so that the cooler 80 comprehensive line section of the third cooling circuit 70 not from the third coolant 74 is flowed through. Thus flows through the entire third cooling liquid 74 the heat exchanger 78 and gives the over the heat exchanger 76 from the combustion engine 68 absorbed heat energy to the vehicle interior feedable air 40 from.

Entsprechend ist die Steuereinheit 79 in einem Kühlmodus der Fahrzeugklimaanlage 10 vorzugsweise so geschaltet, dass ein den Wärmetauscher 78 umfassender Leitungsabschnitt des dritten Kühlkreislaufs 70 nicht von der dritten Kühlflüssigkeit 74 durchströmt wird. Somit durchströmt die gesamte dritte Kühlflüssigkeit 74 den Kühler 80 und gibt die über den Wärmetauscher 76 vom Verbrennungsmotor 68 aufgenommene Wärmeenergie an die Umgebungsluft 44 ab. Accordingly, the control unit 79 in a cooling mode of the vehicle air conditioner 10 preferably switched so that a the heat exchanger 78 comprehensive line section of the third cooling circuit 70 not from the third coolant 74 is flowed through. Thus flows through the entire third cooling liquid 74 the cooler 80 and gives the over the heat exchanger 76 from the combustion engine 68 absorbed heat energy to the ambient air 44 from.

Obwohl die Steuereinheit 79 üblicherweise einen Leitungsabschnitt freigibt und den parallel geschalteten, anderen Leitungsabschnitt sperrt, sind selbstverständlich auch Schaltstellungen denkbar, bei denen beide Leitungsabschnitte zumindest teilweise freigegeben sind. Although the control unit 79 Usually a line section releases and the parallel connected, other line section locks, of course, switch positions are conceivable in which both line sections are at least partially released.

Der Wärmetauscher 38 sowie der Verdampfer 58 und der optionale Wärmetauscher 78 sind Teil einer „HLK-Anlage“ (Heizung/Lüftung/Klimatisierung), welche dem Fahrzeuginnenraum zugeordnet und üblicherweise in einem Lüftungskanal zur Belüftung des Fahrzeuginnenraums angeordnet ist. The heat exchanger 38 as well as the evaporator 58 and the optional heat exchanger 78 are part of an "HVAC system" (heating / ventilation / air conditioning), which is assigned to the vehicle interior and usually arranged in a ventilation duct for ventilation of the vehicle interior.

Der dritte Kühlkreislauf 70 ist thermisch und strömungsmäßig getrennt vom Kältemittelkreislauf 12 sowie vom ersten und zweiten Kühlkreislauf 24, 32 ausgebildet, das heißt er weist keine Fluidverbindung zu einem der anderen Kreisläufe 12, 24, 32 auf. Über den separaten, dritten Kühlkreislauf 70 kann mit geringem Aufwand die Abwärme des Verbrennungsmotors 68 zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums verwendet werden. Sofern der dritte Kühlkreislauf 70 eine ausreichende Heizleistung liefert, kann die im Wärmepumpenbetrieb befindliche Fahrzeugklimaanlage 10 abgestellt oder zumindest in ihrer Leistung gedrosselt werden. The third cooling circuit 70 is thermally and fluidly separated from the refrigerant circuit 12 and the first and second cooling circuits 24 . 32 trained, that is he has no fluid connection to one of the other circuits 12 . 24 . 32 on. About the separate, third cooling circuit 70 can with little effort the waste heat of the engine 68 be used for heating the vehicle interior. Unless the third cooling circuit 70 provides sufficient heating power can be located in the heat pump mode vehicle air conditioning 10 be turned off or at least throttled in their performance.

Insgesamt ergibt sich eine Fahrzeugklimaanlage 10, deren Betrieb sowohl im Heizmodus als auch im Kühlmodus äußerst energieeffizient ist. Overall, a vehicle air conditioning system results 10 whose operation is extremely energy efficient both in heating mode and in cooling mode.

Die 2 zeigt Temperaturprofile im Kondensator 18 sowie im Wärmetauscher 38 unter verschiedenen Betriebsbedingungen der Fahrzeugklimaanlage 10, wobei die Temperatur T über der Enthalpie E aufgetragen ist. The 2 shows temperature profiles in the capacitor 18 as well as in the heat exchanger 38 under different operating conditions of the vehicle air conditioner 10 , wherein the temperature T is plotted against the enthalpy E.

Dabei wird deutlich, dass sich das dampfförmige, überhitzte Kältemittel 16 mit einer Überhitzungstemperatur zwischen 80° C und 110° C im Kondensator 18 verflüssigt und als flüssiges, unterkühltes Kältemittel 16 mit einer Unterkühlungstemperatur zwischen 40° C und 50° C den Kondensator 18 verlässt. Die bevorzugten Betriebsbereiche des überhitzten bzw. unterkühlten Kältemittels 16 sind gemäß 2 durch Kreuzschraffur hervorgehoben. Außerdem sind in 2 Ausgleichsgeraden 81 für den Temperaturverlauf des Kältemittels 16 gepunktet dargestellt. It becomes clear that the vaporous, superheated refrigerant 16 with an overheating temperature between 80 ° C and 110 ° C in the condenser 18 liquefied and as a liquid, supercooled refrigerant 16 with a subcooling temperature between 40 ° C and 50 ° C the capacitor 18 leaves. The preferred operating ranges of the superheated or super-cooled refrigerant 16 are according to 2 highlighted by cross-hatching. Also, in 2 fit line 81 for the temperature profile of the refrigerant 16 shown dotted.

Je nach Temperaturverlauf des Kältemittels 16 steigt die Temperatur der zweiten Kühlflüssigkeit 36 im Kondensator 18 ausgehend von etwa 10–30 °C auf etwa 60 °C an. Dieser bevorzugte Betriebsbereich für die zweite Kühlflüssigkeit 36 ist in 2 ebenfalls durch Kreuzschraffur hervorgehoben. Die Zieltemperatur der zweiten Kühlflüssigkeit 36 im Kondensator 18 liegt bei etwa 60 °C, um eine ausreichende Erwärmung der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft 40 zu ermöglichen. Diese Luft 40 wird gemäß 2 von ca. 0 °C auf etwa 55 °C im Wärmetauscher 38 erwärmt, wobei eine Luftaustrittstemperatur von etwa 50 °C als Mindestwert für eine zufriedenstellende Heizleistung angesehen werden kann. Depending on the temperature profile of the refrigerant 16 the temperature of the second cooling liquid rises 36 in the condenser 18 starting from about 10-30 ° C to about 60 ° C. This preferred operating range for the second cooling fluid 36 is in 2 also highlighted by cross-hatching. The target temperature of the second coolant 36 in the condenser 18 is about 60 ° C, to a sufficient heating of the vehicle interior feedable air 40 to enable. This air 40 is according to 2 from about 0 ° C to about 55 ° C in the heat exchanger 38 heated, with an air outlet temperature of about 50 ° C can be considered as the minimum value for a satisfactory heating performance.

Vorzugsweise kann der Kondensator 18 im Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 10 sowohl vom Kältemittel 16 als auch von der zweiten Kühlflüssigkeit 36 durchströmt werden, wobei sich beim Durchströmen des Kondensators 18 das Kältemittel 16 um eine Temperaturdifferenz ∆TKM abkühlt und die zweite Kühlflüssigkeit 36 um eine Temperaturdifferenz ∆TKF erwärmt, wobei gilt: 0,5 < ∆TKF / ∆TKM < 1,1. Preferably, the capacitor 18 during operation of the vehicle air conditioning system 10 both from the refrigerant 16 as well as the second coolant 36 be flowed through, wherein when flowing through the capacitor 18 the refrigerant 16 by a temperature difference .DELTA.T KM cools and the second cooling liquid 36 heated by a temperature difference .DELTA.T KF , where: 0.5 <.DELTA.T KF / .DELTA.T KM <1.1.

Im Übrigen kann der Wärmetauscher 38 zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums im Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 10 sowohl von der zweiten Kühlflüssigkeit 36 als auch von der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft 40 durchströmt werden, wobei sich beim Durchströmen des Wärmetauschers 38 die zweite Kühlflüssigkeit 36 um eine Temperaturdifferenz ∆TKF abkühlt und die Luft 40 um eine Temperaturdifferenz ∆TKL erwärmt, wobei gilt: 0,3 < ∆TKF / ∆TL < 1,1. Incidentally, the heat exchanger 38 for heating the vehicle interior during operation of the vehicle air conditioning system 10 both from the second coolant 36 as well as from the vehicle interior air 40 be flowed through, which is flowing through the heat exchanger 38 the second cooling liquid 36 cooled by a temperature difference ΔT KF and the air 40 heated by a temperature difference ΔT KL , where: 0.3 <ΔT KF / ΔT L <1.1.

Zum Vergleich sind in 2 auch für herkömmliche Fahrzeugklimaanlagen mit indirektem Wärmepumpenbetrieb Temperaturprofile für die zweite Kühlflüssigkeit 36' sowie die dem Fahrzeuginnenraum zuführbare Luft 40' gestrichelt eingezeichnet. Dabei wird deutlich, dass sich die Temperatur der zweiten Kühlflüssigkeit 36' im Kondensator bzw. im Wärmetauscher lediglich um etwa 10 °C verändert und etwa zwischen 30 °C und 40 °C liegt. Die Luft 40' lässt sich hierbei bestenfalls von 0 °C auf etwa 40 °C erwärmen. For comparison are in 2 also for conventional vehicle air conditioners with indirect heat pump operation temperature profiles for the second coolant 36 ' and the air that can be supplied to the vehicle interior 40 ' dashed lines. It becomes clear that the temperature of the second coolant 36 ' in the condenser or in the heat exchanger only changed by about 10 ° C and approximately between 30 ° C and 40 ° C. The air 40 ' can be heated at best from 0 ° C to about 40 ° C.

Die größeren Temperaturunterschiede und die damit einhergehende, bessere Heizleistung der Fahrzeugklimaanlage 10 gemäß 1 sind insbesondere darauf zurückzuführen, dass der zweite Kühlkreislauf 32 als „Niederflusskreislauf“ mit geringem Leitungsquerschnitt A sowie hocheffizientem Wärmetauscher 38 ausgebildet ist. The larger temperature differences and the associated, better heating performance of the vehicle air conditioning 10 according to 1 are in particular due to the fact that the second cooling circuit 32 as a "low-flow circuit" with a small cross-section A and a highly efficient heat exchanger 38 is trained.

Die 3 zeigt ein Mollier-Diagramm des Kältemittelkreislaufs 12 im Heizmodus der Fahrzeugklimaanlage 10, wobei auf der Abszisse die Enthalpie E und auf der Ordinate ein Druck p des Kältemittels 16 logarithmisch aufgetragen ist. Dabei liegt ein Verdampfungsbereich 82 des Kältemittels 16 (hier R134a) bei einer Temperatur von etwa –10 °C und einem entsprechenden Kältemitteldruck von etwa 2 bar. Das Kältemittel 16 wird dann durch den Verdichter 14 bis in einen Kondensationsbereich 84 verdichtet, in welchem das Kältemittel 16 eine Temperatur von etwa 55 °C bei einem Druck von etwa 16 bar aufweist. Schließlich wird das Kältemittel 16 an der (ersten) Druckverminderungseinheit 20 so weit expandiert, dass es wieder im Verdampfungsbereich 82 liegt. The 3 shows a Mollier diagram of the refrigerant circuit 12 in heating mode the Vehicle air conditioning 10 , wherein on the abscissa the enthalpy E and on the ordinate a pressure p of the refrigerant 16 is plotted logarithmically. There is an evaporation area 82 of the refrigerant 16 (here R134a) at a temperature of about -10 ° C and a corresponding refrigerant pressure of about 2 bar. The refrigerant 16 is then through the compressor 14 into a condensation area 84 compacted, in which the refrigerant 16 a temperature of about 55 ° C at a pressure of about 16 bar. Finally, the refrigerant 16 at the (first) pressure reduction unit 20 expanded so far that it is back in the evaporation area 82 lies.

Die Enthalpie E im Kondensator 18 verteilt sich dabei zu etwa 10% auf einen Unterkühlungsbereich, zu etwa 63% auf einen Kondensationsbereich und zu etwa 27% auf einen Überhitzungsbereich des Kältemittels 16 (siehe auch 2). The enthalpy E in the condenser 18 about 10% is distributed to a subcooling area, about 63% to a condensation area and about 27% to an overheating area of the refrigerant 16 (see also 2 ).

Als Kältemittel 16 für den in 3 dargestellten Kältemittelkreislauf 12 sind insbesondere die Kältemittel R134a und HFO 1234 yf geeignet. Selbstverständlich können jedoch auch andere geeignete Kältemittel 16, beispielsweise Kohlendioxid, im Kältemittelkreislauf 12 der Fahrzeugklimaanlage 10 zum Einsatz kommen. As a refrigerant 16 for the in 3 illustrated refrigerant circuit 12 In particular, the refrigerants R134a and HFO 1234 yf are suitable. Of course, however, other suitable refrigerants 16 , For example, carbon dioxide, in the refrigerant circuit 12 the vehicle air conditioner 10 be used.

Der beschriebene Kältemittelkreislauf 12 für Fahrzeugklimaanlage 10 ist insbesondere für Hybrid- und Elektrofahrzeuge geeignet, mit deren „Motorwärme“ keine kontinuierliche, zufriedenstellende Beheizung des Fahrzeuginnenraums gewährleistet werden kann. Die Beheizung erfolgt dann, wie oben beschrieben, über den Wärmepumpenbetrieb der Fahrzeugklimaanlage 10. The described refrigerant circuit 12 for vehicle air conditioning 10 is particularly suitable for hybrid and electric vehicles, with their "engine heat" no continuous, satisfactory heating of the vehicle interior can be guaranteed. The heating then takes place, as described above, via the heat pump operation of the vehicle air conditioning system 10 ,

Die 4 zeigt eine schematische Perspektivansicht des Wärmetauschers 38 zum Heizen der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft 40. Um ein Temperaturprofil gemäß 2 mit hohen Temperaturdifferenzen im Wärmetauscher 38 zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die nachfolgenden Maßvorgaben für den Wärmetauscher 38 einzuhalten. The 4 shows a schematic perspective view of the heat exchanger 38 for heating the air which can be supplied to the vehicle interior 40 , To a temperature profile according to 2 with high temperature differences in the heat exchanger 38 To achieve, it has proved to be advantageous, the following dimensions for the heat exchanger 38 observed.

So weist der Wärmetauscher 38 zum Heizen von der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft 40 in Luftströmungsrichtung 86 eine Abmessung t auf, die bei 25 mm < t < 60 mm liegt. Ferner umfasst der Wärmetauscher 38 mehrere parallel angeordnete Flachrohre 88, wobei zwei benachbarte Flachrohre 88 einen Achsabstand b mit 4 mm < b < 8 mm aufweisen. Zwischen zwei benachbarten Flachrohren 88 erstreckt sich jeweils wenigstens eine Lamelle 90, die in Durchflussrichtung 92 der zweiten Kühlflüssigkeit 36 wellenförmig ausgebildet ist und an einem Wellenberg 94 jeweils ein erstes Flachrohr 88 der beiden benachbarten Flachrohre 88 sowie an einem Wellental 96 ein zweites Flachrohr 88 der beiden benachbarten Flachrohre 88 berührt, wobei die Lamelle 90 in Durchflussrichtung 92 gesehen einen Abstand h zwischen einem Wellenberg 94 und einem Wellental 96 aufweist, wobei gilt: 0,6 mm < h < 1,2 mm. So has the heat exchanger 38 for heating the air which can be supplied to the vehicle interior 40 in the direction of air flow 86 a dimension t which is 25 mm <t <60 mm. Furthermore, the heat exchanger comprises 38 several parallel flat tubes 88 where two adjacent flat tubes 88 have a center distance b with 4 mm <b <8 mm. Between two adjacent flat tubes 88 each extends at least one lamella 90 in the flow direction 92 the second cooling liquid 36 is wavy and formed on a wave crest 94 in each case a first flat tube 88 the two adjacent flat tubes 88 as well as on a wave trough 96 a second flat tube 88 the two adjacent flat tubes 88 touches the lamella 90 in flow direction 92 seen a distance h between a wave crest 94 and a trough 96 where: 0.6 mm <h <1.2 mm.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2011/0167850 A1 [0006] US 2011/0167850 A1 [0006]

Claims (15)

Fahrzeugklimaanlage eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, mit einem Kältemittelkreislauf (12), der einen Verdichter (14) zum Komprimieren eines Kältemittels (16), einen Kondensator (18) zum Kühlen und Kondensieren des komprimierten Kältemittels (16), eine Druckverminderungseinheit (20) zum Dekomprimieren des kondensierten Kältemittels (16) sowie einen Verdampfer (22) zum Erwärmen und Verdampfen des dekomprimierten Kältemittels (16) aufweist, einem ersten Kühlkreislauf (24), der mit dem Kältemittelkreislauf (12) thermisch gekoppelt ist und eine Pumpe (26) zum Umwälzen einer ersten Kühlflüssigkeit (28) sowie einen Wärmetauscher (30) zum Kühlen eines elektrischen Antriebsstrangs (31) des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs aufweist, und einem zweiten Kühlkreislauf (32), der mit dem Kältemittelkreislauf (12) thermisch gekoppelt ist und eine Pumpe (34) zum Umwälzen einer zweiten Kühlflüssigkeit (36) sowie einen Wärmetauscher (38) zum Heizen von einem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft (40) aufweist, wobei der Verdampfer (22) an den ersten Kühlkreislauf (24) angeschlossen ist und Wärmeenergie an das Kältemittel (16) abgeben kann, und wobei der Kondensator (18) an den zweiten Kühlkreislauf (32) angeschlossen ist und Wärmeenergie vom Kältemittel (16) aufnehmen kann. Vehicle air conditioning system of a hybrid or electric vehicle, with a refrigerant circuit ( 12 ), which is a compressor ( 14 ) for compressing a refrigerant ( 16 ), a capacitor ( 18 ) for cooling and condensing the compressed refrigerant ( 16 ), a pressure reduction unit ( 20 ) for decompressing the condensed refrigerant ( 16 ) and an evaporator ( 22 ) for heating and evaporating the decompressed refrigerant ( 16 ), a first cooling circuit ( 24 ) connected to the refrigerant circuit ( 12 ) is thermally coupled and a pump ( 26 ) for circulating a first cooling liquid ( 28 ) and a heat exchanger ( 30 ) for cooling an electric drive train ( 31 ) of the hybrid or electric vehicle, and a second cooling circuit ( 32 ) connected to the refrigerant circuit ( 12 ) is thermally coupled and a pump ( 34 ) for circulating a second cooling liquid ( 36 ) and a heat exchanger ( 38 ) for heating air that can be supplied to a vehicle interior ( 40 ), wherein the evaporator ( 22 ) to the first cooling circuit ( 24 ) and heat energy to the refrigerant ( 16 ), and wherein the capacitor ( 18 ) to the second cooling circuit ( 32 ) and heat energy from the refrigerant ( 16 ). Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkreislauf (32) zum Umwälzen der zweiten Kühlflüssigkeit (36) eine Kühlflüssigkeitsleitung (66) mit einem Leitungsquerschnitt (A) aufweist, wobei gilt: 10 mm2 ≤ A ≤ 100 mm2, insbesondere 20 mm2 ≤ A ≤ 60 mm2. Vehicle air conditioning system according to claim 1, characterized in that the second cooling circuit ( 32 ) for circulating the second cooling liquid ( 36 ) a coolant line ( 66 ) with a conductor cross-section (A), wherein the following applies: 10 mm 2 ≦ A ≦ 100 mm 2 , in particular 20 mm 2 ≦ A ≦ 60 mm 2 . Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (34) im zweiten Kühlkreislauf (32) eine Förderleistung (P) aufweist, wobei gilt: 50 dm3/h ≤ P ≤ 400 dm3/h, insbesondere 120 dm3/h ≤ P ≤ 260 dm3/h. Vehicle air conditioning system according to claim 1 or 2, characterized in that the pump ( 34 ) in the second cooling circuit ( 32 ) has a delivery rate (P), where: 50 dm 3 / h ≦ P ≦ 400 dm 3 / h, in particular 120 dm 3 / h ≦ P ≦ 260 dm 3 / h. Fahrzeugklimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitungsquerschnitt (A) einer Kühlflüssigkeitsleitung (66) und eine Förderleistung (P) der Pumpe (34) im zweiten Kühlkreislauf (32) so aufeinander abgestimmt sind, dass für eine Strömungsgeschwindigkeit (v) der zweiten Kühlflüssigkeit (36) gilt: 0,5 m/s ≤ v ≤ 2,0 m/s. Vehicle air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that a line cross-section (A) of a coolant line ( 66 ) and a delivery rate (P) of the pump ( 34 ) in the second cooling circuit ( 32 ) are matched to one another such that for a flow velocity (v) of the second cooling liquid (v) 36 ): 0.5 m / s ≤ v ≤ 2.0 m / s. Fahrzeugklimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (12) getrennt von den beiden Kühlkreisläufen (24, 32) ausgebildet ist und sich das Kältemittel (16) von den Kühlflüssigkeiten (28, 36) unterscheidet. Vehicle air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that the refrigerant circuit ( 12 ) separated from the two cooling circuits ( 24 . 32 ) is formed and the refrigerant ( 16 ) of the cooling liquids ( 28 . 36 ) is different. Fahrzeugklimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreislauf (24) getrennt vom zweiten Kühlkreislauf (32) ausgebildet ist. Vehicle air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that the first cooling circuit ( 24 ) separated from the second cooling circuit ( 32 ) is trained. Fahrzeugklimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlflüssigkeit (28) mit der zweiten Kühlflüssigkeit (36) identisch ist. Vehicle air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that the first cooling liquid ( 28 ) with the second cooling liquid ( 36 ) is identical. Fahrzeugklimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlkreislauf (24) einen zum Verdampfer (22) parallel geschalteten, insbesondere separat schaltbaren Kühler (42) aufweist, wobei die erste Kühlflüssigkeit (28) den Kühler (42) durchströmen und dabei Wärmeenergie an die Umgebungsluft (44) abgeben kann. Vehicle air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that the first cooling circuit ( 24 ) one to the evaporator ( 22 ) connected in parallel, in particular separately switchable cooler ( 42 ), wherein the first cooling liquid ( 28 ) the cooler ( 42 ) and thereby heat energy to the ambient air ( 44 ). Fahrzeugklimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlkreislauf (32) einen zum Wärmetauscher (38) parallel geschalteten, insbesondere separat schaltbaren Kühler (54) aufweist, wobei die zweite Kühlflüssigkeit (36) den Kühler (54) durchströmen und dabei Wärmeenergie an die Umgebungsluft (44) abgeben kann. Vehicle air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that the second cooling circuit ( 32 ) one to the heat exchanger ( 38 ) connected in parallel, in particular separately switchable cooler ( 54 ), wherein the second cooling liquid ( 36 ) the cooler ( 54 ) and thereby heat energy to the ambient air ( 44 ). Fahrzeugklimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von der ersten Kühlflüssigkeit (28) durchströmbare Verdampfer (22) ein erster Verdampfer und die vorgeschaltete Druckverminderungseinheit (20) eine erste Druckverminderungseinheit ist, wobei der Kältemittelkreislauf (12) parallel geschaltet zum ersten Verdampfer und der ersten Druckverminderungseinheit einen von der Umgebungsluft (44) durchströmbaren zweiten Verdampfer (58) mit einer vorgeschalteten zweiten Druckverminderungseinheit (60) aufweist. Vehicle air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that the of the first cooling liquid ( 28 ) throughflowable evaporators ( 22 ) a first evaporator and the upstream pressure reduction unit ( 20 ) is a first pressure reduction unit, wherein the refrigerant circuit ( 12 ) parallel to the first evaporator and the first pressure reduction unit one of the ambient air ( 44 ) can be flowed through the second evaporator ( 58 ) with an upstream second pressure reduction unit ( 60 ) having. Fahrzeugklimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (38) zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums im Betrieb der Klimaanlage (10) sowohl von der zweiten Kühlflüssigkeit (36) als auch von der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft (40) durchströmt werden kann, wobei sich bei der Durchströmung des Wärmetauschers (38) die Kühlflüssigkeit (36) um eine Temperaturdifferenz ∆TKF abkühlt und die Luft (40) um eine Temperaturdifferenz ∆TL erwärmt, wobei gilt: 0,3 < ∆TKF / ∆TL < 1,1. Vehicle air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger ( 38 ) for heating the vehicle interior during operation of the air conditioning system ( 10 ) from both the second cooling liquid ( 36 ) as well as from the vehicle interior air ( 40 ) can be flowed through, wherein during the flow through the heat exchanger ( 38 ) the cooling liquid ( 36 ) is cooled by a temperature difference ΔT KF and the air ( 40 ) is heated by a temperature difference ΔT L , where: 0.3 <ΔT KF / ΔT L <1.1. Fahrzeugklimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (18) im Betrieb der Klimaanlage (10) sowohl vom Kältemittel (16) als auch von der zweiten Kühlflüssigkeit (36) durchströmt werden kann, wobei sich bei der Durchströmung des Kondensators (18) das Kältemittel (16) um eine Temperaturdifferenz ∆TKM abkühlt und die Kühlflüssigkeit (36) um eine Temperaturdifferenz ∆TKF erwärmt, wobei gilt: 0,5 < ∆TKF / ∆TKM < 1,1. Vehicle air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitor ( 18 ) during operation of the air conditioning system ( 10 ) both from the refrigerant ( 16 ) as well as the second cooling liquid ( 36 ) can be flowed through, wherein during the flow through the capacitor ( 18 ) the refrigerant ( 16 ) by one Temperature difference ΔT KM cools and the cooling liquid ( 36 ) is heated by a temperature difference ΔT KF , where: 0.5 <ΔT KF / ΔT KM <1.1. Fahrzeugklimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (38) zum Heizen von der dem Fahrzeuginnenraum zuführbaren Luft (40) in Luftströmungsrichtung (86) eine Abmessung (t) aufweist und mehrere parallel angeordnete Flachrohre (88) umfasst, wobei zwei benachbarte Flachrohre (88) einen Achsabstand (b) aufweisen, wobei sich zwischen zwei benachbarten Flachrohren (88) jeweils wenigstens eine Lamelle (90) erstreckt, die in Durchflussrichtung (92) der zweiten Kühlflüssigkeit (36) wellenförmig ausgebildet ist und an einem Wellenberg (94) jeweils ein erstes Flachrohr der beiden benachbarten Flachrohre (88) sowie an einem Wellental (96) ein zweites Flachrohr der beiden benachbarten Flachrohre (88) berührt, wobei die Lamelle (90) in Durchflussrichtung (92) gesehen einen Abstand (h) zwischen einem Wellenberg (94) und einem Wellental (96) aufweist, und wobei gilt: 25 mm < t < 60 mm, 4 mm < b < 8 mm und 0,6 mm < h < 1,2 mm. Vehicle air conditioning system according to one of the preceding claims, characterized in that the heat exchanger ( 38 ) for heating air that can be supplied to the vehicle interior ( 40 ) in the air flow direction ( 86 ) has a dimension (t) and a plurality of parallel flat tubes ( 88 ), wherein two adjacent flat tubes ( 88 ) have an axial distance (b), wherein between two adjacent flat tubes ( 88 ) at least one blade ( 90 ) extending in the direction of flow ( 92 ) of the second cooling liquid ( 36 ) is wave-shaped and on a wave mountain ( 94 ) each have a first flat tube of the two adjacent flat tubes ( 88 ) as well as at a wave trough ( 96 ) a second flat tube of the two adjacent flat tubes ( 88 ), the lamella ( 90 ) in the flow direction ( 92 ) seen a distance (h) between a wave crest ( 94 ) and a wave trough ( 96 ), and wherein 25 mm <t <60 mm, 4 mm <b <8 mm and 0.6 mm <h <1.2 mm. Fahrzeugklimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (68), dadurch gekennzeichnet, dass ein separater, dritter Kühlkreislauf (70) vorgesehen ist, der eine Pumpe (72) zum Umwälzen einer dritten Kühlflüssigkeit (74) sowie einen Wärmetauscher (76) zum Kühlen des Verbrennungsmotors (68) aufweist. Vehicle air conditioning system according to one of the preceding claims for a hybrid vehicle with an internal combustion engine ( 68 ), characterized in that a separate, third cooling circuit ( 70 ), which is a pump ( 72 ) for circulating a third cooling liquid ( 74 ) and a heat exchanger ( 76 ) for cooling the internal combustion engine ( 68 ) having. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kühlkreislauf (70) einen Wärmetauscher (78) zum Heizen von dem Fahrzeuginnenraum zuführbarer Luft (40) aufweist. Vehicle air conditioning system according to claim 14, characterized in that the third cooling circuit ( 70 ) a heat exchanger ( 78 ) for heating air that can be supplied to the vehicle interior ( 40 ) having.
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