-
Die Erfindung betrifft eine Wärmepumpenanlage zur Klimatisierung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Hybridfahrzeuges, mit einem Heizbetrieb zur Erwärmung eines Fahrgastraumes umfassend einen Kältekreislauf mit einem Verdichter und mit einem Kondensator zur Übertragung von Wärme aus dem Kältekreislauf in den Fahrgastraum.
-
Bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen besteht das Problem, dass nur noch eine geringe Abwärme beispielsweise des Verbrennungs- oder Elektroantriebs zur Verfügung steht, die für andere Zwecke, insbesondere für die Beheizung des Fahrgast-Innenraums herangezogen werden kann.
-
Um eine möglichst effiziente Erwärmung des Fahrgast-Innenraums bei tiefen Außentemperaturen zu ermöglichen ist grundsätzlich der Einsatz von Wärmepumpen bekannt, mit deren Hilfe Wärme aus der Umgebung nach dem Wärmepumpenprinzip auf ein höheres Temperaturniveau angehoben und dann an den Innenraum weitergegeben wird.
-
In der
WO 2011/029538 A1 ist ergänzend zu der Ausnutzung der Umgebungswärme auch die Ausnutzung der Abwärme beispielsweise einer Batterie zu entnehmen. Die Abwärme wird dabei einem Verdampfer eines Kältekreislaufs der Wärmepumpe zugeführt, über den das Kältemittel des Kältekreislaufs erwärmt wird. Zur ergänzenden Ausnutzung der Umgebungswärme wird ein kühlerseitiger Wärmetauscher ebenfalls als Verdampfer für den Kältekreislauf eingesetzt. In den Kältekreislauf selbst ist weiterhin ein herkömmlicher Verdampfer eines Klimageräts zur Innenraum-Klimatisierung eingebunden. In einem Heizmodus zur Erwärmung des Innenraums bei niedrigen Außentemperaturen wird dieser normale Verdampfer nicht aktiviert, also nicht vom Kältemittel durchströmt. Die Wärme wird vielmehr wahlweise über den der Batterie zugeordneten Verdampfer oder den kühlerseitigen Umgebungswärme-Verdampfer aufgenommen und über einen Kondensator an die Luft zur Innenraum-Beheizung abgegeben.
-
Aus der
DE 101 23 830 A1 ist ebenfalls eine Wärmepumpe beschrieben, mit deren Hilfe mittels eines Verdampfers aus der Umgebung Wärme aufgenommen und an den Fahrgast-Innenraum auf höherem Temperaturniveau abgegeben wird. Hierzu ist ein als Kondensator des Kältekreislaufs ausgebildeter Koppelwärmetauscher angeordnet, welcher die im Wärmepumpenbetrieb erzeugte Wärme in den Hochtemperatur-Kühlkreislauf einkoppelt. Dieser wiederum weist einen Heizwärmetauscher auf, der zur Erwärmung des Innenraums in einem Belüftungskanal angeordnet ist.
-
In der
DE 10 2011 109 055 A1 ist schließlich eine Klimaanlage für ein Fahrzeug beschrieben, bei dem ähnlich wie bei der
WO 2011/029538 A1 mehrere Verdampfer zuschaltbar sind, um Wärme aus unterschiedlichen Wärmequellen ausnützen zu können.
-
Bei einer Wärmepumpe wird allgemein ein Kältemittel im Kreislauf geführt. Dabei wird es zwischen einem Verdichter, einem Kondensator, einem Drosselorgan, einem Verdampfer und dann wieder zum Verdichter geführt. Im Verdichter wird das gasförmige Kältemittel auf ein höheres Druck- und Temperaturniveau gebracht. Das gasförmige Kältemittel kondensiert im Kondensator unter Wärmeabgabe, wobei das Temperaturniveau abnimmt. Durch das Drosselorgan wird das Kältemittel wieder auf ein niedrigeres Druckniveau gebracht und kühlt dabei deutlich ab, so dass es wieder als kaltes gasförmiges Fluid dem Verdampfer zugeführt wird. Am Verdampfer nimmt das Kältemittel Wärme durch Wärmetausch mit einer Wärmequelle, beispielsweise Umgebungsluft etc., auf und wird auf ein höheres Temperaturniveau geführt.
-
Als Kältemittel können unterschiedliche, marktübliche Kältemittel eingesetzt werden, wie beispielsweise Kältemittel mit der Bezeichnung R134a, R1234yf etc. Daneben besteht auch die Möglichkeit, ein Kältemittel mit zum Teil überkritischer Betriebsweise, insbesondere Kohlendioxid (CO2) einzusetzen. In diesem Fall erfolgt in der überkritischen Betriebsweise im Kondensator keine Kondensation. Die Wärmeabgabe erfolgt im gasförmigen Zustand im überkritischen Bereich. Hierbei wird die bisher als Kondensator bezeichnete Komponente Gaskühler genannt. Der Einfachheit halber wird nachfolgend jedoch allgemein von Kondensator gesprochen, ohne dass damit ein Ausschluss derartiger Kältemittel mit solcher Betriebsweise verbunden wäre.
-
Bei der Verwendung des kühlerseitigen (Umgebungs-)Wärmetauschers als Verdampfer für den Kältekreislauf besteht bei niedrigen Temperaturen das Problem der Vereisungsgefahr. Auskondensierte Feuchtigkeit schlägt sich dabei an den Wärmetauscherflächen nieder, vereist und verringert dadurch die Wärmeübertragungs-Fähigkeit und damit die Effizienz erheblich. Unter bestimmten Betriebsbedingungen kann daher ein derartiger Umgebungs-Wärmetauscher nicht als Verdampfer eingesetzt werden, beziehungsweise sind zusätzliche Enteisungsmaßnahmen erforderlich. Hierzu ist jedoch wiederum der Eintrag von Wärme notwendig, die gerade im kalten Zustand nicht zur Verfügung steht.
-
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhaft ausgebildete Wärmepumpenanlage zur Klimatisierung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Hybridfahrzeuges oder Elektrofahrzeugs, anzugeben.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wärmepumpenanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten.
-
Die Wärmepumpenanlage ist für die Klimatisierung eines Fahrzeuges und insbesondere eines Hybridfahrzeuges oder eines Elektrofahrzeuges ausgelegt und wird in einem Heizbetrieb zur Erwärmung des Fahrgastraums des Fahrzeuges genutzt. Es handelt sich somit also bevorzugt um eine Kombianlage, die je nach Bedarf in einem Kühlbetrieb gemäß dem Kältemaschinen-Prinzip oder im Heizbetrieb gemäß dem Wärmepumpen-Prinzip betrieben wird.
-
Hierzu umfasst die Wärmepumpenanlage einen Kältekreislauf mit einem Verdichter, mit einem inneren Kondensator zur direkten oder indirekten Übertragung von Wärme aus dem Kältekreislauf in den Fahrgastraum sowie mit einem Klimagerät-Verdampfer, über den die Innenraumluft des Fahrzeugraums gekühlt wird. Bei diesem Verdampfer handelt es sich daher um den bei heute üblichen Klimageräten eingesetzten Verdampfer. Zudem ist die Wärmepumpenanlage derart ausgebildet, dass als weiterer Verdampfer für eine Wärmeaufnahme in den Kältekreislauf ausschließlich zumindest ein innerer Verdampfer angeordnet ist, durch welchen Abwärme aus dem Fahrzeug nutzbar ist. Bei der hier vorgestellten Wärmepumpenanlage wird daher bewusst auf einen äußeren Verdampfer zur Nutzung der Umgebungsluft als Wärmequelle verzichtet und im Heizbetrieb werden lediglich interne Wärmequellen im Fahrzeug genutzt, um den Fahrgastraum zu erwärmen.
-
Die eingangs dargelegte Vereisungsproblematik, also das Auftreten einer Vereisung an einem Umgebungs-Wärmetauscher, tritt infolgedessen bei einer hier vorgestellten Wärmepumpenanlage erst gar nicht auf, da entweder auf einen Umgebungs-Wärmetauscher im Kältekreislauf gänzlich verzichtet wird oder aber da zumindest kein Umgebungs-Wärmetauscher im Kältekreislauf gegeben ist, der als Verdampfer, genauer als äußerer Verdampfer zur Übertragung von Wärme aus der Umgebung in den Kältekreislauf, genutzt wird.
-
Um dennoch unabhängig von der jeweiligen Betriebssituation und den Umgebungsbedingungen den Fahrgastraum in gewünschter Weise auch bei geringen Außentemperaturen klimatisieren und insbesondere erwärmen zu können, werden im Heizbetrieb mehrere interne Wärmequellen des Fahrzeuges zur Erwärmung des Fahrgastraums genutzt. Daher ist bevorzugt als innerer Verdampfer ein Kühlkreislauf-Verdampfer zum Zwecke eines Wärmeaustausches zwischen dem Kältekreislauf und einem Kühlkreislauf angeordnet, wobei in diesem Fall der Kühlkreislauf im Heizbetrieb als optional nutzbare Wärmequelle fungiert. Beim Kühlkreislauf handelt es sich zweckmäßigerweise um einen sogenannten Niedertemperatur-Kühlkreislauf oder einen sogenannten Hochtemperatur-Kühlkreislauf, wie sie typischerweise ohnehin in einem Fahrzeug installiert sind. Zumindest einer dieser beiden Kühlkreisläufe ist zweckmäßigerweise mit dem Kältekreislauf thermisch gekoppelt, so dass ein Wärmeaustausch zwischen dem entsprechenden Kühlkreislauf und dem Kältekreislauf erfolgen kann. Im Heizbetrieb wird dann der Kühlkreislauf als Wärmequelle genutzt und im Falle eines vorliegenden Wärmeüberangebotes im Kältekreislauf wird der Kühlkreislauf bevorzugt zudem als Wärmesenke genutzt. Das heißt, dass beispielsweise im Kühlbetrieb der Wärmepumpenanlage Wärme aus dem Fahrgastraum in den Kältekreislauf übertragen und nachfolgend in den Kühlkreislauf eingekoppelt wird.
-
Vorteilhafterweise wird zudem ein Hochvolt-Speicher, insbesondere der Hochvolt-Speicher des elektrischen Antriebssystems eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs, als Wärmequelle für den Heizbetrieb genutzt. Hierzu ist als weiterer innerer Verdampfer ein Hochvolt-Speicher-Verdampfer vorgesehen. Die Wärmeübertragung kann dabei entweder direkt erfolgen oder aber der Kältekreislauf ist mit einem internen Kühlkreislauf des Hochvolt-Speichers thermisch gekoppelt.
-
Bei allen weiteren inneren Verdampfern handelt es sich daher insbesondere um Kältemittel-Flüssigkeits-Wärmetauscher, bei denen regelmäßig keine Vereisungsgefahr besteht.
-
Bevorzugt ist für jeden Verdampfer ein zuschaltbarer Kältekreislauf-Verdampfer-Zweig im Kältekreislauf ausgebildet, wobei die Kältekreislauf-Verdampfer-Zweige im Kältekreislauf vorzugsweise in Parallelschaltung miteinander verschaltet sind. Auf diese Weise ist eine sehr flexibel betreibbare Wärmepumpenanlage gegeben, bei der für verschiedene Betriebssituationen unterschiedliche und jeweils an die Betriebssituationen angepasste Betriebsmodi ermöglicht sind. Insbesondere sind die fahrzeuginternen Wärmequellen sowohl unabhängig voneinander als auch in Kombination nutzbar, wobei zur Nutzung einer der Wärmequellen der entsprechende Kältekreislauf-Verdampfer-Zweig mit dem darin eingebundenen inneren Verdampfer zugeschaltet wird. Die Zuschaltung erfolgt dabei bevorzugt über ein steuerbares Stellelement, insbesondere ein steuerbares Ventil, und weiter bevorzugt sind die im Kältekreislauf gegebenen Kältekreislauf-Verdampfer-Zweige nicht nur zuschaltbar und deaktivierbar sondern darüber hinaus ist der Massenstrom des Kältemittels des Kühlkreislaufes durch den entsprechenden Kältekreislauf-Verdampfer-Zweig einstellbar.
-
In vorteilhafter Weiterbildung ist jedem inneren Verdampfer auch ein eigenes Expansionsorgan vorgeschaltet, welches in den entsprechenden Kältekreislauf-Verdampfer-Zweig eingebunden und vorzugsweise als steuerbares Ventil ausgebildet ist.
-
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Kondensator als innerer Kondensator ausgebildet und dient zur Übertragung von Wärme aus dem Kältekreislauf in den Fahrgastraum. Hierzu ist der Kondensator bevorzugt mit einem Kühlkreislauf gekoppelt und dementsprechend als Kältemittel-Flüssigkeits-Wärmetauscher ausgebildet. In diesem Fall ist dann in den Kühlkreislauf ein Heiz-Wärmetauscher eingebunden, über den dann die eigentliche Einkoppelung von Wärme in den Fahrgastraum mittels eines Luftstromes erfolgt.
-
Alternativ ist der Kondensator zur direkten Übertragung von Wärme aus dem Kältekreislauf in den Fahrgastraum vorgesehen und dementsprechend als Kältemittel-Luft-Wärmetauscher ausgebildet.
-
Einer weiteren Ausführungsvariante der Wärmepumpenanlage entsprechend weist der Kältekreislauf einen zumindest zuschaltbaren Kältekreislauf-Parallelzweig zur Umgehung des inneren Kondensators auf, in welchen ein Umgebungs-Kondensator eingebunden ist. Dieser Umgebungs-Kondensator wird dann insbesondere im Kühlbetrieb der Wärmepumpenanlage zur Abgabe von Wärme an die Umgebung genutzt.
-
Alternativ hierzu wird auf einen Umgebungs-Kondensator im Kältekreislauf und somit auf jedweden Umgebungs-Wärmetauscher verzichtet, also auf einen Kältemittel-Außenluft Wärmetauscher. Bei einen Wärmeüberschuss, also insbesondere bei Abwärme aus dem Fahrgastraum im Kühlbetrieb der Wärmepumpenanlage, wird die Abwärme zunächst über einen Wärmetauscher an den Niedertemperatur-Kühlkreislauf oder den Hochtemperatur-Kühlkreislauf des Fahrzeuges abgegeben und über diesen mittels eines Kühlers an die Umgebung abgegeben.
-
Bevorzugt ist dem Kondensator einen Hochdruck-Sammler nachgeschaltet, wie er typischerweise bei Wärmepumpenanlagen zur Überhitzungsregelung und Füllmengenoptimierung zum Einsatz kommt.
-
Darüber hinaus ist es zweckdienlich, dem Kondensator ein Rückschlagventil nachzuschalten, insbesondere wenn der zuvor erwähnte Kältekreislauf-Parallelzweig zur Umgehung des Kondensators im Kältekreislauf gegeben ist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand nachfolgender schematischer Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 in einer Blockschaltbilddarstellung eine erste Ausführungsvariante einer Wärmepumpenanlage,
-
2 in einer Blockschaltbilddarstellung eine zweite Ausführungsvariante einer Wärmepumpenanlage,
-
3 in einer Blockschaltbilddarstellung eine dritte Ausführungsvariante der Wärmepumpenanlage
-
4 in einer Blockschaltbilddarstellung eine vierte Ausführungsvariante der Wärmepumpenanlage
-
5 in einer Blockschaltbilddarstellung eine fünfte Ausführungsvariante der Wärmepumpenanlage und
-
6 in einer Blockschaltbilddarstellung eine sechste Ausführungsvariante der Wärmepumpenanlage.
-
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Die nachfolgend exemplarisch beschriebene und 1 dargestellte Wärmepumpenanlage 2 ist für die Klimatisierung eines nicht näher dargestellten Hybridfahrzeuges ausgelegt und als Kombianlage ausgebildet, die je nach Bedarf in einem Kühlbetrieb gemäß dem Kältemaschinen-Prinzip zur Kühlung des Fahrgastraums des Hybridfahrzeugs oder in einem Heizbetrieb gemäß dem Wärmepumpen-Prinzip zur Erwärmung des Fahrgastraums betrieben wird.
-
Die Wärmepumpenanlage 2 umfasst hierzu einen Kältekreislauf 4 für ein Kältemittel, beispielsweise R134a oder R1234yf, in welchem ein Verdichter 6 und ein dem Verdichter 6 nachgeschalteter innerer Kondensator 8 eingebunden sind. Mit Hilfe des Kondensators 8 wird dem Kältemittel im Heizbetrieb Wärme entzogen und auf ein Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufes, nachfolgend kurz als Kühlkreislauf 10 bezeichnet, übertragen. Das Kühlmittel wiederum wird nach dem Austreten aus dem Kondensator 8 einem Heiz-Wärmetauscher 12 zugeführt, an dem zumindest ein Teil der Wärme aus dem Kältekreislauf 4 auf einen Luftstrom übertragen wird, der zur Erwärmung des Fahrgastraums in diesen eingeleitet wird.
-
Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsvariante der Wärmepumpenanlage 2 ist der Kondensator 8 zur direkten Einkoppelung von Wärme in den Fahrgastraum ohne den Kühlkreislauf 10 als Zwischenstation ausgebildet. Eine entsprechende Blockschaltbilddarstellung ist in 3 gezeigt.
-
Der Kühlkreislauf 10 in 1 ist, abgesehen von der Koppelung mit dem Kältekreislauf 4 durch den Kondensator 8, nach an sich bekanntem Prinzip aufgebaut. Der genaue Aufbau kann dabei variieren und ist aus diesem Grund nicht vollständig dargestellt, was durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.
-
Gemäß dem hier vorgestellten Konzept wird der Wärmebedarf zur Erwärmung des Fahrgastraums im Heizbetrieb ausschließlich durch interne Wärmequellen des Hybridfahrzeugs gedeckt. Dementsprechend weist die Wärmepumpenanlage 2 keinen äußeren Verdampfer zur Nutzung der Umgebung des Hybridfahrzeuges als Wärmequelle auf. Stattdessen sind im Ausführungsbeispiel ein Kühlkreislauf-Verdampfer 14, ein Hochvolt-Speicher-Verdampfer 16 und ein Klimagerät-Verdampfer 18 als innere Verdampfer in den Kältekreislauf 4 eingebunden.
-
Dabei dient der Kühlkreislauf-Verdampfer 14 zur Übertragung von Wärme aus einem Niedertemperatur-Kühlkreislauf 20 in den Kältekreislauf 4, wobei der Niedertemperatur-Kühlkreislauf 20 nach an sich bekanntem Prinzip zur Kühlung von Antriebskomponenten einer elektrischen Antriebseinheit des Hybridfahrzeuges, also unter anderem zur Kühlung eines Elektromotors und/oder einer Leistungselektronik genutzt wird. Auch dieser kann unterschiedlich ausgestaltet sein und ist dementsprechend nicht vollständig abgebildet, was wiederum durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
-
Als weitere interne Wärmequelle wird je nach Betriebssituation ein Hochvolt-Speicher, typischerweise der Hochvolt-Speicher für die elektrische Antriebseinheit, genutzt, um Abwärme in den Kältekreislauf 4 einzukoppeln.
-
In einigen Fällen wird im Heizbetrieb auch der Fahrgastraum selbst als Wärmequelle genutzt. Dies ist vorzugsweise bei entsprechendem Entfeuchtungsbedarf der Fall. Hierbei kommt der Klimagerät-Verdampfer 18 zum Einsatz, mit welchem Wärme vom Fahrgastraum auf das Kältemittel übertragen wird.
-
Für eine möglichst große Flexibilität beim Betrieb der Wärmepumpenanlage 2 weist der Kältekreislauf 4 für jeden der drei inneren Verdampfer 14, 16, 18 einen eigenen Kältekreislauf-Verdampfer-Zweig 22 auf, wobei die Kältekreislauf-Verdampfer-Zweige 22 in Parallelschaltung miteinander verschaltet sind, und jedem der Verdampfer 14, 16, 18 ist ein eigenes steuerbares Ventil 24 vorgeschaltet. Diese Ventile 24 dienen dabei nicht nur als einfaches Expansionsorgan, sondern erlauben darüber hinaus auch eine Aktivierung oder Deaktivierung des entsprechenden Kältekreislauf-Verdampfer-Zweiges 22. Ist das jeweilige Ventil 24 gesperrt, so wird kein Kältemittel durch den entsprechenden Kältekreislauf-Verdampfer-Zweig 22 und damit den entsprechenden inneren Verdampfer 14, 16, 18 geführt und dementsprechend wird die daran angebundene Wärmequelle auch nicht genutzt. Durch Öffnen des Ventils 24 wird dann der entsprechende Kältekreislauf-Verdampfer-Zweig 22 aktiviert und die darüber angebundene interne Wärmequelle koppelt Wärme in den Kältekreislauf 4 ein. Dabei ist jedes der Ventile 24 unabhängig von den übrigen ansteuerbar und darüber hinaus lassen sich die Kältemittelmassenströme durch die Ventile 24 variieren und somit einstellen. Für eine entsprechende Ansteuerung wird typischerweise ein nicht mit abgebildetes Steuergerät genutzt, durch welches verschiedene Betriebsmodi für den Kühlbetrieb einerseits und den Heizbetrieb andererseits umgesetzt werden können.
-
Für den Kühlbetrieb der Wärmepumpenanlage 2 weist der Kältekreislauf 4 des Weiteren einen zuschaltbaren Kältekreislauf-Parallelzweig 26 auf, mit dessen Hilfe zumindest ein Teilmassenstrom des Kältemittels um den Kondensator 8 herum durch einen Umgebungs-Kondensator 28 geführt werden kann zur Abgabe von Wärme an die Umgebung des Hybridfahrzeuges. Dabei ist dem Verdichter 6 eine Verzweigung 30 nachgeschaltet, in welcher eine Aufspaltung des vom Verdichter 6 beförderten Kältemittelmassenstroms in einen Teilmassenstrom durch den Kondensator 8 und in einen Teilmassenstrom durch den Umgebungs-Kondensator 28 erfolgt. Zur Einstellung der entsprechenden Aufteilung des Kältemittelmassenstroms in der Verzweigung 30 sind dem Kondensator 8 einerseits und dem Umgebungs-Kondensator 28 andererseits steuerbare Regelventile 32 vorgeschaltet, mit deren Hilfe auch eine zeitweise Stilllegung des entsprechenden Zweiges des Kältekreislaufes 4 ermöglicht ist.
-
Alternativ wird auf einen Umgebungs-Kondensator 28 und somit auf einen Umgebungs-Wärmetauscher im Kältekreislauf 4 gänzlich verzichtet, wie dies in 4 angedeutet ist. In diesem Fall wird ein Wärmeüberschuss im Kältekreislauf 4, insbesondere im Kühlbetrieb der Wärmepumpenanlage 2, mittels eines nicht mit abgebildeten Wärmetauschers beispielsweise an den Niedertemperatur-Kühlkreislauf 20 abgegeben und somit entsorgt. Alternativ oder ergänzend wird der Wärmeüberschuss über den Wärmetauscher 8 und nicht abgebildete Ventile an den Niedertemperatur Kühlkreislauf 20 abgegeben.
-
Optional sind dem Kondensator 8 und, sofern vorhanden, dem Umgebungs-Kondensator 28 darüber hinaus Rückschlagventile 34 nachgeschaltet, um unerwünschte Kältemittelströme zu vermeiden.
-
Im weiteren Verlauf sind die beiden Zweige aus 1 im Kältekreislauf 4 über eine weitere Verzweigung 30 miteinander verbunden, so dass hier eine Zusammenführung der Teilmassenströme, also des Teilmassenstroms durch den Kondensator 8 und des Teilmassenstroms durch den Umgebungs-Kondensator 28, erfolgt, sofern zuvor eine entsprechende Aufspaltung stattgefunden hat.
-
Dieser Verzweigung 30 nachgeschaltet kann ein Hochdruck-Sammler 36 sein, wie er für eine klassische Überhitzungsregelung und Füllmengenoptimierung üblicherweise vorgesehen ist. Nach dem Hochdruck-Sammler 36 ist das Kältemittel durch die Parallelschaltung der inneren Verdampfer 14, 16, 18 geführt, bevor dieses wieder zurück zum Verdichter 6 gelangt.
-
Alternativ zum Hochdruck-Sammler 36 ist für die Wärmepumpenanlage 2 ein Niederdruck-Sammler 38 vorgesehen. Eine entsprechende Ausführungsvariante ist in 2 dargestellt. Der Niederdruck-Sammler 38 ist dabei dem Verdichter 6 unmittelbar vorgeschaltet.
-
Zudem sind optional mehrere Sensoren zur Überwachung von Temperatur und Druck in den Kältekreislauf 4 eingebunden und auf der Basis der von diesen Sensoren gelieferten Informationen erfolgt die Regelung des Betriebes der Wärmepumpenanlage 2, beispielsweise durch das zuvor erwähnte Steuergerät.
-
Mit Hilfe der so gestalteten Wärmepumpenanlage 2 lässt sich zusätzlich zum Kühlbetrieb und zum Heizbetrieb auch ein sogenannter Reheat-Betrieb umsetzen. Bei diesen erfolgt zur Entfeuchtung der zu klimatisierenden Innenraum-Luft sowohl ein Wärmeaustausch am Kondensator 8 als auch am Klimagerät-Verdampfer 18. Der Verdampfer 18 und der Kondensator 8 oder der Heizwärmetauscher 12 sind hierzu beispielsweise in einem Luftkanal zur Innenbelüftung hintereinander angeordnet.
-
Eine fünfte Ausführungsvariante gemäß 5 weist im Vergleich zu der ersten Ausführungsvariante nach 1 folgende Unterschiede auf: Anstelle des Hochdrucksammlers 36 ist ein Niederdrucksammler 38 angeordnet. Eine weitere wesentliche Änderung ist in der zusätzlichen Anordnung eines sogenannten inneren Wärmetauschers 40 zu sehen. Die restlichen Komponenten sind unverändert im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel und werden daher nicht weiter erläutert.
-
Aus Gründen der Darstellbarkeit sind in 5 zwei Symbole für den inneren Wärmetauscher 40 dargestellt. Bei diesem handelt es sich jedoch lediglich um eine Komponente, die zur Wärmeübertragung innerhalb des Kältekreislaufs 4 ausgebildet ist, nämlich von einer warmen Seite vor dem Ventil 24 (Expansionsorgan) auf die kalte Seite vor dem Verdichter 6. Das Leitungsstück vor dem Ventil 24 und das Leitungsstück vor dem Verdichter 6 werden daher vorzugsweise im Gegenstromprinzip durch den Wärmetauscher 40 geführt. Hierdurch erfährt das Kältemittel vor dem Ventil 24 eine Abkühlung, so dass insgesamt die Temperatur des dem jeweiligen Verdampfer 14, 16, 18 zugeführten Kältemittels reduziert wird, wodurch die Wärmeaufnahmefähigkeit an diesen Verdampfern 14, 16, 18 aufgrund des höheren Temperaturgradienten verbessert ist.
-
Der innere Wärmetauscher 40 sowie der Niederdrucksammler können auch als Kombikomponente innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses ausgebildet sein, wie dies beispielsweise bei Kältekreisläufen mit dem Kältemittel R744 (=CO2) eingesetzt wird.
-
Die sechste Ausführungsvariante gemäß 6 baut schließlich auf der fünften Ausführungsvariante gemäß 5 auf. Eine wesentliche Änderung hierzu ist darin zu sehen, dass als weiterer Verdampfer ein Luft-Verdampfer 42 in den Kältekreislauf 4 eingebunden ist, der in Strömungsrichtung 44 einer Kühlluft hinter dem I Umgebungskondensator 28 und hinter einem Niedertemperatur-Kühler 46 angeordnet. Der Niedertemperatur-Kühler 46 dient insbesondere zur Kühlung von elektrischen Komponenten, wie beispielsweise der Elektromotor oder die Hochleistungselektronik. Die Kühlluft ist insbesondere Umgebungsluft. Die drei Baueinheiten Umgebungskondensator, Niedertemperatur-Kühler 46 sowie Luft-Verdampfer 42 sind insbesondere in einem gemeinsamen Kühlermodul frontseitig im Kraftfahrzeug angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung wird daher Abwärme aus dem Niedertemperatur-Kreislauf über den Niedertemperatur-Kühler 46 zunächst an die Kühlluft abgegeben, erwärmt diese und wird dann wieder vom Luft-Verdampfer 42 zur Erwärmung des Kältemittels aufgenommen. Insoweit dient der Luft-Verdampfer 42 ebenfalls zur Aufnahme von Abwärme aus dem Kraftfahrzeug-Innenraum und bildet dadurch einen inneren Verdampfer. Gleichzeitig kann durch diesen bei günstigen Bedingungen (keine Vereisungsgefahr) auch Wärme aus der Umgebungsluft aufgenommen werden.
-
Bei einer weiteren, siebten Ausführungsvariante erfolgt – im Unterschied zur sechsten Variante – die Wärmeabgabe über den Kondensator 8 nicht an den Kreislauf 10 sondern direkt an die Innenraumluft, wie dies auch bei der Ausführungsvariante nach 3 erläutert ist. Ansonsten ist der Aufbau unverändert zu der sechsten Variante.
-
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Wärmepumpenanlage
- 4
- Kältekreislauf
- 6
- Verdichter
- 8
- Kondensator
- 10
- Kühlkreislauf
- 12
- Heiz-Wärmetauscher
- 14
- Kühlkreislauf-Verdampfer
- 16
- Hochvolt-Speicher-Verdampfer
- 18
- Klimagerät-Verdampfer
- 20
- Niedertemperatur-Kühlkreislauf
- 22
- Kältekreislauf-Verdampfer-Zweig
- 24
- Ventil
- 26
- Kältekreislauf-Parallelzweig
- 28
- Umgebungs-Kondensator
- 30
- Verzweigung
- 32
- Regelventil
- 34
- Rückschlagventil
- 36
- Hochdruck-Sammler
- 38
- Niederdruck-Sammler
- 40
- innerer Wärmetauscher
- 42
- Luft-Verdampfer
- 44
- Strömungsrichtung
- 46
- Niedertemperatur-Kühler
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2011/029538 A1 [0004, 0006]
- DE 10123830 A1 [0005]
- DE 102011109055 A1 [0006]
