DE102015002166A1 - Fahrzeugklimaanlage mit Reheat-Betrieb - Google Patents

Fahrzeugklimaanlage mit Reheat-Betrieb Download PDF

Info

Publication number
DE102015002166A1
DE102015002166A1 DE102015002166.4A DE102015002166A DE102015002166A1 DE 102015002166 A1 DE102015002166 A1 DE 102015002166A1 DE 102015002166 A DE102015002166 A DE 102015002166A DE 102015002166 A1 DE102015002166 A1 DE 102015002166A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
refrigerant
air conditioning
vehicle air
heat exchanger
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102015002166.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Jan Erik Körner
Dirk Schroeder
Christian Rebinger
Daniel Ghebru
Wolfgang Loewel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Priority to DE102015002166.4A priority Critical patent/DE102015002166A1/de
Publication of DE102015002166A1 publication Critical patent/DE102015002166A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00921Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is an extra subcondenser, e.g. in an air duct
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32Cooling devices
    • B60H1/3204Cooling devices using compression
    • B60H1/3228Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32284Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307Component temperature regulation using a liquid flow
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00928Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising a secondary circuit
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60HARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00949Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising additional heating/cooling sources, e.g. second evaporator

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage (1) mit einem als Wärmepumpenkreislauf mit Heizfunktion und als Kältekreislauf mit Kühl- und Entfeuchtungsfunktion betreibbaren Kältemittelkreislauf (2), die einen Verdampfer (3), einen Kältemittelverdichter (4), einen Kältemittelkondensator (5) oder einen Gaskühler (5), ein dem Verdampfer (3) zugeordnetes Expansionsorgan (6) und einen Wärmetauscher (7), wobei die aufgeführten Komponenten (3, 4, 5, 6, 7) den Kältemittelkreislauf (2) bilden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein zweites Expansionsorgan (17) dem Kältemittelkondensator/Gaskühler (5) stromabwärts vorgeschaltet ist, ein Absperrventil (16) dem Wärmetauscher (7) stromabwärts nachgeschaltet und mit dem ersten Expansionsventil (6) verbunden ist und über einen Abzweigpunkt (2.1) des Kältemittelkreislaufes (2) stromabwärts wenigstens ein Kältemittel-Teilstrom über das zweite Expansionsorgan (17) abgeleitet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage mit einem als Wärmepumpenkreislauf mit Heizfunktion und als Kältekreislauf mit Kühl- und Entfeuchtungsfunktion betreibbaren Kältemittelkreislauf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage.
  • Es ist bekannt, dass Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge mit einer Klimaanlage ausgestattet werden, die von einem Kältebetrieb in einen Wärmebetrieb und umgekehrt geschaltet werden können.
  • Ferner sind Fahrzeugklimaanlagen bekannt, deren Kältemittelkreislauf einen als Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildeten indirekten Kondensator aufweist, der im Wärmebetrieb über einen kondensatorseitigen Kühlmittelkreislauf und dem dort stromabwärts integrierten Heizungswärmeübertrager die Luft des Fahrzeuginnenraums erwärmt. Elektrifizierte Fahrzeuge benötigen neben mindestens einem Frontverdampfer einen separaten Kühlmittelkreislauf zur Konditionierung und Temperierung des in der Regel als Hochvoltbatterie realisierten Energiespeichers. Ein solcher Kühlmittelkreislauf kann mittels eines Wärmeübertragers mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt werden, wobei ein solcher Wärmeübertrager seinerseits ebenfalls als Verdampfer zum Kühlen eines Luftstromes bzw. als sogenannter Chiller zum Kühlen von Wasser ausgebildet ist.
  • Auch der Einsatz des Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeugklimaanlage in einem Wärmepumpenbetrieb zum Aufheizen der Fahrgastzelle ist bekannt. In seiner Verschaltung bzw. Funktion als Wärmepumpe ist der Kältemittelkreislauf in der Lage, einen Luft- oder auch Wasserstrom bzw. Kühlmittelstrom zu erwärmen und diese Wärme direkt oder indirekt an die Luft der Fahrgastzelle abzugeben.
  • Eine gattungsbildende Fahrzeugklimaanlage mit einer integrierten Wärmepumpenanlage zum Kühlen und Heizen ist aus der DE 101 63 607 A1 bekannt, bei welcher im Wärmepumpenbetrieb die Energie indirekt über Wärmeträgerflüssigkeiten in den Luftstrom für die Fahrzeugkabine eingebracht wird. Dies wird mit einem Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher, dem sogenannten Heizungswärmeübertrager im Klimagerät des Fahrzeugs realisiert, indem zum Heizen des Luftstromes das Kältemittel abgekühlt und gegebenenfalls kondensiert und zum Kühlen des Luftstromes das Kältemittel verdampft und erwärmt wird. Bei dieser bekannten Fahrzeugklimaanlage wird im Kältemittelanlagenbetrieb das von einem Kältemittelverdichter verdichtete Kältemittel über einen Gaskühler und einen inneren Wärmetauscher über ein erstes Expansionsventil in einen Verdampfer entspannt. Anschließend strömt das Kältemittel zurück über die Niederdruckseite zum Kältemittelverdichter. Im Heizbetrieb wird das von dem Kältemittelverdichter verdichtete Kältemittel über einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher geführt, wo ein Teil der Wärme des Kältemittels auf einen Kühlmittelkreislauf zum Heizen der Fahrgastzelle übertragen wird, und strömt anschließend über den inneren Wärmetauscher in das erste Expansionsventil und wird dabei in den Verdampfer entspannt. Anschließend wird das Kältemittel mittels eines zweiten Expansionsventil in einen Kältemittel-Wärmemittel-Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme entspannt, wo dem Kältemittel Wärme aus dem Motorkühlmittel zugeführt wird. Schließlich strömt das Kältemittel über die Niederdruckseite und den inneren Wärmetauscher zurück zum Kältemittelverdichter.
  • Der Reheat-Betrieb einer Fahrzeugklimaanlage zeichnet sich dadurch aus, dass die Luft, welche über das Klimagerät und den dort untergebrachten Wärmeübertragern in die Fahrgastzelle einströmt, zunächst entfeuchtet (also abgekühlt) und im Anschluss auf die gewünschte Ausblastemperatur erwärmt wird. In der Regel erfolgt der Reheat-Betrieb bei einer Umgebungstemperatur von ca. 5 bis 25°C und entsprechend erhöhter relativer Luftfeuchtigkeit.
  • Verbrennungsmotorisch angetriebene Fahrzeuge führen ca. 50% der anfallenden Abwärme über das Kühlwasser an die Umgebung ab. Diese Abwärme kann auch zum Beheizen des Fahrzeugs genutzt werden, insbesondere auch im Reheat-Betrieb.
  • Elektrofahrzeuge führen ihre Abwärme zu annähernd 100% über das Kühlwasser ab, jedoch auf deutlich geringerem Temperaturniveau. In der Regel ist dieses Temperaturniveaus so gering, dass die Abwärme nur bedingt bzw. nicht zum Heizen genutzt werden kann. Daher muss elektrisch geheizt werden.
  • Eine energieeffiziente Methode besteht darin, die erforderliche Heizwärme mittels eines Wärmepumpenprozesses bereitzustellen. Hierbei erfolgt die Verdampfung des Kältemittels bekannterweise im Verdampfer des Klimagerätes oder bspw. zusätzlich über mindestens einen Wasser-Kältemittel-Wärmeübertrager, dem sogenannten Chiller, der entweder zur Kühlung eines Energiespeichers eingesetzt oder zur Wärmeentnahme aus weiteren Elektronikkomponenten genutzt werden kann, um einen Wärmeprozess zu betreiben. Die Kondensation des Kältemittels für den Heizbetrieb erfolgt nicht im Kondensator der Fahrzeugfront, sondern entweder in einem inneren Kondensator/Gaskühler über das Kühlwasser des Heizungskreises oder in einem mit Luft beaufschlagten Heizregister im Klimagerät. In beiden Fällen wird die Luft nach dem Verdampfer wieder erwärmt.
  • Idealerweise entspricht die von dem mindestens einen Verdampfer aufgenommene Wärme zusammen mit der über den Verdichter ins Kältemittel eingetragenen Leistung exakt dem in das Kühlwasser und anschließend vom Kühlwasser (über den Heizungswärmeübertrager) oder dem vom Kältemittel über den Heizregister übertragenen Wärmestrom, der zur Einstellung der erforderlichen Komfortwärme für die Kabinenzuluft unter Berücksichtigung der auftretenden Wärmeübergangsverlusten aufzubringen ist.
  • So müsste bei einem Heizleistungsdefizit eine weitere Wärmequelle, zum Beispiel ein Chiller benutzt werden und bei einem Heizleistungsüberschuss eine weitere Wärmesenke (Kondensator/Gaskühler) bereitgestellt werden.
  • Da es sich bei einem Wärmepumpenprozess um einen geschlossenen Kreisprozess handelt, muss die einer Fahrzeugklimaanlage durch Verdichter und Wärmezufuhr an den mindestens einen Verdampfer zugeführte Leistung einem Kondensator/Gaskühler wieder abgeführt werden. Besteht auf Seiten von Kälte- und Wärmebedarf ein betragsmäßiges Ungleichgewicht, wobei in der Regel ein Leistungsüberschuss auf der Heißseite besteht, wird das System der Fahrzeugklimaanlage instabil und der Hochdruck steigt, bis es zur Systemabregelung aufgrund des Erreichens der Hochdruckgrenze bis im äußersten Fall zu Hochdruckausstiegen und Abschalten der Klimaanlagekommen kann.
  • Alternativ wäre es möglich, den Kondensator bzw. Gaskühler als zusätzliche Wärmesenke neben dem Heizgaskühler bzw. Heizkondensator bereitzustellen. Jedoch ist in diesem Fall mit einem rapiden Einbruch des Hochdrucks zu rechnen, da sich das Druckniveau im System auf den sich durch die Umgebungstemperatur vorgegebenen Kondensationsdruck einstellen wird, der sich seinerseits unterhalb des Drucks, der zum Eintrag von Wärme in den Luftstrom durch ein Heizregister oder in das Kühlwasser erforderlich ist, einstellen würde.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Fahrzeugklimaanlage der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein stabiler und gut regelbarer Wärmepumpenprozess erzielt wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Fahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Eine solche Fahrzeugklimaanlage mit einem als Wärmepumpenkreislauf mit Heizfunktion und als Kältekreislauf betreibbaren Kältemittelkreislauf mit Kühl- und Entfeuchtungsfunktion umfasst:
    • – einen Verdampfer, einen Kältemittelverdichter, einen Kältemittelkondensator oder einen Gaskühler, ein dem Verdampfer zugeordnetes erstes Expansionsventil und einen Wärmetauscher, wobei die aufgeführten Komponenten den Kältemittelkreislauf bilden, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
    • – ein zweites Expansionsorgan dem Kältemittelkondensator/Gaskühler stromabwärts vorgeschaltet ist,
    • – ein Absperrventil dem Wärmetauscher stromabwärts nachgeschaltet und mit dem ersten Expansionsventil verbunden ist, und
    • – über einen Abzweigpunkt des Kältemittelkreislaufes wenigstens ein Kältemittel-Teilstrom über das zweite Expansionsorgan stromabwärts abgeleitet wird.
  • Bei dieser erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage wird im Wärmepumpenprozess die überschüssige Energie im Heizungskreis über den Kondensator/Gaskühler abgeführt, der über ein zweites Expansionsorgan auf ein Zwischendruckniveau eingestellt ist.
  • Damit bleibt der Wärmepumpenprozess stabil und gut regelbar. Das Hochdruckniveau kann stabil auf einem Zielwert gehalten werden. Es sind weder Druckanstiege noch Systemabschaltungen aufgrund eines „Überhitzens” zu erwarten. Es kann weiterhin Wärme im erforderlichen Umfang aus dem Kältemittelkreislauf in den Heizungskreislauf übertragen werden, da der Abgabewärmestrom entsprechend einer Sollwertvorgabe geregelt werden kann und überschüssige Anteile an die Umgebung übertragen werden.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist für den Kälteanlagenbetrieb der Fahrzeugklimaanlage ein dem Kältemittelverdichter nachgeschaltetes Absperrventil mit dem Abzweigpunkt verbunden.
  • Für einen Heizbetrieb der Fahrzeugklimaanlage ist weiterbildungsgemäß ein dem Kältemittelverdichter nachgeschaltetes Absperrventil mit dem Wärmetauscher verbunden.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher des Kältemittelkreislaufes zur Kopplung an einen Heizungskreislauf als Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher ausgebildet ist und in dem Heizungskreislauf ein Heizungswärmetauscher zur Durchführung der Heizfunktion angeordnet ist. Anstelle des Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauschers kann ein als Heizregister ausgebildete Wärmetauscher eingesetzt werden, der in einem Klimagerät der Fahrzeugklimaanlage angeordnet ist und dort direkt von Luft zur Erwärmung der Fahrgastzelle umströmt wird.
  • Bei einem Heizdefizit ist weiterbildungsgemäß ein Chiller mit einem dritten Expansionsorgan parallel zum Verdampfer und dem ersten Expansionsorgan parallel geschaltet, wobei der Chiller mit einem Kühlmittelkreislauf gekoppelt ist, welcher eine Wärmequelle, bspw. Elektronikkomponenten, und einen Niedertemperaturkühler aufweist. Damit kann diesen Wärmequellen Wärme entzogen werden und diese Wärme dem Kältekreis und gegebenenfalls dem Kühlkreis als Heizenergie zur Verfügung gestellt werden.
  • In vorteilhafter Weise ist weiterbildungsgemäß das zweite Expansionsorgan mit einem Leitungsquerschnitt entsprechend des Leitungsdurchmessers im Vor- und Nachlauf des Expansionsorgans ausgebildet. Andernfalls wird weiterbildungsgemäß ein Bypassventil dem zweiten Expansionsorgan parallel geschaltet. Damit können Druckverluste ausgeglichen werden, falls der Strömungsquerschnitt des zweiten Expansionsorgans für den normalen Kühlmodus der Fahrzeugklimaanlage nicht ausreichend ist.
  • Eine solche erfindungsgemäße Fahrzeugklimaanlage ist geeignet für den Einsatz in allen Fahrzeugtypen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Schaltbild einer Fahrzeugklimaanlage als erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, und
  • 2 ein Schaltbild einer Fahrzeugklimaanlage als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die Fahrzeugklimaanlage 1 gemäß 1 umfasst einen Kältemittelkreislauf 2, einen Heizungskreislauf 8 und einen Kühlmittelkreislauf 10.
  • Der Kältemittelkreislauf 2 besteht aus einem Verdampfer 3, einem Kältemittelverdichter 4, einem Kältemittelkondensator bzw. Gaskühler 5, einem als Expansionsventil ausgebildeten ersten Expansionsorgan 6 und einem Kältemittel-Heizmittel-Wärmeübertrager 7. Auf der Hochdruckseite des Kältemittelverdichters 4 sind zwei Absperrventile 14 und 15 vorgesehen. Das Absperrventil 14 wird bei geschlossenem Absperrventil 15 für den Kältemittelanlagenbetrieb geöffnet und das Absperrventil 15 wird bei geschlossenem Absperrventil 14 für den Heizbetrieb geöffnet.
  • Der Heizungskreislauf 8 besteht aus dem Kältemittel-Heizmittel-Wärmeübertrager 7, mit Wasser als Heizmittel, einer Wasserpumpe 18, einem Heizelement 19 und einem Heizungswärmetauscher 9.
  • Der Verdampfer 3 und der Heizungswärmetauscher 9 sind in einem Klimagerät 1.1 der Fahrzeugklimaanlage 1 untergebracht.
  • Das von dem Kältemittelverdichter 4 auf einen Hochdruck p1 verdichtete Kältemittel wird im Kälteanlagebetrieb des Kältemittelkreislaufes 2 über das geöffnete Absperrventil 14 dem im Frontbereich des Fahrzeugs angeordneten Gaskühler 5 über ein als Expansionsventil ausgebildetes zweites Expansionsorgan 17 auf dem Druckniveau p2 ≤ p1 maximal entdrosselt zugeführt. Nach einer Kondensation des Kältemittels in dem Gaskühler 5 wird das Kältemittel über ein Rückschlagventil 24 und das erste Expansionsventil 6 in den Verdampfer 3 auf einen Druck p3 entspannt, wobei p3 < p2 ≤ p1 gilt. Die dem Kältemittel mittels des Gaskühlers 5 entzogene Wärme wird über einen Luftstrom L2 in die Fahrzeugumgebung abgeführt. Der dem Verdampfer 3 zugeführte Luftstrom L1 wird von diesem gekühlt und der Fahrgastzelle des Fahrzeugs zugeführt. Hierzu wird eine Luftklappe 1.11 des Klimagerätes 1.1 so eingestellt, dass dieser Luftstrom L1 nicht oder nicht vollständig über den Heizungswärmetauscher 9 geführt wird.
  • Das zweite Expansionsventil 17 ist mit seinem Strömungsquerschnitt so auszuführen, dass es für diesen normalen Kälteanlagebetrieb (AC-Modus) nahezu keine Druckverluste verursacht. Daher sollte der Öffnungsdurchmesser idealerweise dem Durchmesser der dem Gaskühler 5 zugeführten Klimaleitung im Vor- und Nachlauf entsprechen. Alternativ wäre es auch möglich, dem zweiten Expansionsventil 17 zur Entdrosselung ein abschaltbares Bypassventil 25 parallel zu schalten, wie dies in 1 gestrichelt dargestellt ist.
  • Zwischen dem Absperrventil 14 und dem zweiten Expansionsventil 17 befindet sich ein Abzweigpunkt 2.1 des Kältemittelkreislaufes 2, der stromabwärts über ein Absperrventil 16 mit dem ersten Expansionsventil 6 und stromaufwärts mit dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher 7 verbunden ist. Im Kälteanlagebetrieb ist dieses Absperrventil 16 geschlossen, so dass das verdichtete Kältemittel über das zweite Expansionsventil 17 dem Gaskühler 5 zugeführt wird.
  • Für den Heiz- und Reheat-Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 wird das verdichtete Kältemittel bei geschlossenem Absperrventil 14 über das geöffnete Absperrventil 15 dem Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 7 zugeführt, der als Kältemittel-Wasser-Wärmetauscher 7 ausgeführt ist. Dieser Kältemittel-Wasser-Wärmetauscher 7 bildet stromabwärts mit der Wasserpumpe 18, dem Heizelement 19 und dem in dem Klimagerät 1.1 angeordneten Heizungswärmetauscher 9 den Heizungskreislauf 8.
  • Im Reheat-Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 wird die von dem Verdampfer 3 an das Kältemittel abgegebene Wärme zusammen mit der vom Kältemittelverdichter 4 ins Kältemittel eingetragenen Antriebsleistung über den Kältemittel-Wasser-Wärmetauscher 7 auf den Heizungskreislaufes 8 übertragen, so dass der der Fahrgastzelle zugeführte Luftstrom L1 nach einer Kühlung an dem Verdampfer 3 an dem Heizungswärmetauscher 9 wieder erwärmt wird. Hierzu nimmt die Luftklappe 1.11 des Klimagerätes 1.1 die in der 1 dargestellte Stellung ein, so dass der Luftstrom L1 vollständig über diesen Heizungswärmetauscher 9 geführt wird.
  • Um im Reheat-Betrieb der Fahrzeugklimaanlage 1 einen Leistungsüberschuss auf der Heißseite des Kühlmittelkreislaufes 2 zu vermeiden, wird bei geschlossenem Absperrventil 16 das Kältemittel nicht dem ersten Expansionsventil 6 zugeführt, sondern über das zweite Expansionsventil 17 in den Gaskühler 5 entspannt. Damit wird die im Kältemittel überschüssige und gebundene Wärme über den Gaskühler 5 auf den Luftstrom 12 übertragen und von diesem abgeführt. Damit kann Wärme im Reheat-Betrieb des Kältemittelkreislaufes 2 in einem Teilumfang über den Kältemittel-Wärmemittel-Wärmetauscher 7 partiell in den Heizungskreislauf 8 übertragen werden.
  • Die Luftklappe 1.11 im Klimagerät 1.1 nimmt in diesem Fall eine Zwischenposition ein, nicht die gesamte Luftmenge strömt über den Heizungswärmetauscher 9. Stattdessen stellen sich zwei Teilvolumenströme über den Heizungswärmetauscher 9 und an dem Heizungswärmetauscher 9 vorbei ein, die stromabwärts wieder miteinander vermischt werden und die gewünschte Zwischentemperatur ergeben.
  • Gemäß 1 umfasst die Fahrzeugklimaanlage 1 auch einen Kühlmittelkreislauf 10 mit einem dem Luftstrom 12 ausgesetzten Niedertemperaturkühler 13, der in Strömungsrichtung mit einer Wasserpumpe 20, einem Chiller 12, einer Wärmequelle 11 und einem Absperrventil 22 verbunden ist. Ein weiteres Absperrventil 23 überbrückt den Niedertemperaturkühler 13. Der Chiller 12 ist zusammen mit einem dritten als Expansionsventil ausgeführten Expansionsorgan 21, welches idealerweise eine integrierte Absperrfunktion aufweist, parallel zur Reihenschaltung aus dem Verdampfer 3 und dem ersten Expansionsventil 6 geschaltet. Als Wärmequelle 11 dienen bspw. eine Hochvoltbatterie und/oder elektrische Komponenten, wie bspw. Elektromotoren oder Leistungselektroniken.
  • Der Chiller 12 dient u. a. dazu, bei einem Heizdefizit die von der Wärmequelle 11 auf das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes 10 übertragene Wärme auf den Kältemittelkreislauf 2 zu übertragen, wobei in dieser Funktion der Chiller 12 zusammen mit dem dritten Expansionsventil 21 als Verdampfer arbeitet. Diese Wärme wird dann über den Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher 7 auf den Heizungskreislauf 8 übertragen und damit letztendlich mittels des Heizungswärmetauschers 9 der Luftstrom L1 erwärmt. Bei Dieser Funktion des Chillers 12 ist, je nach Temperaturniveau im Kühlkreis 10, das Absperrventil 22 geschlossen und das Absperrventil 23 geöffnet oder umgekehrt, das Absperrventil 22 geöffnet und das Absperrventil 23 geschlossen.
  • Ist der Chiller 12 nicht zur Heizungsunterstützung erforderlich, ist das dritte Expansionsventil 21 sowie das Absperrventil 23 geschlossen, jedoch das Absperrventil 42 geöffnet, so dass die Wärme der Wärmequelle 11 über den Niedertemperaturkühler 13 über den Luftstrom 12 nach außen abgeführt wird.
  • Darüber hinaus kann ein Bedarf an dem Chiller gegeben sein, sollte eine aktive Batteriekühlung gefordert werden, d. h. die Kühlleistung des Niedertemperaturkühlers 13 ist nicht mehr alleine ausreichen, um die in der Wärmequelle 11 anfallende Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf 10 abzuführen.
  • Das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fahrzeugklimaanlage 1 gemäß 2 unterscheidet sich von derjenigen nach 1 dadurch, dass der Kältemittel-Wärmemittel-Wärmeübertrager 7 als Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, als sogenanntes Heizregister ausgebildet und in dem Klimagerät 1.1 angeordnet ist. Der Heizungskreislauf 8 ist daher nicht mit dem Kältemittelkreislauf 2 gekoppelt, sondern weist anstelle des Kältemittel-Wärmemittel-Wärmeübertragers 7 eine alternative Wärmequelle 11.1 auf.
  • Mit diesem Heizungskreislauf 8 gemäß 2 kann gegebenenfalls die Wärme der Wärmequelle 11.1 mittels des Heizungswärmetauschers 9 zum Heizen des Luftstromes L1 eingesetzt werden. Für die Anordnung des Heizregisters 7 gibt es verschiedene Möglichkeiten, so kann der Luftstrom L1 nach dem Verdampfer 3 entweder über den Heizungswärmetauscher 9 und anschließend über das Heizregister 7 oder umgekehrt zuerst über das Heizregister 7 und anschließend über den Heizungswärmetauscher 9 geführt werden. Auch wäre es möglich, den Luftstrom L1 nur über den Verdampfer und das Heizregister 7 zu führen und auf den Heizungswärmetauscher 9 zu verzichten.
  • Ansonsten entspricht die Funktion der in 2 dargestellten Fahrzeugklimaanlage 1 derjenigen gemäß 1.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Fahrzeugklimaanlage
    1.1
    Klimagerät der Fahrzeugklimaanlage 1
    1.11
    Luftklappe
    2
    Kältemittelkreislauf der Fahrzeugklimaanlage 1
    2.1
    Abzweigpunkt des Kältemittelkreislaufes 2
    3
    Verdampfer des Kältemittelkreislaufes 2
    4
    Kältemittelverdichter des Kältemittelkreislaufes 2
    5
    Kältemittelkondensator, Gaskühler
    6
    erstes Expansionsorgan, Expansionsventil
    7
    Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher
    8
    Heizungskreislauf
    9
    Heizungswärmetauscher des Heizungskreislaufes 8
    10
    Kühlmittelkreislauf
    11
    Wärmequelle
    11.1
    Wärmequelle des Heizungskreislaufs
    12
    Wärmeübertrager des Kühlmittelkreislaufes 10
    13
    Niedertemperaturkühler des Kühlmittelkreislaufes 10
    14
    Absperrventil
    15
    Absperrventil
    16
    Absperrventil
    17
    zweites Expansionsorgan, Expansionsventil
    18
    Wasserpumpe des Heizungskreislaufes 8
    19
    Heizelement des Heizungskreislaufes 8
    20
    Kühlmittelpumpe des Kühlmittelkreislaufes 10
    21
    Drittes Expansionsorgan, Expansionsventil
    22
    Absperrventil des Kühlmittelkreislaufs 10
    23
    Absperrventil des Kühlmittelkreislaufs 10
    24
    Rückschlagventil
    25
    Bypassventil, Absperrventil
  • 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
    • DE 10163607 A1 [0005]

Claims (9)

  1. Fahrzeugklimaanlage (1) mit einem als Wärmepumpenkreislauf mit Heizfunktion und als Kältekreislauf mit Kühl- und Entfeuchtungsfunktion betreibbaren Kältemittelkreislauf (2), umfassend: – einen Verdampfer (3), einen Kältemittelverdichter (4), einen Kältemittelkondensator/Gaskühler (5), ein dem Verdampfer (3) zugeordnetes erstes Expansionsorgan (6) und einen Wärmetauscher (7), wobei die aufgeführten Komponenten (3, 4, 5, 6, 7) den Kältemittelkreislauf (2) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass – ein zweites Expansionsorgan (17) dem Kältemittelkondensator/Gaskühler (5) stromabwärts vorgeschaltet ist, – ein Absperrventil (16) dem Wärmetauscher (7) stromabwärts nachgeschaltet und mit dem ersten Expansionsventil (6) verbunden ist, und – über einen Abzweigpunkt (2.1) des Kältemittelkreislaufes (2) stromabwärts wenigstens ein Kältemittel-Teilstrom über das zweite Expansionsorgan (17) abgeleitet wird.
  2. Fahrzeugklimaanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Kälteanlagenbetrieb der Fahrzeugklimaanlage (1) ein dem Kältemittelverdichter (4) nachgeschaltetes Absperrventil (14) mit dem Abzweigpunkt (2.1) verbunden ist.
  3. Fahrzeugklimaanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Heizbetrieb der Fahrzeugklimaanlage (1) ein dem Kältemittelverdichter (4) nachgeschaltetes Absperrventil (15) mit dem Wärmetauscher (7) verbunden ist.
  4. Fahrzeugklimaanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der Wärmetauscher des Kältemittelkreislaufes (2) zur Kopplung an einen Heizungskreislauf (8) als Kältemittel-Heizmittel-Wärmetauscher (7) ausgebildet ist, und – in dem Heizungskreislauf (8) ein Heizungswärmetauscher (9) zur Durchführung der Heizfunktion angeordnet ist.
  5. Fahrzeugklimaanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher des Kältemittelkreislaufes (2) als Kältemittel-Luft-Wärmetauscher (7) ausgebildet ist.
  6. Fahrzeugklimaanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Chiller (12) mit einem dritten Expansionsorgan (21) parallel dem Verdampfer (3) und dem ersten Expansionsorgan (6) parallel geschaltet ist, und – der Chiller (12) mit einem Kühlmittelkreislauf (10) gekoppelt ist, welcher eine Wärmequelle (11) und einen Niedertemperaturkühler (13) aufweist.
  7. Fahrzeugklimaanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Expansionsorgan (17) mit einem Leitungsquerschnitt entsprechend des Leitungsdurchmessers im Vor- und Nachlauf des Expansionsorgan (17) ausgebildet ist.
  8. Fahrzeugklimaanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypassventil (25) dem zweiten Expansionsorgan (17) parallel geschaltet ist.
  9. Fahrzeug mit einer Fahrzeugklimaanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
DE102015002166.4A 2015-02-19 2015-02-19 Fahrzeugklimaanlage mit Reheat-Betrieb Pending DE102015002166A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015002166.4A DE102015002166A1 (de) 2015-02-19 2015-02-19 Fahrzeugklimaanlage mit Reheat-Betrieb

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015002166.4A DE102015002166A1 (de) 2015-02-19 2015-02-19 Fahrzeugklimaanlage mit Reheat-Betrieb

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015002166A1 true DE102015002166A1 (de) 2016-08-25

Family

ID=56577301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015002166.4A Pending DE102015002166A1 (de) 2015-02-19 2015-02-19 Fahrzeugklimaanlage mit Reheat-Betrieb

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015002166A1 (de)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107453008A (zh) * 2017-09-14 2017-12-08 汽-大众汽车有限公司 一种纯电动车用电池包加热系统及其控制方法
WO2020120063A1 (de) * 2018-12-14 2020-06-18 Siemens Mobility GmbH Anordnung zur kälteerzeugung für ein triebfahrzeug
DE102019121519A1 (de) * 2019-08-09 2021-02-11 Audi Ag Effizienzoptimierter Kältekreis für Elektrofahrzeuge
WO2021121697A1 (de) 2019-12-19 2021-06-24 Audi Ag Kältemittelmanagement für ein nachheizverfahren zum betreiben einer kälteanlage für ein kraftfahrzeug, kälteanlage und kraftfahrzeug mit einer solchen kälteanlage
DE102020117704A1 (de) 2020-07-06 2022-01-13 Audi Aktiengesellschaft Kälteanlage einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf und einem Fluid-Heizkreis
IT202100006896A1 (it) * 2021-03-23 2022-09-23 Aircodue S R L Impianto di condizionamento e riscaldamento ambientale
DE102021123257A1 (de) 2021-09-08 2023-03-09 Denso Automotive Deutschland Gmbh Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensystem für Fahrzeuge und Verfahren zur Entfeuchtung und Wiedererwärmung von Kabinenluft durch Verwendung des besagten Systems
DE102021128480A1 (de) 2021-11-02 2023-05-04 Denso Corporation Fahrzeugklimaanlage

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10163607A1 (de) 2001-12-21 2003-07-10 Daimler Chrysler Ag Aufbau und Regelung einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10163607A1 (de) 2001-12-21 2003-07-10 Daimler Chrysler Ag Aufbau und Regelung einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107453008A (zh) * 2017-09-14 2017-12-08 汽-大众汽车有限公司 一种纯电动车用电池包加热系统及其控制方法
CN107453008B (zh) * 2017-09-14 2023-08-04 一汽-大众汽车有限公司 一种纯电动车用电池包加热系统及其控制方法
WO2020120063A1 (de) * 2018-12-14 2020-06-18 Siemens Mobility GmbH Anordnung zur kälteerzeugung für ein triebfahrzeug
CN113195984A (zh) * 2018-12-14 2021-07-30 西门子交通有限公司 用于为机车制冷的装置
CN113195984B (zh) * 2018-12-14 2023-03-03 西门子交通有限公司 用于为机车制冷的装置
DE102019121519A1 (de) * 2019-08-09 2021-02-11 Audi Ag Effizienzoptimierter Kältekreis für Elektrofahrzeuge
WO2021121697A1 (de) 2019-12-19 2021-06-24 Audi Ag Kältemittelmanagement für ein nachheizverfahren zum betreiben einer kälteanlage für ein kraftfahrzeug, kälteanlage und kraftfahrzeug mit einer solchen kälteanlage
DE102020117704A1 (de) 2020-07-06 2022-01-13 Audi Aktiengesellschaft Kälteanlage einer Fahrzeugklimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf und einem Fluid-Heizkreis
IT202100006896A1 (it) * 2021-03-23 2022-09-23 Aircodue S R L Impianto di condizionamento e riscaldamento ambientale
DE102021123257A1 (de) 2021-09-08 2023-03-09 Denso Automotive Deutschland Gmbh Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensystem für Fahrzeuge und Verfahren zur Entfeuchtung und Wiedererwärmung von Kabinenluft durch Verwendung des besagten Systems
DE102021128480A1 (de) 2021-11-02 2023-05-04 Denso Corporation Fahrzeugklimaanlage

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012111672B4 (de) Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage mit Wärmepumpen- und Nachheizfunktionalität
DE102015002166A1 (de) Fahrzeugklimaanlage mit Reheat-Betrieb
DE102011118162C5 (de) Kombinierte Kälteanlage und Wärmepumpe und Verfahren zum Betreiben der Anlage mit funktionsabhängiger Kältemittelverlagerung innerhalb des Kältemittelkreislaufes
DE102010042127B4 (de) Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges
EP1264715B2 (de) Fahrzeugkühlsystem für eine temperaturerhöhende Einrichtung sowie Verfahren zur Kühlung der temperaturerhöhenden Einrichtung
EP3444542B1 (de) Kreislaufsystem für ein fahrzeug und verfahren dazu
DE102019125197A1 (de) Wärmepumpensystem für ein fahrzeug
DE102014111971B4 (de) Klimaanlage für ein Fahrzeug
DE102018118118A1 (de) Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems
DE112013003304T5 (de) Fahrzeugklimaanlageneinheit
DE102015122721A1 (de) Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems
DE102012105314A1 (de) Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug
DE102013206630A1 (de) Kühl- und Heizsystem für ein Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben eines derartigen Kühl- und Heizsystems
DE102015015125A1 (de) Fahrzeugklimaanlage
DE102013206626A1 (de) Wärmepumpenanlage sowie Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeuges
DE102018126933A1 (de) Dampfeinspritzungswärmepumpe und Steuerverfahren
DE102017109309A1 (de) Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems
DE102015110571A1 (de) Fahrzeugklimaanlage und Verfahren zur Steuerung der Fahrzeugklimaanlage zur Temperierung einer Fahrzeugbatterie
DE102020117471B4 (de) Wärmepumpenanordnung mit indirekter Batterieerwärmung für batteriebetriebene Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanordnung
DE102016006682A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs sowie Klimaanlage zur Durchführung des Verfahrens
DE102013214267A1 (de) Wärmepumpen-Anlage für ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, sowie Verfahren zum Betrieb einer solchen Wärmepumpen-Anlage
WO2014166596A1 (de) Fahrzeugklimatisierungseinrichtung
DE102016004999B3 (de) Fahrzeugklimaanlage
DE102016203045A1 (de) Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Innenraums eines Fahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Temperiereinrichtung
DE112013002754B4 (de) Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication