DE102015122721A1 - Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems - Google Patents

Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1''''') eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (2, 2', 2'', 2''', 2'''', 2''''') für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus und in einem Wärmepumpenmodus. Der Kältemittelkreislauf weist einen Primärkreislauf mit einem Verdichter (3), einem Wärmeübertrager (4) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, einem Expansionsorgan (7) und einem Wärmeübertrager (8) zur Wärmeübertragung von der zu konditionierenden Zuluft (15) des Fahrgastraums an das Kältemittel sowie einen ersten Strömungspfad (17, 17'') auf. Der Strömungspfad (17, 17'') erstreckt sich ausgehend von einer zwischen dem Verdichter (3) und dem Wärmeübertrager (4) angeordneten Abzweigstelle (13) bis zu einer Mündungsstelle (18, 18a) und ist mit einem Wärmeübertrager (9) zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Zuluft (15) des Fahrgastraums ausgebildet. Der Wärmeübertrager (9) ist in Strömungsrichtung der Zuluft (15) des Fahrgastraums dem Wärmeübertrager (8) nachgeordnet. Das Klimatisierungssystem (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1''''') ist mit einem Heizwärmeübertrager (10) als Komponente eines Kühlmittelkreislaufs zur Erwärmung der Zuluft (15) des Fahrgastraums ausgebildet, welcher in Strömungsrichtung der Zuluft (15) des Fahrgastraums dem Wärmeübertrager (8) nachgeordnet ist. Die Erfindung betrifft zudem Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem zur Konditionierung der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus und in einem Wärmepumpenmodus. Der Kältemittelkreislauf weist einen Primärkreislauf mit einem Verdichter, einem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, einem Expansionsorgan und einem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung von der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums an das Kältemittel auf. Der Kältemittelkreislauf ist des Weiteren mit einem ersten Strömungspfad ausgebildet, welcher sich ausgehend von einer zwischen dem Verdichter und dem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung angeordneten Abzweigstelle bis zu einer Mündungsstelle erstreckt und einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Zuluft des Fahrgastraums aufweist, wobei der Wärmeübertrager in Strömungsrichtung der Zuluft des Fahrgastraums dem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung von der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums an das Kältemittel nachgeordnet ist. Das Klimatisierungssystem weist zudem mindestens einen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager als Komponente eines Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs auf. Des Weiteren betrifft die Erfindung Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems.
  • Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeugen wird zur Erwärmung der Zuluft für den Fahrgastraum die Abwärme des Motors genutzt. Die Abwärme wird mittels des im Motorkühlmittelkreislauf umgewälzten Kühlmittels zur Klimaanlage transportiert und dort über den Heizungswärmeübertrager an die in den Fahrgastraum einströmende Luft übertragen. Bekannte Anlagen mit Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, welche die Heizleistung aus dem Kühlmittelkreislauf eines effizienten Verbrennungsmotors des Fahrzeugantriebs beziehen, erreichen bei niedrigen Umgebungstemperaturen nicht mehr das für eine komfortable Aufheizung des Fahrgastraums erforderliche Niveau, um den Gesamtwärmebedarf des Fahrgastraums zu decken. Ähnliches gilt für Anlagen in Fahrzeugen mit Hybridantrieb.
  • Wenn der Gesamtwärmebedarf des Fahrgastraums mittels der Wärme aus dem Motorkühlmittelkreislauf nicht gedeckt werden kann, sind Zuheizmaßnahmen, wie elektrische Widerstandsheizungen (PTC) oder Kraftstoffheizer, erforderlich. Eine effizientere Möglichkeit zur Beheizung der Luft für den Fahrgastraum ist eine Wärmepumpe mit Luft als Wärmequelle, bei welcher der Kältemittelkreislauf sowohl als einzige Beheizung als auch als Zuheizmaßnahme dient.
  • Zum Stand der Technik gehörende Luft-Luft-Wärmepumpen, die für den kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus, das heißt für einen Heizmodus, sowie für einen Nachheizmodus, auch als Reheat-Betrieb bezeichnet, ausgebildet sind, nehmen die Wärme aus der Umgebungsluft auf. Die herkömmlichen Luft-Luft-Wärmepumpen weisen einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, einen Wärmeübertrager zur Wärmezufuhr von der zu konditionierenden Luft des Fahrgastraums an das Kältemittel sowie einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Luft für den Fahrgastraum auf. Die Leistungen werden jeweils zwischen dem Kältemittel und Luft übertragen. Im sogenannten „Reheat“- beziehungsweise Nachheizmodus wird die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft abgekühlt, dabei entfeuchtet und anschließend geringfügig wieder aufgeheizt. In diesem Betriebsmodus ist die erforderliche Nachheizleistung geringer als die erforderliche Kälteleistung zum Kühlen und Entfeuchten der Luft.
  • Der Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebungsluft der Luft-Luft-Wärmepumpe ist dabei außerhalb des Gehäuses des Klimatisierungssystems an der Frontseite des Kraftfahrzeugs angeordnet und wird insbesondere durch den Fahrtwind mit Luft beaufschlagt. Der außerhalb des Gehäuses des Klimatisierungssystems angeordnete Wärmeübertrager wird auch als Umgebungswärmeübertrager bezeichnet. Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Kälteanlagenmodus wird der Umgebungswärmeübertrager als Kondensator/Gaskühler zur Wärmeabgabe vom Kältemittel an die Umgebungsluft und beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Wärmepumpenmodus als Verdampfer zur Wärmeaufnahme vom Kältemittel aus der Umgebungsluft betrieben.
  • Aus der DE 10 2012 111 672 A1 geht ein Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage zur Konditionierung der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs hervor. Der Kältemittelkreislauf ist für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus sowie für einen Nachheizmodus ausgebildet und weist einen Verdichter, einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, ein erstes Expansionsorgan sowie einen Wärmeübertrager zur Wärmezufuhr von der zu konditionierenden Luft des Fahrgastraums an das Kältemittel, einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Luft für den Fahrgastraum und ein sich in Strömungsrichtung des Kältemittels daran anschließendes zweites Expansionsorgan auf.
  • Bei aus dem Stand der Technik bekannten Luft-Luft-Wärmepumpen wird die Wärme im Wärmepumpenmodus ausschließlich durch die Verdampfung des Kältemittels im Umgebungswärmeübertrager aufgenommen, sodass der Umgebungswärmeübertrager die einzige Wärmequelle für das Kältemittel darstellt. Bei Temperaturen der Umgebungsluft im Bereich von 0°C und unterhalb von 0°C kann die Wärmeübertragungsfläche des Umgebungswärmeübertragers vereisen. Als Folge der Aufnahme der Wärme aus der Umgebungsluft steigt die relative Luftfeuchtigkeit der abgekühlten Luft an. Beim Unterschreiten der Taupunkttemperatur wird der in der Luft vorhandene Wasserdampf auskondensiert und als Wasser an der Wärmeübertragungsfläche abgeschieden. Das an der Wärmeübertragungsfläche aus der Luft auskondensierte Wasser wird bei Oberflächentemperaturen im Bereich von 0°C und unterhalb von 0°C zu Eis erstarren. Die zunehmende Eisschicht verringert die luftseitige Wärmeübertragungsfläche sowie den luftseitigen Wärmeübergang und damit die Wärmeübertragung zwischen der Luft und dem verdampfenden Kältemittel, was zum Absinken der Verdampfungstemperatur und des Verdampfungsdruckes des Kältemittels führt.
  • Um den Vorgang der Vereisung der Wärmeübertragungsfläche des Umgebungswärmeübertragers zu verhindern oder zumindest zu verlangsamen wird beispielsweise der Saugdruck des Verdichters des Kältemittelkreislaufs beim Betrieb im Wärmepumpenmodus auf einen bestimmten unteren Wert begrenzt. Damit wird die maximal mögliche Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungsluft und der Verdampfungstemperatur des Kältemittels vorgegeben. Die Begrenzung des Saugdrucks verursacht allerdings auch eine Limitierung der Verdampferleistung als Wärmeaufnahme aus der Luft und damit der Heizleistung des Klimatisieriungssystems beim Betrieb im Wärmepumpenmodus. Bei geringen Umgebungstemperaturen, insbesondere von weniger als –10°C, reicht die Heizleistung für eine komfortable Aufheizung der Luft des Fahrgastraums nicht aus. Die fehlende Heizleistung ist durch den Einsatz von Zuheizkonzepten auszugleichen.
  • Aus dem Stand der Technik ist zudem bekannt, die Abwärme speziell der elektrischen Antriebskomponenten, zum Beispiel auch aus der Ladeluftkühlung, an das Kühlmittel eines Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs zu übertragen und anschließend über einen Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager an die Umgebungsluft abzugeben. Die in dem Niedertemperaturkühlmittelkreislauf auf einem niederen Temperaturniveau vorhandene Wärme kann unter Verwendung eines Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers, auch als Chiller bezeichnet, jedoch ebenso an das Kältemittel im Kältemittelkreislauf übertragen werden. Insbesondere beim Betrieb im Wärmepumpenmodus wird die Wärme zur Verdampfung des Kältemittels verwendet. Die Einbindung der Abwärme aus dem Niedertemperaturkühlmittelkreislauf trägt dabei einerseits dazu bei, die Heizleistung zu erhöhen und andererseits eine signifikant höhere Leistungszahl des Klimatisierungssystems zu erreichen. Je nach Bedarf kann zudem mittels des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs zusätzlich Wärme aus der Umgebung an das Kältemittel übertragen werden.
  • Die DE 10 2010 042 127 A1 offenbart einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs. Der Kältemittelkreislauf umfasst zum einen einen Primärkreislauf mit einem Verdichter, einem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, einem Sammler, einem ersten Expansionsorgan, einem Wärmeübertrager zur Wärmezufuhr von der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums an das Kältemittel sowie einem parallel zum Wärmeübertrager geschaltet angeordneten Wärmeübertrager. Der Kältemittelkreislauf weist zudem einen Sekundärstrang auf, welcher sich ausgehend von einer in Strömungsrichtung des Kältemittels dem Verdichter nachgeordneten Abzweigstelle bis zu einer dem ersten Expansionsorgan vorgelagerten Verbindungsstelle erstreckt und einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Zuluft des Fahrgastraums sowie ein sich daran anschließendes Regelventil aufweist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, die im Kraftfahrzeug, insbesondere von den Antriebskomponenten erzeugte Abwärme in den Kältemittelkreislauf des Klimatisierungssystems zu übertragen und beim Betrieb im Wärmepumpenmodus neben der Umgebungsluft als zusätzliche Wärmequelle zu nutzen.
  • Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zu Grunde, das Klimatisierungssystem für den kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenbetrieb zum Heizen, Kühlen und Entfeuchten der zu konditionierenden Zuuft des Fahrgastraums in konstruktiv einfacher Weise weiterzuentwickeln und zu verbessern sowie Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems bereitzustellen, mit denen eine verbesserte Regelbarkeit ermöglicht wird. Das Klimatisierungssystem soll unter Nutzung mehrerer Wärmequellen und Wärmesenken zudem effizient betreibbar und kompakt ausgeführt sein. Der Kältemittelkreislauf des Klimatisierungssystems soll dabei konstruktiv einfach aufgebaut sein und eine minimal notwendige Anzahl an Komponenten aufweisen, um lediglich minimale Betriebskosten, Herstellungskosten und Wartungskosten zu verursachen.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände und Verfahren mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus und in einem Wärmepumpenmodus gelöst. Der Kältemittelkreislauf weist einen Primärkreislauf mit einem Verdichter, einem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, einem Expansionsorgan und einem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung von der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums an das Kältemittel auf. Der Kältemittelkreislauf ist zudem mit einem ersten Strömungspfad ausgebildet, welcher sich ausgehend von einer zwischen dem Verdichter und dem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung angeordneten Abzweigstelle bis zu einer Mündungsstelle erstreckt und einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Zuluft des Fahrgastraums aufweist. Der Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Zuluft des Fahrgastraums ist in Strömungsrichtung der Zuluft des Fahrgastraums dem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung von der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums an das Kältemittel nachgeordnet. Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem weist mindestens einen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager als Komponente eines Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs auf. Der Kälteanlagenmodus dient vor allem dem Kühlen und der Wärmepumpenmodus dem Heizen der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums.
  • Nach der Konzeption der Erfindung ist zur Erwärmung der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums ein Heizwärmeübertrager als Komponente eines Kühlmittelkreislaufs ausgebildet. Der Heizwärmeübertrager ist in Strömungsrichtung der Zuluft des Fahrgastraums dem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung von der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums an das Kältemittel nachgeordnet.
  • Der Kältemittelkreislauf weist bevorzugt einen inneren Wärmeübertrager auf. Als innerer Wärmeübertrager wird dabei ein kreislaufinterner Wärmeübertrager verstanden, welcher der Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel bei unterschiedlichen Zustandsparametern dient. Eine Seite des inneren Wärmeübertragers ist vorteilhaft zwischen dem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung und der Mündungsstelle des ersten Strömungspfades angeordnet, sodass der innere Wärmeübertrager in bestimmten Betriebsmodi nicht oder beiderseits mit unterschiedlichen Kältemittelmassenströmen beaufschlagt wird.
  • Der Kältemittelkreislauf weist vorteilhaft einen Sammler auf, welcher in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung von der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums an das Kältemittel angeordnet ist. Damit ist der Sammler zwischen dem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung von der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums an das Kältemittel und einer Seite des inneren Wärmeübertragers sowie auf der Saugseite des Verdichters angeordnet.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kältemittelkreislauf für einen Betrieb in einem Nachheizmodus ausgebildet, wobei ein Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager in Parallelschaltung zum Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung von der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums an das Kältemittel derart angeordnet ist, dass das Kältemittel auf den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager und den Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung von der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums an das Kältemittel aufteilbar ist. Der Kältemittelmassenstrom ist dabei vorteilhaft zwischen 0 % und 100 % aufteilbar. Dem Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager und dem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung von der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums an das Kältemittel sind dabei jeweils ein Expansionsorgan vorgelagert angeordnet. Die Expansionsorgane sind bevorzugt als Expansionsventile ausgebildet, wobei die Expansionsventile vorteilhaft extern regelbar sind. Der erste Strömungspfad weist zwischen dem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Zuluft des Fahrgastraums und der Mündungsstelle bevorzugt ein Rückschlagventil auf, welches das Kältemittel in Strömungsrichtung zur Mündungsstelle passieren lässt.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kältemittelkreislauf mit einem zweiten Strömungspfad ausgebildet, welcher sich ausgehend von einer zwischen dem Verdichter und dem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung angeordneten Abzweigstelle bis zu einer Mündungsstelle erstreckt. Die Mündungsstelle ist dabei in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Verdichter und damit auf der Ansaugseite des Verdichters, insbesondere vor dem inneren Wärmeübertrager und speziell vor dem Sammler angeordnet.
  • Der zweite Strömungspfad wird beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Kälteanlagenmodus nicht durchströmt und ist vorteilhaft mit einem Ventil ausgebildet.
  • Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb des Primärkreislaufs des Kältemittelkreislaufs ein Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager in Reihenschaltung zum Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung derart angeordnet, dass das Kältemittel je nach Betriebsmodus des Kältemittelkreislaufs durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager und anschließend durch den Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung oder durch den Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung und anschließend durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager hindurchströmt. Infolge einer direkten Verbindung der Wärmeübertrager weist das Kältemittel in den Wärmeübertragern, bis auf Druckverluste durch die Strömung, das gleiche Druckniveau auf. Der Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung wird je nach Betriebsmodus als Kondensator/Gaskühler oder als Verdampfer betrieben. Der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager kann im Kälteanlagenmodus als Kondensator/Gaskühler betrieben werden und wird im Wärmepumpenmodus als Verdampfer betrieben. Die Wärmeübertrager sind bidirektional durchströmbar.
  • Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb des zweiten Strömungspfades des Kältemittelkreislaufs ein Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet. Der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager ist dabei beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Wärmepumpenmodus in Reihenschaltung zum Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung derart angeordnet, dass das Kältemittel durch den Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung und anschließend durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager hindurchströmt. Infolge einer direkten Verbindung der Wärmeübertrager weist das Kältemittel in den Wärmeübertragern, bis auf Druckverluste durch die Strömung, das gleiche Druckniveau auf. Der Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung wird je nach Betriebsmodus als Kondensator/Gaskühler oder als Verdampfer betrieben. Der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager wird im Wärmepumpenmodus als Verdampfer betrieben.
  • Die Aufgabe wird auch durch erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus und in einem Wärmepumpenmodus für die zu konditionierende Zuluft des Fahrgastraums gelöst.
  • Das Kältemittel wird konzeptionsgemäß je nach Betriebsmodus des Kältemittelkreislaufs durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs und anschließend durch den Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung oder durch den Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung und anschließend durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs hindurch geleitet. Das Kältemittel weist dabei das gleiche Druckniveau auf. Der Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung sowie der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager werden beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Wärmepumpenmodus als Verdampfer für das Kältemittel betrieben. Im Verdampfer wird das Kältemittel verdampft und gegebenenfalls überhitzt.
  • Nach einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren wird das Kältemittel beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Wärmepumpenmodus durch den Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung und anschließend durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs hindurch geleitet.
  • Das Kältemittel weist dabei das gleiche Druckniveau auf. Der Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung sowie der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager werden als Verdampfer für das Kältemittel betrieben werden.
  • Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:
    • – Klimatisieren, insbesondere Kühlen, Entfeuchten und/oder Heizen der Zuluft des Fahrgastraums mit minimalem elektrischem Energieeinsatz und dabei – Nutzung von Verlustwärmeströmen zur Beheizung des Fahrgastraums, insbesondere – Aufnahme von Wärme aus einem Niedertemperaturkühlmittelkreislauf als zusätzliche Wärmequelle beim Betrieb im Wärmepumpenmodus zur Verdampfung des Kältemittels unter Verwendung eines Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertragers sowie zur – Kühlung von Komponenten des Antriebsstranges des Fahrzeugs, wie der Batterie, dem Elektromotor sowie der Leistungselektronik, insbesondere bei Hybridfahrzeugen, und dadurch erhöhte Leistungsfähigkeit, Effizienz und Lebensdauer der einzelnen Komponenten, – Bereitstellung eines ausreichenden Komforts innerhalb des Fahrgastraums,
    • – Reduzierung der erforderlichen Batteriekapazität für Nebenverbraucher, insbesondere bei Hybridfahrzeugen, und damit verbunden – Gewichtsreduzierung, – Kostenreduzierung und – Schonung limitierter Ressourcen, wie Lithium.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen jeweils ein Klimatisierungssystem mit einem Heizwärmeübertrager und einem Kältemittelkreislauf mit innerem Wärmeübertrager und einem Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager mit:
  • 1a und 1c: dem Kältemittelkreislauf beim Betrieb im Kälteanlagenmodus und
  • 1b und 1d: dem Kältemittelkreislauf aus den 1a, 1c beim Betrieb im Wärmepumpenmodus mit serieller Schaltung zwei als Wärmequellen und Verdampfer betriebener Wämeübertrager, insbesondere einem Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager und dem Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager,
  • 2a und 2b: dem Kältemittelkreislauf beim Betrieb im Kälteanlagenmodus und im Wärmepumpenmodus mit einem zusätzlichen als Verdampfer und Wärmequelle betriebenen und parallel geschalteten Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager,
  • 3a und 3b: dem Kältemittelkreislauf aus den 2a, 2b beim Betrieb im Kälteanlagenmodus und im Wärmepumpenmodus mit dem im Wärmepumpenmodus zusätzlich als Wärmequelle und Verdampfer betriebenen Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager,
  • 3c und 3e: dem Kältemittelkreislauf aus den 3a, 3b mit einem zusätzlichen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager beim Betrieb im Kälteanlagenmodus und
  • 3d und 3f: dem Kältemittelkreislauf aus den 3c, 3e beim Betrieb im Wärmepumpenmodus mit serieller Schaltung zweier als Wärmequellen und Verdampfer betriebener Wämeübertrager, insbesondere dem Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager und dem Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager.
  • In den 1a bis 1d ist ein Klimatisierungssystem 1, 1' mit einem Heizwärmeübertrager 10 eines Hochtemperaturkühlmittelkreislaufs und einem Kältemittelkreislauf 2, 2' mit einem inneren Wärmeübertrager 6 und einem Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 dargestellt. Die 1a und 1c zeigen den Kältemittelkreislauf 2, 2' beim Betrieb im Kälteanlagenmodus, die 1b und 1d zeigen den Kältemittelkreislauf 2, 2' beim Betrieb im Wärmepumpenmodus mit serieller Schaltung zweier als Wärmequellen und Verdampfer betriebener Wämeübertrager 4, 5, 5', insbesondere einem Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5, 5' eines Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs und dem Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4.
  • Der Kältemittelkreislauf 2, 2' weist einen Primärkreislauf mit einem Verdichter 3, dem Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4, dem inneren Wärmeübertrager 6, einem Expansionsorgan 7, einem Verdampfer 8 zum Kühlen und/oder Entfeuchten der zu konditionierenden Zuluft 15 des Fahrgastraums sowie einen Abscheider und Sammler 11 auf. Die mit Kältemittelleitungen miteinander verbundenen Komponenten des Primärkreislaufs werden beim Betrieb im Kälteanlagenmodus, siehe die 1a und 1c, in der angegebenen Reihenfolge vom Kältemittel durchströmt. Die Strömungsrichtung des Kältemittels ist anhand von Pfeilen mit durchgezogenen Linien gekennzeichnet.
  • Unter dem inneren Wärmeübertrager 6 ist dabei ein kreislaufinterner Wärmeübertrager zu verstehen, welcher der Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel, beispielsweise je nach Betriebsmodus bei Hochdruck und bei Niederdruck oder beiderseits bei Niederdruck, dient. Dabei wird beispielsweise beim Betrieb im Kälteanlagenmodus einerseits flüssiges Kältemittel nach der Kondensation und möglicherweise sich an die Kondensation anschließender Unterkühlung weiter abgekühlt und andererseits das Sauggas vor dem Verdichter 3 überhitzt. Der Sammler 11, auch als Akkumulator bezeichnet, dient der Abscheidung und Sammlung von Kältemittelflüssigkeit und ist niederdruckseitig in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Verdampfer 8, insbesondere zwischen einer Mündungsstelle 16 und dem inneren Wärmeübertrager 6, angeordnet.
  • Der Kältemittelkreislauf 2, 2' weist neben dem Primärkreislauf einen ersten Strömungspfad 17 und einen zweiten Strömungspfad 19, 19' auf. Der erste Strömungspfad 17 erstreckt sich von einer Abzweigstelle 13 bis zu einer Mündungsstelle 18 und weist ein Absperrventil 12b sowie einen als Kondensator/Gaskühler betriebenen Wärmeübertrager 9 auf. Der Kondensator/Gaskühler 9 ist in Strömungsrichtung der Zuluft 15 des Fahrgastraums, das heißt der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft, dem Verdampfer 8 nachgeschaltet. Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform sind die Ventile 12a, 12b und die Abzweigstelle 13 als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildet. Der zweite Strömungspfad 19, 19' erstreckt sich von einer zwischen dem Verdichter 3 und insbesondere der Abzweigstelle 13 und dem Wärmeübertrager 4 angeordneten Abzweigstelle 20 bis zur Mündungsstelle 16 und weist ein Ventil 14b auf.
  • Nach einer ersten Ausführungsform des Kältemittelkreislaufs 2 gemäß den 1a und 1b ist der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5 des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs, auch als Chiller bezeichnet, innerhalb des Primärkreislaufs zwischen dem Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 und dem inneren Wärmeübertrager 6 angeordnet. Nach einer zweiten Ausführungsform des Kältemittelkreislaufs 2' gemäß den 1c und 1d ist der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5' des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs innerhalb des zweiten Strömungspfades 19' angeordnet.
  • Beim Betrieb im Kälteanlagenmodus nach den 1a und 1c strömt das gasförmige und überhitzte Kältemittel unter Hochdruck vom Verdichter 3 durch das geöffnete Absperrventil 12a zum Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 und gibt beim Durchströmen des Wärmeübertragers 4 Wärme an die Umgebungsluft ab. Das Kältemittel kondensiert und wird möglicherweise unterkühlt. Beim anschließenden Durchströmen des inneren Wärmeübertragers 6 wird das Kältemittel weiter unterkühlt und im Expansionsorgan 7, welches beispielsweise als Expansionsventil ausgebildet ist, auf Niederdruck entspannt. Die Absperrventile 12b, 14b sind geschlossen. Der erste Strömungspfad 17 und der zweite Strömungspfad 19, 19' werden nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Beim Durchströmen des Verdampfers 8 nimmt das Kältemittel Wärme aus der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft auf und verdampft. Das Kältemittel strömt durch das geöffnete Ventil 14a zum Sammler 11 und wird im gasförmigen Zustand vom Verdichter 3 durch den inneren Wärmeübertrager 6 hindurch angesaugt. Im inneren Wärmeübertrager 6 wird das auf Niederdruck befindliche Kältemittel überhitzt. Der Primärkreislauf ist geschlossen.
  • Bei der ersten Ausführungsform des Kältemittelkreislaufs 2 gemäß 1a wird der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5 von Kältemittel durchströmt. Dabei kann je nach Bedarf Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs übertragen werden oder der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5 wird nicht mit Kühlmittel beaufschlagt.
  • Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2, 2' im Kälteanlagenmodus kann die beim Überströmen des Verdampfers 8 abgekühlte und/oder entfeuchtete Luft vor dem Zuführen zum Fahrgastraum durch Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des Heizwärmeübertragers 10 erwärmt werden, sodass ein nachheizähnlicher Betrieb mit Wärme aus einem Hochtemperaturkühlmittelkreislauf ermöglicht wird.
  • Beim Betrieb im Wärmepumpenmodus nach den 1b und 1d, die Strömungsrichtung des Kältemittels ist anhand von Pfeilen mit gestrichelten Linien gekennzeichnet, strömt das gasförmige und überhitzte Kältemittel unter Hochdruck vom Verdichter 3 durch das geöffnete Absperrventil 12b durch den ersten Strömungspfad 17 zum als Kondensator/Gaskühler betriebenen Wärmeübertrager 9 und gibt beim Durchströmen des Wärmeübertragers 9 Wärme an die zu konditionierenden Zuluft 15 des Fahrgastraums ab. Das Kältemittel kondensiert und wird möglicherweise unterkühlt. Beim anschließenden Durchströmen des Expansionsorgans 7 wird das Kältemittel auf Niederdruck entspannt und durch den inneren Wärmeübertrager 6 geführt. Das insbesondere als Expansionsventil ausgebildete Expansionsorgans 7 und der innere Wärmeübertrager 6 sind dabei vom Kältemittel bidirektional durchströmbar. Beim Durchströmen der seriell beziehungsweise in Reihe geschalteten zwei als Wärmequellen und Verdampfer betriebenen Wämeübertrager 4, 5, 5' nimmt das Kältemittel Wärme auf. Mit Hilfe des Wärmeübertragers 5, 5' wird zusätzliche Wärme aus einem Niedertemperaturkühlmittelkreislauf, beispielsweise des elektrischen Antriebsstranges, wie der Batterie oder elektronischer Komponenten, in den Kältemittelkreislauf 2, 2' eingekoppelt. Mit den Wärmeübertragern 4, 5, 5' sind jeweils zwei unabhängige Wärmequellen für die Verdampfung des Kältemittels und damit zur Wärmeaufnahme des Kältemittels ausgebildet.
  • Erfolgt die Verflüssigung des Kältemittels bei unterkritischem Betrieb, wie zum Beispiel mit dem Kältemittel R134a oder bei bestimmten Umgebungsbedingungen mit Kohlendioxid, wird der Wärmeübertrager 9 als Kondensator bezeichnet. Ein Teil der Wärmeübertragung findet bei konstanter Temperatur statt. Bei überkritischem Betrieb beziehungsweise bei überkritischer Wärmeabgabe im Wärmeübertrager 9 nimmt die Temperatur des Kältemittels stetig ab. In diesem Fall wird der Wärmeübertrager 9 auch als Gaskühler bezeichnet. Überkritischer Betrieb kann unter bestimmten Umgebungsbedingungen oder Betriebsweisen des Klimatisierungssystems 1, 1' zum Beispiel mit dem Kältemittel Kohlendioxid auftreten.
  • Nach der ersten Ausführungsform gemäß 1b strömt das Kältemittel erst durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5 und nimmt unter Verdampfung Wärme vom Kühlmittel des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs auf, bevor es anschließend durch den Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 strömt und dabei unter Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft weiter verdampft und möglicherweise überhitzt wird. Danach wird das Kältemittel über die Abzweigstelle 20 durch den zweiten Strömungspfad 19 und durch das geöffnete Ventil 14b zum Sammler 11 geleitet. Die Wärmeübertrager 4, 5 sind vom Kältemittel bidirektional durchströmbar. Nach der zweiten Ausführungsform gemäß 1d strömt das Kältemittel nach dem Passieren des inneren Wärmeübertragers 6 erst durch den Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 und nimmt unter Verdampfung Wärme aus der Umgebungsluft auf, bevor es anschließend über die Abzweigstelle 20 durch den zweiten Strömungspfad 19' und damit durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5' strömt und dabei unter Wärmeaufnahme vom Kühlmittel des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs weiter verdampft und möglicherweise überhitzt wird. Anschließend wird das Kältemittel durch das geöffnete Ventil 14b zum Sammler 11 geleitet. Der Wärmeübertrager 4 ist vom Kältemittel bidirektional durchströmbar.
  • Die Absperrventile 12a, 14a sind geschlossen. Der erste Strömungspfad 17 und der zweite Strömungspfad 19, 19' werden mit Kältemittel beaufschlagt, während der Verdampfer 8 nicht von Kältemittel durchströmt wird. Das vom Verdichter 3 angesaugte Kältemittel strömt vom Sammler 11 im gasförmigen Zustand durch den inneren Wärmeübertrager 6 und wird abgekühlt. Gleichzeitig wird das nach dem Durchströmen des Expansionsorgans 7 auf Niederdruck entspannte Kältemittel teilweise verdampft. Dabei ist das Kältemittel beim Passieren der Wärmeübertrager 4, 5, 5' derart verdampft und insbesondere überhitzt worden, dass die Abkühlung des Kältemittels im inneren Wärmeübertrager 6 nicht dazu führt, dass das Kältemittel vor der Verdichtung im Zwei-Phasengebiet vorliegt, sondern eine Restüberhitzung aufweist. Folglich wird das überhitzte Kältemittel vor der Verdichtung unter Umständen wieder abgekühlt beziehungsweise enthitzt, was prinzipiell gewünscht und beim Betrieb im Wärmepumpenbetrieb von Vorteil ist. Da dem Verdichter 3 der Sammler 11 in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagert ist, wird sichergestellt, dass das Sauggas keine Flüssigkeitsanteile aufweist. Im Sammler 11 wird die Flüssigkeit abgeschieden. Da das Kältemittel im inneren Wärmeübertrager 6 vor dem Ansaugen durch den Verdichter 3 zudem nicht auf eine Temperatur abgekühlt werden kann, welche unterhalb der Temperatur des Kältemittels nach der Entspannung im Expansionsorgan 7 liegt, wird das Kältemittel vor dem Vorgang der Verdichtung nicht in das Zwei-Phasengebiet abgekühlt. Das Sauggas wird folglich stets eine Restüberhitzung aufweisen. Unter Vernachlässigung der Druckverluste beim Durchströmen der Wärmeübertrager 4, 5, 5', 6, des Sammlers 11 beziehungsweise des Ventils 14b könnte das Kältemittel vor der Verdichtung maximal bis zur Phasengrenze abgekühlt werden. Das Kältemittel wäre nicht überhitzt.
  • Beim Betrieb im Wärmepumpenmodus kann das Kältemittel am Austritt des Verdichters 3, insbesondere bei einem großen Verhältnis zwischen dem Hochdruck und dem Saugdruck, sehr hohe Temperaturen aufweisen, wobei auch die zulässige Austrittstemperatur des Kältemittels am Verdichter 3 überschritten werden könnte. Das Erreichen oder Überschreiten der zulässigen Austrittstemperatur würde wiederum zu einer Abregelung des Verdichters 3, das heißt zu einer Verringerung der Drehzahl und/oder des Hubvolumens, führen. Um eine Abregelung des Verdichters 3 zu vermeiden, sollte das Kältemittel beim Eintritt in den Verdichter 3 möglichst lediglich eine minimale oder keine Überhitzung aufweisen, sodass das Kältemittel auch am Austritt aus dem Verdichter 3 die maximal zulässige Austrittstemperatur nicht erreicht. Insbesondere bei der Verwendung von Kohlendioxid als Kältemittel, auch als R744 bezeichnet, bewirkt eine Hineinverlagerung des Ansaugzustands des Kältemittels in das überhitzte Gebiet neben einer hohen Austrittstemperatur des Kältemittels am Verdichter 3 auch eine höhere Leistungsaufnahme des Verdichters 3. Neben dem Vermeiden des Erreichens der maximal zulässigen Austrittstemperatur des Kältemittels führt eine minimale Überhitzung somit auch zu einer höheren Effizienz beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2.
  • Beim Betrieb im Wärmepumpenmodus kann die Zuluft 15 des Fahrgastraums nach der Wärmeaufnahme an den Wärmeübertragungsflächen des Wärmeübertragers 9 je nach Bedarf beim Überströmen des Heizwärmeübertragers 10 weiter erwärmt werden.
  • Die 2a und 2b zeigen ein Klimatisierungssystem 1'' mit dem Heizwärmeübertrager 10 und einem Kältemittelkreislauf 2'' mit dem inneren Wärmeübertrager 6 und dem Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4. In 2a ist der Kältemittelkreislauf 2'' beim Betrieb im Kälteanlagenmodus und in 2b ist der Kältemittelkreislauf 2'' beim Betrieb im Wärmepumpenmodus jeweils mit einem zusätzlichen als Verdampfer und Wärmequelle betriebenen sowie zum Verdampfer 8 parallel geschalteten Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5'' dargestellt.
  • Der Kältemittelkreislauf 2'' weist den Primärkreislauf mit dem Verdichter 3, dem Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4, dem inneren Wärmeübertrager 6, dem Expansionsorgan 7, dem Verdampfer 8 zum Kühlen und/oder Entfeuchten der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft sowie dem Abscheider und Sammler 11 auf. Die mit den Kältemittelleitungen miteinander verbundenen Komponenten des Primärkreislaufs werden beim Betrieb im Kälteanlagenmodus, siehe 2a, in der angegebenen Reihenfolge vom Kältemittel durchströmt. Die Strömungsrichtung des Kältemittels ist wiederum anhand von Pfeilen mit durchgezogenen Linien gekennzeichnet.
  • Der Kältemittelkreislauf 2'' weist neben dem Primärkreislauf einen Strömungspfad 17'', welcher sich von der Abzweigstelle 13 bis zu einer Mündungsstelle 18a erstreckt und das Absperrventil 12b, den als Kondensator/Gaskühler betriebenen Wärmeübertrager 9 sowie ein Rückschlagventil 23 aufweist. Auf Grund der Ausbildung und Anordnung des Rückschlagventils 23 ist der Strömungspfad 17'' ausschließlich in der angegebenen Strömungsrichtung von Kältemittel durchströmbar. Der Kondensator/Gaskühler 9 ist wiederum in Strömungsrichtung der Zuluft 15 des Fahrgastraums dem Verdampfer 8 nachgeschaltet.
  • Von der Mündungsstelle 18a aus erstreckt sich ein weiterer Strömungspfad 21 bis zur zwischen dem Verdampfer 8 und dem Sammler 11 angeordneten Mündungsstelle 16 und weist einen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5'' eines Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs, auch als Chiller bezeichnet, und ein dem Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5'' in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagertes Expansionsorgan 22 auf.
  • Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2'' im Kälteanlagenmodus nach 2a strömt das gasförmige und überhitzte Kältemittel unter Hochdruck vom Verdichter 3 durch das geöffnete Absperrventil 12a zum Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 und gibt beim Durchströmen des Wärmeübertragers 4 Wärme an die Umgebungsluft ab. Das Kältemittel kondensiert und wird möglicherweise unterkühlt. Beim anschließenden Durchströmen des inneren Wärmeübertragers 6 wird das Kältemittel unterkühlt, strömt durch das Rückschlagventil 24 und kann an der Verzweigungsstelle 18b in zwei Kältemittelmassenströme aufgeteilt werden. Das in die Kältemittelmassenströme aufgeteilte Kältemittel wird in den Expansionsorganen 7, 22, welche beispielsweise als Expansionsventile ausgebildet sind, jeweils auf Niederdruck entspannt und anschließend zu den Wärmeübertragern 5'', 8 geleitet. Die Kältemittelmassenströme können dabei zwischen 0 % und 100 % aufgeteilt werden. Das Absperrventil 12b ist geschlossen und das Rückschlagventil 23 wird nicht durchströmt, sodass der Strömungspfad 17'' nicht mit Kältemittel beaufschlagt wird. Beim Durchströmen der jeweils als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager 5'', 8 nimmt das Kältemittel Wärme auf und verdampft. Beim Wärmeübertrager 8 nimmt das Kältemittel die Wärme aus der zu konditionierenden Zuluft 15 des Fahrgastraums und beim Wärmeübertrager 5'' nimmt das Kältemittel die Wärme aus dem Niedertemperaturkühlmittelkreislauf auf. Die aufgeteilten Kältemittelmassenströme werden an der Mündungsstelle 16 wieder zusammengeführt, das Kältemittel strömt zum Sammler 11 und wird im gasförmigen Zustand vom Verdichter 3 durch den inneren Wärmeübertrager 6 angesaugt. Im inneren Wärmeübertrager 6 wird das auf Niederdruck befindliche Kältemittel überhitzt. Die Wärme wird vom Hochdruckkältemittel an das Niederdruckkältemittel übertragen.
  • Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2'' im Kälteanlagenmodus kann die beim Überströmen des Verdampfers 8 abgekühlte und/oder entfeuchtete Luft vor dem Zuführen zum Fahrgastraum durch Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des Heizwärmeübertragers 10 erwärmt werden, sodass ein nachheizähnlicher Betrieb mit Wärme aus dem Hochtemperaturkühlmittelkreislauf möglich ist.
  • Zudem besteht beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2'' im Kälteanlagenmodus die Möglichkeit, über den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5'' Kälteleistung für die Kühlung von elektrischen Komponenten, wie die Batterie oder Leistungselektronik, bereitzustellen, sodass sich speziell auch in einem Hybridfahrzeug alle Anforderungen an ein komfortables Klima im Fahrgastraum erfüllen lassen.
  • Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2'' im Wärmepumpenmodus nach 2b, die Strömungsrichtung des Kältemittels ist wiederum anhand von Pfeilen mit gestrichelten Linien gekennzeichnet, strömt das gasförmige und überhitzte Kältemittel unter Hochdruck vom Verdichter 3 durch das geöffnete Absperrventil 12b durch den Strömungspfad 17'' zum als Kondensator/Gaskühler betriebenen Wärmeübertrager 9 und gibt beim Durchströmen des Wärmeübertragers 9 Wärme an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft ab. Das Kältemittel kondensiert und wird möglicherweise unterkühlt. Die Zuluft 15 des Fahrgastraums wird erwärmt. Anschließend wird das Kältemittel durch das Rückschlagventil 23 zur Mündungsstelle 18a geführt und in zwei durch parallel angeordnete Pfade strömende Kältemittelmassenströme aufgeteilt. Je nach Stellung der Expansionsventile 7, 22 lassen sich die Kältemittelmassenströme zwischen 0 % und 100 % einregeln.
  • Das in die Kältemittelmassenströme aufgeteilte Kältemittel wird, wie beim Betrieb im Kälteanlagenmodus beim Durchströmen der Expansionsorgane 7, 22 jeweils auf Niederdruck entspannt und anschließend zu den Wärmeübertragern 5'', 8 geleitet. Beim Durchströmen der jeweils als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager 5'', 8 nimmt das Kältemittel Wärme aus der zu konditionierenden Zuluft 15 des Fahrgastraums beziehungsweise aus dem Niedertemperaturkühlmittelkreislauf auf und verdampft. Die aufgeteilten Kältemittelmassenströme werden an der Mündungsstelle 16 wieder zusammengeführt, das Kältemittel strömt zum Sammler 11 und wird im gasförmigen Zustand durch den inneren Wärmeübertrager 6 vom Verdichter 3 angesaugt. Der innere Wärmeübertrager 6 wird lediglich vom Niederdruckkältemittel durchströmt und ist damit nicht aktiv. Das Absperrventil 12a ist geschlossen und das Rückschlagventil 24 wird nicht durchströmt.
  • Bei geöffneten Expansionsorganen 7, 22 wird der Kältemittelkreislauf 2'' im Nachheizmodus, einem sogenannten „Reheat“ betrieben. Bei geschlossenem Expansionsorgan 7 wird der Kältemittelkreislauf 2'' in einem reinen Wärmepumpenmodus betrieben. Als Wärmequellen dienen jeweils das durch den Wärmeübertrager 5'' geleitete Kühlmittel des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs, beispielsweise des elektrischen Antriebsstranges, wie der Batterie, und je nach Schaltung des Expansionsorgans 7 auch die Zuluft 15 des Fahrgastraums. Sowohl beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2'' im reinen Wärmepumpenmodus als auch beim Betrieb im Nachheizmodus kann die zu konditionierenden Zuluft 15 des Fahrgastraums nach der Wärmeaufnahme an den Wärmeübertragungsflächen des Wärmeübertragers 9 je nach Bedarf beim Überströmen des Heizwärmeübertragers 10 weiter erwärmt werden.
  • Im Vergleich zu den Ausführungsformen nach den 1a bis 1d ist der Kältemittelkreislauf 2'' nach den 2a und 2b mit zwei Expansionsorganen 7, 22 anstelle des einen Expansionsorgans 7 und mit zwei Rückschlagventilen 23, 24 ausgebildet, weist jedoch zwei Absperrventile 14a, 14b weniger auf.
  • Da beim Betrieb im Wärmepumpenmodus das Kältemittel nicht durch den Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 strömt, lässt sich der Saugdruck innerhalb des Kältemittelkreislaufs 2'' unabhängig von der Umgebungstemperatur einstellen, was die Leistungsfähigkeit sowie die Effizienz des Klimatisierungssystems 1'' verbessert.
  • In den 3a und 3b ist ein Klimatisierungssystem 1''' mit dem Heizwärmeübertrager 10 und einem Kältemittelkreislauf 2''' mit dem inneren Wärmeübertrager 6 und dem Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 beim Betrieb im Kälteanlagenmodus und im Wärmepumpenmodus dargestellt. Der Kältemittelkreislauf 2''' umfasst den Kältemittelkreislauf 2'' des Klimatisierungssystems 1'' aus den 2a und 2b und ist mit einem zweiten Strömungspfad 19''' erweitert, um insbesondere den Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 beim Betrieb im Wärmepumpenmodus als zusätzliche Wärmequelle und Verdampfer zu nutzen.
  • Der Kältemittelkreislauf 2'' aus den 2a und 2b ist dabei um den zweiten Strömungspfad 19''', ähnlich dem zweiten Strömungspfad 19 des Kältemittelkreislaufs 2 aus den 1a und 1b, erweitert ausgebildet. Der zweite Strömungspfad 19''' erstreckt sich von der zwischen dem Verdichter 3 und insbesondere der Abzweigstelle 13 und dem Wärmeübertrager 4 angeordneten Abzweigstelle 20 bis zur Mündungsstelle 16 und weist ein Ventil 12c sowie ein Rückschlagventil 26 auf. Das Ventil 12c ist, wie die Ventile 12a, 12b, als Absperrventil ausgebildet. Das Rückschlagventil 24 des Kältemittelkreislaufs 2'' aus den 2a und 2b ist im Kältemittelkreislauf 2''' gemäß den 3a und 3b durch ein Expansionsorgan 26 ersetzt.
  • Der Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2''' im Kälteanlagenmodus nach 3a entspricht im Wesentlichen dem Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2'' im Kälteanlagenmodus nach 2a, sodass an dieser Stelle auf die Ausführungen zu 2a verwiesen wird. Der zusätzliche zweite Strömungspfad 19''' wird nicht mit Kältemittel beaufschlagt, das Absperrventil 12c ist geschlossen, das Rückschlagventil 25 verhindert zudem das Einströmen von Kältemittel in den Strömungspfad 19'''. Das Expansionsorgan 26 ist vollständig geöffnet.
  • Der Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2''' im Wärmepumpenmodus nach 3b, die Strömungsrichtung des Kältemittels ist wiederum anhand von Pfeilen mit gestrichelten Linien gekennzeichnet, unterscheidet sich vom Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2'' im Wärmepumpenmodus nach 2b in der Einbindung des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers 4 als Verdampfer des Kältemittels und damit als zusätzliche Wärmequelle. Auch an dieser Stelle wird folglich auf die Ausführungen zu 2b verwiesen und lediglich auf die Einbindung des Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertragers 4 Bezug genommen. Der zusätzliche zweite Strömungspfad 19''' wird mit Kältemittel beaufschlagt, das Absperrventil 12c ist geöffnet, das Rückschlagventil 25 lässt das Kältemittel passieren.
  • Das durch das Rückschlagventil 23 zur Mündungsstelle 18a geführte Kältemittel kann in drei durch parallel angeordnete Pfade strömende Kältemittelmassenströme aufgeteilt werden, wobei die Kältemittelmassenströme jeweils nach Stellung der insbesondere als Expansionsventile ausgebildeten Expansionsorgane 7, 22, 26 zwischen 0 % und 100 % eingeregelt werden. Das in die drei Kältemittelmassenströme aufgeteilte Kältemittel wird beim Durchströmen der Expansionsorgane 7, 22, 26 jeweils auf Niederdruck entspannt und anschließend zu den Wärmeübertragern 4, 5'', 8 geleitet. Beim Durchströmen der jeweils als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager 4, 5'', 8 nimmt das Kältemittel Wärme aus der Umgebungsluft, aus der Zuluft 15 des Fahrgastraums beziehungsweise aus dem Niedertemperaturkühlmittelkreislauf auf und verdampft. Die aufgeteilten Kältemittelmassenströme werden an der Mündungsstelle 16 wieder zusammengeführt, wobei das durch den Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 geleitete Kältemittel über die Abzweigstelle 20 durch das geöffnete Absperrventil 12c, den zweiten Strömungspfad 19''' und das Rückschlagventil 25 zur Mündungsstelle 16 strömt.
  • Das zusammengeführte Kältemittel strömt anschließend zum Sammler 11, wird im gasförmigen Zustand vom Verdichter 3 durch den inneren Wärmeübertrager 6 angesaugt und abgekühlt. Gleichzeitig wird der innere Wärmeübertrager 6 vom durch den Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 geleiteten Teil des Kältemittelmassenstroms beaufschlagt. Der Teilmassenstrom ist nach dem Durchströmen des Expansionsorgans 26 auf Niederdruck entspannt und wird im inneren Wärmeübertrager 6 teilweise verdampft. Zudem wird das Kältemittel beim Passieren der Wärmeübertrager 4, 5'', 8 verdampft und insbesondere überhitzt, bevor das Kältemittel beim Durchströmen des inneren Wärmeübertragers 6 vor der Verdichtung abgekühlt wird und eine Restüberhitzung aufweist.
  • Bei geöffneten Expansionsorganen 7, 22, 26 wird der Kältemittelkreislauf 2''' im Nachheizmodus, einem sogenannten „Reheat“ betrieben. Bei geschlossenem Expansionsorgan 7 wird der Kältemittelkreislauf 2''' in einem reinen Wärmepumpenmodus betrieben. Als Wärmequellen dienen jeweils das durch den Wärmeübertrager 5'' geleitete Kühlmittel des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs, beispielsweise des elektrischen Antriebsstranges, wie der Batterie, und je nach Schaltung der Expansionsorgane 7, 26 auch die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft und/oder die Umgebungsluft. Sowohl beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2''' im reinen Wärmepumpenmodus als auch beim Betrieb im Nachheizmodus kann die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft nach der Wärmeaufnahme an den Wärmeübertragungsflächen des Wärmeübertragers 9 je nach Bedarf beim Überströmen des Heizwärmeübertragers 10 weiter erwärmt werden.
  • Aus den 3c bis 3f gehen jeweils ein Klimatisierungssystem 1'''', 1''''' mit dem Heizwärmeübertrager 10 und einem Kältemittelkreislauf 2'''', 2''''' mit dem inneren Wärmeübertrager 6 und dem Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 beim Betrieb im Kälteanlagenmodus oder im Wärmepumpenmodus hervor. Die Kältemittelkreisläufe 2'''', 2''''' umfassen den Kältemittelkreislauf 2''' des Klimatisierungssystems 1''' aus den 3a und 3b und sind jeweils mit einem zusätzlichen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5, 5', ähnlich den Kältemittelkreisläufen 2, 2' aus den 1a bis 1d, erweitert.
  • Der Betrieb der Kältemittelkreisläufe 2'''', 2''''' im Kälteanlagenmodus nach den 3c und 3e entspricht im Wesentlichen dem Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2''' im Kälteanlagenmodus nach 3a und damit dem Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2'' im Kälteanlagenmodus nach 2a, sodass an dieser Stelle auch auf die Ausführungen zu 2a verwiesen wird. Der zusätzliche zweite Strömungspfad 19''' wird jeweils wiederum nicht mit Kältemittel beaufschlagt, das Absperrventil 12c ist geschlossen, das Rückschlagventil 25 verhindert das Einströmen von Kältemittel in den Strömungspfad 19''', sodass bei der Ausführungsform des Kältemittelkreislaufs 2''''' gemäß 3e der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5' nicht von Kältemittel durchströmt wird. Das Expansionsorgan 26 ist vollständig geöffnet. Bei der Ausführungsform des Kältemittelkreislaufs 2'''' gemäß 3c wird der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5 mit Kältemittel beaufschlagt. Dabei kann je nach Bedarf Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs übertragen werden oder der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5 wird nicht mit Kühlmittel beaufschlagt.
  • Der Betrieb der Kältemittelkreisläufe 2'''', 2''''' im Wärmepumpenmodus nach den 3d und 3f, die Strömungsrichtung des Kältemittels ist anhand von Pfeilen mit gestrichelten Linien gekennzeichnet, unterscheiden sich vom Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2''' im Wärmepumpenmodus nach 3b jeweils in der Einbindung des Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 5, 5' als Verdampfer des Kältemittels und damit als zusätzliche Wärmequelle. An dieser Stelle wird folglich auf die Ausführungen zu 3b verwiesen und lediglich auf die Einbindung des Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 5, 5' Bezug genommen.
  • Beim Durchströmen der seriell beziehungsweise in Reihe geschalteten zwei als Wärmequellen und Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager 4, 5, 5' nimmt das Kältemittel Wärme auf. Mit Hilfe des Wärmeübertragers 5, 5' wird zusätzliche Wärme aus dem Niedertemperaturkühlmittelkreislauf, beispielsweise des elektrischen Antriebsstranges, wie der Batterie, in den Kältemittelkreislauf 2'''', 2''''' eingekoppelt. Mit den Wärmeübertragern 4, 5, 5' sind jeweils zwei unabhängige Wärmequellen für die Verdampfung des Kältemittels und damit zur Wärmeaufnahme des Kältemittels ausgebildet.
  • Nach der ersten Ausführungsform gemäß 3d strömt das Kältemittel erst durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5 und nimmt unter Verdampfung Wärme vom Kühlmittel des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs auf, bevor es anschließend durch den Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 strömt und dabei unter Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft weiter verdampft und überhitzt wird. Danach wird das Kältemittel über die Abzweigstelle 20 durch den zweiten Strömungspfad 19''' und durch das Rückschlagventil 25 zur Mündungsstelle 16 und zum Sammler 11 geleitet. Die Wärmeübertrager 4, 5 sind vom Kältemittel bidirektional durchströmbar. Nach der zweiten Ausführungsform gemäß 3f strömt das Kältemittel nach dem Passieren des inneren Wärmeübertragers 6 erst durch den Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 und nimmt unter Verdampfung Wärme aus der Umgebungsluft auf, bevor es anschließend über die Abzweigstelle 20 durch den zweiten Strömungspfad 19''' und damit durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5' strömt und dabei unter Wärmeaufnahme vom Kühlmittel des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs weiter verdampft und überhitzt wird. Anschließend wird das Kältemittel durch das Rückschlagventil 25 zur Mündungsstelle 16 und zum Sammler 11 geleitet. Der Wärmeübertrager 4 ist vom Kältemittel bidirektional durchströmbar.
  • Auch das insbesondere als Expansionsventil ausgebildete Expansionsorgan 26 und der innere Wärmeübertrager 6 sind jeweils vom Kältemittel bidirektional durchströmbar.
  • Das vom Verdichter 3 angesaugte Kältemittel strömt vom Sammler 11 im gasförmigen Zustand durch den inneren Wärmeübertrager 6 und wird abgekühlt. Gleichzeitig wird der innere Wärmeübertrager 6 vom durch den Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 und den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 5' geleiteten Teil des Kältemittelmassenstroms beaufschlagt. Der Teilmassenstrom ist nach dem Durchströmen des Expansionsorgans 26 auf Niederdruck entspannt und wird im inneren Wärmeübertrager 6 teilweise verdampft. Zudem wird das Kältemittel beim Passieren der Wärmeübertrager 4, 5'', 8 verdampft und insbesondere überhitzt, bevor das Kältemittel beim Durchströmen des inneren Wärmeübertragers 6 vor der Verdichtung abgekühlt wird und eine Restüberhitzung aufweist.
  • Bei geöffneten Expansionsorganen 7, 22, 26 werden die Kältemittelkreisläufe 2'''', 2''''' im Nachheizmodus, einem sogenannten „Reheat“ betrieben. Bei geschlossenem Expansionsorgan 7 werden die Kältemittelkreisläufe 2'''', 2''''' in einem reinen Wärmepumpenmodus betrieben. Als Wärmequellen dienen jeweils die durch die Wärmeübertrager 5', 5'' geleiteten Kühlmittel der Niedertemperaturkühlmittelkreisläufe, beispielsweise des elektrischen Antriebsstranges, wie der Batterie, und je nach Schaltung der Expansionsorgane 7, 26 auch die Zuluft 15 des Fahrgastraums und/oder die Umgebungsluft. Sowohl beim Betrieb der Kältemittelkreisläufe 2'''', 2''''' im reinen Wärmepumpenmodus als auch beim Betrieb im Nachheizmodus kann die Zuluft 15 des Fahrgastraums nach der Wärmeaufnahme an den Wärmeübertragungsflächen des Wärmeübertragers 9 je nach Bedarf beim Überströmen des Heizwärmeübertragers 10 weiter erwärmt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1–1'''''
    Klimatisierungssystem
    2–2'''''
    Kältemittelkreislauf
    3
    Verdichter
    4
    Wärmeübertrager, Umgebungsluft-Kältemittel-Wärmeübertrager
    5, 5', 5''
    Wärmeübertrager, Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager
    6
    innerer Wärmeübertrager
    7
    Expansionsorgan
    8
    Wärmeübertrager, Verdampfer
    9
    Wärmeübertrager, Kondensator/Gaskühler
    10
    Heizwärmeübertrager
    11
    Sammler
    12a, 12b
    Ventil, Absperrventil
    12c
    Ventil, Absperrventil
    13, 20
    Abzweigstelle
    14a, 14b
    Ventil, Absperrventil
    15
    Zuluft Fahrgastraum
    16, 18, 18a
    Mündungsstelle
    17, 17''
    erster Strömungspfad, Strömungspfad
    18b
    Verzweigungsstelle
    19, 19', 19'''
    zweiter Strömungspfad
    21
    Strömungspfad
    22
    Expansionsorgan
    23, 24, 25
    Rückschlagventil
    26
    Expansionsorgan
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012111672 A1 [0006]
    • DE 102010042127 A1 [0010]

Claims (10)

  1. Klimatisierungssystem (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1''''') eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (2, 2', 2'', 2''', 2'''', 2''''') für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus und in einem Wärmepumpenmodus, aufweisend: – einen Primärkreislauf mit einem Verdichter (3), einem Wärmeübertrager (4) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, einem Expansionsorgan (7) und einem Wärmeübertrager (8) zur Wärmeübertragung von der zu konditionierenden Zuluft (15) des Fahrgastraums an das Kältemittel, – einen ersten Strömungspfad (17, 17''), welcher sich ausgehend von einer zwischen dem Verdichter (3) und dem Wärmeübertrager (4) angeordneten Abzweigstelle (13) bis zu einer Mündungsstelle (18, 18a) erstreckt und mit einem Wärmeübertrager (9) zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Zuluft (15) des Fahrgastraums ausgebildet ist, wobei der Wärmeübertrager (9) in Strömungsrichtung der Zuluft (15) des Fahrgastraums dem Wärmeübertrager (8) nachgeordnet ist, sowie – mindestens einen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5, 5', 5'') als Komponente eines Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizwärmeübertrager (10) als Komponente eines Kühlmittelkreislaufs zur Erwärmung der Zuluft (15) des Fahrgastraums ausgebildet ist, welcher in Strömungsrichtung der Zuluft (15) des Fahrgastraums dem Wärmeübertrager (8) nachgeordnet ist.
  2. Klimatisierungssystem (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1''''') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2, 2', 2'', 2''', 2'''', 2''''') einen inneren Wärmeübertrager (6) aufweist.
  3. Klimatisierungssystem (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1''''') nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seite des inneren Wärmeübertragers (6) zwischen dem Wärmeübertrager (4) und der Mündungsstelle (18, 18a) angeordnet ist.
  4. Klimatisierungssystem (1, 1', 1'', 1''', 1'''', 1''''') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2, 2', 2'', 2''', 2'''', 2''''') einen Sammler (11) aufweist, welcher in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Wärmeübertrager (8) angeordnet ist.
  5. Klimatisierungssystem (1'', 1''', 1'''', 1''''') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2'', 2''', 2'''', 2''''') für einen Betrieb in einem Nachheizmodus ausgebildet ist, wobei – ein Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5'') in Parallelschaltung zum Wärmeübertrager (8) derart angeordnet ist, dass das Kältemittel auf den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5'') und den Wärmeübertrager (8) aufteilbar ist, wobei dem Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5'') ein Expansionsorgan (22) und dem Wärmeübertrager (8) das Expansionsorgan (7) vorgelagert angeordnet sind, sowie – der erste Strömungspfad (17'') zwischen dem Wärmeübertrager (9) und der Mündungsstelle (18a) ein Rückschlagventil (23) aufweist, welches das Kältemittel in Strömungsrichtung zur Mündungsstelle (18a) passieren lässt.
  6. Klimatisierungssystem (1, 1', 1''', 1'''', 1''''') nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2, 2', 2''', 2'''', 2''''') mit einem zweiten Strömungspfad (19, 19', 19''') ausgebildet ist, welcher sich ausgehend von einer zwischen dem Verdichter (3) und dem Wärmeübertrager (4) angeordneten Abzweigstelle (20) bis zu einer Mündungsstelle (16) erstreckt, wobei die Mündungsstelle (16) in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Verdichter (3) angeordnet ist und der zweite Strömungspfad (19, 19', 19''') beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs (2, 2', 2''', 2'''', 2''''') im Kälteanlagenmodus nicht durchströmt wird.
  7. Klimatisierungssystem (1, 1'''') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Primärkreislaufs des Kältemittelkreislaufs (2, 2'''') ein Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5) in Reihenschaltung zum Wärmeübertrager (4) derart angeordnet ist, dass das Kältemittel je nach Betriebsmodus des Kältemittelkreislaufs (2, 2'''') durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5) und anschließend durch den Wärmeübertrager (4) oder durch den Wärmeübertrager (4) und anschließend durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5) hindurchströmt.
  8. Klimatisierungssystem (1', 1''''') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des zweiten Strömungspfades (19, 19', 19''') des Kältemittelkreislaufs (2', 2''''') ein Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5') ausgebildet ist, wobei der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5') beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs (2', 2''''') im Wärmepumpenmodus in Reihenschaltung zum Wärmeübertrager (4) derart angeordnet ist, dass das Kältemittel durch den Wärmeübertrager (4) und anschließend durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5') hindurchströmt.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems (1, 1'''') eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (2, 2'''') für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus und in einem Wärmepumpenmodus für die zu konditionierende Zuluft (15) des Fahrgastraums nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel je nach Betriebsmodus des Kältemittelkreislaufs (2, 2'''') durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5) des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs und anschließend durch den Wärmeübertrager (4) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung oder durch den Wärmeübertrager (4) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung und anschließend durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5) des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs hindurch geleitet wird, wobei das Kältemittel den gleichen Druck aufweist und der Wärmeübertrager (4) sowie der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5) beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs (2, 2'''') im Wärmepumpenmodus als Verdampfer für das Kältemittel betrieben werden.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems (1', 1''''') eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (2', 2''''') für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus und in einem Wärmepumpenmodus für die zu konditionierende Zuluft (15) des Fahrgastraums nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs (2', 2''''') im Wärmepumpenmodus durch den Wärmeübertrager (4) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung und anschließend durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5') des Niedertemperaturkühlmittelkreislaufs hindurch geleitet wird, wobei das Kältemittel den gleichen Druck aufweist und der Wärmeübertrager (4) sowie der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (5') als Verdampfer für das Kältemittel betrieben werden.
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