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Die Erfindung betrifft ein Klimasystem für ein Fahrzeug, mit einem Kältekreis, in dem im Betrieb ein Kältemittel zirkuliert und in dem ein Gaskühler zur Abgabe von Wärme aus dem Kältekreis angeordnet ist.
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Solche Klimasysteme sind generell bekannt und werden unter Anderem in Fahrzeugen zum Beheizen und/oder Kühlen eingesetzt, beispielsweise zur Klimatisierung der Luft im Innenraum eines Fahrzeuges oder zur Beheizung und/oder Kühlung einer oder mehrerer Fahrzeugkomponenten. Das Klimasystem umfasst dazu typischerweise eine Wärmepumpe, mittels der einer ersten Wärmequelle Wärme entnehmbar ist, um diese einer Wärmesenke mit insbesondere höherer Temperatur zuzuführen, beispielsweise über ein Medium zur Wärmeübertragung, auch als Wärmemedium oder Wärmeübertragungsmedium bezeichnet oder direkt einer Fahrzeugkomponente. Die Wärmepumpe weist dazu üblicherweise einen Kältekreis auf, in dem ein Kältemittel zirkuliert. in dem Kältekreis sind typischerweise ein Kompressor, mindestens ein Kondensator, mindestens ein Expansionsorgan und mindestens ein Verdampfer angeordnet, wobei der Kondensator der Abgabe von Wärme aus dem Kältekreis dient und der Verdampfer der Wärmeaufnahme aus der ersten Wärmequelle.
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Beim Betrieb einer Wärmepumpe mit einem Kältemittel im überkritischen Bereich, erfolgt beim Abkühlen des Kältemittels kein Phasenübergang, insbesondere keine Kondensation; anstelle eines Kondensators wird dann ein Kühler verwendet. Da hier das Kältemittel üblicherweise gasförmig vorliegt, ist der Kühler ein sogenannter Gaskühler. Anstelle einer Kondensation erfolgt dann beim Durchströmen des Gaskühlers eine Abkühlung des Kältemittels, die nicht durch die Kondensationstemperatur bestimmt ist. Dadurch lassen sich besonders große Temperaturdifferenzen zwischen Vorlauf und Rücklauf des Gaskühlers erzielen und somit wiederum eine hohe Effizienz bezüglich der abgegebenen Wärmemenge. Allerdings ist die Temperaturverteilung entlang des Kühlers entsprechend inhomogen, üblicherweise mit der höchsten Temperatur am Vorlauf und der niedrigsten Temperatur am Rücklauf. Bei gegebener räumlicher Dimensionierung des Gaskühlers führt dies möglicherweise auch zu einer entsprechend inhomogenen Wärmeübertragung auf das Wärmeübertragungsmedium, welches den Gaskühler zur Wärmeaufnahme umströmt. Dieser Effekt ist für größere Temperaturdifferenzen stärker, so dass sich ein Zielkonflikt in der Homogenität der Wärmeabgabe und der nutzbaren Temperaturdifferenz des Kühlers ergibt.
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Bei hoher Eintrittstemperatur des Wärmeübertragungsmediums in den Gaskühler tritt das Kältemittel mit entsprechend hoher Temperatur wieder aus diesem aus, wodurch sich bei der Wärmeabgabe eine bestimmte Enthalpiedifferenz ergibt. Prozessbedingt liegt dann ebenso eine entsprechende Enthalpiedifferenz bei der Wärmeaufnahme vor. Um dies insbesondere für einen Kühlbetrieb des Kältekreises, bei dem Wärme aus dem Fahrzeug an die Umgebung abgegeben wird, zu vermeiden, ist es bekannt, Wärme über einen Zusatzgaskühler an die Umgebung abzugeben. In einem Heizbetrieb des Klimasystems, in welchem beispielsweise Wärme an den zu beheizenden Innenraum des Fahrzeuges abgegeben werden soll ist dann diese am Zusatzgaskühler abgegebene Wärme für das Heizen verloren.
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Demnach ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Klimasystem anzugeben, bei dem gleichzeitig zu einer möglichst hohen Effizienz bezüglich der Wärmeabgabe der Wärmepumpe auch eine möglichst homogene Wärmeübertragung erfolgt. Insbesondere soll im Betrieb keine oder lediglich eine möglichst geringe Wärmemenge an die Umgebung abgegeben werden und entsprechend das Klimasystem möglichst effizient sein. Das Klimasystem soll zur Verwendung in einem Fahrzeug geeignet sein. Außerdem soll ein Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeugs mit einem solchen Klimasystem angegeben werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Klimasystem mit den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen. Weiterhin wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die im Zusammenhang mit dem Klimasystem genannten Vorteile und Ausgestaltungen sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
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Das Klimasystem Ist zur Verwendung in einem Fahrzeug ausgebildet und umfasst einen Kältekreis, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Im Kältekreis ist weiterhin ein Gaskühler angeordnet, zur Abgabe von Wärme aus dem Kältekreis. Bei hoher Systemleistung ist es üblich, dass das Kältemittel den Gaskühler im Betrieb in einem überkritischen Zustand durchströmt, das heißt insbesondere, dass im Gaskühler keine Kondensation von Kältemittel erfolgt. Alternativ ist auch ein unterkritischer Betrieb möglich, bei dem eine Kondensation des Kältemittels erfolgt. Im Kältekreis ist stromab des Gaskühlers ein Zusatzwärmetauscher angeordnet, zur Abgabe von Wärme aus dem Kältekreis an ein Wärmeübertragungsmedium, beispielsweise Luft, Wasser oder ein Wasser/Glykol-Gemisch, insbesondere zur Beheizung eines Innenraums des Fahrzeugs. Der Zusatzwärmetauscher ist insbesondere stromauf eines Expansionsorgans des Kältekreises angeordnet.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass anstelle einer möglichst großen Temperaturdifferenz über dem Gaskühler eine geringere Temperaturdifferenz gewählt wird und dass dann das Kältemittel, das den Gaskühler verlässt im Vergleich wärmer ist und zusätzlich über einen nachgeschalteten Wärmetauscher, nämlich den Zusatzwärmetauscher weitere Wärme abgibt. Desweiteren wird die Wärme aus dem Zusatzwärmetauscher für die Beheizung des Fahrzeugs nutzbar gemacht und nicht ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Das Klimasystem weist dementsprechend eine deutlich verbesserte Effizienz auf. Die Wärmeabgabe erfolgt somit vorteilhaft zweistufig, so dass zum Einen am Gaskühler eine homogenere Wärmeübertragung erfolgt und zum Anderen das Kältemittel dennoch eine besonders große und zum Heizen nutzbare Wärmemenge abgibt. Beispielsweise tritt bei einer herkömmlichen Anordnung mit Luft als Wärmeübertragungsmedium, welche zum Beispiel eine Temperatur von 25°C hat, das Kältemittel mit etwa 140°C über den Vorlauf des Gaskühlers in diesen ein und verlässt den Gaskühler mit etwa 20°C; es liegt also eine Temperaturdifferenz von etwa 120 K vor. Bei dem erfindungsgemäßen Klimasystem ist diese Temperaturdifferenz reduziert, beispielsweise erfolgt eine Abkühlung von etwa 140°C auf lediglich 60°C, wodurch die Temperaturverteilung im Vergleich zur herkömmlichen Betriebsweise homogener ist. Um nun gleichzeitig eine verbesserte oder zumindest ähnliche Effizienz hinsichtlich der abgegebenen Wärmemenge zu erreichen, durchströmt des Kältemittel im erfindungsgemäßen Klimasystem zusätzlich den nachgeschalteten Zusatzwärmetauscher. Über diesen wird dann weitere Wärme abgegeben, beispielsweise strömt das Kältemittel mit etwa 60°C in den Zusatzwärmetauscher ein und verlässt diesen mit etwa 30°C. Die über dem Gaskühler und dem Zusatzwärmetauscher anfallenden Temperaturdifferenzen sind somit jeweils geringer, als die herkömmlicherweise auftretende Temperaturdifferenz, die Wärmeabgabe erfolgt somit vorteilhaft homogener. In Summe wird zudem insbesondere nach eine größere Wärmemenge an zu beheizende Luft abgegeben, als im herkömmlichen Fall mit lediglich einem Gaskühler, das heißt, die Effizienz ist verbessert. Der Kältekreis ist somit hinsichtlich dessen Effizienz und Leistungsfähigkeit optimal aufgespannt.
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Die Verwendung eines Zusatzwärmetauschers stellt zudem eine konstruktionstechnisch besonders einfache Maßnahme dar, um bei zumindest gleicher Effizienz eine homogenere Wärmeübertragung zu erzielen. Insbesondere ist es hierbei möglich, auf eine konstruktiv aufwendigere Ausgestaltung des Gaskühlers, beispielsweise eine gefaltete Anordnung oder zusätzliche Verwirbelungseinrichtungen für das Wärme aufnehmende Medium zu verzichten und stattdessen bereits vorhandene Systeme auf unkomplizierte Weise auf- oder nachzurüsten.
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Das Wärmeübertragungsmedium ist insbesondere Luft, die zur Beheizung des Innenraums des Fahrzeugs verwendet wird. Dadurch ist auf besonders einfache Weise eine direkte Beheizung des Innenraums möglich, indem die Luft insbesondere aus der Umgebung des Fahrzeugs über eine Einlassöffnung angesaugt wird und im Weiteren mittels geeigneter Kanäle einer Auslassöffnung zugeführt wird, über welche die Luft dann in den Innenraum eingeströmt wird. Auf dem Weg in den Innenraum wird die Luft dann mittels der vom Zusatzkühler abgegebenen Wärme besonders effizient erwärmt.
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Ein besonders geeignetes Kältemittel zum Betrieb des Klimasystems ist CO2, welches als R744 bezeichnet wird. Dieses zeichnet sich insbesondere durch eine im Vergleich zu beispielsweise halogenierten Kohlenwasserstoffen deutlich bessere Umweltverträglichkeit aus. Weiterhin liegt der kritische Punkt von R744 bei lediglich etwa 31°C, wodurch das Klimasystem in einem besonders weiten Temperaturbereich im überkritischen Zustand zu betreiben ist.
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Eine optimale Wärmeabgabe aus dem Kältekreis wird in einer zweckmäßigen Ausgestaltung insbesondere dadurch erreicht, dass das mittels des Zusatzwärmetauschers erwärmte Wärmeübertragungsmedium zusätzlich auch Wärme vom Gaskühler aufnimmt, das heißt, die jeweilige Wärmeabgabe an Gaskühler und Zusatzwärmetauscher an das gleiche Wärmeübertragungsmedium, insbesondere Luft erfolgt. Dabei ist der Gaskühler dem Zusatzwärmetauscher bezüglich des Strömungspfades des Wärmeübertragungsmediums nach- oder nebengeschaltet. In beiden Fällen wird das Wärmeübertragungsmedium zunächst über den Zusatzwärmetauscher erwärmt. Ist der Gaskühler dem Zusatzwärmetauscher bezüglich des Strömungspfads des Wärmeübertragungsmediums nachgeschaltet, passiert das zunächst kalte Wärmeübertragungsmedium zuerst den Zusatzwärmetauscher, der aufgrund der bezüglich des Gaskühlers nachgeschalteten Anordnung im Kältekreis in einem niedrigeren Temperaturbereich betrieben wird. Nach dem Vorwärmen in diesem niedrigen Temperaturbereich wird das Wärmeübertragungsmedium anschließend durch den im höheren Temperaturbereich betriebenen Gaskühler weiter erwärmt. Dadurch ist die insgesamt vom Kältemittel abgegebene Wärmemenge besonders groß.
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Im nebengeschalteten Fall wird das mittels des Zusatzwärmetauschers vorgewärmte Wärmeübertragungsmedium anschließend mit einem weiteren Wärmeübertragungsmedium, das bereits vom Gaskühler erwärmt wurde vermischt. In dieser Variante werden demnach zwei Ströme eines Wärmeübertragungsmediums jeweils separat mittels des Gaskühlers und des Zusatzwärmetauschers erwärmt und anschließend in einem geeigneten, vorzugsweise einstellbaren Verhältnis vermischt, um insbesondere eine bestimmte Zieltemperatur des Gemisches einzustellen. Die Wärmeübertragungsmedien der beiden Ströme sind hierbei entweder gleichartig, beispielsweise Luft oder zunächst verschieden, beispielsweise wird am Zusatzkühler Luft erwärmt und am Gaskühler ein Wasser/Glykol Gemisch, welches dann zur weiteren Erwärmung der Luft verwendet wird. Die Wärmeabgabe des Gaskühlers an die Luft erfolgt dann in letzterem Fall indirekt über einen separaten Wasser/Glykol-Kreislauf.
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In einer geeigneten Ausgestaltung ist zumindest eine der beiden Komponenten Gaskühler und Zusatzwärmetauscher als Luft/Kältemittel-Wärmetauscher ausgebildet. Dabei erfolgt die Wärmeabgabe an Luft als Wärme aufnehmendes Medium. Hierdurch ist auf besonders einfache Weise eine direkte Luftbeheizung realisierbar, das heißt ohne weitere zwischengeschaltete Wärmetauscher, beispielsweise zur Innenraumklimatisierung. Vorzugsweise wird die Luft hierzu direkt über den Gaskühler oder den Zusatzwärmetauscher geleitet.
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In einer bevorzugten Variante sind sowohl der Gaskühler als auch der Zusatzwärmetauscher jeweils als ein Luft/Kältemittel-Wärmetauscher ausgebildet und die Wärmeabgabe erfolgt nach einer oben beschriebenen Anordnungen von Gaskühler und Zusatzwärmetauscher bezüglich des Luftstroms, bevorzugt derart, dass der Gaskühler bezüglich eines Strömungspfads der Luft dem Zusatzwärmetauscher nachgeschaltet ist. Diese Variante ermöglicht eine besonders flexible Konditionierung von Luft derart, dass in unterschiedlichen Situationen bezüglich der Ausgangstemperatur der verfügbaren Luft in jedem Fall eine geeignete Temperierung ermöglicht ist, das heißt insbesondere mittels des Klimasystems eine gewünschte Zieltemperatur einstellbar ist.
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In einer alternativen geeigneten Ausgestaltung ist zumindest eine der beiden Komponenten Gaskühler und Zusatzwärmetauscher als Flüssigkeit/Kältemittel-Wärmetauscher ausgebildet, das heißt mit einem Sekundärkreis verbunden, in dem eine Flüssigkeit als Kühlmittel zirkuliert, beispielsweise ein Wasser/Glykol-Gemisch. In dieser Ausgestaltung ist auf besonders einfache Weiser ein Wärmetransport mittels des entsprechenden Sekundärkreises an eine zu beheizende Stelle des Fahrzeugs ermöglicht. Falls sowohl der Gaskühler als auch der Zusatzwärmetauscher jeweils als Flüssigkeit/Kältemittel-Wärmetauscher ausgebildet ist, so ist in einer ersten geeigneten Ausgestaltung jeder der beiden an einen separaten Sekundärkreis angeschlossen und in einer ebenfalls geeigneten Variante sind beide an einen gemeinsamen Sekundärkreis angeschlossen. In einer dritten geeigneten Ausgestaltung sind beide Flüssigkeit/Kältemittel-Wärmetauscher an einem gemeinsamen Wasser/Glykol-Kreislauf angeschlossen, welcher durch geeignete Verschaltungsmöglichkeiten in unterschiedliche separat zu betreibende Kreisläufe unterteilt werden kann.
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Insbesondere zur Realisierung unterschiedlicher Klimatisierungsfunktionen ist in einer geeigneten Variante eine der beiden Komponenten Gaskühler und Zusatzwärmetauscher ein Luft/Kältemittel-Wärmetauscher und die andere Komponente ein Flüssigkeit/Kältemittelwärmetauscher. Dadurch lässt sich jeweils separat ein geeignetes Wärmeübertragungsmedium zur Aufnahme von Wärme auswählen und es ist eine separate Wärmeübertragung ermöglicht. Aufgrund der unterschiedlichen Temperaturbereiche des Gaskühlers und des Zusatzwärmetauschers ist hierbei insbesondere eine separate Klimatisierung in diesen zwei unterschiedlichen Temperaturbereichen ermöglicht.
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Um die Wärmeabgabe besonders flexibel zu gestalten, sind der Gaskühler und der Zusatzwärmetauscher vorzugsweise baulich getrennt ausgeführt. Darunter wird insbesondere verstanden, dass der Gaskühler und der Zusatzwärmetauscher nicht in einem gemeinsamen Kühler integriert sind und insbesondere auch räumlich getrennt voneinander angeordnet sind. Hierbei sind der Gaskühler und der Zusatzwärmetauscher insbesondere jeweils mit einem eigenen Gehäuse oder mit einer eigenen Halterung versehen. Durch die bauliche Trennung ist es dann zum Einen vorteilhaft möglich, den Gaskühler und den Zusatzwärmetauscher insbesondere unter Berücksichtigung des Betriebs in unterschiedlichen Temperaturbereichen in für den jeweiligen Temperaturbereich besonders geeigneter Weise auszugestalten. Zum Anderen ist es möglich und bevorzugt auch vorgesehen, den Gaskühler und den Zusatzwärmetauscher an unterschiedlichen Stellen im Fahrzeug unterzubringen, wodurch der im Fahrzeug zur Verfügung stehende Bauraum optimal nutzbar ist.
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Die zweistufige Auslegung des Klimasystems ist besonders für effizienzoptimierte Klimatisierungskonzepte im Fahrzeugbereich geeignet. Besonders im Bereich der Innenraumklimatisierung ist eine homogene Erwärmung der Luft und allgemein des Wärmeübertragungsmediums vorteilhaft, da der durch den Gaskühler erwärmte Luftstrom möglicherweise in mehrere Teilluftströme aufgespalten wird, um diese über verschiedene Auslassöffnungen im Innenraum auszuströmen. Durch eine homogene Erwärmung des gesamten Luftstroms ist dann insbesondere sichergestellt, dass die Luft an jeder Auslassöffnung mit gleicher Temperatur ausströmt, wobei unter gleicher Temperatur insbesondere eine Abweichung um weniger als ±2 K verstanden wird. Daher ist der Gaskühler vorzugsweise ein Teil einer Klimaanlage und dient der Erwärmung von Luft im Innenraum des Fahrzeugs, das heißt zur Beheizung von Innenraumluft, Die zu beheizende Luft wird dann besonders homogen sowie auf besonders effiziente Weise mittels des Klimasystems erwärmt.
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In einer geeigneten Variante ist der Zusatzwärmetauscher ein Teil der Klimaanlage und dient der Erwärmung von Luft im Innenraum des Fahrzeugs, bevorzugterweise zusätzlich zur oben erwähnten Verwendung des Gaskühlers in der Klimaanlage. Hierdurch wird eine optimale Beheizung des Innenraums realisiert, bei gleichzeitig besonders hoher Effizienz der Wärmeübertragung.
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Die Klimaanlage ist dabei zweckmäßigerweise in unterschiedlichen Betriebsmodi betreibbar, insbesondere in einem Außenluftmodus, einem Umluftmodus und einem Mischmodus. Im Außenluftmodus wird Außenluft aus der Umgebung des Fahrzeugs über eine Außenluftansaugung angesaugt und in den Innenraum eingeblasen, im Umluftmodus wird lediglich die im Innenraum befindliche Luft als Umluft umgewälzt und im Mischmodus erfolgt eine Mischung von Umluft mit Außenluft. Dabei sind zunächst verschiedene geeignete Ausgestaltungen zur Erwärmung von Außenluft und Umluft mittels des Gaskühlers und des Zusatzwärmetauschers denkbar. Insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen, beispielsweise im Winter, ist die Außenluft typischerweise deutlich kälter als die im Betrieb im Fahrzeug vorhandene Umluft, so dass die Außenluft zweckmäßigerweise zunächst mittels des im niedrigeren Temperaturbereich betriebenen Zusatzwärmetauschers vorgewärmt wird, bevor die Außenluft in den Innenraum eingeströmt wird, mit Umluft vermischt wird oder zusätzlich über den Gaskühler geführt wird. Dazu ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zusatzwärmetauscher in der Außenluftansaugung des Fahrzeugs angeordnet. Durch dieses Erwärmen der im Vergleich zur Umluft kälteren Außenluft mittels des im Vergleich zum Gaskühler kälteren Zusatzwärmetauschers wird ein besonders hoher Wirkungsgrad des Klimasystems erzielt. Zudem ist durch das Vorwärmen der Außenluft insbesondere sichergestellt, dass kein als unangenehm empfundener Temperaturabfall im Innenraum durch Einströmen von zu kalter Außenluft erfolgt.
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Um insbesondere die zusätzliche Heizfunktion mittels des Zusatzwärmetauschers bedarfsweise zu- oder abzuschalten ist die Wärmeabgabe über den Zusatzwärmetauscher vorteilhafterweise mittels eines Bypass steuerbar. Insbesondere ist es dann auch möglich die oben erwähnte Vorwärmfunktion bedarfsweise ein- oder auszuschalten. Wird das Klimasystem beispielsweise vollständig im Umluftmodus betrieben, so entfällt üblicherweise die Beheizung von Außenluft. In einer geeigneten Ausgestaltung ist der Bypass direkt im Kältekreis angeordnet und beispielsweise mittels eines Umschaltventils und eines zum Zusatzwärmetauscher parallelen Kältekreiszweigs realisiert. In einer geeigneten Variante ist der Bypass dagegen bezüglich des Pfads desjenigen Wärmeübertragungsmediums ausgebildet, das die am Zusatzwärmetauscher abgegebene Wärme aufnimmt. Beispielsweise wird im Außenluftmodus zum Abkühlen des Innenraums mittels Außenluft, die kühler ist als die Innenraumluft ist, diese nicht über den Zusatzwärmetauscher in den Innenraum geleitet, sondern über einen Luft-Bypass, zur Umgehung des Zusatzwärmetauschers.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige 1 zeigt schematisch ein Klimasystem.
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Das dargestellte Klimasystem 2 dient hier zur Klimatisierung eines Innenraums 4 eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs. Dazu umfasst das Klimasystem 2 einen Kältekreis 6, in dem ein Kältemittel zirkuliert, in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel R744. im Kältekreis 6 sind in Strömungsrichtung des Kältemittels ein Kompressor, 8, ein Gaskühler 10, ein Zusatzwärmetauscher 12, ein Expansionsorgan 14 und ein Verdampfer 16 angeordnet.
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Im Kompressor 8 wird im Betrieb das Kältemittel komprimiert und dessen Druck sowie Temperatur erhöht. Die Temperatur T1 am Vorlauf 18 des Gaskühlers 10 beträgt dann beispielsweise etwa 140°C. Das Kältemittel durchströmt den Gaskühler 10 wird dort abgekühlt und tritt mit einer Temperatur T2 von beispielsweise 60°C am Rücklauf 20 des Gaskühlers 10 aus. Die vom Kältemittel abgegebene Wärme wird von einem Wärmeübertragungsmedium aufgenommen, das in der hier gezeigten Variante Luft ist. Diese strömt über den Gaskühler 10 und ist in 1 durch Pfeile dargestellt. Die erwärmte Luft ist dabei entweder Außenluft F aus der Umgebung des Fahrzeugs, Umluft U aus dem Innenraum 4 oder ein Gemisch von beiden. Die erwärmte Luft wird dann in den Innenraum 4 weitergeleitet.
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Bezüglich des Kältemittels stromab des Gaskühlers 10 ist der Zusatzwärmetauscher 12 angeordnet. Das bereits im Gaskühler 10 teilweise abgekühlte Kältemittel strömt entsprechend etwa mit der Temperatur T2 in den Zusatzwärmetauscher 12 ein und verlässt diesen unter Wärmeabgabe mit einer wiederum geringeren Temperatur T3. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird über den Zusatzwärmetauscher 12 Wärme vom Kältemittel an Außenluft F abgegeben, bevor diese zusätzlich vom Gaskühler 12 weiter erwärmt wird. Die Außenluft F wird hier über eine Außenluftansaugung 22 angesaugt und über den Zwischenwärmetauscher 12 geführt, der hier als Luft/Kältemittel-Wärmetauscher ausgebildet ist. Auf diese Weise wird die Außenluft F vorgewärmt. Diese vorgewärmte Außenluft F wird dann zur weiteren Erwärmung dem Gaskühler 10 zugeführt, der bezüglich des Strömungspfades der Außenluft F dem Zusatzwärmetauscher 12 nachgeschaltet ist. Der Gaskühler 10 wird zudem in einem höheren Temperaturbereich, als der Zusatzwärmetauscher 12 betrieben. In einer hier nicht gezeigten Alternative wird die erwärmte Außenluft F direkt dem Innenraum 4 zugeführt oder in einer weiteren Alternative erst hinter dem Gaskühler 10 mit derjenigen Luft gemischt, die zur Erwärmung über den Gaskühler 10 strömt.
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In der Darstellung gemäß 1 unterstützt das Klimasystem 2 zumindest drei Betriebsmodi hinsichtlich der Luftzufuhr zum Innenraum 4, nämlich einen Außenluftmodus zur Zufuhr von Außenluft F, einen Umluftmodus zur Zirkulation von Umluft U und einen Mischmodus, bei dem Umluft U mit Außenluft F gemischt wird. Dabei wird hier über den Zwischenwärmetauscher 12 lediglich die Außenluft F vorgewärmt, während sowohl die Außenluft F sowie die Umluft U mittels des Gaskühlers 10 erwärmbar ist. Dabei ist der Gaskühler 10 insbesondere ein Teil einer hier nicht näher dargestellten Klimaanlage, die insbesondere auch einen Wärmetauscher zum Kühlen der Umluft oder des Außenluft/Umluft-Gemisches umfasst, zum bedarfsweisen Kühlen und/oder Entfeuchten der Luftzufuhr zum Innenraum 4.
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Um die Vorkonditionierung der Außenluft F mittels des Zusatzwärmetauschers 12 lediglich bei Bedarf hinzuzuschalten, ist im Kältekreis 6 ein Bypass 24 angeordnet, der einen Parallelzweig des Kältekreises 6 bezüglich des Zusatzwärmetauschers 12 darstellt. Mittels eines Regelventils 26 ist dann das Kältemittel vollständig oder teilweise am Zusatzwärmetauscher 12 vorbeiführbar, so dass entsprechend kein oder lediglich ein reduziertes Vorwärmen der Außenluft F erfolgt. In einer hier nicht gezeigten Variante ist der Bypass 24 jedoch bezüglich der Außenluft F derart ausgebildet, dass diese je nach Bedarf auch teilweise oder vollständig umleitbar und direkt dem Gaskühler 10 zuführbar ist, ohne den Zusatzwärmetauscher 12 zu passieren.
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In einer weiteren, ebenfalls nicht dargestellten Variante erfolgt die Wärmeabgabe am Gaskühler 10 nicht direkt an Luft, sondern an einen Sekundärkreis, der eine Flüssigkeit als Wärme aufnehmendes Medium enthält, beispielsweise Wasser oder ein Wasser/Glykol-Gemisch. Diese Flüssigkeit gibt dann ihrerseits über geeignete, hier nicht dargestellte Wärmetauscher Wärme an zu beheizende Luft oder Fahrzeugkomponenten ab. Der Zusatzwärmetauscher 12 gibt hierbei weiterhin Wärme direkt an diese zu beheizende Luft ab.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Klimasystem
- 4
- Innenraum
- 6
- Kältekreis
- 8
- Kompressor
- 10
- Gaskühler
- 12
- Zusatzwärmetauscher
- 14
- Expansionsorgan
- 16
- Verdampfer
- 18
- Vorlauf (des Gaskühlers)
- 20
- Rücklauf (des Gaskühlers)
- 22
- Außenluftansaugung
- 24
- Bypass
- 26
- Regelventil
- F
- Außenluft
- T1, T2, T3
- Temperatur
- U
- Umluft
