DE102018129393A1 - 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 (1a, 1b) eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (2a, 2b) und einem Kühlmittelkreislauf (30). Der Kältemittelkreislauf (2a, 2b) weist einen Verdichter (3), einen als Kondensator/Gaskühler betreibbaren Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (4) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs (30) sowie mindestens einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum mit einem in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagert angeordneten ersten Expansionsorgan (5) auf. Der Kühlmittelkreislauf (30) ist mit einer Fördervorrichtung (31), mindestens einem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (33) zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum sowie dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (4) ausgebildet. Der Kältemittelkreislauf (2a, 2b) weist zudem einen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft auf. Der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) ist in Strömungsrichtung des Kältemittels dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (4) nachgelagert angeordnet. Zudem ist dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) in Strömungsrichtung des Kältemittels ein Expansionsorgan (22) vorgelagert.Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben des Kl imatisierungssystems.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem zur Konditionierung der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf und einem Kühlmittelkreislauf. Der Kältemittelkreislauf weist einen Verdichter, einen als Kondensator/Gaskühler betreibbaren Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs sowie mindestens einen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum mit einem in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagerten Expansionsorgan auf. Der Kühlmittelkreislauf ist mit einer Fördervorrichtung zum Umwälzen des Kühlmittels, mindestens einem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum sowie dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildet.
    Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Kl imatisierungssystems.
  • 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 hocheffizienten 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. Die Antriebe erzeugen nicht genug Abwärme, um den Fahrgastraum, insbesondere im Winter, den Anforderungen des thermischen Komforts entsprechend zu beheizen. Ähnliches gilt für Anlagen in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb, das heißt Kraftfahrzeugen mit sowohl elektromotorischem als auch verbrennungsmotorischem Antrieb.
  • Wenn der Gesamtwärmebedarf des Fahrgastraums mittels der Wärme aus dem Motorkühlmittelkreislauf nicht gedeckt werden kann, sind Zuheizmaßnahmen, wie elektrische Widerstandsheizungen, kurz als PTC-Widerstand für englisch „Positive Temperature Coefficient -Thermistor“ bezeichnet, oder Kraftstoffheizer, erforderlich. Gleiches gilt für Anlagen in rein elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen beziehungsweise Brennstoffzellenfahrzeugen.
  • Aus 1 geht ein Klimatisierungssystem 1' mit einem Kältemittelkreislauf 2' und einem Kühlmittelkreislauf 30' aus dem Stand der Technik hervor. Der Kältemittelkreislauf 2' weist in Strömungsrichtung des Kältemittels einen Verdichter 3, einen als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4, ein Expansionsorgan 5 sowie einen als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 auf. Der Verdichter 3 saugt das Kältemittel aus dem Verdampfer 6 an. Der Kältemittelkreislauf 2' ist geschlossen .
  • Wenn das Kältemittel bei unterkritischem Betrieb des Kältemittelkreislaufs, wie zum Beispiel mit dem Kältemittel R134a oder bei bestimmten Umgebungsbedingungen mit Kohlendioxid verflüssigt wird, wird der Wärmeübertrager als Kondensator bezeichnet. Ein Teil der Wärmeübertragung findet bei konstanter Temperatur statt. Bei überkritischem Betrieb beziehungsweise bei überkritischer Wärmeabgabe im Wärmeübertrager nimmt die Temperatur des Kältemittels stetig ab. In diesem Fall wird der Wärmeübertrager auch als Gaskühler bezeichnet. Überkritischer Betrieb kann unter bestimmten Umgebungsbedingungen oder Betriebsweisen des Kältemittelkreislaufs, zum Beispiel mit dem Kältemittel Kohlendioxid, auftreten.
  • Der Kältemittelkreislauf 2' kann auch mit einem inneren Wärmeübertrager 7 ausgebildet sein. Unter dem inneren Wärmeübertrager 7 ist ein kreislaufinterner Wärmeübertrager zu verstehen, welcher der Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel bei Hochdruck und dem Kältemittel bei Niederdruck dient. Dabei wird beispielsweise einerseits das flüssige Kältemittel nach der Kondensation beziehungsweise Verflüssigung weiter abgekühlt und andererseits das Sauggas vor dem Verdichter 3 überhitzt.
  • Der Kühlmittelkreislauf 30' weist in Strömungsrichtung des Kühlmittels eine Fördervorrichtung 31 zum Umwälzen des Kühlmittels, insbesondere eine Pumpe, einen Zusatz-Heizwärmeübertrager 32 zum Erwärmen des Kühlmittels, speziell eine elektrische Widerstandsheizung (PTC), sowie einen Heizwärmeübertrager 33 als Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum auf. Der Heizwärmeübertrager 33 ist mit dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 verbunden. Der Kühlmittelkreislauf 30' ist geschlossen. Der kältemittelseitig als Kondensator/Gaskühler betriebene Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 ist folglich kühlmittelgekühlt.
  • Der als Verdampfer betriebene Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 des Kältemittelkreislaufs 2' und der Heizwärmeübertrager 33 des Kühlmittelkreislaufs 30' sind innerhalb einer Komponente 60 eines Klimagerätes sowie in Strömungsrichtung 61 der Zuluft des Fahrgastraum nacheinander beaufschlagbar angeordnet. Damit kann die beim Überströmen des Verdampfers 6 abgekühlte und/oder entfeuchtete Zuluft je nach Bedarf beim Überströmen des Heizwärmeübertragers 33 erwärmt werden.
  • Eine im Heizwärmeübertrager 33 an die Zuluft des Fahrgastraums übertragbare Wärme kann sich aus den im Verdampfer 6 und im Verdichter 3 an das Kältemittel übertragenen Energien, welche als Summe im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 an das Kühlmittel übertragen werden, sowie der im Zusatz-Heizwärmeübertrager 32 an das Kühlmittel übertragenen Wärme zusammensetzen, um eine ausreichende Temperatur der Zuluft zu erreichen.
  • Bei herkömmlichen, nicht dargestellten Klimatisierungssystemen mit einem Kältemittelkreislauf mit einem als Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildeten Kondensator/Gaskühler wird die während des Betriebs im Kälteanlagenmodus beim Abkühlen und Entfeuchten der Zuluft für den Fahrgastraum vom Kältemittel im Verdampfer aufgenommene Wärme gemeinsam mit der im Verdichter zugeführten Wärme über den im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs angeordneten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager vom Kältemittel an die Umgebungsluft übertragen.
  • Das Klimatisierungssystem 1' kann ausschließlich bei Temperaturen der den Verdampfer 6 anströmenden Zuluft mit Werten oberhalb von 0°C betrieben werden. Bei Werten der Temperatur der Luft unterhalb von 0°C wird die Heizleistung durch den Zusatz-Heizwärmeübertrager 32, insbesondere die elektrische Widerstandsheizung, bestimmt und damit ineffizient bereitgestellt. Bei Temperaturen der Luft im Bereich von 0°C und unterhalb von 0°C kann die Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers 6 vereisen. Als Folge der Aufnahme der Wärme aus der Luft 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.
  • Eine Wärmeaufnahme aus der Umgebung, beispielsweise bei einem Betrieb im Wärmepumpenmodus, ist nicht möglich. Auch die Wärme von aus dem Fahrgastraum ausströmender Luft kann nicht genutzt werden.
  • Für Kraftfahrzeuge mit autonomer Fahrzeugsteuerung, auch als autonome Fahrzeuge bezeichnet, verlagert sich zudem der Komfortbedarf von den Frontsitzen hin zu Sitzen in weiteren möglichen Sitzreihen, was den Komfortbedarf der Passagiersitze deutlich erhöht. Ein für einen erhöhten Komfort im Fahrgastraum im Klimagerät integrierter weiterer als Verdampfer betriebener Wärmeübertrager, auch als Heckverdampfer bezeichnet, wird herkömmlich systembedingt auf dem gleichen Druckniveau und damit auf dem gleichen Temperaturniveau wie der Frontverdampfer oder Hauptverdampfer betrieben und kann bei geringer Gebläseleistung sowie gleichzeitig hoher Leistung des Frontverdampfers leicht vereisen.
    Zudem saugt der Heckverdampfer, insbesondere beim Betrieb unter hohen Außentemperaturen, zumeist Luft aus dem Fahrgastraum an, sodass ein deutlicher Leistungsunterschied zwischen dem Frontverdampfer, welcher Frischluft aus der Umgebung ansaugt, und dem Heckverdampfer, welcher Umluft aus dem Fahrgastraum ansaugt, entstehen kann, was wiederum das Risiko der Vereisung deutlich erhöht. Um das Vereisen der Wärmeübertragungsflächen zu vermeiden, wird üblicherweise die Leistung des Verdichters reduziert, was die gesamte Kälteleistung des Systems verringert.
  • 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.
  • Ein Klimatisierungssystem mit nachgeschalteter elektrischer Widerstandsheizung ist zum einen kostengünstig herzustellen und ist in beliebigen Kraftfahrzeugen zu verwenden, weist jedoch einen sehr großen Bedarf an elektrischer Energie auf, da die Zuluft für den Fahrgastraum beim Überströmen eines Verdampfers eines Kältemittelkreislaufs zunächst abgekühlt und/oder entfeuchtet sowie anschließend mittels der elektrischen Widerstandsheizung, welche die Wärme direkt an die Zuluft oder einen Kühlmittelkreislauf überträgt, erwärmt wird.
    Der Betrieb eines als Wärmepumpe zu betreibenden herkömmlichen Klimatisierungssystems ist zwar effizient, benötigt jedoch sehr viel Bauraum, auch an Positionen innerhalb des Kraftfahrzeugs, welche keine Bauraumvorhaltung für die Klimatisierung aufweisen. Der erhöhte Kostenaufwand, insbesondere der Herstellung und der Wartung, sowie der große Bauraumbedarf sind hinderlich.
  • Zum Stand der Technik gehörende Luft-Luft-Wärmepumpen, die für den kombinierten Kälteanlagenmodus 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 Umgebungsluft dient folglich als Wärmequelle für die Verdampfung des Kältemittels. 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.
  • 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 Kälteanlagenmodus 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.
  • Der Kältemittelkreislauf weist ein verzweigtes System aus Verbindungsleitungen auf, welches nur schwer in den vorhandenen Bauraum zu integrieren ist. Des Weiteren benötigen die zusätzlichen Ventile und der großvolumig ausgelegte, auf Niederdruckniveau angeordnete Kältemittelspeicher jeweils großen Bauraum. Die Ventile müssen zudem eine sehr hohe interne Dichtigkeit aufweisen, was auch zu erhöhten Systemkosten führt.
    Die Nutzung der Abwärme aus dem Fahrgastraum ist sehr begrenzt. Zudem werden Wärmeübertrager bidirektional mit Kältemittel durchströmt, der Verdichter muss zum Umschalten zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi abgeschaltet und die Ventile geschaltet werden. Das Klimatisierungssystem kann zum Beheizen des Fahrgastraums keine Abwärme des Fahrgastraums nutzen. Die warme Luft des Fahrgastraums wird in die Umgebung abgeleitet.
  • In der DE 10 2012 108 891 A1 wird ein Klimatisierungssystem zur Konditionierung der Luft eines Fahrgastraumes, aufweisend ein Gehäuse mit zwei Strömungskanälen zum Leiten von Luft sowie einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer und einem Kondensator, beschrieben. Dabei sind der Verdampfer im ersten Strömungskanal und der Kondensator im zweiten Strömungskanal angeordnet. Das Klimatisierungssystem ist zum Kühlen und zum Heizen des Fahrgastraumes sowie für einen Nachheizbetrieb ausgebildet. Die Einstellung des Betriebsmodus erfolgt lediglich über die Steuerung von Luftleiteinrichtungen, sodass auf Kältemittel-Schaltventile zum Umschalten zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi verzichtet werden kann.
  • Unabhängig vom jeweiligen Betriebsmodus sind jeweils ein Gebläse für die Verdampferseite und die Kondensatorseite des Klimatisierungssystems und damit zwei getrennt betreibbare Gebläse vorzusehen. Dabei kann beispielsweise beim Betrieb im Kälteanlagenmodus die Energie des Fahrtwindes auf der Kondensatorseite nicht für die Wärmeabgabe genutzt werden. Das zugehörige Gebläse ist stets im Betriebszustand, was zu Vibrationen und Geräuschen führen kann. Zudem sind Bauraumvorhaltungen an Positionen innerhalb des Kraftfahrzeuges nötig, welche keine Bauraumvorhaltung für die Klimatisierung aufweisen.
    Das Klimatisierungssystem kann zwar zum Beheizen des Fahrgastraums Abwärme des Fahrgastraums nutzen, allerdings ist eine Umgestaltung der Strömungswege für die Zuluft und die Abluft des Fahrgastraums in vorhandenen Kraftfahrzeugen sehr aufwändig.
  • Wenn für aus der DE 10 2012 111 672 A1 oder der DE 10 2012 108 891 A1 bekannte Klimatisierungssysteme auch gleichzeitig Abwärme, beispielsweise aus einem Kühlmittelkreislauf, nutzbar sein soll, so ist zusätzlich jeweils ein weiterer als Verdampfer für das Kältemittel betreibbarer Wärmeübertrager, speziell ein Plattenverdampfer, mit einem zusätzlichen Expansionsorgan, insbesondere einem Expansionsventil, vorzusehen. Dabei werden beim Betrieb im Kälteanlagenmodus jedoch sowohl der als Verdampfer betriebene Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager als auch der zusätzliche Plattenverdampfer des Kühlmittelkreislaufs mit Kältemittel auf gleichem Druckniveau beaufschlagt. Die beiden unterschiedlichen Energieströme der Luft und des Kühlmittels müssten das gleiche Temperaturniveau aufweisen, um den Kältemittelkreislauf effizient betreiben zu können. Da jedoch die Temperatur der Luft im Fahrgastraum nur langsam erwärmt wird, ist der Betrieb der Verdampfer auf gleichem Druckniveau nur in seltenen Fällen und lediglich innerhalb einer kurzen Dauer denkbar. Lediglich beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Wärmepumpenmodus könnten die unterschiedlichen als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und Plattenwärmeübertrager auf gleichem Druckniveau betrieben werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches sowohl im Kälteanlagenmodus, im Wärmepumpenmodus als auch im Nachheizmodus betrieben werden kann. Dabei sollen Abwärmen unterschiedlicher Wärmequellen, beispielsweise Abwärme des Fahrgastraums, oder Wärme der Umgebungsluft, auf entsprechenden Temperaturniveaus, insbesondere beim Betrieb im Wärmepumpenmodus oder im Nachheizmodus, effizient in den Kältemittelkreislauf eingekoppelt werden können, auch um einen erhöhten Wärmebedarf, beispielsweise von großen Personenkraftwagen oder Nutzfahrzeugen zur Personenbeförderung, abzudecken. Die Umgebungsluft soll ebenso als Wärmesenke für den Betrieb des Klimatisierungssystems im Kälteanlagenmodus dienen, um gleichfalls einen erhöhten Kältebedarf, insbesondere wiederum bei großen Personenkraftwagen oder Nutzfahrzeugen zur Personenbeförderung, bereitzustellen. Des Weiteren sollen Leistungen von als Verdampfer betriebenen Wärmeübertragern variabel regelbar sein, um eine mögliche Vereisung der Wärmeübertragungsflächen unabhängig vom jeweiligen Betriebsmodus zu vermeiden. Das Klimatisierungssystem soll damit effizient betreibbar, insbesondere mit minimalem Vereisungsrisiko der Verdampfer des Kältemittelkreislaufs zur Wärmeübertragung mit Luft, 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 sowie einen minimalen Bauraumbedarf aufzuweisen.
    Zudem besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems bereitzustellen, mit dem insbesondere die Umgebungsluft je nach Bedarf als Wärmequelle oder Wärmesenke auf entsprechenden Temperaturniveaus effizient nutzbar ist.
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand beziehungsweise das Verfahren mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem zur Konditionierung der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus, in einem Wärmepumpenmodus sowie in einem Nachheizmodus, mit einem Kältemittelkreislauf und einem Kühlmittelkreislauf gelöst. Der Kältemittelkreislauf weist in Strömungsrichtung des Kältemittels einen Verdichter, einen als Kondensator/Gaskühler betreibbaren ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs sowie mindestens einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum mit einem in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagert angeordneten ersten Expansionsorgan auf. Der Kühlmittelkreislauf ist mit einer ersten Fördervorrichtung zum Umwälzen des Kühlmittels, mindestens einem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum sowie dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildet.
    Der Kälteanlagenmodus dient vor allem dem Kühlen, der Wärmepumpenmodus dem Erwärmen und der Nachheizmodus dem Nachwärmen der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums. Beim Nachheizmodus wurde die Zuluft vor dem Nachwärmen abgekühlt und/oder entfeuchtet.
  • Nach der Konzeption der Erfindung ist der Kältemittelkreislauf mit einem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft ausgebildet. Der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ist dabei in Strömungsrichtung des Kältemittels dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager nachgelagert angeordnet ist. Dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ist zudem in Strömungsrichtung des Kältemittels ein Expansionsorgan vorgelagert. Das Expansionsorgan ist folglich zwischen dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager vorgesehen.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kältemittelkreislauf mit einem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum ausgebildet ist, wobei dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager in Strömungsrichtung des Kältemittels ein zweites Expansionsorgan vorgelagert ist. Der Kühlmittelkreislauf ist mit einem zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum ausgebildet.
  • Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs und der erste Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager des Kühlmittelkreislaufs sind vorteilhaft innerhalb einer ersten Komponente eines Klimagerätes sowie in Strömungsrichtung der Zuluft für den Fahrgastraum in angegebener Reihenfolge nacheinander mit Luft beaufschlagbar angeordnet. Die erste Komponente des Klimagerätes weist zudem bevorzugt eine Luftleiteinrichtung zum Aufteilen und Leiten von Teilluftmassenströmen über eine Wärmeübertragungsfläche des ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers beziehungsweise um den ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager herum auf. Der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs und der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager des Kühlmittelkreislaufs sind zudem vorteilhaft innerhalb einer zweiten Komponente des Klimagerätes angeordnet.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die, insbesondere in einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs beziehungsweise des Fahrgastraums angeordnete, erste Komponente des Klimagerätes mit aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft oder mit Umgebungsluft oder mit einem Gemisch aus aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft und Umgebungsluft durchströmbar ausgebildet.
  • Die insbesondere in einem mittleren oder hinteren Bereich des Fahrgastraums angeordnete zweite Komponente des Klimagerätes ist vorteilhaft mit aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft durchströmbar ausgebildet, wobei die Luft in den Fahrgastraum und/oder in die Umgebung ableitbar ist. Damit kann Abwärme von der Abluft des Fahrgastraums, beispielsweise beim Betrieb der ersten Komponente des Klimagerätes im Frischluftmodus, das heißt beim Betrieb mit angesaugter Umgebungsluft, beziehungsweise im Umwälzmodus, das heißt beim Betrieb mit aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft, genutzt werden. Zudem ist stets ein unabhängiger Betrieb der beiden Komponenten des Klimagerätes möglich, sodass das Klimatisierungssystem auch lediglich mit der zweiten Komponente betrieben werden kann, während die erste Komponente des Klimagerätes außer Betrieb ist.
  • Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs und der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager des Kühlmittelkreislaufs innerhalb der zweiten Komponente des Klimagerätes in Strömungsrichtung der Luft nacheinander beaufschlagbar angeordnet. Die zweite Komponente des Klimagerätes weist zudem einen Bypass für das Leiten von Luft um den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager auf. Dabei ist die zweite Komponente des Klimagerätes mit einer Luftleiteinrichtung zum Aufteilen und Leiten eines Luftmassenstroms über eine Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers und durch den Bypass um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager herum ausgebildet.
  • Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Komponente des Klimagerätes aus zwei getrennt voneinander angeordneten Elementen ausgebildet. Dabei sind der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager des Kühlmittelkreislaufs innerhalb des ersten Elementes der zweiten Komponente des Klimagerätes und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs innerhalb des zweiten Elementes der zweiten Komponente des Klimagerätes angeordnet. Die getrennt voneinander angeordneten Elemente der zweiten Komponente des Klimagerätes weisen vorzugsweise jeweils ein Gebläse und damit separat betreibbare Gebläse zum unabhängigen Fördern getrennter Luftmassenströme durch die Elemente auf.
  • Die zweite Komponente des Klimagerätes weist des Weiteren vorteilhaft eine in einer Wandung eines Gehäuses ausgebildete Öffnung zum Ableiten von Luft in die Umgebung sowie eine Luftleiteinrichtung zum Öffnen und Verschließen der Öffnung auf. Dabei ist die Öffnung in Strömungsrichtung der Luft dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager nachgeordnet, bei der ersten alternativen Ausgestaltung der zweiten Komponente des Klimagerätes, insbesondere zwischen dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und dem zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, ausgebildet.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind das erste Expansionsorgan sowie der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager innerhalb eines ersten Strömungspfades des Kältemittelkreislaufs angeordnet, während das zweite Expansionsorgan sowie der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager innerhalb eines zweiten Strömungspfades des Kältemittelkreislaufs angeordnet sind. Die Strömungspfade sind damit parallel zueinander mit Kältemittel durchströmbar.
  • Der Kältemittelkreislauf weist zudem vorteilhaft einen dritten Strömungspfad mit einem dritten Expansionsorgan und einem als Verdampfer betreibbaren zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager auf. Das dritte Expansionsorgan ist dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagert. Dabei ist der dritte Strömungspfad parallel zum ersten Strömungspfad und zum zweiten Strömungspfad ausgebildet.
  • Der erste Strömungspfad mit dem ersten Expansionsorgan und dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager sowie der zweite Strömungspfad mit dem zweiten Expansionsorgan und dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager sind sich vorteilhaft jeweils von einer Abzweigstelle bis zu einer ersten Mündungsstelle erstreckend ausgebildet.
    Der dritte Strömungspfad mit dem dritten Expansionsorgan und dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ist sich bevorzugt von einer Abzweigstelle bis zu einer zweiten Mündungsstelle erstreckend ausgebildet. Dabei ist die zweite Mündungsstelle der ersten Mündungsstelle in Strömungsrichtung des Kältemittels durch den ersten Strömungspfad und durch den zweiten Strömungspfad nachgeordnet.
  • Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager innerhalb des zweiten Strömungspfades in Strömungsrichtung des Kältemittels ein viertes Expansionsorgan nachgeordnet. Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der ersten Mündungsstelle des ersten und des zweiten Strömungspfades in Strömungsrichtung des Kältemittels ein Expansionsorgan nachgeordnet, wobei das Expansionsorgan bevorzugt zwischen der ersten Mündungsstelle und der zweiten Mündungsstelle angeordnet ist.
    Nach einer dritten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager innerhalb des ersten Strömungspfades und dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager innerhalb des zweiten Strömungspfades in Strömungsrichtung des Kältemittels jeweils ein Expansionsorgan nachgeordnet.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind das dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft vorgelagerte fünfte Expansionsorgan sowie der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager innerhalb eines vierten Strömungspfades des Kältemittelkreislaufs angeordnet. Zudem ist ein fünfter Strömungspfad als ein Bypass zum vierten Strömungspfad mit dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager vorgesehen, wobei sich die Strömungspfade jeweils zwischen einer Abzweigstelle und einer Mündungsstelle erstrecken.
    Innerhalb des als Bypass zum vierten Strömungspfad mit dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildeten fünften Strömungspfades ist vorteilhaft ausschließlich ein Absperrventil angeordnet.
    Damit kann der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager abgeschaltet, insbesondere nicht von Kältemittel durchströmt, und umgangen werden, wenn keine Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebungsluft erforderlich ist.
  • Der Kältemittelkreislauf weist zudem vorzugsweise einen inneren Wärmeübertrager auf.
    Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der innere Wärmeübertrager innerhalb des ersten Strömungspfades ausgebildet. Dabei ist der innere Wärmeübertrager in Strömungsrichtung des Kältemittels hochdruckseitig vor dem ersten Expansionsorgan sowie niederdruckseitig nach dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager angeordnet.
    Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der innere Wärmeübertrager hochdruckseitig zwischen dem als Kondensator/Gaskühler betreibbaren Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs beziehungsweise zwischen dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft, insbesondere zwischen der Mündungsstelle des vierten Strömungspfades und des fünften Strömungspfades, und der Abzweigstelle des ersten Strömungspfades und des zweiten Strömungspfades sowie niederdruckseitig entweder zwischen der zweiten Mündungsstelle des dritten Strömungspfades und dem Verdichter oder zwischen der ersten Mündungsstelle des ersten Strömungspfades und des zweiten Strömungspfades und der zweiten Mündungsstelle des dritten Strömungspfades angeordnet.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der erste Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager innerhalb eines ersten Strömungspfades des Kühlmittelkreislaufs und der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager innerhalb eines zweiten Strömungspfades des Kühlmittelkreislaufs angeordnet sind, wobei die Strömungspfade und damit die Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager parallel zueinander mit Kühlmittel durchströmbar angeordnet sind.
    Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager und der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager innerhalb eines gemeinsamen Strömungspfades des Kühlmittelkreislaufs angeordnet, sodass die Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager in Reihe nacheinander von Kühlmittel durchströmbar sind.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kühlmittelkreislauf zudem mit einem dritten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme an Luft, insbesondere an Umgebungsluft, ausgebildet.
    Der dritte Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager ist vorteilhaft innerhalb eines Strömungspfades des Kühlmittelkreislaufs angeordnet, welcher parallel zu dem mit dem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager und/oder dem zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildeten Strömungspfad von Kühlmittel durchströmbar ist.
    Der Kühlmittelkreislauf weist des Weiteren bevorzugt einen parallel zu den Strömungspfaden mit den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragern als ein Bypass ausgebildeten Strömungspfad auf.
    Zudem ist der Kühlmittelkreislauf vorteilhaft mit einem Strömungspfad versehen, welcher parallel zu den Strömungspfaden mit den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragern und/oder zum als Bypass ausgebildeten Strömungspfad angeordnet ist sowie einen als Verdampfer betreibbaren Wärmeübertrager und eine zweite Fördervorrichtung aufweist. Der als Verdampfer betreibbare Wärmeübertrager ist vorteilhaft als ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildet.
  • Der parallel zu den Strömungspfaden mit den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragern und/oder dem Bypass ausgebildete Strömungspfad weist bevorzugt einen weiteren Wärmeübertrager zum Kühlen von Komponenten eines Antriebsstranges, wie einer Batterie oder eines Motors beziehungsweise elektrischen Komponenten, auf. Dadurch wird die Abwärme verschiedener Wärmequellen im Kühlmittelkreislauf nutzbar.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf und einem Kühlmittelkreislauf für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus, in einem Wärmepumpenmodus und in einem Nachheizmodus für die zu konditionierende Zuluft des Fahrgastraums gelöst.
  • Nach der Konzeption der Erfindung wird das Druckniveau des Kältemittels innerhalb eines Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft mit einem dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagerten Expansionsorgan je nach Betriebsmodus zwischen einem Hochdruckniveau und einem Niederdruckniveau des Kältemittelkreislaufs - einschließlich Hochdruckniveau und Niederdruckniveau - stufenlos eingestellt. Dabei wird der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager bei einem dem Druckniveau entsprechenden Temperaturniveau des Kältemittels oberhalb der Temperatur der Umgebungsluft als Kondensator/Gaskühler betrieben sowie Wärme vom Kältemittel an die Umgebungsluft übertragen. Bei einem dem Druckniveau entsprechenden Temperaturniveau des Kältemittels unterhalb der Temperatur der Umgebungsluft wird der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager als Verdampfer betrieben und Wärme von der Umgebungsluft an das Kältemittel übertragen. Damit kann das Klimatisierungssystem auch bei einem Umschalten zwischen den Betriebsmodi stoßfrei und gleichmäßig betreiben werden.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Druckniveaus des Kältemittels derart eingestellt, dass das Druckniveau innerhalb eines ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum sowie das Druckniveau innerhalb eines zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum einander entsprechen oder voneinander abweichen. Zudem entspricht dabei vorzugsweise mindestens ein Druckniveau innerhalb des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers und/oder innerhalb des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers dem Druckniveau innerhalb eines als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers oder ist höher als das Druckniveau innerhalb des als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs parallel zueinander vom Kältemittel durchströmt. Der weitere als Verdampfer betreibbare Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager wird wiederum vorteilhaft parallel zum ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und/oder zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager von Kältemittel beaufsch lagt.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden ein erster Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager und ein zweiter Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager des Kühlmittelkreislaufs parallel zueinander oder in Reihe nacheinander vom Kühlmittel durchströmt.
  • In einer Strömungsrichtung der Luft werden innerhalb einer ersten Komponente eines Klimagerätes vorzugsweise der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und anschließend der erste Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager mit Luft beaufschlagt, wobei zumindest ein Teilluftmassenstrom über eine Wärmeübertragungsfläche des ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers geleitet wird.
    Zudem werden in einer Strömungsrichtung der Luft innerhalb einer zweiten Komponente des Klimagerätes der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und anschließend der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager mit Luft beaufschlagt, wobei jeweils zumindest ein Teilluftmassenstrom über eine Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers und über eine Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers geleitet wird und/oder zumindest ein Teilluftmassenstrom eines über eine Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers oder am zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager vorbei geleiteten Luftmassenstroms in die Umgebung abgeleitet wird.
  • Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem beziehungsweise das Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems weisen zusammenfassend diverse Vorteile auf:
    • - Klimatisieren, insbesondere Kühlen, Entfeuchten und/oder Heizen der Zuluft des Fahrgastraums mit minimalem Energieeinsatz, auch durch Nutzen von sämtlichen Abwärmen und Verlustwärmeströmen zur Beheizung des Fahrgastraums auf unterschiedlichen Temperaturniveaus ohne Leistungsbegrenzung bei hohem Kältebedarf oder Heizbedarf, auch durch
    • - bedarfsgerechtes und stufenloses Regeln des Drucks des Kältemittels im Umgebungswärmeübertrager, welcher unidirektional von Kältemittel durchströmt wird sowie
    • - unauffälliges Umschalten zwischen den Betriebsmodi,
    • - minimales Vereisungsrisiko der Wärmeübertragungsfläche,
    • - erhöhte Leistungsfähigkeit, Effizienz und Lebensdauer auch durch permanenten Betrieb ohne Lastsprünge sowie
    • - Bereitstellen eines ausreichenden und erhöhten Komforts innerhalb des Fahrgastraums bei lokal stark reduzierten Luftgeschwindigkeiten mit
    • - konstruktiv einfachem Kältemittelkreislauf aus Serienkomponenten ohne Änderungen, welcher zum Einsatz in bekannten Schemata und vorhandenen Bauräumen bestehender Kraftfahrzeuge integrierbar ist und einen minimalen Bauraum, ein minimales Gewicht sowie eine minimale Anzahl an Komponenten aufweist, dadurch
    • - minimale Betriebskosten, Herstellungskosten und Wartungskosten.
  • 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:
    • 2a: ein Klimatisierungssystem mit einem Kältemittelkreislauf, aufweisend einen ersten und einen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Luft innerhalb eines Klimagerätes sowie einen dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft, einem Kühlmittelkreislauf, aufweisend einen ersten und einen zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kühlmittel und Luft innerhalb des Klimagerätes sowie einen dritten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kühlmittel und Umgebungsluft, sowie zwei den Kältemittelkreislauf und den Kühlmittelkreislauf thermisch verbindende Kältemittel-Kühlm ittel-Wärmeübertrager,
    • 2b: ein Klimatisierungssystem ähnlich dem Klimatisierungssystem nach 2 mit einem Kältemittelkreislauf, aufweisend einen inneren Wärmeübertrager,
    • 3: eine erste Komponente eines Klimagerätes zum Konditionieren der Zuluft für einen vorderen Bereich des Fahrgastraums sowie
    • 4: eine erste Ausführungsform einer zweiten Komponente eines Klimagerätes zum Konditionieren der Zuluft für einen mittleren oder hinteren Bereich des Fahrgastraums,
    • 5a: ein erstes Element einer zweiten Ausführungsform einer zweiten Komponente eines Klimagerätes zum Konditionieren der Zuluft für den mittleren und hinteren Bereich des Fahrgastraums sowie
    • 5b: ein zweites Element der zweiten Ausführungsform der zweiten Komponente eines Klimagerätes zum Konditionieren der Zuluft für den mittleren und hinteren Bereich des Fahrgastraums,
    • 6a: das Klimatisierungssystem nach 2a beim Betrieb in einem Kälteanlagenmodus sowie
    • 6b: das Klimatisierungssystem nach 6a integriert in einem Kraftfahrzeug,
    • 7a: das Klimatisierungssystem nach 2a beim Betrieb in einem ersten Wärmepumpenmodus sowie
    • 7b: das Klimatisierungssystem nach 7a integriert in einem Kraftfahrzeug,
    • 8: das Klimatisierungssystem nach 2a beim Betrieb in weiteren Wärmepumpenmodi und
    • 9a: das Klimatisierungssystem nach 2a beim Betrieb in einem Nachheizmodus sowie
    • 9b: das Klimatisierungssystem nach 9a integriert in einem Kraftfahrzeug.
  • In 2a ist ein Klimatisierungssystem 1a mit einem Kältemittelkreislauf 2a und einem Kühlmittelkreislauf 30 gezeigt. Der mit durchgezogenen Linien dargestellte Kältemittelkreislauf 2a weist in Strömungsrichtung des Kältemittels einen Verdichter 3, einen als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4, ein erstes Expansionsorgan 5 sowie einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum auf.
  • Der Kältemittelkreislauf 2a ist zudem mit einem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum ausgebildet, welchem in Strömungsrichtung des Kältemittels ein zweites Expansionsorgan 8 vorgelagert ist. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 sind parallel zueinander mit Kältemittel beaufschlagbar angeordnet. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 und das dazugehörige erste Expansionsorgan 5 sind innerhalb eines ersten Strömungspfades 12a ausgebildet, welcher sich von einer ersten Abzweigstelle 15 bis zu einer ersten Mündungsstelle 16 erstreckt, während der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 und das dazugehörige zweite Expansionsorgan 8 innerhalb eines zweiten Strömungspfades 13 ausgebildet sind, welcher sich von einer zweiten Abzweigstelle 17 bis zur ersten Mündungsstelle 16 erstreckt.
  • Der Kältemittelkreislauf 2a weist neben dem ersten Strömungspfad 12a und dem zweiten Strömungspfad 13 zudem einen dritten Strömungspfad 14 auf, welcher sich von der zweiten Abzweigstelle 17 bis zu einer zweiten Mündungsstelle 18 erstreckt. Die Mündungsstellen 16, 18 sind niederdruckseitig in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Verdichter 3 angeordnet.
    Der parallel zum ersten Strömungspfad 12a und zum zweiten Strömungspfad 13, speziell zum ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 sowie zum zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9, ausgebildete dritte Strömungspfad 14 weist einen als Verdampfer betriebenen zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 auf, welchem in Strömungsrichtung des Kältemittels ein drittes Expansionsorgan 10 vorgelagert ist. Der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 ist insbesondere zum Temperieren eines in einem Kühlmittelkreislauf zum Konditionieren von Komponenten des Antriebsstranges, wie einer Batterie oder eines Motors beziehungsweise elektrischen Komponenten, zirkulierenden Kühlmittels vorgesehen. Der vorteilhaft als Plattenwärmeübertrager ausgebildete Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 dient damit zum Aufnehmen von zusätzlich zur Verfügung stehenden Abwärmen durch das Kältemittel.
  • Dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 ist innerhalb des zweiten Strömungspfades 13 in Strömungsrichtung des Kältemittels zudem ein viertes Expansionsorgan 19 nachgeordnet, sodass der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 zwischen dem zweiten Expansionsorgan 8 und dem vierten Expansionsorgan 19 angeordnet ist.
    Die Ausbildung der den Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern 6, 9 beziehungsweise dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 jeweils in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagerten Expansionsorgane 5, 8, 10 sowie des dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 nachgeordneten vierten Expansionsorgans 19 ermöglicht den Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a auf unterschiedlichen Druckniveaus, insbesondere sowohl im Vergleich der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6, 9 untereinander als auch im Vergleich zum zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11. Dabei kann das Kältemittel einerseits die Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6, 9 und den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 auf jeweils gleichem Druckniveau, wie dem Niederdruckniveau, durchströmen. Andererseits können der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 und der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 mit Kältemittel auf dem Niederdruckniveau beaufschlagt werden, während der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 mit Kältemittel auf einem Mitteldruckniveau oder dem Hochdruckniveau beaufschlagt ist. Das jeweilige Druckniveau wird mittels der als Expansionsventile ausgebildeten Expansionsorgane 5, 8, 10, 19 eingestellt, wobei insbesondere die im zweiten Strömungspfad 13 angeordneten Expansionsorgane 8, 19 zwischen den Stellungen „voll geöffnet“ und „geschlossen“ stufenlos einstellbar sind.
    Die den Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern 6, 9 in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagerten Expansionsorgane 5, 8 sind vorzugsweise als absperrbare Expansionsventile ausgebildet, während das dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeordnete vierte Expansionsorgan 19, auch als Nachlaufdrossel bezeichnet, bevorzugt als ein aktives und passives Druckregelorgan ausgebildet ist.
  • Dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 ist innerhalb des ersten Strömungspfades 12a in Strömungsrichtung des Kältemittels zudem ein Rückschlagventil 20 nachgeordnet, um ein Rückströmen von durch den zweiten Strömungspfad 13 oder den dritten Strömungspfad 14 geleiteten Kältemittels in den ersten Strömungspfad 12a zu verhindern. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 ist zwischen dem ersten Expansionsorgan 5 und dem Rückschlagventil 20 angeordnet.
  • Nach einer nicht dargestellten ersten alternativen Ausführungsform ist dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 innerhalb des ersten Strömungspfades 12a in Strömungsrichtung des Kältemittels anstelle des Rückschlagventils 20 ein weiteres Expansionsventil nachgeordnet, sodass der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 zwischen dem ersten Expansionsorgan 5 und dem weiteren Expansionsventil angeordnet ist. Dabei werden die Druckniveaus und damit die Temperaturniveaus des Kältemittels mittels der den Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern 6, 9 in Strömungsrichtung des Kältemittels nachgeordneten, als schaltbare Expansionsventile ausgebildeten Expansionsorgane 19 individuell eingestellt. Damit sind die Druckniveaus und Temperaturniveaus des Kältemittels innerhalb der als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6, 9 unabhängig voneinander und von weiteren Komponenten, insbesondere vom Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11, regelbar.
    Nach einer ebenfalls nicht dargestellten zweiten alternativen Ausführungsform ist das vierte Expansionsorgan 19 nicht innerhalb des zweiten Strömungspfades 13, sondern zwischen der ersten Mündungsstelle 16 des ersten Strömungspfades 12a sowie des zweiten Strömungspfades 13 und der zweiten Mündungsstelle 18 des dritten Strömungspfades 14 angeordnet. Damit ist das Druckniveau und Temperaturniveau des Kältemittels innerhalb der als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6, 9 gemeinsam unabhängig von weiteren Komponenten, insbesondere vom Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11, regelbar.
  • Der Kältemittelkreislauf 2a des Klimatisierungssystems 1a weist in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 einen dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft auf. Der dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 ist folglich zwischen dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 und der ersten Abzweigstelle 15 des ersten Strömungspfades 12a angeordnet. Dabei ist dem dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 ein fünftes Expansionsorgan 22 vorgelagert, um das Druckniveau beziehungsweise das Temperaturniveau des Kältemittels innerhalb des Wärmeübertragers 21 je nach Betriebsmodus des Klimatisierungssystems 1a einzustellen. Der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 ist vorzugsweise außerhalb eines Gehäuses des Klimatisierungssystems 1a, speziell außerhalb eines Klimagerätes, angeordnet und wird auch als Umgebungswärmeübertrager bezeichnet.
    Der dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 ist mit dem dazugehörigen und vorgelagerten Expansionsorgan 22 innerhalb eines vierten Strömungspfades 23 ausgebildet, welcher sich von einer dritten Abzweigstelle 24 bis zu einer dritten Mündungsstelle 25 erstreckt. Zwischen der dritten Abzweigstelle 24 und der dritten Mündungsstelle 25 ist zudem ein fünfter Strömungspfad 27 als Bypass um den dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 vorgesehen. Der vierte Strömungspfad 23 und der fünfte Strömungspfad 27 verlaufen parallel zueinander. Innerhalb des fünften Strömungspfades 27 ist ein Absperrventil 28 angeordnet.
    Dem dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 ist innerhalb des vierten Strömungspfades 23 in Strömungsrichtung des Kältemittels zudem ein Rückschlagventil 26 nachgeordnet, um ein Rückströmen von durch den Bypass 27 geleiteten Kältemittels in den vierten Strömungspfad 23 zu verhindern. Der dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 ist zwischen dem fünften Expansionsorgan 22 und dem Rückschlagventil 26 angeordnet.
  • Ein in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Verdichter 3 und damit niederdruckseitig angeordneter, nicht dargestellter Sammler, auch als Akkumulator bezeichnet, dient der Abscheidung und dem Sammeln von Kältemittelflüssigkeit. Der Verdichter 3 saugt gasförmiges Kältemittel aus dem Sammler an.
    Nach einer alternativen, nicht dargestellten Ausgestaltungsform ist der Sammler als Kältemittelspeicher innerhalb des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 4 integriert und damit auf dem Hochdruckniveau des Kältemittels angeordnet. Dabei kann der auf dem Niederdruckniveau angeordnete Sammler entfallen.
    Der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 kann zudem mit einer Vorrichtung zum Trocknen des Kältemittels ausgebildet sein.
  • Die Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4, 11 dienen dem thermischen Verbinden des Kältemittelkreislaufs 2a mit dem Kühlmittelkreislauf 30. Dabei wird im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel übertragen.
  • Der Kühlmittelkreislauf 30 weist in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 eine Fördervorrichtung 31 zum Umwälzen des Kühlmittels, insbesondere eine Pumpe, sowie einen ersten Heizwärmeübertrager 33 als ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum auf. Der kältemittelseitig als Kondensator/Gaskühler betriebene erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 ist folglich kühlmittelgekühlt.
    Der Kühlmittelkreislauf 30 weist zudem einen zweiten als Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildeten Heizwärmeübertrager 34 zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum auf. Der erste Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33 und der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34 sind parallel zueinander mit Kühlmittel beaufschlagbar angeordnet. Der erste Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33 ist dabei innerhalb eines ersten Strömungspfades 35 ausgebildet, während der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34 innerhalb eines zweiten Strömungspfades 36 ausgebildet ist, wobei sich die Strömungspfade 35, 36 jeweils von einer Abzweigstelle 37 bis zu einer Mündungsstelle 38 erstrecken. Die Abzweigstelle 37 ist vorteilhaft als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildet.
    Des Weiteren ist der Kühlmittelkreislauf 30 mit einem zwischen der Fördervorrichtung 31 und der Abzweigstelle 37 angeordneten Zusatz-Heizwärmeübertrager 32 als weitere Wärmequelle zum Erwärmen des Kühlmittels ausgebildet. Die im Wärmeübertrager 32 an das Kühlmittel übertragene Wärme steht beispielsweise zur Wärmeübertragung an die Zuluft zum Fahrgastraum zur Verfügung.
    Da das Klimatisierungssystem 1a vorteilhaft in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb, insbesondere in Kraftfahrzeugen mit einer Batterie, welche sowohl über einen Verbrennungsmotor als auch am Stromnetz geladen werden kann, sogenannte Plug-In-Hybrid-Fahrzeuge, oder für Kraftfahrzeuge mit klassischem Verbrennungsmotor verwendbar ist, kann der Zusatz-Heizwärmeübertrager 32 auch zur Kühlung des Verbrennungsmotors oder der Batterie beziehungsweise von elektrischen Komponenten dienen. Der Zusatz-Heizwärmeübertrager 32 kann zudem auch als eine elektrische Widerstandsheizung (PTC) ausgebildet sein.
  • Der Kühlmittelkreislauf 30 weist zudem einen dritten als Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 41 ausgebildeten Wärmeübertrager, beispielsweise zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft, auf. Der dritte Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 41 und die Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33, 34 zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum sind parallel zueinander mit Kühlmittel beaufschlagbar angeordnet. Der dritte Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 41 ist innerhalb eines dritten Strömungspfades 42 ausgebildet, welcher sich von einer Abzweigstelle 39 bis zu einer Mündungsstelle 40 erstreckt. Die zwischen der Fördervorrichtung 31 und dem Zusatz-Heizwärmeübertrager 32, speziell in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Zusatz-Heizwärmeübertrager 32, angeordnete Abzweigstelle 39 ist vorteilhaft als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildet.
  • Zudem weist der Kühlmittelkreislauf 30 einen zwischen einer Abzweigstelle 43, insbesondere einem Drei-Wege-Ventil, und einer Mündungsstelle 44 ausgebildeten vierten Strömungspfad 45 auf, welcher wiederum parallel zu den Strömungspfaden 35, 36, 42 der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33, 34, 41 ausgebildet ist. Der vierte Strömungspfad 45 dient dabei je nach Bedarf jeweils als ein Bypass zum Durchleiten des Kühlmittels ohne jeweils einen oder mehrere der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33, 34, 41 mit Kühlmittel zu beaufsch lagen.
  • Ein weiterer fünfter Strömungspfad 50 des Kühlmittelkreislaufs 30 erstreckt sich von einer Abzweigstelle 46, insbesondere einem Drei-Wege-Ventil, bis zu einer Mündungsstelle 47 und ist wiederum parallel zu den Strömungspfaden 35, 36, 42 der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33, 34, 41 sowie zum als Bypass ausgebildeten vierten Strömungspfad 45 angeordnet.
    Innerhalb des fünften Strömungspfades 50 sind der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 des Kältemittelkreislaufs 1a, ein weiterer Wärmeübertrager 48 sowie eine zweite Fördervorrichtung 49 ausgebildet. Der Wärmeübertrager 48 könnte zum Kühlen von Komponenten des Antriebsstranges, wie einer Batterie oder eines Motors beziehungsweise elektrischen Komponenten, dienen. Die als Abwärme von den Komponenten des Antriebsstranges in den Kühlmittelkreislaufs 30 übertragene Wärme kann im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 an das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 1a abgegeben beziehungsweise im ersten beziehungsweise zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33, 34 an Zuluft des Fahrgastraums übertragen werden.
  • Die zweite Fördervorrichtung 49 wird beispielsweise benötigt, wenn im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 keine Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel zu übertragen ist und Wärme vom Kühlmittel entweder über mindestens einen der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33, 34 an die Zuluft für den Fahrgastraum beziehungsweise im Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 41 an die Umgebungsluft oder im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 an das Kältemittel abgeben werden soll. Die erste Fördervorrichtung 31 kann in diesem Fall außer Betrieb sein.
  • Der Kühlmittelkreislaufs 30 ist zudem mit Rückschlagventilen ausgebildet, welche jeweils in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Mündungsstelle 40 des dritten Strömungspfades 42 angeordnet sind. Dabei sind ein erstes Rückschlagventil zwischen der Mündungsstelle 38 des ersten Strömungspfades 35 und des zweiten Strömungspfades 36 sowie der Mündungsstelle 40 und ein zweites Rückschlagventil zwischen dem dritten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 41 und der Mündungsstelle 40 ausgebildet. Die Rückschlagventile dienen jeweils dem Verhindern einer rückwärtigen Strömung des Kühlmittels ausgehend von der Mündungsstelle 40 in den entsprechenden Bereich des Kühlmittelkreislaufs 30.
  • Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 des Kältemittelkreislaufs 2a und der erste Heizwärmeübertrager 33 des Kühlmittelkreislaufs 30 sind innerhalb eines Klimagerätes, insbesondere innerhalb einer ersten Komponente 60 des Klimagerätes, sowie in Strömungsrichtung 61 der Zuluft des Fahrgastraum in der angegebenen Reihenfolge nacheinander beaufschlagbar angeordnet. Damit kann die beim Überströmen des als Verdampfer betriebenen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 6 abgekühlte und/oder entfeuchtete Zuluft für den Fahrgastraum je nach Bedarf beim Überströmen des ersten Heizwärmeübertragers 33 erwärmt werden. Die Anströmung des ersten Heizwärmeübertragers 33 mit zuvor beim Überströmen des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 6 konditionierter Luft kann mittels einer nicht dargestellten Temperaturklappe gesteuert werden.
    Dabei kann die im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs angeordnete erste Komponente 60 des Klimagerätes mit aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft, mit Umgebungsluft als Frischluft oder einem Gemisch aus aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft und Umgebungsluft durchströmt werden. Die beim Durchströmen der im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs angeordneten ersten Komponente 60 des Klimagerätes konditionierte Zuluft wird bevorzugt im Bereich der Frontsitze in den Fahrgastraum eingeleitet.
  • Der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 des Kältemittelkreislaufs 2a und der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34 des Kühlmittelkreislaufs 30 können innerhalb des Klimagerätes, insbesondere innerhalb einer zweiten Komponente 62 des Klimagerätes, sowie in Strömungsrichtung 63 der Zuluft des Fahrgastraum in der angegebenen Reihenfolge nacheinander beaufschlagbar angeordnet sein. Damit kann die beim Überströmen des zweiten als Verdampfer betriebenen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 abgekühlte und/oder entfeuchtete Zuluft für den Fahrgastraum je nach Bedarf beim Überströmen des zweiten Heizwärmeübertragers 34 erwärmt werden. Die Anströmung des zweiten Heizwärmeübertragers 34 mit zuvor beim Überströmen des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 konditionierter Luft kann mittels einer nicht dargestellten Temperaturklappe gesteuert werden. Dabei kann die beispielsweise im mittleren oder hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs angeordnete zweite Komponente 62 des Klimagerätes insbesondere mit aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft durchströmt werden. Die beim Durchströmen der zweiten Komponente 62 des Klimagerätes konditionierte Luft wird als Zuluft für den Fahrgastraum bevorzugt im Bereich weiterer, von den Frontsitzen abweichenden Sitzen oder Sitzreihen in den Fahrgastraum eingeleitet oder in die Umgebung verbracht. Der derart konditionierte Luftmassenstrom kann ebenso in Teilluftmassenströme aufgeteilt werden, wobei ein erster Teilluftmassenstrom in den Fahrgastraum eingeleitet und ein zweiter Teilluftmassenstrom in die Umgebung verbracht wird. Die Massenströme sind im Verhältnis zwischen 0 und 100 % aufteilbar.
  • Das Klimatisierungssystem 1a kann, insbesondere beim Betrieb mit Umluft, das heißt mit aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft, auch bei Temperaturen der Außenluft mit Werten unterhalb von 0°C, ohne das Risiko der Vereisung der Wärmeübertragungsfläche der als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6, 9, betrieben werden.
    Um diesen Betrieb zu gewährleisten, wird der in der zweiten Komponente 62 des Klimagerätes angeordnete zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 je nach Bedarf mit Kältemittel auf einem Mitteldruckniveau beaufschlagt und als Verdampfer betrieben. Die beim Entfeuchten der in den Verdampfer 9 eintretenden Luft von der Luft abzuführende latente Wärme wird dabei zusammen mit der dem Kältemittel bei der Verdichtung im Verdichter 3 zugeführten Leistung genutzt, um jeweils die Zuluft für den Fahrgastraum auf eine gewünschte Austrittstemperatur zu erwärmen. Die vom Kältemittel aufgenommene Wärme wird im kühlmittelgekühlten ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 an das Kühlmittel übertragen, welches die aufgenommene Wärme beim Durchströmen der Heizwärmeübertrager 33, 34 an die Zuluft für den Fahrgastraum abgibt. Das Kältemittel wird nach dem Ausströmen aus dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 beim Durchströmen des Expansionsorgans 19 auf das Niederdruckniveau entspannt, auf welchem auch der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 betrieben wird.
  • Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1a im Wärmepumpenmodus beziehungsweise im Nachheizmodus kann sich eine in den Heizwärmeübertragern 33, 34 an die Zuluft des Fahrgastraums übertragbare Wärme aus den im als Verdampfer betriebenen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 beziehungsweise im als Verdampfer betriebenen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 und im Verdichter 3 an das Kältemittel übertragenen Energien, welche als Summe im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 an das Kühlmittel übertragen werden, zusammensetzen, um eine ausreichende Temperatur der Zuluft für den Fahrgastraum zu erreichen.
    Je nach Bedarf, das heißt, wenn die im Kältemittelkreislauf 2a zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums bereitgestellte Wärme beim Betrieb im Wärmepumpenmodus oder im Nachheizmodus nicht ausreicht und eine zusätzliche Wärmeaufnahme notwendig ist, kann der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 als zusätzliche Wärmequelle genutzt werden, wobei das dritte Expansionsorgan 10 geöffnet ist und das Kältemittel beim Durchströmen des Wärmeübertragers 11 unter Aufnahme von Wärme verdampft.
  • Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1a im Wärmepumpenmodus kann das dem als Kondensator/Gaskühler betriebenen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 vorgelagerte Expansionsorgan 8 derart geöffnet oder geregelt werden, das Kältemittel ohne Druckverlust passieren zu lassen oder auf ein Mitteldruckniveau zu entspannen. Der dabei als Kondensator/Gaskühler betriebene zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 wird mit Kältemittel auf einem Hochdruckniveau oder einem Mitteldruckniveau beaufschlagt und kann bei Bedarf die in die zweite Komponente 62 des Klimagerätes einströmende Zuluft für den Fahrgastraum vorwärmen. Anschließend wird das Kältemittel beim Durchströmen des vierten Expansionsorgans 19 auf ein Niederdruckniveau entspannt, auf welchem auch der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 betrieben wird. Beim Überströmen der kühlmittelbeaufschlagten Heizwärmeübertrager 33, 34 wird die Zuluft weiter erwärmt.
    Dabei ist sicherzustellen, dass das Kältemittel als Sauggas vor dem Verdichter 3, beispielsweise durch Vermischen mit einem durch den ersten Strömungspfad 12a beziehungsweise den dritten Strömungspfad 14 geleiteten Teilmassenstrom ausreichend überhitzt ist, um den sicheren Betrieb des Verdichters 3 zu gewährleisten.
  • Das Kühlmittel wird unabhängig vom Betriebsmodus umgewälzt und beim Durchströmen des ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 4 erwärmt.
  • Die Ausbildung der den Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern 6, 9 in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagerten Expansionsorgane 5, 8 sowie des dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 nachgeordneten Expansionsorgans 19 ermöglicht den Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a auf unterschiedlichen Druckniveaus, insbesondere innerhalb der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6, 9 untereinander sowie innerhalb des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 im Vergleich zum zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 als Wärmequelle. Dabei kann das Kältemittel den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 auf einem Hochdruckniveau, einem Mitteldruckniveau oder einem Niederdruckniveau durchströmen, während der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 und der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 mit Kältemittel auf Niederdruckniveau beaufschlagt sind. Das jeweilige Druckniveau wird mittels der als Expansionsventile ausgebildeten Expansionsorgane 5, 8, 10, 19 eingestellt, wobei speziell die Expansionsorgane 8, 19 zwischen den Stellungen „voll geöffnet“ und „geschlossen“ stufenlos einstellbar sind.
  • Der Wechsel zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi kann unter fortlaufendem Betrieb des Verdichters 3 erfolgen, ein Unterbrechen des Betriebs des Verdichters 3 ist nicht notwendig. Damit ist der Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a kontinuierlich und ohne Beeinträchtigung der Fahrzeuginsassen möglich.
  • In den zwei unabhängigen Komponenten 60, 62 des Klimagerätes mit den jeweils unabhängig voneinander, insbesondere als Verdampfer, betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern 6, 9 werden die Massenströme des Kältemittels jeweils durch die den Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern 6, 9 vorgelagerten, als schaltbare Expansionsventile ausgebildeten Expansionsorgane 5, 8 lastabhängig gesteuert. Dabei können beispielsweise die Leistungen des als Verdampfer betriebenen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 6 innerhalb der im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs angeordneten ersten Komponente 60 des Klimagerätes oder des als Verdampfer betriebenen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 innerhalb der im mittleren oder hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs angeordneten zweiten Komponente 62 des Klimagerätes stufenlos bis auf „Null“ bei gleichzeitig voller Leistung des Verdichters 3 reduziert werden, falls beispielsweise lediglich von den Frontsitzen abweichende Sitze oder Sitzreihen eines Kraftfahrzeuges mit autonomer Fahrzeugsteuerung besetzt sind. So kann einer der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6, 9, insbesondere der erste Verdampfer 6, bei Volllast mit geringem Druck des Kältemittels, beispielsweise bei einer Soll-Temperatur von 3°C mit maximaler Gebläseleistung, betrieben werden, während der andere Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6, 9, insbesondere der zweite Verdampfer 9, in einem Modus mit minimaler Gebläseleistung bei einer Soll-Temperatur von 8°C betrieben wird. Dabei kann der erste Verdampfer 6 mit Umgebungsluft beziehungsweise Frischluft beaufschlagt werden, während der zweite Verdampfer 9 im Umluftbetrieb mit Luft aus dem Fahrgastraum beaufschlagt wird, wobei die Wärmeübertragerfläche nicht vereist.
    Bei aus dem Stand der Technik bekannten Klimageräten mit zwei als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern zum Konditionieren des Fahrgastraums vereist meist der innerhalb der für den mittleren oder hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs vorgesehenen zweiten Komponente des Klimagerätes angeordnete Verdampfer, welcher im Vergleich zum Hochgebläseverdampfer der ersten Komponente des Klimagerätes mit minimaler Gebläseleistung betrieben wird. Bei diesen herkömmlichen Klimageräten muss dann entweder die Gebläseleistung der zweiten Komponente des Klimagerätes erhöht oder das zum Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager der zweiten Komponente des Klimagerätes zugeordnete Expansionsorgan geschlossen werden, um das Beaufschlagen des Wärmeübertragers mit Kältemittel zu verhindern, was wiederum zum Erhöhen der Temperatur der Zuluft führt.
    Mit dem als Nachlaufdrossel betriebenen vierten Expansionsorgan 19 wird ein lokales Anheben des Verdampfungsdrucks des Kältemittels innerhalb des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 ermöglicht. Dabei kann durch ein Erhöhen der Verdampfungstemperatur, auch als Verdampfernutztemperatur bezeichnet, die Verdampferleistung reduziert werden.
  • Zum weiteren Erhöhen der Effizienz beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1a im Wärmepumpenmodus kann die zweite Komponente 62 des Klimagerätes genutzt werden, im ideal einstellbaren Temperaturbereich über den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 Wärme von aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft an das Kältemittel zu übertragen. Da die zweite Komponente 62 des Klimagerätes im hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Heckbereich, angeordnet ist, kann die nach der Wärmeübertragung an das Kältemittel stark abgekühlte Luft direkt in die Umgebung verbracht werden.
  • Die Abwärme der Komponenten des Antriebsstranges wird beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1a im Wärmepumpenmodus und beim Betrieb im Nachheizmodus jeweils den Komponenten 60, 62 des Klimagerätes und damit über die Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33, 34 der Zuluft für den Fahrgastraum zugeführt.
    Beim Betrieb im Kälteanlagenmodus wird die Abwärme der Komponenten des Antriebsstranges im auch als Niedertemperatur-Kühler bezeichneten dritten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 41 an die Umgebungsluft übertragen. Der dritte Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 41 ist im Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet, um beispielsweise Fahrtwind als den Wärmeübertrager anströmende Luft zu nutzen.
    Wenn die zum Erreichen eines gewünschten Komforts erforderliche Heizleistung im Kühlmittelkreislauf 30 nicht ausreicht, kann der, insbesondere als elektrische Widerstandsheizung (PTC) ausgebildete, Zusatz-Heizwärmeübertrager 32 in Betrieb genommen werden. Aufgrund der vielfältigen Abwärmenutzung ist die benötigte Heizleistung jedoch sehr gering.
  • Das durch die Aufnahme der Abwärme erwärmte Kühlmittel wird über die steuerbaren Drei-Wege-Ventile 37, 39, 43, 46 entsprechend verteilt.
  • In 2b ist ein Klimatisierungssystem 1b ähnlich dem Klimatisierungssystem 1a nach 2a gezeigt. Der wesentliche Unterschied der Klimatisierungssysteme 1a, 1b liegt in der Ausbildung der Kältemittelkreisläufe 2a, 2b, insbesondere des ersten Strömungspfades 12a, 12b, wobei der Kältemittelkreislauf 2b im Vergleich zum Kältemittelkreislauf 2a einen inneren Wärmeübertrager 7 aufweist, welcher vollständig innerhalb des ersten Strömungspfades 12b angeordnet ist.
    Dabei ist der innere Wärmeübertrager 7 hochdruckseitig zwischen der ersten Abzweigstelle 15 und dem ersten Expansionsorgan 5 sowie niederdruckseitig zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 und der ersten Mündungsstelle 16 ausgebildet. Der innere Wärmeübertrager 7 dient dabei der Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel bei Hochdruck und dem Kältemittel bei Niederdruck innerhalb des ersten Strömungspfades 12b, wobei einerseits das aus dem als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 ausströmende und in den ersten Strömungspfad 12b einströmende flüssige Kältemittel weiter abgekühlt und andererseits das aus dem als Verdampfer betriebenen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern 6 austretende Kältemittel als Sauggas vor dem Verdichter 3 überhitzt wird. Neben dem Schutz des Verdichters 3 vor Flüssigkeitsschlägen können mit dem Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2b mit innerem Wärmeübertrager 7, im Vergleich zum Betrieb ohne den inneren Wärmeübertrager 7, die spezifische Verdichterleistung reduziert sowie gleichzeitig die spezifische Kälteleistung, insbesondere des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 6 und damit die Effizienz des Betriebs des Klimatisierungssystems 1 b erhöht werden.
    Das im ersten Strömungspfad 12b vorgesehene Rückschlagventil 20 ist zwischen dem inneren Wärmeübertrager 7 und der ersten Mündungsstelle 16 angeordnet, um ein Rückströmen von durch den zweiten Strömungspfad 13 oder den dritten Strömungspfad 14 geleiteten Kältemittels in den ersten Strömungspfad 12b zu verhindern.
  • 3 zeigt die erste Komponente 60 des Klimagerätes zum Konditionieren der Zuluft für einen vorderen Bereich des Fahrgastraums. Die in Strömungsrichtung 61 der Zuluft des Fahrgastraumes nacheinander angeordneten erster Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 und erster Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33 werden nacheinander mit der Zuluft für den Fahrgastraum beaufschlagt. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 erstreckt sich über den gesamten Strömungsquerschnitt eines Gehäuse 64 der ersten Komponente 60 des Klimagerätes, sodass der gesamte der Komponente 60 zugeführte Luftmassenstrom die Wärmeübertragungsfläche des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 6 überströmt.
    Anschließend kann der Luftmassenstrom je nach Bedarf beim Überströmen des ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 33 erwärmt werden. Die Anströmung des ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 33 wird mittels einer als Temperaturklappe ausgebildeten Luftleiteinrichtung 65 gesteuert. Dabei kann der Luftmassenstrom als ein Teilluftmassenstrom über die Wärmeübertragungsfläche des ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 33 beziehungsweise als ein Teilluftmassenstrom durch einen Bypass um den ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33 herum geleitet werden, bevor der Luftmassenstrom gegebenenfalls wieder vermischt als Zuluft in den Fahrgastraum eingeleitet wird. Die Austrittstemperatur der Zuluft aus der Komponente 60 wird auch durch das Vermischen der Luft eingestellt. Die Teilluftmassenströme sind im Verhältnis zwischen 0 und 100 % aufteilbar.
  • Aus 4 geht eine erste Ausführungsform der zweiten Komponente 62, 62a des Klimagerätes zum Konditionieren der Zuluft für einen mittleren oder hinteren Bereich des Fahrgastraums hervor. Die in Strömungsrichtung 63, 63a der Luft des Fahrgastraums nacheinander angeordneten zweiter Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 und zweiter Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34 können nacheinander mit Zuluft für den Fahrgastraum beaufschlagt werden. Der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 erstreckt sich dabei nicht über den gesamten Strömungsquerschnitt eines Gehäuse 66a der zweiten Komponente 62a des Klimagerätes, sodass der in Strömungsrichtung 69a in die zweite Komponente 62a einströmende Luftmassenstrom als ein Teilluftmassenstrom über die Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 beziehungsweise als ein Teilluftmassenstrom durch einen Bypass um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 herum geleitet werden kann. Die Anströmung des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 wird mittels einer als Temperaturklappe ausgebildeten Luftleiteinrichtung 68 gesteuert. Die Massenströme der Luft sind im Verhältnis zwischen 0 und 100 % aufteilbar.
  • Anschließend kann der Luftmassenstrom je nach Bedarf als ein Teilluftmassenstrom durch eine innerhalb des Gehäuses 66a ausgebildete Öffnung in die Umgebung verbracht, als ein Teilluftmassenstrom beim Überströmen des zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 34 erwärmt beziehungsweise als ein Teilluftmassenstrom als Zuluft für den Fahrgastraum in einem Bypass um den zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34 herumgeleitet werden. Die Anströmung des zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 34 wird mittels einer als Temperaturklappe ausgebildeten Luftleiteinrichtung 67 gesteuert. Zum Verbringen der Luft, beispielsweise von beim Überströmen des als Verdampfer betriebenen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 abgekühlter Kaltluft, in Strömungsrichtung 71a in die Umgebung, wird eine Stellung einer bevorzugt als Klappe ausgebildeten Luftleiteinrichtung 70a variiert. Die Luftleiteinrichtung 70a dient dem Öffnen und Verschließen der im Gehäuse 66a ausgebildeten Öffnung.
    Dabei kann die als Teilluftmassenstrom über die Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 34 beziehungsweise als Teilluftmassenstrom durch einen Bypass um den zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34 herum geleitete Zuluft für den Fahrgastraum gegebenenfalls wieder vermischt werden. Die Austrittstemperatur der Zuluft aus der zweiten Komponente 62a wird auch durch das Vermischen der Luft eingestellt. Die Massenströme der Luft sind jeweils im Verhältnis zwischen 0 und 100 % aufteilbar.
  • Wenn beispielsweise beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1a, 1b im Wärmepumpenmodus die Abwärme der Luft des Fahrgastraums genutzt wird, wird ein Teilluftmassenstrom beim Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des als Verdampfer betriebenen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 abgekühlt und/oder entfeuchtet sowie anschließend durch die geöffnete Luftleiteinrichtung 70a in die Umgebung verbracht. Ein weiterer Teilluftmassenstrom wird beim Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 34 erwärmt und dem Fahrgastraum zugeleitet.
  • Die Luftdurchströmung erfolgt im Wesentlichen vom vorderen zum hinteren Bereich des Fahrgastraums, sodass alle Fahrzeuginsassen gleichmäßigen Komfort erhalten. Die Anordnung der Luftaustrittsöffnungen im hinteren Bereich des Kraftfahrzeuges minimieren das Risiko von eintretendem Regenwasser oder einströmender Falschluft. Die notwendigen Öffnungen sind in Serienfahrzeugen ausgebildet.
  • Aus 5a geht eine zweite Ausführungsform der zweiten Komponente 62, 62b des Klimagerätes zum Konditionieren der Zuluft für einen mittleren oder hinteren Bereich des Fahrgastraums hervor. In 7a ist ein erstes Element 62b-1 der zweiten Komponente 62, 62b gezeigt, während in 5b ein zweites Element 62b-2 der zweiten Komponente 62, 62b dargestellt ist. Im Vergleich zur ersten Ausführungsform der zweiten Komponente 62a des Klimagerätes aus 4 sind der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 und der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34 in getrennt voneinander ausgebildeten Gehäusen 66b-1, 66b-2 angeordnet. Dabei sind der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34 innerhalb des Gehäuses 66b-1 des ersten Elements 62b-1 der zweiten Komponente 62b und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 innerhalb des Gehäuses 66b-2 des zweiten Elements 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes angeordnet. Die Wärmeübertrager 9, 34 können unabhängig voneinander mit insbesondere aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft beaufschlagt werden.
  • Der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34 erstreckt sich über den gesamten Strömungsquerschnitt des Gehäuses 66b-1, sodass der gesamte dem ersten Element 62b-1 der zweiten Komponente 62b über ein Gebläse in Strömungsrichtung 69b-1 zugeführte Luftmassenstrom die Wärmeübertragungsfläche des Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 34 überströmt und erwärmt wird. Die erwärmte Luft wird dem Fahrgastraum in Strömungsrichtung 63b-1 wieder zugeführt.
  • Der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 erstreckt sich über den gesamten Strömungsquerschnitt des Gehäuses 66b-2, sodass der gesamte, dem zweiten Element 62b-2 der zweiten Komponente 62b über ein Gebläse in Strömungsrichtung 69b-2 zugeführte Luftmassenstrom die Wärmeübertragungsfläche des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 überströmt sowie abgekühlt und/oder entfeuchtet wird. Der derart konditionierte Luftmassenstrom kann anschließend je nach Bedarf als ein Teilluftmassenstrom durch eine innerhalb des Gehäuses 66b-2 ausgebildete Öffnung in die Umgebung verbracht oder als ein Teilluftmassenstrom als Zuluft in Strömungsrichtung 63b-2 in den Fahrgastraum geleitet werden. Zum Verbringen der beim Überströmen des als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 abgekühlter Kaltluft in Strömungsrichtung 71b in die Umgebung wird eine Stellung einer bevorzugt als Klappe ausgebildeten Luftleiteinrichtung 70b variiert. Die Luftleiteinrichtung 70b dient dabei dem Öffnen und Verschließen der im Gehäuse 66b-2 ausgebildeten Öffnung. Die Massenströme der Luft sind im Verhältnis zwischen 0 und 100 % aufteilbar. Das zweite Element 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes ist mit der als Luftauslass zur Umgebung vorgesehenen Öffnung sowie mit der dazugehörigen Luftleiteinrichtung 70b und deren Steuer- beziehungsweise Bedienmechanismus vorzugsweise als ein Adapterelement ausgebildet, welches als eine Adaptereinheit in Strömungsrichtung 69b-2 der Luft nach dem Verdampfer 9 angeordnet ist. Mittels des Adapters ist ein herkömmliches Heckklimagerät nachrüstbar.
  • Das im Vergleich zur ersten Ausführungsform der zweiten Komponente 62a des Klimagerätes aus 4 zweigeteilte Klimagerät aus den 5a und 5b ist ohne Bypasspfade um den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 sowie den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34 und ohne dazugehörige Luftleiteinrichtungen zum Leiten und Aufteilen der Luftmassenströme jedoch mit einem zusätzlichen Gebläse ausgebildet. Das zusätzliche Gebläse dient dem Fördern des Luftmassenstroms durch das erste Element 62b-1 der zweiten Komponente 62b und damit durch den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34. Die Klimageräte gemäß der 4 einerseits und der 5a und 5b andererseits werden dabei auf die gleiche Art gesteuert und betrieben.
  • Aus den 6a bis 9b geht das Klimatisierungssystem 1a nach 2a jeweils beim Betrieb in verschiedenen Betriebsmodi hervor. Insbesondere in den 6a, 7a, 8 und 9a sind die mit Kältemittel durchströmten Leitungen des Kältemittelkreislaufs 2a beziehungsweise die mit Kühlmittel durchströmten Leitungen des Kühlmittelkreislaufs 30 jeweils mit stärkeren Linien gekennzeichnet, als die jeweils unbeaufschlagten Leitungen. In den 6b, 7b, 9b ist das Klimatisierungssystem 1a jeweils in einem Kraftfahrzeug integriert dargestellt, wobei zur besseren Übersicht der Kühlmittelkreislauf 30 jeweils nur mit den Komponenten zur direkten Erwärmung der Zuluft für den Fahrgastraum gezeigt ist.
  • Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a in einem Kälteanlagenmodus nach den 6a und 6b werden sowohl der innerhalb der ersten Komponente 60 des Klimagerätes angeordnete erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 als auch der innerhalb des zweiten Elements 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes angeordnete zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 als Verdampfer zum Abkühlen und/oder Entfeuchten der Luft betrieben.
    Die in Strömungsrichtung 61 in die erste Komponente 60 des Klimagerätes angesaugte Frischluft aus der Umgebung, Umluft aus dem Fahrgastraum oder Mischluft aus Frischluft und Umluft strömt über die Wärmeübertragungsfläche des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 6 und wird abgekühlt und/oder entfeuchtet im vorderen Bereich in den Fahrgastraum eingeleitet. Die in Strömungsrichtung 69b-2 in das zweite Element 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes angesaugte Umluft aus dem Fahrgastraum strömt über die Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 und wird abgekühlt und/oder entfeuchtet im hinteren sowie im mittleren Bereich in den Fahrgastraum eingeleitet. Dabei ist das zweite Element 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes derart ausgebildet, dass vorzugsweise mehrere Luftauslässe in den Fahrgastraum im Bereich des Daches angeordnet sind, sodass die konditionierte Zuluft in Strömungsrichtung 63b-2 von oben und lokal verteilt in den Fahrgastraum einströmt. Die Luftleiteinrichtung 70b ist die im Gehäuse 66b-2 des zweiten Elements 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes ausgebildete Öffnung verschließend ausgerichtet, sodass die konditionierte Luft vollständig in den Fahrgastraum eingeleitet wird.
    Sowohl im innerhalb der ersten Komponente 60 des Klimagerätes angeordneten ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33 als auch im innerhalb des ersten Elements 62b-1 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes angeordneten zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34 wird keine Wärme an die Zuluft für den Fahrgastraum übertragen. Der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 zum Temperieren des im Kühlmittelkreislauf 30 zirkulierenden Kühlmittels zum Konditionieren von Komponenten des Antriebsstranges, wie einer Batterie oder eines Motors beziehungsweise elektrischen Komponenten, kann ebenfalls als Verdampfer betrieben und parallel zu den Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern 6, 9 mit Kältemittel beaufschlagt werden. Bei dem optionalen Modus des Kühlens der Komponenten des Antriebsstranges wird die als Abwärme von den Komponenten des Antriebsstranges im Wärmeübertrager 48 an das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf 30 übertragene Wärme im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 an das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 2a abgegeben. Die Fördervorrichtung 49 ist, ebenso wie die Fördervorrichtung 31 des Kühlmittels in Betrieb, sodass Kühlmittel jeweils in zwei getrennt voneinander ausgebildeten Zweigen des Kühlmittelkreislaufs 30 zirkuliert.
    Die in den Verdampfern 6, 9, 11 jeweils an das Kältemittel übertragene Wärme wird je nach Bedarf, das heißt beispielsweise abzuführender Wärmemenge und Umgebungstemperatur, im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 an das Kühlmittel und im dritten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 41 vom Kühlmittel an die Umgebungsluft beziehungsweise im dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 direkt an die Umgebungsluft übertragen.
  • Beim Übertragen der Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 und vom Kältemittel an die Umgebungsluft im Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 kann, wie in den 6a und 6b gezeigt, das fünfte Expansionsorgan 22 des Kältemittelkreislaufs 2a vollständig geöffnet sein, sodass das Kältemittel das Expansionsorgan 22 ohne Druckverlust passiert und der dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 als zusätzlicher Kondensator/Gaskühler auf Hochdruckniveau des Kältemittels betrieben wird. Das Absperrventil 28 und damit der Bypass 27 um den dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 sind geschlossen.
    Beim nicht dargestellten Betrieb mit dem Übertragen der Wärme im Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 vom Kältemittel ausschließlich an die Umgebungsluft kann die Fördervorrichtung 31 des Kühlmittelkreislaufs 30 außer Betrieb sein, sodass der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 nicht von Kühlmittel durchströmt wird.
    Beim nicht dargestellten Betrieb mit dem Übertragen der Wärme im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 vom Kältemittel ausschließlich an das Kühlmittel sind das Expansionsorgan 22 geschlossen sowie das Absperrventil 28 und damit der Bypass 27 um den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 geöffnet.
  • Das Drei-Wege-Ventil 39 des Kühlmittelkreislaufs 30 ist beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1a nach 6a derart geschaltet, dass der gesamte von der Fördervorrichtung 31 geförderte Massenstrom des Kühlmittels durch den dritten Strömungspfad 42 geleitet wird, während der erste und der zweite Strömungspfad 35, 36 nicht mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Zudem sind die Drei-Wege-Ventile 43, 46 des Kühlmittelkreislaufs 30 derart geschaltet, dass das Kühlmittel durch den vierten Strömungspfad 45 und den fünften Strömungspfad 50 zirkuliert sowie die beiden Zweige des Kühlmittelkreislaufs 30 voneinander getrennt sind.
  • Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a in einem ersten Wärmepumpenmodus nach den 7a und 7b werden der innerhalb des zweiten Elements 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes angeordnete zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 sowie der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 zum Temperieren des im Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels zum Konditionieren von Komponenten des Antriebsstranges jeweils als Verdampfer und damit als Wärmequelle für das Kältemittel betrieben. Der innerhalb der ersten Komponente 60 des Klimagerätes angeordnete erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 wird nicht mit Kältemittel beaufschlagt.
    Die in Strömungsrichtung 69b-2 in das zweite Element 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes angesaugte Umluft aus dem Fahrgastraum strömt über die Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 und wird abgekühlt und/oder entfeuchtet in die Umgebung abgeleitet. Die Luftleiteinrichtung 70b ist die im Gehäuse 66b-2 des zweiten Elements 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes ausgebildete Öffnung vollständig öffnend ausgerichtet, sodass die Luft in Strömungsrichtung 71b vollständig in die Umgebung verbracht wird.
    Die in den Wärmeübertragern 9, 11 an das Kältemittel übertragene Wärme wird im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 vollständig an das Kühlmittel und vom Kühlmittel an die Zuluft für den Fahrgastraum übertragen. Dabei ist das fünfte Expansionsorgan 22 des Kältemittelkreislaufs 2a geschlossen, sodass der vierte Strömungspfad 23 und damit der dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 nicht mit Kältemittel beaufschlagt werden. Das Absperrventil 28 und damit der Bypass 27 um den dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 sind vollständig geöffnet. Das Drei-Wege-Ventil 39 des Kühlmittelkreislaufs 30 ist derart geschaltet, dass der gesamte von der Fördervorrichtung 31 geförderte Massenstrom des Kühlmittels in Teilmassenströme aufgeteilt durch den ersten und den zweiten Strömungspfad 35, 36 und damit die Heizwärmeübertrager 33, 34 geleitet wird.
    Wenn die zum Erreichen eines gewünschten Komforts erforderliche Heizleistung im Kühlmittelkreislauf 30 nicht ausreicht, wird zudem der, insbesondere als elektrische Widerstandsheizung (PTC) ausgebildete, Zusatz-Heizwärmeübertrager 32 in Betrieb genommen. Sowohl im innerhalb der ersten Komponente 60 des Klimagerätes angeordneten ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 33 als auch im innerhalb des ersten Elements 62b-1 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes angeordneten zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 34 wird Wärme an die Zuluft für den Fahrgastraum übertragen.
    Die in Strömungsrichtung 61 in die erste Komponente 60 des Klimagerätes angesaugte Luft strömt über die Wärmeübertragungsfläche des ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 33 und wird erwärmt im vorderen Bereich in den Fahrgastraum eingeleitet. Die in Strömungsrichtung 69b-1 in das erste Element 62b-1 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes angesaugte Umluft aus dem Fahrgastraum strömt über die Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 34 und wird erwärmt im hinteren sowie im mittleren Bereich in den Fahrgastraum eingeleitet. Dabei ist das erste Element 62b-1 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes derart ausgebildet, dass vorzugsweise mehrere Luftauslässe in den Fahrgastraum im Bereich des Fußraums angeordnet sind, sodass die erwärmte Zuluft in Strömungsrichtung 63b-1 von unten und lokal verteilt in den Fahrgastraum einströmt.
    Die beim Kühlen der Komponenten des Antriebsstranges im Wärmeübertrager 48 in den Kühlmittelkreislauf 30 übertragene Wärme wird im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 an das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 1a abgegeben, kann jedoch je nach Bedarf auch anteilig im dritten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 41 an die Umgebungsluft übertragen werden. Die Fördervorrichtung 49 ist, ebenso wie die Fördervorrichtung 31 des Kühlmittels in Betrieb, sodass Kühlmittel jeweils in zwei getrennt voneinander ausgebildeten Zweigen des Kühlmittelkreislaufs 30 zirkuliert. Dabei sind die Drei-Wege-Ventile 43, 46 des Kühlmittelkreislaufs 30 derart geschaltet, dass das Kühlmittel durch den dritten Strömungspfad 42, den vierten Strömungspfad 45 und den fünften Strömungspfad 50 zirkuliert sowie die beiden Zweige des Kühlmittelkreislaufs 30 voneinander getrennt sind.
  • Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a in weiteren Wärmepumpenmodi nach 8 werden, wie beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a nach 7a, der innerhalb des zweiten Elements 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes angeordnete zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 sowie der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 zum Temperieren des im Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels zum Konditionieren von Komponenten des Antriebsstranges jeweils als Verdampfer und damit als Wärmequelle für das Kältemittel betrieben. Der innerhalb der ersten Komponente 60 des Klimagerätes angeordnete erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 wird nicht mit Kältemittel beaufschlagt.
    Der wesentliche Unterschied der Betriebe des Kältemittelkreislaufs 2a in den weiteren Wärmepumpenmodi nach 8 im Vergleich zum Wärmepumpenmodus nach 7a liegt im Beaufschlagen des dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 21, das heißt dem Beaufschlagen des Umgebungswärmeübertragers und damit des Nutzens der Umgebungsluft als zusätzliche Wärmequelle, um eine ausreichende Heizleistung zum Erwärmen der Luft des Fahrgastraums bereitzustellen. Dabei ist das fünfte Expansionsorgan 22 des Kältemittelkreislaufs 2a geöffnet, sodass das Kältemittel das Expansionsorgan 22 unter Entspannung vom Hochdruckniveau auf ein niederes Druckniveau durchströmt, während das Absperrventil 28 und damit der Bypass 27 um den dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 geschlossen sind. Der dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 wird jeweils als ein zusätzlicher Verdampfer, je nach Bedarf auf einem angepassten Druckniveau des Kältemittels zwischen Hochdruckniveau und Niederdruckniveau, betrieben. Neben der Aufnahme von Wärme des Kältemittels aus der Abluft aus dem Fahrgastraum im zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 und vom Kühlmittel im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11, welches die Wärme von den Komponenten des Antriebsstranges beziehungsweise im dritten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 41 aus der Umgebungsluft aufnimmt, wird das Kältemittel auch im dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 unter Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft verdampft.
  • Wenn über den dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 lediglich eine geringe zusätzliche Wärme aus der Umgebungsluft an das Kältemittel zu übertragen ist, beispielsweise bei vorgewärmter Luft des Fahrgastraums, wird der Umgebungswärmeübertrager auf einem mittleren Druckniveau des Kältemittels betrieben. Das aus dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 auf Hochdruckniveau ausströmende Kältemittel wird im fünften Expansionsorgan 22 auf ein mittleres Druckniveau beziehungsweise auf ein Mitteldruckniveau entspannt sowie als Zweiphasengemisch in den Umgebungswärmeübertrager eingeleitet. Unter Aufnahme von Wärme wird Flüssigkeit des Kältemittels verdampft, bevor das Kältemittel nunmehr beim Durchströmen des zweiten Expansionsorgans 8 sowie des dritten Expansionsorgans 10 auf Niederdruckniveau entspannt und anschließend den Verdampfern 9, 11 zugeführt wird.
    Wenn über den dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 ein größerer Bedarf an aufzunehmender zusätzlicher Wärme aus der Umgebungsluft an das Kältemittel besteht, beispielsweise bei nicht vorgewärmter Luft des Fahrgastraums, wird der Umgebungswärmeübertrager auf Niederdruckniveau des Kältemittels betrieben. Das aus dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 auf Hochdruckniveau ausströmende Kältemittel wird im fünften Expansionsorgan 22 auf das Niederdruckniveau entspannt sowie als Zweiphasengemisch in den Umgebungswärmeübertrager eingeleitet. Unter Aufnahme von Wärme wird zumindest ein Anteil der Flüssigkeit des Kältemittels verdampft, bevor das Kältemittel nunmehr durch das vollständig geöffnete zweite Expansionsorgan 8 beziehungsweise das vollständig geöffnete dritte Expansionsorgan 10 zu den Verdampfern 9, 11 geleitet wird, in welchen das Kältemittel unter Aufnahme von Wärme vollständig verdampft.
  • Zum Betrieb des Kühlmittelkreislaufs 30 zur Aufnahme von Wärme der Komponenten des Antriebsstranges im Wärmeübertrager 48 sowie die Abgabe der Wärme an das Kältemittel im Verdampfer 11 wird auf die Ausführungen zum Betrieb des Klimatisierungssystems 1a im ersten Wärmepumpenmodus nach den 7a und 7b verwiesen.
  • Der dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 wird beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a im Kälteanlagenmodus als Kondensator/Gaskühler zur Wärmeabgabe vom Kältemittel an die Umgebungsluft und beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a in einem Wärmepumpenmodus als Verdampfer zur Wärmeaufnahme vom Kältemittel aus der Umgebungsluft betrieben.
  • Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a in einem Nachheizmodus nach den 9a und 9b werden sowohl der innerhalb der ersten Komponente 60 des Klimagerätes angeordnete erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 als auch der innerhalb des zweiten Elements 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes angeordnete zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9 als Verdampfer zum Abkühlen und/oder Entfeuchten der Luft betrieben. Der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 zum Temperieren des im Kühlmittelkreislauf zirkulierenden Kühlmittels zum Konditionieren von Komponenten des Antriebsstranges kann ebenfalls als Verdampfer und damit als Wärmequelle für das Kältemittel betrieben werden.
    Die in den Wärmeübertragern 6, 9, 11 an das Kältemittel übertragene Wärme wird im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 je nach Bedarf entweder vollständig an das Kühlmittel oder anteilig an das Kühlmittel sowie im dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 an die Umgebungsluft und vom Kühlmittel an die Zuluft für den Fahrgastraum übertragen. Dabei ist das fünfte Expansionsorgan 22 des Kältemittelkreislaufs 2a entweder geschlossen sowie das Absperrventil 28 geöffnet, gemäß 9a und 9b, sodass der vierte Strömungspfad 23 und damit der dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 nicht mit Kältemittel beaufschlagt werden, oder das fünfte Expansionsorgan 22 des Kältemittelkreislaufs 2a ist vollständig geöffnet sowie das Absperrventil 28 geschlossen, um im Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 21 Wärme vom Kältemittel an die Umgebungsluft abzugeben. Das Drei-Wege-Ventil 39 des Kühlmittelkreislaufs 30 ist derart geschaltet, dass der gesamte von der Fördervorrichtung 31 geförderte Massenstrom des Kühlmittels in Teilmassenströme aufgeteilt durch den ersten und den zweiten Strömungspfad 35, 36 und damit die Heizwärmeübertrager 33, 34 geleitet wird.
    Die in Strömungsrichtung 61 in die erste Komponente 60 des Klimagerätes angesaugte Frischluft aus der Umgebung, Umluft aus dem Fahrgastraum oder Mischluft aus Frischluft und Umluft strömt über die Wärmeübertragungsfläche des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 6 und wird abgekühlt und/oder entfeuchtet, wird beim Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 33 erwärmt und im vorderen Bereich in den Fahrgastraum eingeleitet.
  • Die in Strömungsrichtung 69b-2 in das zweite Element 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes angesaugte Umluft aus dem Fahrgastraum strömt über die Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9 und wird abgekühlt und/oder entfeuchtet je nach Bedarf anteilig im hinteren sowie im mittleren Bereich in Strömungsrichtung 63-b2 in den Fahrgastraum eingeleitet und in Strömungsrichtung 71b in die Umgebung abgeleitet. Die Luftleiteinrichtung 70b ist die im Gehäuse 66b-2 des zweiten Elements 62b-2 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes ausgebildete Öffnung teilweise verschließend ausgerichtet, sodass die konditionierte Luft aufgeteilt in den Fahrgastraum eingeleitet und in die Umgebung verbracht wird. Die in den Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern 6, 9 an das Kältemittel übertragene Wärme wird im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 an das Kühlmittel und in den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragern 33, 34 vom Kühlmittel an die Zuluft für den Fahrgastraum sowie gegebenenfalls auch an die Umgebungsluft übertragen.
    Die in Strömungsrichtung 69b-1 in das erste Element 62b-1 der zweiten Komponente 62b des Klimagerätes angesaugte Umluft aus dem Fahrgastraum strömt über die Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 34 und wird erwärmt in Strömungsrichtung 63-b1 im hinteren sowie im mittleren Bereich in den Fahrgastraum eingeleitet.
    Zum Betrieb des Kühlmittelkreislaufs 30 zum Kühlen der Komponenten des Antriebsstranges im Wärmeübertrager 48 wird auf die Ausführungen zum Betrieb des Klimatisierungssystems 1a im ersten Wärmepumpenmodus nach den 7a und 7b verwiesen.
  • Der Kältemittelkreislauf 2a und die beschriebenen Betriebsmodi sind für jedes Kältemittel verwendbar, welches niederdruckseitig einen Phasenübergang von flüssig nach gasförmig durchläuft. Hochdruckseitig gibt das Medium durch Gaskühlung/Kondensation und Unterkühlung die aufgenommene Wärme an mindestens eine Wärmesenke ab. Als Kältemittel sind natürliche Stoffe, wie R744, R717 und ähnliche, brennbare Stoffe, wie R290, R600, R600a und ähnliche, chemische Stoffe, wie R134a, R152a, HFO-1234yf, sowie diverse Kältemittelgemische verwendbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1', 1a, 1b
    Klimatisierungssystem
    2', 2a, 2b
    Kältemittelkreislauf
    3
    Verdichter
    4
    erster Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager
    5
    erstes Expansionsorgan
    6
    erster Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, Verdampfer
    7
    innerer Wärmeübertrager
    8
    zweites Expansionsorgan
    9
    zweiter Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, Verdampfer
    10
    drittes Expansionsorgan
    11
    zweiter Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager, Verdampfer
    12a, 12b
    erster Strömungspfad
    13
    zweiter Strömungspfad
    14
    dritter Strömungspfad
    15
    erste Abzweigstelle
    16
    erste Mündungsstelle
    17
    zweite Abzweigstelle
    18
    zweite Mündungsstelle
    19
    viertes Expansionsorgan
    20
    Rückschlagventil
    21
    dritter Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager
    22
    fünftes Expansionsorgan
    23
    vierter Strömungspfad
    24
    dritte Abzweigstelle
    25
    dritte Mündungsstelle
    26
    Rückschlagventil
    27
    fünfter Strömungspfad, Bypass
    28
    Absperrventil
    30', 30
    Kühlmittelkreislauf
    31
    Fördervorrichtung
    32
    Zusatz-Heizwärmeübertrager
    33
    erster Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, Heizwärmeübertrager
    34
    zweiter Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, Heizwärmeübertrager
    35
    erster Strömungspfad
    36
    zweiter Strömungspfad
    37, 43, 46
    Abzweigstelle, Drei-Wege-Ventil
    38, 40, 44, 47
    Mündungsstelle
    39
    Abzweigstelle, Drei-Wege-Ventil
    41
    dritter Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager
    42
    dritter Strömungspfad
    45
    vierter Strömungspfad
    48
    Wärmeübertrager
    49
    zweite Fördervorrichtung
    50
    fünfter Strömungspfad
    60
    erste Komponente Klimagerät
    61
    Strömungsrichtung Zuluft Fahrgastraum erste Komponente 60
    62,62a,62b
    zweite Komponente Klimagerät
    62b-1
    erstes Element zweite Komponente Klimagerät 62b
    62b-2
    zweites Element zweite Komponente Klimagerät 62b
    63,63a
    Strömungsrichtung Zuluft Fahrgastraum zweite Komponente 62
    63b-1,63b-2
    Strömungsrichtung Zuluft Fahrgastraum zweite Komponente
    64
    Gehäuse erste Komponente 60
    65
    Luftleiteinrichtung Heizwärmeübertrager 33
    66a,66b-1,66b-2
    Gehäuse zweite Komponente 62, 62a
    67
    Luftleiteinrichtung Heizwärmeübertrager 34
    68
    Luftleiteinrichtung
    69a,69b-1,69b-2
    Strömungsrichtung Zuluft zweite Komponente Klimagerät 62
    70a,70b
    Luftleiteinrichtung
    71a,71b
    Strömungsrichtung Kaltluft
  • 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 102012111672 A1 [0017, 0021]
    • DE 102012108891 A1 [0019, 0021]

Claims (25)

  1. Klimatisierungssystem (1a, 1b) eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (2a, 2b) und einem Kühlmittelkreislauf (30), wobei - der Kältemittelkreislauf (2a, 2b) einen Verdichter (3), einen als Kondensator/Gaskühler betreibbaren Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (4) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs (30) sowie mindestens einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum mit einem in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagert angeordneten ersten Expansionsorgan (5) aufweist, - der Kühlmittelkreislauf (30) eine Fördervorrichtung (31), mindestens einen ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (33) zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum sowie den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2a, 2b) mit einem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft ausgebildet ist, wobei - der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) in Strömungsrichtung des Kältemittels dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (4) nachgelagert angeordnet ist und - dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) in Strömungsrichtung des Kältemittels ein Expansionsorgan (22) vorgelagert ist.
  2. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2a, 2b) mit einem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum ausgebildet ist, wobei dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) in Strömungsrichtung des Kältemittels ein zweites Expansionsorgan (8) vorgelagert ist, und der Kühlmittelkreislauf (30) mit einem zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (34) zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum ausgebildet ist.
  3. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) des Kältemittelkreislaufs (2a, 2b) und der erste Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (33) des Kühlmittelkreislaufs (30) innerhalb einer ersten Komponente (60) eines Klimagerätes sowie in Strömungsrichtung (61) der Zuluft für den Fahrgastraum nacheinander beaufschlagbar angeordnet sind, und dass der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) des Kältemittelkreislaufs (2a, 2b) und der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (34) des Kühlmittelkreislaufs (30) innerhalb einer zweiten Komponente (62, 62a, 62b) des Klimagerätes angeordnet sind.
  4. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (60) des Klimagerätes mit aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft oder mit Umgebungsluft oder mit einem Gemisch aus aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft und Umgebungsluft durchströmbar ausgebildet ist.
  5. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente (62, 62a, 62b) des Klimagerätes mit aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft durchströmbar ausgebildet ist, wobei die Luft in den Fahrgastraum und/oder in die Umgebung ableitbar ist.
  6. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) des Kältemittelkreislaufs (2a, 2b) und der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (34) des Kühlmittelkreislaufs (30) innerhalb der zweiten Komponente (62, 62a) des Klimagerätes in Strömungsrichtung (63, 63a) der Luft nacheinander beaufschlagbar angeordnet sind, und dass die zweite Komponente (62, 62a) einen Bypass für das Leiten von Luft um den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) aufweist, wobei eine Luftleiteinrichtung (68) zum Aufteilen eines Luftmassenstroms über eine Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers (9) und durch den Bypass ausgebildet ist.
  7. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente (62, 62b) des Klimagerätes aus zwei getrennt voneinander angeordneten Elementen (62b-1, 62b-2) ausgebildet ist, wobei der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (34) des Kühlmittelkreislaufs (30) innerhalb des ersten Elementes (62b-1) der zweiten Komponente (62, 62b) und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) des Kältemittelkreislaufs (2a, 2b) innerhalb des zweiten Elementes (62b-2) der zweiten Komponente (62, 62b) angeordnet sind.
  8. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Komponente (62, 62a, 62b) eine in einer Wandung eines Gehäuses (66a, 66b-2) ausgebildete Öffnung zum Ableiten von Luft in die Umgebung sowie eine Luftleiteinrichtung (70a, 70b) zum Öffnen und Verschließen der Öffnung aufweist, wobei die Öffnung in Strömungsrichtung der Luft dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) nachgeordnet ausgebildet ist.
  9. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Expansionsorgan (5) sowie der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) innerhalb eines ersten Strömungspfades (12a, 12b) des Kältemittelkreislaufs (2a, 2b) und das zweite Expansionsorgan (8) sowie der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) innerhalb eines zweiten Strömungspfades (13) des Kältemittelkreislaufs (2a, 2b) angeordnet sind, wobei die Strömungspfade (12a, 12b, 13) parallel zueinander mit Kältemittel durchströmbar angeordnet sind.
  10. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2a, 2b) einen dritten Strömungspfad (14) mit einem dritten Expansionsorgan (10) und einem als Verdampfer betreibbaren zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (11) aufweist, wobei das dritte Expansionsorgan (10) dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (11) in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagert ist und der dritte Strömungspfad (14) parallel zum ersten Strömungspfad (12a, 12b) und zum zweiten Strömungspfad (13) ausgebildet ist.
  11. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Strömungspfad (12a, 12b) mit dem ersten Expansionsorgan (5) und dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) sowie der zweite Strömungspfad (13) mit dem zweiten Expansionsorgan (8) und dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) jeweils von einer Abzweigstelle (15, 17) bis zu einer ersten Mündungsstelle (16) erstreckend ausgebildet sind.
  12. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der dritte Strömungspfad (14) mit dem dritten Expansionsorgan (10) und dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (11) von einer Abzweigstelle (17) bis zu einer zweiten Mündungsstelle (18) erstreckend ausgebildet ist, wobei die zweite Mündungsstelle (18) der ersten Mündungsstelle (16) in Strömungsrichtung des Kältemittels durch den ersten Strömungspfad (12a, 12b) und den zweiten Strömungspfad (13) nachgeordnet ausgebildet ist.
  13. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) innerhalb des zweiten Strömungspfades (13) in Strömungsrichtung des Kältemittels ein Expansionsorgan (19) nachgeordnet ausgebildet ist.
  14. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft vorgelagerte Expansionsorgan (22) sowie der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) innerhalb eines Strömungspfades (23) des Kältemittelkreislaufs (2a, 2b) angeordnet sind, und dass ein Strömungspfad (27) als ein Bypass zum Strömungspfad (23) mit dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) ausgebildet ist, wobei sich die Strömungspfade (23, 27) jeweils zwischen einer Abzweigstelle (24) und einer Mündungsstelle (25) erstreckend ausgebildet sind.
  15. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des als Bypass zum Strömungspfad (23) mit dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) ausgebildeten Strömungspfades (27) ein Absperrventil (28) angeordnet ist.
  16. Klimatisierungssystem (1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2b) einen innerhalb des ersten Strömungspfades (12b) ausgebildeten inneren Wärmeübertrager (7) aufweist, wobei der innere Wärmeübertrager (7) in Strömungsrichtung des Kältemittels hochdruckseitig vor dem ersten Expansionsorgan (5) sowie niederdruckseitig nach dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) angeordnet ist.
  17. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (33) innerhalb eines ersten Strömungspfades (35) des Kühlmittelkreislaufs (30) und der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (34) innerhalb eines zweiten Strömungspfades (36) des Kühlmittelkreislaufs (30) angeordnet sind, wobei die Strömungspfade (35, 36) und die Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (33, 34) parallel zueinander durchströmbar angeordnet sind.
  18. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (30) mit einem dritten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (41) zum Übertragen von Wärme an Luft ausgebildet ist.
  19. Klimatisierungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (41) innerhalb eines Strömungspfades (42) des Kühlmittelkreislaufs (30) angeordnet ist, welcher parallel zu dem mit dem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (33) und/oder dem zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (34) ausgebildeten Strömungspfad (35, 36) von Kühlmittel durchströmbar angeordnet ist.
  20. Klimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (30) einen Strömungspfad (50) aufweist, welcher parallel zu den Strömungspfaden (35, 36, 42) mit den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragern (33, 34, 41) ausgebildet ist, wobei der Strömungspfad (50) mit einem als Verdampfer betreibbaren zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (11) sowie einer zweiten Fördervorrichtung (49) ausgebildet ist.
  21. Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems (1a, 1b) eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (2a, 2b) und einem Kühlmittelkreislauf (30) für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus, in einem Wärmepumpenmodus und in einem Nachheizmodus für die zu konditionierende Zuluft des Fahrgastraums nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckniveau des Kältemittels innerhalb eines Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers (21) zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft mit einem dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagerten Expansionsorgan (22) je nach Betriebsmodus zwischen einem Hochdruckniveau und einem Niederdruckniveau des Kältemittelkreislaufs (2a, 2b) stufenlos eingestellt wird, sodass der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) bei einem dem Druckniveau entsprechenden Temperaturniveau des Kältemittels oberhalb der Temperatur der Umgebungsluft als Kondensator/Gaskühler betrieben sowie Wärme vom Kältemittel an die Umgebungsluft übertragen wird und der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (21) bei einem dem Druckniveau entsprechenden Temperaturniveau des Kältemittels unterhalb der Temperatur der Umgebungsluft als Verdampfer betrieben und Wärme von der Umgebungsluft an das Kältemittel übertragen wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21 eines Klimatisierungssystems (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckniveaus des Kältemittels derart eingestellt werden, dass das Druckniveau innerhalb eines ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers (6) zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum sowie das Druckniveau innerhalb eines zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers (9) zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum einander entsprechen oder voneinander abweichen und dass mindestens ein Druckniveau innerhalb des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers (6) und/oder innerhalb des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers (9) dem Druckniveau innerhalb eines als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers (11) entspricht oder höher ist als das Druckniveau innerhalb des als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers (11).
  23. Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems (1a, 1b) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) parallel zueinander vom Kältemittel durchströmt werden.
  24. Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (33) und ein zweiter Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (34) parallel zueinander oder in Reihe nacheinander vom Kühlmittel durchströmt werden.
  25. Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass - in einer Strömungsrichtung (63, 63a) der Luft der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) und anschließend ein zweiter Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (34) mit Luft beaufschlagt werden, wobei jeweils zumindest ein Teilluftmassenstrom über eine Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers (9) und über eine Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers (34) geleitet wird und/oder - zumindest ein Teilluftmassenstrom eines über eine Wärmeübertragungsfläche des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers (9) oder am zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9) vorbei geleiteten Luftmassenstroms in die Umgebung abgeleitet wird.
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