DE102020119813A1 - Kältemittelkreislauf einer kombinierten Kälteanlage und Wärmepumpe mit integriertem Dampfinjektionskreislauf - Google Patents

Kältemittelkreislauf einer kombinierten Kälteanlage und Wärmepumpe mit integriertem Dampfinjektionskreislauf Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkreislauf einer kombinierten Kälteanlage und Wärmepumpe mit integriertem Dampfinjektionskreislauf, wobei im Kältemittelkreislauf nach einem Verdichter (1) ein 3-Wege-Ventil (2) als Verteilerpunkt angeordnet ist und in einem Kälteanlagenstrang ein Außen-Kondensator/Gaskühler (3), ein Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) und eine Rückschlagklappe (6) sowie ein Verbindungspunkt (19) angeordnet sind und in einem Wärmepumpenstrang ein Innen-Kondensator/Gaskühler (4) und eine Rückschlagklappe (6) angeordnet sind, wonach der Wärmepumpenstrang im Verbindungspunkt (19) mit dem Kälteanlagenstrang zusammengeführt wird und das kondensierte oder gekühlte Kältemittel nachfolgend über ein Expansionsorgan-Dampfinjektion (7) über die kalte Seite eines Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) zu einem Mitteldruck-Chiller (9) und nachfolgend über einen Direktdampfinjektionsanschluss (18) in den Verdichter (1) geführt wird und/oder das kondensierte oder gekühlte Kältemittel über die warme Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) zu einem Verdampfer (12) und/oder zu einem Niederdruck-Chiller (13) geführt wird, bevor der Kältemitteldampf über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite (14) und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) auf der kalten Seite zur Saugseite des Verdichters (1) geführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkreislauf einer kombinierten Kälteanlage und Wärmepumpe mit integriertem Dampfinjektionskreislauf, welcher insbesondere für den Einsatz bei der Fahrzeugklimatisierung und wiederum vorzugsweise bei elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen einsetzbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung Verfahren zum Betreiben des vorgenannten Kältemittelkreislaufes in verschiedenen Betriebsmodi.
  • Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für die Dampfinjektion, die auch als Sauggas- beziehungsweise Dampfeinspritzung oder Direktdampfinjektion bezeichnet wird, liegt bei Kältemittelkreisläufen, in denen Scrollverdichter, die auch als Spiralverdichter bezeichnet werden, für die Verdichtung des Kältemitteldampfes eingesetzt werden.
  • Die potentiellen Vorteile der Sauggas- beziehungsweise Dampfeinspritzung in Scrollverdichtern bei Klimaanlagen für Kühlanwendungen sind allgemein im Stand der Technik bekannt.
  • Dabei wird hauptsächlich der Verdichtungsprozess in zwei Stufen unterteilt. Bei der Sauggaseinspritzung wird zum einen die Kompressionsarbeit reduziert und zum anderen wird durch die zusätzliche Unterkühlung des flüssigen Kältemittels mittels des internen Wärmeübertragers die Einlassenthalpie in den Verdampfer und damit die Dampfqualität gesenkt. Dies führt sowohl zu einer Erhöhung der Kälteleistung als auch zu einer Erhöhung der Leistungszahl des Systems. Thermodynamisch bietet die Sauggaseinspritzungstechnologie signifikante Vorteile in Anwendungen, bei denen der Druckhub beziehungsweise der Temperaturanstieg am Verdichteraustritt hoch ist, zum Beispiel für Niedertemperaturkühleinrichtungen oder Wärmepumpenanwendungen. Die zusätzliche Kühlung des Kompressionsgases, die durch die Zwischenstufeneinspritzung bereitgestellt wird, ermöglicht den Verdichter in einem größeren Betriebsbereich zu betrieben als ein herkömmlicher einstufiger Verdichter betreibbar wäre.
  • Im Stand der Technik sind elektrisch angetriebene Verdichter bekannt, die mit einer Gaseinspritzfunktion ausgestattet sind, um den Kältemittelmassenstrom des zirkulierenden Kältemittels zu erhöhen. Beispielsweise geht aus der US 6,293,123 B1 ein Wärmepumpensystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Gaseinspritzfunktion hervor.
  • Die Sauggaseinspritzung bei Kältemittelverdichtern ist auch aus der US 5,848,537 A , der US 2007/0039347 A1 , der US 2008/0184733 A1 und aus der US 2010/00199694 A1 bekannt.
  • Den Systemen nach dem Stand der Technik ist der Nachteil zueigen, dass diese überwiegend apparativ aufwändig ausgebildet und mit einer großen Anzahl von Komponenten ausgestattet sind und eine damit einhergehende Anfälligkeit für Störungen aufweisen, was letztlich mit hohen Kosten verbunden ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Vorteile der Sauggaseinspritzungstechnologie und die Leistung sowie den Wirkungsgrad eines Wärmepumpensystems sowohl im Kühl- als auch im Heizmodus erheblich zu verbessern.
  • Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Kältemittelkreislauf zur Verfügung zu stellen, der apparativ einfach ausgebildet und somit kostengünstig umsetzbar ist.
  • Die Aufgabe wird durch einen Kältemittelkreislauf und Verfahren zum Betreiben eines Kreislaufes mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch einen Kältemittelkreislauf einer kombinierten Kälteanlage und Wärmepumpe mit integriertem Dampfinjektionskreislauf gelöst, wobei im Kältemittelkreislauf nach einem Verdichter ein 3-Wege-Ventil angeordnet ist, welches als Verteilerpunkt im Kältemittelkreislauf fungiert. Das 3-Wege-Ventil ist ausgelegt, einen Kälteanlagenstrang zu schalten, welcher einen Außen-Kondensator/Gaskühler, einen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager und eine Rückschlagklappe sowie einen Verbindungspunkt nacheinander angeordnet aufweist. Das 3-Wege-Ventil kann alternativ zum Kälteanlagenstrang einen Wärmepumpenstrang schalten, in welchem ein Innen-Kondensator/Gaskühler und eine Rückschlagklappe angeordnet sind, wonach der Wärmepumpenstrang in einem Verbindungspunkt mit dem Kälteanlagenstrang wieder zusammengeführt wird. Das 3-Wege-Ventil kann sowohl entweder den Kälteanlagenstrang oder den Wärmepumpenstrang oder aber, in Zwischenstellungen, beide Stränge gleichzeitig mit dem Kältemittel versorgen, so dass der Kälteanlagen- und der Wärmepumpenmodus kombiniert ausgeführt werden.
  • Nach der Zusammenführung der beiden vorbeschriebenen Stränge wird das kondensierte oder gekühlte Kältemittel nachfolgend über ein Expansionsorgan-Dampfinjektion über die kalte Seite eines Neben-Innerer-Wärmeübertragers zu einem Mitteldruck-Chiller und der Kältemitteldampf nachfolgend über eine Dampfinjektionseinspeisung in den Verdichter geführt. Gleichzeitig oder alternativ dazu wird das kondensierte oder gekühlte Kältemittel über die warme Seite des Dampfinjektion-Innerer-Wärmeübertragers zu einem Verdampfer und/oder zu einem Niederdruck-Chiller geführt, bevor der Kältemitteldampf über den Flüssigkeitsabscheider und über die kalte Seite des Haupt-Innerer-Wärmeübertragers zur Saugseite des Verdichters geführt wird.
  • Begrifflich wird der Außen-Kondensator/Gaskühler auch als Außenwärmeübertrager und der Innenwärmeübertrager auch als Innen-Kondensator/Gaskühler bezeichnet.
  • Mit diesem Kältemittelkreislauf wird das Prinzip der Sauggaseinspritzung realisiert.
  • Das Grundprinzip der Sauggaseinspritzung in einem Dampfinjektionskältekreislauf besteht zusammengefasst darin, dass eine bestimmte Menge kondensiertes flüssiges Kältemittel stromabwärts vom Kondensator abgezweigt und nachfolgend als Einspritzstrom durch ein Expansionsventil in einen internen Gegenstromwärmeübertrager, der auch als Neben-Innerer-Wärmeübertrager bezeichnet wird, entspannt wird. Der Neben-Innerer-Wärmeübertrager fungiert als Unterkühler für den Hauptflüssigkeitskältemittelstrom, der auch als Hauptstrom bezeichnet wird. Der Hauptstrom wird durch ein weiteres Expansionsventil auf Niederdruck entspannt und entsprechend im Verdampfer und/oder Chiller verdampft.
  • Gesättigter oder überhitzter Dampf wird durch den Mitteldruckanschluss des Verdichters in die Kompressionskammer eingespritzt, was zu einer Verringerung der Verdichteraustrittstemperatur führt. Die zusätzliche Unterkühlung vor dem Eintritt in den Verdampfer erhöht die Kälteleistung des Verdampfers, indem die Temperatur des flüssigen Kältemittels nach dem Kondensator im Inneren-Wärmeübertrager gesenkt wird, wodurch die Einlassenthalpie in den Verdampfer ebenfalls sinkt. Der zusätzliche Einspritzstrom erhöht die Heizleistung um den gleichen Betrag, was im Heizbetrieb vorteilhaft ist.
  • Die prinzipielle Funktionsweise des Kältemittelkreislaufes kann zusammengefasst wie folgt beschrieben werden. Der Austritt des Verdichters ist mit einem 3-Wege-Kältemittelventil verbunden, mit dem der Kältemittelstrom zwischen dem Außenwärmeübertrager und dem Innenwärmeübertrager aufgeteilt werden kann. Im Kühlbetrieb wird das Kältemittel zum Außenwärmeübertrager geleitet, um die Enthitzungs- beziehungsweise Kondensationswärme des Kältemittels an die Umgebung abzugeben, und im Heizbetrieb wird das Kältemittel zum Innenwärmeübertrager geleitet, um die Enthitzungs- beziehungsweise Kondensationswärme für die Kabinenheizung zu verwenden. Der Auslass des Außenwärmeübertragers ist mit der Hochdruckseite des Haupt-Innerer-Wärmeübertragers verbunden, wodurch im Kühlbetrieb Wärme von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite des Systems übertragen werden kann. Im Heizbetrieb wird im Haupt-Innerer-Wärmeübertrager keine Wärme übertragen. Nach dem Wärmeabgabeprozess werden die beiden Kältemittelströmungspfade zusammengeführt, bevor sie in den Sauggaseinspritzungsbereich des Verdichters fließen.
  • Bei der Sauggaseinspritzung wird das Kältemittel in einen Hauptstrom und einen Einspritzstrom aufgeteilt. Der Einspritzstrom wird stromabwärts vom Zusammenführungspunkt abgelassen und durch das Expansionsorgan-Dampfinjektion in einen Gegenstrom-Neben-Innerer-Wärmeübertrager expandiert, der als Unterkühler für den Hauptkältemittelstrom dient, welcher parallel durch die Expansionsventile Expansionsorgan-Verdampfer und Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf in den Verdampfer und den Niederdruck-Chiller fließt.
  • Der Einspritzstrom strömt weiter durch den Mitteldruck-Chiller, in dem das Kältemittel durch Absorption von Wärme verdampft oder überhitzt wird, bevor es durch den Sauggaseinspritzport, auch als Direktdampfinjektionsanschluss bezeichnet, in den Verdichter eingespritzt wird. Der Hauptstrom fließt durch den Akkumulator und Flüssigkeitsabscheider und durch die Niederdruckseite des Haupt-Innerer-Wärmeübertragers, wobei dieser vor dem Einströmen in den Verdichter weiterverdampft beziehungsweise weiterüberhitzt werden kann. Abhängig von den Anforderungen eines Elektrofahrzeugs kann das System an zwei verschiedene Kühlkreisläufe angeschlossen werden, die bei unterschiedlichen Kühlmitteltemperaturniveaus arbeiten. Dies erfolgt durch die Bereitstellung von Kühlleistung bei zwei verschiedenen Druckstufen innerhalb des Mitteldruck-Chillers und des Niederdruck-Chillers.
  • Dadurch kann beispielsweise im Kühlmodus das niedrige Temperaturniveau des Kühlwassers für die Kühlung der Batterie und das mittlere Temperaturniveau für die Kühlung der Elektronik verwendet werden. Im Heizbetrieb wiederum kann die Abwärme von Batterie- und E-Antriebskomponenten bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken aufgenommen werden, was sowohl eine hohe Flexibilität, als auch einen effizienten Betrieb des Wärmepumpensystems ermöglicht.
  • Besonders bevorzugt ist der Verdichter als Scrollverdichter mit einem Direktdampfinjektionsanschluss bei Mitteldruck ausgebildet.
  • Besonders bevorzugt wird der Kältemittelkreislauf mit Kohlendioxid R744 oder dem Kältemittel R1234yf oder R134a als Kältemittel betrieben.
  • Besonders bevorzugt ist der Innen-Kondensator/Gaskühler als Heizungswärmeübertrager zur Heizung und der Verdampfer zur Kühlung von Luft in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges angeordnet, über welche das Kraftfahrzeug mit konditionierter Luft in diversen Betriebsmodi versorgt werden kann.
  • Vorteilhaft wird der Kältemittelkreislauf in einem elektromotorisch betriebenen Fahrzeug eingesetzt, wobei der Mitteldruck-Chiller besonders bevorzugt als Kühler in einem E-Antriebsstrangkühlkreislauf angeordnet ist. Über den Mitteldruck-Chiller kann die Elektronik des Antriebes und der Antrieb selbst gekühlt und damit unter den jeweiligen Betriebsumständen auf einem optimalen Betriebstemperaturniveau gehalten werden.
  • Besonders bevorzugt wird der Niederdruck-Chiller als Kühler in einem Batteriekühlkreislauf angeordnet. Dabei ist der Kältemittelkreislauf in einem batterieelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug eingesetzt und entsprechend adaptiert, dass die Batterien der Fahrzeuge durch Kühlung auf dem optimalen Betriebstemperaturniveau gehalten werden. Insbesondere bei hoher Belastung der Batterie bei Lade- oder Entladevorgängen, die zu einer thermischen Belastung führen, kann durch ein optimales Thermomanagement die Effizienz der Prozesse erhöht und die Lebensdauer der Batterie entsprechend verlängert werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes gelöst, welches zur Fahrzeugkabinenkühlung wie nachfolgend beschrieben durchgeführt wird.
  • Der Kältemittelkreislauf wird vom Verdichter über das 3-Wege-Ventil zum Außen-Kondensator/Gaskühler und dem Haupt-Innerer-Wärmeübertrager geführt. Der Kältemittelstrom passiert den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager auf der warmen Seite und nachfolgend wird ein Teilstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion geführt und auf Mitteldruck expandiert. Dieser Teilstrom wird auf der kalten Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers verdampft und der Kältemitteldampf in den Verdichter bei Mitteldruck injiziert. Der andere Teilstrom wird auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers gekühlt, im Expansionsorgan auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer zur Kühlung der Innenraumluft in der Klimaanlage des Fahrzeuges verdampft, wonach dieser Teilstrom über den Flüssigkeitsabscheider und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager geführt und vom Verdichter bei Niederdruck auf der Saugseite angesaugt wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes gelöst, welches zur Batteriekühlung eines batterieelektrischen Fahrzeuges wie nachfolgend beschrieben durchgeführt wird. Der Kältemittelkreislauf wird vom Verdichter über das 3-Wege-Ventil zum Außen-Kondensator/Gaskühler und dem Haupt-Innerer-Wärmeübertrager geführt. Nachfolgend wird ein Teilstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion geführt und auf Mitteldruck expandiert und auf der kalten Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers verdampft. Der Kältemitteldampf wird in den Verdichter bei Mitteldruck injiziert. Der andere Teilstrom des Kältemittels wird auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers geführt und entsprechend gekühlt sowie nachfolgend im Expansionsorgan auf Niederdruck entspannt.
  • Anschließend wird der Teilstrom im Niederdruck-Chiller zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes verdampft, wonach der Teilstrom über den Flüssigkeitsabscheider und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager geführt und vom Verdichter auf der Saugseite angesaugt wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes gelöst, welches zur Fahrzeugkabinenkühlung und zur Batteriekühlung eines batterieelektrischen Fahrzeuges wie nachfolgend beschrieben durchgeführt wird.
  • Der Kältemittelkreislauf wird vom Verdichter über das 3-Wege-Ventil zum Außen-Kondensator/Gaskühler und dem Haupt-Innerer-Wärmeübertrager geführt. Nachfolgend wird ein Teilstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion geführt und auf Mitteldruck expandiert und danach auf der kalten Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers verdampft. Der Kältemitteldampf wird in den Verdichter bei Mitteldruck injiziert, wobei der andere Teilstrom auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers gekühlt und nochmals in einen Klimatisierungsteilstrom und einen Batteriekühlungsteilstrom aufgeteilt wird, wobei der Batteriekühlungsteilstrom im Expansionsorgan auf Niederdruck entspannt und im Niederdruck-Chiller zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes verdampft wird. Der Klimatisierungsteilstrom wird im Expansionsorgan auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer zur Kühlung der Innenraumluft in der Klimaanlage verdampft, wonach der Klimatisierungsteilstrom und der Batteriekühlungsteilstrom wieder zusammengeführt werden. Nun wird der Kältemitteldampf über den Flüssigkeitsabscheider und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager geführt und vom Verdichter auf der Saugseite angesaugt.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes gelöst, welches im Reheat-Modus bei milden Umgebungstemperaturen zur Fahrzeugkabinenkühlung wie nachfolgend beschrieben durchgeführt wird.
  • Der Kältemittelkreislauf wird vom Verdichter zum 3-Wege-Ventil geführt und nachfolgend wird ein erster Teilstrom über den Außen-Kondensator/Gaskühler und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager und ein zweiter Teilstrom über den Innen-Kondensator/Gaskühler geführt. Nachfolgend werden die beiden Teilströme zusammengeführt und im Expansionsorgan auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer zur Kühlung der Innenraumluft in der Klimaanlage verdampft, wonach der Kältemittelstrom über den Flüssigkeitsabscheider und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager geführt und vom Verdichter angesaugt wird.
  • Unter dem Begriff des Reheat wird bei der Kraftfahrzeugklimatisierung verstanden, dass die der Fahrzeugkabine zuzuführende Luft zunächst gekühlt und entfeuchtet und anschließend bis zur gewünschten Temperatur wieder erwärmt wird. Es werden ferner zwei Konstellationen des Reheat unterschieden. Einmal ein Zustand des Wärmemanagementsystems bei dem insbesondere bei moderaten Umgebungstemperaturen die geforderte Kälteleistung des Systems höher ist als die für die Wiedererwärmung erforderliche Heizleistung der in die Fahrzeugkabine abzugebenden Luft. Dies wird als Reheat im Kälteanlagenbetrieb bezeichnet.
  • Weiterhin tritt die Konstellation auf, bei welcher die geforderte Heizleistung für die Wiederaufheizung der Luft höher ist als die für die Entfeuchtung der Luft erforderliche Kälteleistung. Dies wird auch als Reheat im Wärmepumpenbetrieb bezeichnet.
  • Die Wiedererwärmung beziehungsweise die Wiederaufheizung der Luft wird als Reheat bezeichnet.
  • Der Betriebsmodus Reheat bei milden Umgebungstemperaturen wird bei milden Umgebungstemperaturen zwischen 18 °C und 30 °C angewandt.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes gelöst, welches im Reheat-Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Luftentfeuchtung und gleichzeitigen Fahrzeugkabinenheizung wie nachfolgend beschrieben durchgeführt wird.
  • Der Kältemittelkreislauf wird vom Verdichter zum 3-Wege-Ventil und über den Innen-Kondensator/Gaskühler geführt, wobei nachfolgend ein Teilstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion geführt und auf Mitteldruck expandiert wird.
  • Dieser Teilstrom wird dann auf der kalten Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers und nachfolgend im Mitteldruck-Chiller zur Kühlung des E-Antriebsstrangkühlkreislaufes verdampft und der Kältemitteldampf in den Verdichter bei Mitteldruck injiziert. Der andere Teilstrom wird auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers entsprechend gekühlt, im Expansionsorgan auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer zur Kühlung der Innenraumluft in der Klimaanlage des Fahrzeuges verdampft, wonach der Kältemittelstrom über den Flüssigkeitsabscheider und den in diesem Betriebsmodus funktionslosen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager geführt und vom Verdichter angesaugt wird.
  • Der Betriebsmodus Reheat bei niedrigen Umgebungstemperaturen wird bei Umgebungstemperaturen zwischen 0 °C und 18 °C angewandt.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes gelöst, welches im Reheat-Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Luftentfeuchtung und gleichzeitigen Fahrzeugkabinenheizung sowie zusätzlicher Batteriekühlung wie nachfolgend beschrieben durchgeführt wird.
  • Der Kältemittelkreislauf wird vom Verdichter zum 3-Wege-Ventil und über den Innen-Kondensator/Gaskühler geführt, wobei nachfolgend ein Teilstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion geführt und auf Mitteldruck expandiert wird. Dieser Teilstrom wird dann auf der kalten Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers und nachfolgend im Mitteldruck-Chiller zur Kühlung des E-Antriebsstrangkühlkreislaufes verdampft und der Kältemitteldampf in den Verdichter bei Mitteldruck injiziert. Der andere Teilstrom wird auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers gekühlt und in einen Klimatisierungsteilstrom und einen Batteriekühlungsteilstrom aufgeteilt. Der Batteriekühlungsteilstrom wird im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf auf Niederdruck entspannt und im Niederdruck-Chiller zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes verdampft. Der Klimatisierungsteilstrom wird im Expansionsorgan-Verdampfer auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer zur Entfeuchtung der Innenraumluft in der Klimaanlage verdampft, wonach der Klimatisierungsteilstrom und der Batteriekühlungsteilstrom zusammengeführt und über den Flüssigkeitsabscheider und den funktionslosen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager geführt und vom Verdichter angesaugt werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes gelöst, welches im Reheat-Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Luftentfeuchtung und gleichzeitigen Fahrzeugkabinenheizung sowie zusätzlicher Batteriekühlung wie nachfolgend beschrieben durchgeführt wird.
  • Der Kältemittelkreislauf wird vom Verdichter zum 3-Wege-Ventil und über den Innen-Kondensator/Gaskühler geführt, wobei der Kältemittelstrom in einen Klimatisierungsteilstrom und einen Batteriekühlungsteilstrom aufgeteilt wird. Der Batteriekühlungsteilstrom wird im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf auf Niederdruck entspannt und im Niederdruck-Chiller zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes verdampft. Der Klimatisierungsteilstrom wird im Expansionsorgan-Verdampfer auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer zur Entfeuchtung der Innenraumluft in der Klimaanlage verdampft, wonach der Klimatisierungsteilstrom und der Batteriekühlungsteilstrom zusammengeführt und über den Flüssigkeitsabscheider und den funktionslosen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager geführt und vom Verdichter angesaugt werden.
  • Bei Temperaturen unter 0 °C Umgebungstemperatur wird kein Reheat durchgeführt, da sonst der Innenraumverdampfer vereisen würde.
  • Ergänzend sind die folgenden Umgebungstemperaturbereiche den jeweiligen Betriebsmodi zugeordnet.
  • Bei Umgebungstemperaturen von mehr als 30 °C erfolgt ein reiner Kälteanlagenbetrieb der Anlage.
  • Bei Umgebungstemperaturen zwischen 18 °C bis 30 °C erfolgt ein Reheat im Kälteanlagenbetrieb.
  • Bei Umgebungstemperaturen zwischen 0 °C bis 18 °C erfolgt ein Reheat im Wärmepumpenbetrieb und bei Umgebungstemperaturen unterhalb von 0 °C erfolgt ein reiner Wärmepumpenbetrieb der Anlage.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes gelöst, welches zur Fahrzeugkabinenheizung sowie E-Antriebsstrangkühlung und Batteriekühlung wie nachfolgend beschrieben durchgeführt wird.
  • Der Kältemittelkreislauf wird vom Verdichter zum 3-Wege-Ventil und über den Innen-Kondensator/Gaskühler geführt, wobei nachfolgend ein Teilstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion geführt und auf Mitteldruck expandiert wird. Der Teilstrom wird auf der kalten Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers und nachfolgend im Mitteldruck-Chiller zur Kühlung des E-Antriebsstrangkühlkreislaufes verdampft und der Kältemitteldampf in den Verdichter bei Mitteldruck injiziert. Der andere Teilstrom wird auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers gekühlt, im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf auf Niederdruck entspannt und im Niederdruck-Chiller zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes verdampft, wonach der Teilstrom über den Flüssigkeitsabscheider und den funktionslosen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager geführt und vom Verdichter angesaugt wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes gelöst, welches zur Fahrzeugkabinenheizung sowie E-Antriebsstrangkühlung wie nachfolgend beschrieben durchgeführt wird.
  • Der Kältemittelkreislauf wird vom Verdichter zum 3-Wege-Ventil und über den Innen-Kondensator/Gaskühler geführt, wonach der Kältemittelstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion geführt und expandiert wird. Der Kältemittelstrom wird dann über den funktionslosen Neben-Innerer-Wärmeübertrager geführt und im Mitteldruck-Chiller zur Kühlung des E-Antriebsstrangkühlkreislaufes verdampft und der Kältemitteldampf nachfolgend in den Verdichter injiziert.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes gelöst, welches zur Fahrzeugkabinenheizung sowie Batteriekühlung wie nachfolgend beschrieben durchgeführt wird.
  • Der Kältemittelkreislauf wird zunächst vom Verdichter zum 3-Wege-Ventil und über den Innen-Kondensator/Gaskühler und den funktionslosen Neben-Innerer-Wärmeübertrager geführt, wobei der Kältemittelstrom im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf auf Niederdruck entspannt und im Niederdruck-Chiller zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes verdampft wird. Der Kältemittelstrom wird dann über den Flüssigkeitsabscheider und den funktionslosen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager geführt und schließlich vom Verdichter angesaugt.
  • Das System ist hauptsächlich für den Betrieb mit dem Kältemittel R744 ausgelegt, kann aber auch mit anderen Kältemitteln wie R1234yf und R134a betrieben werden. Darüber hinaus ermöglicht die Systemarchitektur die Auswahl zwischen verschiedenen Modi, wie Kühlen, Heizen und Entfeuchten, bei minimalem Einsatz von Expansions- und Wegeventilen. Ein weiterer Vorteil ist, dass dieses System mit einem herkömmlichen Klimagerät verwendet werden kann und dadurch in vielen Fahrzeugmodellen eingesetzt werden kann.
  • Die Vorteile des Systems sind sehr vielfältig.
  • Im Heizfall kann gleichzeitig über den Mitteldruck-Chiller und den Niederdruck-Chiller Abwärme aus dem E-Antriebsstrangkühlkreis und aus dem Batteriekühlkreislauf aufgenommen werden, was zu einer hohen Heizleistung führt.
  • Weiterhin kann im Heizfall die Wärmeaufnahme beziehungsweise die Wärmemenge aus dem E-Antriebsstrangkühlkreislauf und dem Batteriekühlkreislauf unabhängig voneinander eingestellt werden. Dabei erfolgt die Wärmeaufnahme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus, so dass bauteilkritische Grenztemperaturen nicht unterschritten werden. Dies führt zu einer hohen Flexibilität des Systems.
  • Über den Mitteldruck-Chiller kann Abwärme auf einem höheren Temperaturniveau aufgenommen werden als beim Niederdruck-Chiller. Dabei wird das verdampfte Kältemittel bei einem höheren Druckniveau in den Verdichter eingespritzt als das Saugdruckniveau. Das bedeutet, dass der Verdichter lediglich nur einen Teil des Massenstromes vom Saugdruck- auf das Hochdruckniveau verdichten muss. Auf diese Weise wird die elektrische Leistungsaufnahme des Verdichters reduziert, woraus die hohe Effizienz des Prozesses resultiert.
  • 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:
    • 1: Kältemittelkreislauf Schaltbild der Komponenten,
    • 2: Kältemittelkreislauf Schaltbild zur Fahrzeugkabinenkühlung,
    • 3: Kältemittelkreislauf Schaltbild zur Batteriekühlung,
    • 4: Kältemittelkreislauf Schaltbild zur Fahrzeugkabinenkühlung und zur Batteriekühlung,
    • 5: Kältemittelkreislauf Schaltbild im Reheat Modus bei milden Umgebungstemperaturen zur Fahrzeugkabinenkühlung,
    • 6: Kältemittelkreislauf Schaltbild im Reheat Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Luftentfeuchtung und gleichzeitigen Fahrzeugkabinenheizung,
    • 7: Kältemittelkreislauf Schaltbild im Reheat Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Luftentfeuchtung und gleichzeitigen Fahrzeugkabinenheizung sowie E-Antriebsstrangkühlung und Batteriekühlung,
    • 8: Kältemittelkreislauf Schaltbild im Reheat Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Luftentfeuchtung und gleichzeitigen Fahrzeugkabinenheizung sowie zusätzlicher Batteriekühlung,
    • 9: Kältemittelkreislauf Schaltbild zur Fahrzeugkabinenheizung sowie E-Antriebsstrangkühlung und Batteriekühlung,
    • 10: Kältemittelkreislauf Schaltbild zur Fahrzeugkabinenheizung sowie E-Antriebsstrangkühlung und
    • 11: Kältemittelkreislauf Schaltbild zur Fahrzeugkabinenheizung sowie Batteriekühlung.
  • In 1 ist das Schaltbild einer kombinierten Kälteanlage und Wärmepumpe mit integriertem Dampfinjektionskreislauf dargestellt. Der Kältemittelkreislauf ist in den zwei grundsätzlichen Betriebsmodi der Kälteanlagenschaltung und der Wärmepumpenschaltung durch die verschiedene Nutzung diverser Einzelstränge schaltbar. Unter einer Nutzung als Kälteanlage wird im Weiteren verstanden, dass die Kühlung von Fahrzeugkabinenluft sowie von Komponenten des E-Antriebsstranges oder der Batterie als überwiegender Einsatzzweck verfolgt wird. Im Wärmepumpenmodus wiederum steht die Erwärmung der Luft für die Fahrzeugkabine oder auch die Beheizung der Komponenten des Antriebsstranges oder der Batterien auf ihre optimale Betriebstemperatur im Vordergrund des Einsatzes des Kältemittelkreislaufes. Der sogenannte Reheat-Betrieb stellt eine Kombination von Kühlung und Heizung der Innenraumluft dar. Die Innenraumluft wird in der Klimaanlage 15 des Fahrzeuges dabei zunächst durch Kühlung entfeuchtet und anschließend auf den gewünschten Wert erwärmt. Als Innenraumluft 21 wird derjenige Luftstrom verstanden, der von der Klimaanlage an die Fahrzeugkabine abgegeben wird.
  • Der E-Antriebsstrangkühlkreislauf versorgt im weiteren Sinne die Komponenten des elektrischen Antriebsstranges sowie die Elektronik mit Kälteleistung.
  • Der Kältemittelkreislauf wird durch den Verdichter 1 angetrieben. Als Kältemittelverdichter 1 wird insbesondere ein Scrollverdichter eingesetzt, der die Möglichkeit der Mitteldruckdampfinjektion bietet. Beginnend beim Verdichter 1 durchströmt das verdichtete, erhitzte dampfförmige Kältemittel das 3-Wege-Ventil 2. Dieses besitzt drei Fluidanschlüsse, einen Eingang und zwei Ausgänge. Über das 3-Wege-Ventil 2 kann ein Fluidstrom zum ersten Ausgang oder zum zweiten Ausgang oder zu beiden Ausgängen gleichzeitig geschaltet werden. Im letzteren Fall erfolgt eine Aufteilung des Fluidstromes vom Eingang in zwei Teilströme. Ein erster Ausgang des 3-Wege-Ventils 2 ist verbunden mit dem Außen-Kondensator/Gaskühler 3, wo das heiße Kältemittelgas aus dem Verdichter 1 kondensiert beziehungsweise gekühlt wird von der Umgebungsluft 20, die den Außen-Kondensator/Gaskühler 3 durchströmt. Das kondensierte beziehungsweise gekühlte Kältemittel durchströmt auf der warmen Seite einen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager 5 und gelangt nachfolgend über eine Rückschlagklappe 6 zu einem Verbindungspunkt 19. Am Verbindungspunkt 19 wird der Strang über den Außen-Kondensator/Gaskühler 3 zusammengeführt mit dem vom zweiten Ausgang des 3-Wege-Ventils 2 abgehenden Strang über den Innen-Kondensator/Gaskühler 4, welcher nach einer Rückschlagklappe 6 mit dem vorbeschriebenen Strang über den Außen-Kondensator/Gaskühler 3 zusammengeführt wird.
  • Der Innen-Kondensator/Gaskühler 4 ist als Heizungswärmeübertrager innerhalb einer Klimaanlage 15 für die Temperierung der Luft für die Fahrzeugkabine angeordnet.
  • Der Kältemittelkreislauf wird nach dem Verbindungspunkt 19 in zwei Stränge geteilt. Ein erster Teilstrang verläuft über das Expansionsorgan-Dampfinjektion 7. Nach Entspannung des Kältemittels auf Mitteldruckniveau durchströmt das entspannte, kalte Kältemittel den Neben-Innerer-Wärmeübertrager 8 auf der kalten Seite hin zum Mitteldruck-Chiller 9, welcher als Kühler des E-Antriebsstrangkühlkreislaufes 16 fungiert. Anschließend gelangt der Kältemitteldampf bei Mitteldruck zum Direktdampfinjektionsanschluss 18 des Verdichters 1. An dieser Stelle ist der Strang der Mitteldruck-Dampfinjektion im Kreislauf nach Rückführung zum Verdichter 1 geschlossen.
  • Der zweite Teilstrang nach dem Verbindungspunkt 19, welcher nicht über das Expansionsorgan-Dampfinjektion 7 geführt wird, wird auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers 8 hin zu den Wärmeübertragern für weitere Kühlaufgaben bei Niederdruck geführt. Der Kältemittelstrom kann einmal über das Expansionsorgan-Verdampfer 10 und den Verdampfer 12 der Klimaanlage 15 oder über das Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf 11 zum Niederdruck-Chiller 13 parallel oder alternativ geleitet werden. Der Strang vom Verdampfer 12 der Klimaanlage 15 wird über eine Rückschlagklappe 6 geleitet und mit dem Strang vom Niederdruck-Chiller 13 vereinigt und gemeinsam über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite 14 und die kalte Seite des Haupt-Innerer-Wärmeübertragers 5 hin zur Saugseite des Verdichters 1 geführt, womit der Kreislauf geschlossen ist.
  • Dieser mit seinen Grundkomponenten vorangehend beschriebene Kältemittelkreislauf wird in den nachfolgenden 2 bis 11 nun in verschiedenen Modi betrieben, welche nachfolgend im Einzelnen beschrieben werden. Dabei sind fluiddurchströmte Leitungen mit Doppellinien und in dem jeweiligen Modus nicht durchströmte Leitungen mit Einfachlinien dargestellt.
  • In 2 ist der Betriebsmodus der Fahrzeugkabinenkühlung mittels des Kältemittelkreislaufes gezeigt.
  • In diesem Modus strömt das Kältemittel durch den Außen-Kondensator/Gaskühler und gibt dabei Enthitzungs- beziehungsweise Kondensationswärme an die Umgebung ab. Im Haupt-Innerer-Wärmeübertrager wird Wärme von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite übertragen.
  • Der Einspritzstrom wird stromabwärts vom Zusammenführungspunkt abgezweigt und über das Expansionsorgan-Dampfinjektion in den Neben-Innerer-Wärmeübertrager expandiert, der als zusätzlicher Unterkühler für den Hauptstrom fungiert. Der Hauptstrom wird im Expansionsorgan-Verdampfer in den Verdampfer entspannt, um die durch den Verdampfer in die Fahrzeugkabine einströmende Luft zu kühlen.
  • Zusätzlich kann der Mitteldruck-Chiller verwendet werden, um Kälteleistung bei einem mittleren Temperaturniveau bereitzustellen, beispielsweise für Elektronikbeziehungsweise Inverterkühlung.
  • Im dargestellten Ausführungsmodus wird das gasförmige Kältemittel im Verdichter 1 verdichtet und über das 3-Wege-Ventil 2 zum Außen-Kondensator 3 geleitet, in diesem mittels der Umgebungsluft 20 gekühlt und nachfolgend über die warme Seite des Haupt-Innerer-Wärmeübertragers 5 zum Expansionsorgan-Dampfinjektion 7 geleitet.
  • Ein Teilstrom wird über das Expansionsorgan-Dampfinjektion 7 und nachfolgend über die kalte Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers 8 geführt und schließlich bei Mitteldruck in den Verdichter 1 als Direktdampf am Direktdampfinjektionsanschluss 18 injiziert.
  • Der zweite Teilstrom wird bei hohem Druck über die warme Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers 8 geführt und anschließend im Expansionsorgan-Verdampfer 10 auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer 12 der Klimaanlage 15 zur Kühlung der Innenraumluft 21 in der Klimaanlage 15 verdampft. Der Kältemitteldampf strömt über die Rückschlagklappe 6 zum Akkumulator, dem Flüssigkeitsabscheider-Saugseite 14. Über die kalte Seite des Haupt-Innerer-Wärmeübertragers 5 wird der Kältemitteldampf zum Verdichter 1 geführt, wo sich der Kältemittelkreislauf schließt.
  • In 3 ist die Batteriekühlung mittels des Kältemittelkreislaufes gezeigt.
  • In diesem Modus strömt das Kältemittel durch den Außenwärmeübertrager und gibt dabei Enthitzungs- beziehungsweise Kondensationswärme an die Umgebung ab. Im Haupt-Innerer-Wärmeübertrager wird Wärme von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite übertragen.
  • Der Einspritzstrom wird stromabwärts vom Zusammenführungspunkt abgelassen und über das Expansionsorgan-Dampfinjektion in den Neben-Innerer-Wärmeübertrager expandiert, der als zusätzlicher Unterkühler für den Hauptkältemittelstrom fungiert. Der Hauptstrom wird im Expansionsorgan-Verdampfer in den Verdampfer entspannt, um Kälteleistung bei niedrigen Kühlwassertemperaturen bereitzustellen, beispielsweise für die Batteriekühlung.
  • Beginnend wiederum mit der Verdichtung des Kältemittels im Verdichter 1 wird dieses, wie zu 2 vorangehend beschrieben, in einem Teilstrom auf Mitteldruck entspannt und als Direktdampf in den Verdichter 1 injiziert. Der andere Teilstrom wird nach Kühlung auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers 8 nunmehr über das Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf 11 zum Niederdruck-Chiller 13 des Batteriekühlkreislaufes 17 geleitet. Nachfolgend wird dann, wie im Kreislauf zu 2 beschrieben, das Kältemittel zurück zum Verdichter 1 geführt.
  • In den beiden vorangehend beschriebenen Kühlmodi wird der Mitteldruck-Chiller 9 nicht aktiv betrieben und der E-Antriebsstrangkühlkreislauf 16 nicht mit Kälte versorgt, respektive nicht gekühlt.
  • In 4 ist die Fahrzeugkabinen- und Batteriekühlung mittels des Kältemittelkreislaufes gezeigt.
  • In diesem Modus strömt das Kältemittel durch den Außenwärmeübertrager und gibt dabei Enthitzungs- beziehungsweise Kondensationswärme an die Umgebung ab. Im Haupt-Innerer-Wärmeübertrager wird Wärme von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite übertragen.
  • Der Einspritzstrom wird stromabwärts vom Zusammenführungspunkt abgelassen und über das Expansionsorgan-Dampfinjektion in den Neben-Innerer-Wärmeübertrager expandiert, der als zusätzlicher Unterkühler für den Hauptkältemittelstrom fungiert. Der Hauptstrom fließt entsprechend aufgeteilt sowohl durch das Expansionsorgan-Verdampfer als auch durch das Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf und wird auf das Saugdruckniveau entspannt, um Kälteleistung sowohl für die Fahrzeugkabinen- als auch für die Batteriekühlung bereitzustellen.
  • Wiederum beginnend beim Verdichter 1 ist der Kältemittelkreislauf, wie zu den 2 und 3 beschrieben, zur Mitteldruckdampfinjektion eines ersten Teilstromes, des Einspritzstromes, in den Verdichter 1 geschaltet. Die Niederdruckentspannung des zweiten Teilstromes, des Hauptstromes, erfolgt nach der Passage der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers 8. Nun werden beide Wärmeübertrager jeweils über die zugehörigen Expansionsventile zur Realisierung der Kühlfunktion parallel mit Kältemittel des Hauptstromes versorgt, einmal über das Expansionsorgan-Verdampfer 10 zum Verdampfer 12 der Klimaanlage 15 sowie parallel zu diesem Strang mit dem Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf 11 zum Niederdruck-Chiller 13 zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes 17. Der Kältemitteldampf beider Teilströme des Hauptstromes wird vereinigt und über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite 14 sowie den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager 5 auf der kalten Seite zur Saugseite des Verdichters 1 geführt, womit der Kreislauf geschlossen ist. Die Schaltung nach 4 stellt somit eine Kombination der Schaltungen nach den 2 und 3 dar.
  • In 5 ist der Reheat-Modus bei milden Umgebungstemperaturen zur Fahrzeugkabinenkühlung mittels des Kältemittelkreislaufes gezeigt.
  • In diesem Modus wird der Kältemittelmassenstrom nach dem Verdichter zwischen dem Außen- und dem Innenwärmeübertrager aufgeteilt. Auf diese Weise wird ein Teil der Enthitzungs- beziehungsweise Kondensationswärme zum Aufwärmen der in die Fahrzeugkabine strömenden Luft verwendet. Im Haupt-Innerer-Wärmeübertrager wird Wärme von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite übertragen.
  • Der Kältemittelstrom wird nach Wärmeabgabe wieder zusammengeführt und durch das Expansionsorgan-Verdampfer in den Verdampfer entspannt, um die in die Fahrzeugkabine strömende Luft abzukühlen beziehungsweise zu entfeuchten.
  • Das Expansionsorgan-Dampfinjektion ist vollständig geschlossen, sodass das Kältemittel nur über die Hochdruckseite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers fließen kann.
  • Im Reheat Modus werden sowohl der Innen-Kondensator/Gaskühler 4 als auch der Verdampfer 12 der Klimaanlage 15 des Kraftfahrzeuges betrieben. Bei milden Umgebungstemperaturen bedeutet dies, dass der Innen-Kondensator/Gaskühler 4 im Heizmodus arbeitet, während gleichzeitig der Verdampfer 12 im Kühlmodus betrieben wird, um die Feuchtigkeit der Innenraumluft 21 zu reduzieren. Da in diesem Modus nicht die gesamte Kondensationswärme des Kältemitteldampfes nach dem Verdichter 1 für die Erwärmung der Fahrzeugkabine genutzt wird, wird ein erster Teilstrom des Kältemitteldampfes nach der Verdichtung über den Außen-Kondensator/Gaskühler 3 und ein zweiter Teilstrom über den Innen-Kondensator/Gaskühler 4 geführt. Beide Kältemittelteilströme werden nachfolgend vor der Expansion im Expansionsorgan-Verdampfer 10 und nachfolgender Verdampfung im Verdampfer 12 zusammengeführt. Der Kältemitteldampf aus dem Verdampfer 12 wird über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite 14 sowie den kalten Teil des Haupt-Innerer-Wärmeübertragers 5 dem Verdichter 1 zugeführt.
  • In diesem Betriebsmodus des Kältemittelkreislaufes erfolgt keine Direktdampfinjektion bei Mitteldruck. Folglich wird auch der E-Antriebsstrangkühlkreislauf 16 nicht mit Kältemittel versorgt. Auch der Batteriekühlkreislauf 17 wird in diesem Modus nicht mit Kältemittel versorgt.
  • In 6 ist der Reheat-Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Luftentfeuchtung und gleichzeitigen Fahrzeugkabinenheizung mittels des Kältemittelkreislaufes gezeigt.
  • In diesem Modus strömt das Kältemittel durch den Innenwärmeübertrager und gibt dabei Enthitzungs- beziehungsweise Kondensationswärme an die in die Fahrzeugkabine strömende Luft ab. Im Haupt-Innerer-Wärmeübertrager wird keine Wärme von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite übertragen. Das Kältemittel fließt nur durch die Niederdruckseite des Haupt-Innerer-Wärmeübertragers zurück zum Verdichter.
  • Der Einspritzstrom wird stromabwärts vom Zusammenführungspunkt abgelassen und über das Expansionsorgan-Dampfinjektion in den Neben-Innerer-Wärmeübertrager expandiert, der als zusätzlicher Unterkühler für den Hauptkältemittelstrom fungiert. Der Mitteldruck-Chiller wird zur Bereitstellung von Abwärme aus dem elektrischen Antriebsstrang als Verdampfungswärme für das Kältemittel eingesetzt und die Abwärme so zur Fahrzeugkabinenheizung eingesetzt.
  • Der Hauptstrom wird im Expansionsorgan-Verdampfer in den Verdampfer entspannt, um die durch den Verdampfer in die Kabine einströmende Luft zu kühlen beziehungsweise zu entfeuchten.
  • Der Reheat-Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen erfordert die Zurverfügungstellung sämtlicher Kondensationswärme aus dem Kältemittel für den Innen-Kondensator/Gaskühler 4, der als Heizungswärmeübertrager der Klimaanlage 15 der Fahrzeugkabine die Innenraumluft 21 erwärmt. Gleichzeitig ist im Reheat-Modus der Verdampfer 12 der Klimaanlage 15 für die Entfeuchtung der Innenraumluft 21 aktiv. Der Kältemitteldampf aus dem Verdichter 1 wird im 3-Wege-Ventil 2 vollständig über den Innen-Kondensator/Gaskühler 4 geleitet. Anschließend wird der Kältemittelmassenstrom in zwei Teilströme aufgeteilt und der Einspritzstrom im Expansionsorgan-Dampfinjektion 7 expandiert, nachfolgend über den Neben-Innerer-Wärmeübertrager 8 sowie den Mitteldruck-Chiller 9 zum Direktdampfinjektionsanschluss 18 des Verdichters 1 geführt. Der andere Kältemittelteilstrom, der Hauptstrom, wird über die warme Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers 8 zum Expansionsorgan-Verdampfer 10 geführt, dort entspannt und gelangt in den Verdampfer 12 und über eine Rückschlagklappe 6 zum Flüssigkeitsabscheider-Saugseite 14 zurück zur Saugseite des Verdichters 1; der Kreislauf ist geschlossen.
  • In dieser Schaltung sind der Außen-Kondensator/Gaskühler 3 sowie der Haupt-Innerer-Wärmeübertrager 5 und auch der Batteriekühlkreislauf 17 inaktiv.
  • In 7 ist der Reheat-Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Luftentfeuchtung und gleichzeitiger Fahrzeugkabinenheizung mittels des Kältemittelkreislaufes gezeigt.
  • Die Betriebsweise des Kältemittelkreislaufes entspricht der vorangehend beschriebenen Betriebsweise im Reheat-Modus gemäß 6 mit der zusätzlichen Besonderheit, dass auch der Niederdruck-Chiller 13 zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes 17 parallel zum Verdampfer 12 betrieben wird. Entsprechend wird der Hauptstrom für den Niederdruck geteilt in einen Teilstrom zur Entspannung im Expansionsorgan-Verdampfer 10 und einen weiteren Teilstrom zur Entspannung im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf 11. Der Kältemitteldampf des Hauptstromes gelangt über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite 14 zurück zur Saugseite des Verdichters 1; der Kreislauf ist geschlossen.
  • In 8 ist der Reheat-Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Luftentfeuchtung und gleichzeitigen Fahrzeugkabinenheizung mittels des Kältemittelkreislaufes gezeigt.
  • In diesem Reheat-Modus wird nur der Niederdruck-Chiller verwendet um Abwärme von Bauteilen, die an den Niedertemperaturkreislauf angeschlossen sind, wie zum Beispiel die Batterie, als Verdampfungswärme für das Kältemittel zu nutzen.
  • Das Kältemittel wird im Verdichter 1 komprimiert und gelangt vollständig über das 3-Wege-Ventil 2 in den Innen-Kondensator/Gaskühler 4 zur Erwärmung der Innenraumluft 21 in der Klimaanlage 15. Das Kältemittel wird nachfolgend in zwei Teilströme aufgeteilt, einen Teilstrom für den Verdampfer 12 und einen Teilstrom für den Niederdruck-Chiller 13 mit ihrem jeweils zugeordneten Expansionsorgan-Verdampfer 10 und Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf 11. Nachfolgend wird der zusammengeführte Kältemitteldampf über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite 14 zum Verdampfer 1 geführt.
  • Der Haupt-Innerer-Wärmeübertrager 5 sowie der Neben-Innerer-Wärmeübertrager 8 und auch der E-Antriebsstrangkühlkreislauf 16 werden nicht betrieben, sondern sind innerhalb des Kreislaufes funktionslos und die betreffenden Wärmeübertrager werden also ohne Wärmeübertragungsaufgaben durchströmt.
  • In 9 ist der Modus bei kalten Umgebungstemperaturen zur Fahrzeugkabinenheizung sowie E-Antriebsstrangkühlung und Batteriekühlung mittels des Kältemittelkreislaufes gezeigt.
  • Bei niedrigen Umgebungstemperaturen zwischen 0 °C und 18 °C wird die in die Kabine einströmende Luft zunächst über den Verdampfer entfeuchtet und anschließend auf eine gewünschte Zieltemperatur erwärmt. Bei kalten Umgebungstemperaturen unterhalb von 0 °C wird die in die Kabine einströmende Luft nur über den Innen-Kondensator/Gaskühler erwärmt. Bei kalten Umgebungstemperaturen wird außerdem der Kältemitteldurchfluss durch den Verdampfer unterbunden, da sonst der Innenraum-Verdampfer vereisen würde.
  • In diesem Modus strömt das Kältemittel durch den Innenwärmeübertrager und gibt dabei Enthitzungs- beziehungsweise Kondensationswärme an die in die Fahrzeugkabine strömende Luft ab. Im Haupt-Innerer-Wärmeübertrager wird keine Wärme von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite übertragen. Das Kältemittel fließt nur durch die Niederdruckseite des Haupt-Innerer-Wärmeübertragers zurück zum Verdichter.
  • Der Einspritzstrom wird stromabwärts vom Zusammenführungspunkt abgelassen und über das Expansionsorgan-Dampfinjektion in den Neben-Innerer-Wärmeübertrager expandiert, der als zusätzlicher Unterkühler für den Hauptkältemittelstrom fungiert. Der Mitteldruck-Chiller wird zur Bereitstellung von Abwärme aus dem elektrischen Antriebsstrang als Verdampfungswärme für das Kältemittel eingesetzt und die Abwärme so zur Fahrzeugkabinenheizung eingesetzt.
  • Der Hauptstrom wird im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf 11 in den Niederdruck-Chiller 13 entspannt, um Abwärme von Bauteilen, die an den Niedertemperaturkreislauf angeschlossen sind, wie z.B. die Batterie, als Verdampfungswärme für das Kältemittel zu nutzen.
  • Der Kältemitteldampf aus dem Verdichter 1 wird im 3-Wege-Ventil 2 vollständig zum Innen-Kondensator/Gaskühler 4 geleitet und gibt dort seine Wärme an die Innenraumluft 21 zur Heizung der Fahrzeugkabine in der Klimaanlage 15 ab. Das Kältemittel wird nachfolgend in einem Teilstrang über das Expansionsorgan-Dampfinjektion 7 sowie den Neben-Innerer-Wärmeübertrager 8 zum Mitteldruck-Chiller 9 geführt. Im Mitteldruck-Chiller 9 wird aus dem E-Antriebsstrangkühlkreislauf 16 durch Verdampfung vom Einspritzstrom Wärme aufgenommen. Nachfolgend wird der Einspritzstrom bei Mitteldruck in den Verdichter 1 injiziert wird. Der Hauptstrom nach dem Innen-Kondensator/Gaskühler 4 wird auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers 8 zum Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf 11 geführt und bei Niederdruck im Niederdruck-Chiller 13 verdampft. Dabei wird Wärme aus dem Batteriekühlkreislauf 17 vom Kältemittel aufgenommen, welches nachfolgend über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite 14 und den funktionslosen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager 5 zum Verdichter 1 geführt wird. Somit nimmt der Kältemittelkreislauf in dieser Schaltungsvariante Wärme aus dem E-Antriebsstrangkühlkreislauf 16 und dem Batteriekühlkreislauf 17 zur Erwärmung der Fahrzeugkabine auf. Die von den betroffenen Komponenten erzeugte Abwärme wird somit nutzbar gemacht für die Beheizung innerhalb der Klimaanlage 15 des Kraftfahrzeuges. Der Verdampfer 12 der Klimaanlage 15 ist in dieser Schaltung funktionslos, da bei sehr kalten Temperaturen die absolute Feuchte der Luft relativ gering ist und somit keine zusätzliche Entfeuchtung der Innenraumluft stattfinden muss.
  • In 10 ist der Modus bei kalten Umgebungstemperaturen zur Fahrzeugkabinenheizung sowie E-Antriebsstrangkühlung mittels des Kältemittelkreislaufes gezeigt.
  • In diesem Modus strömt das Kältemittel durch den Innenwärmeübertrager und gibt dabei Enthitzungs- beziehungsweise Kondensationswärme an die in die Fahrzeugkabine strömende Luft ab. In dem Neben-Innerer-Wärmeübertrager wird keine Wärme von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite übertragen. Der Mitteldruck-Chiller wird zur Bereitstellung von Abwärme aus dem elektrischen Antriebsstrang als Verdampfungswärme für das Kältemittel eingesetzt. Dabei fließt das gesamte Kältemittel nur durch den Direktdampfinjektionsanschluss in den Verdichter.
  • Das Kältemittel wird im Verdichter 1 verdichtet und über das 3-Wege-Ventil 2 vollständig zum Innen-Kondensator/Gaskühler 4 geführt, wo die Kondensationswärme an die Innenraumluft 21 zur Erwärmung abgegeben wird. Das Kältemittel wird nachfolgend über das Expansionsorgan-Dampfinjektion 7 und den funktionslosen Neben-Innerer-Wärmeübertrager 8 zum Mitteldruck-Chiller 9 geführt, dort verdampft und in den Verdichter 1 am Direktdampfinjektionsanschluss 18 eingeleitet. Die Wärmeenergie zur Verdampfung des Kältemittels wird vollständig dem E-Antriebsstrangkühlkreislauf 16 entnommen.
  • In 11 ist der Modus bei kalten Umgebungstemperaturen zur Fahrzeugkabinenheizung sowie E-Antriebsstrangkühlung mittels des Kältemittelkreislaufes gezeigt.
  • In diesem Modus strömt das Kältemittel durch den Innenwärmeübertrager und gibt dabei Enthitzungs- beziehungsweise Kondensationswärme an die in die Kabine strömende Luft ab. Im Haupt-Innerer-Wärmeübertrager und im Neben-Innerer-Wärmeübertrager wird keine Wärme von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite übertragen. Das Kältemittel fließt nur durch die Niederdruckseite des Haupt-Innerer-Wärmeübertragers zurück zum Verdichter. Der gesamte Kältemittelmassenstrom wird im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf in den Niederdruck-Chiller entspannt, um Abwärme von Bauteilen, die an den Niedertemperaturkreislauf angeschlossen sind, wie zum Beispiel. die Batterie, als Verdampfungswärme für das Kältemittel zu nutzen.
  • Der Kältemitteldampf wird im Verdichter 1 komprimiert und vollständig über den Innen-Kondensator/Gaskühler 4 zur Beheizung der Fahrzeugkabine des Fahrzeuges in der Klimaanlage 15 geführt. Nachfolgend wird der Kältemittelstrom im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf 11 entspannt und im Niederdruck-Chiller 13 verdampft. Die Energie dazu wird dem Batteriekühlkreislauf 17 entnommen und der Kältemitteldampf gelangt über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite 14 und den funktionslosen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager 5 zum Verdichter 1; der Kreislauf ist geschlossen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verdichter
    2
    3-Wege-Ventil
    3
    Außen-Kondensator/Gaskühler
    4
    Innen-Kondensator/Gaskühler
    5
    Haupt-Innerer-Wärmeübertrager
    6
    Rückschlagklappe
    7
    Expansionsorgan-Dampfinjektion
    8
    Neben-Innerer-Wärmeübertrager
    9
    Mitteldruck-Chiller
    10
    Expansionsorgan-Verdampfer
    11
    Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf
    12
    Verdampfer
    13
    Niederdruck-Chiller
    14
    Flüssigkeitsabscheider-Saugseite
    15
    Klimaanlage
    16
    E-Antriebsstrangkühlkreislauf
    17
    Batteriekühlkreislauf
    18
    Direktdampfinjektionsanschluss
    19
    Verbindungspunkt
    20
    Umgebungsluft
    21
    Innenraumluft
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 5848537 A [0006]
    • US 2007/0039347 A1 [0006]
    • US 2008/0184733 A1 [0006]
    • US 2010/00199694 A1 [0006]

Claims (16)

  1. Kältemittelkreislauf einer kombinierten Kälteanlage und Wärmepumpe mit integriertem Dampfinjektionskreislauf, wobei im Kältemittelkreislauf nach einem Verdichter (1) ein 3-Wege-Ventil (2) als Verteilerpunkt angeordnet ist und in einem Kälteanlagenstrang ein Außen-Kondensator/Gaskühler (3), ein Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) und eine Rückschlagklappe (6) sowie ein Verbindungspunkt (19) angeordnet sind und in einem Wärmepumpenstrang ein Innen-Kondensator/Gaskühler (4) und eine Rückschlagklappe (6) angeordnet ist, wonach der Wärmepumpenstrang im Verbindungspunkt (19) mit dem Kälteanlagenstrang zusammengeführt wird und das kondensierte oder gekühlte Kältemittel nachfolgend über ein Expansionsorgan-Dampfinjektion (7) über die kalte Seite eines Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) zu einem Mitteldruck-Chiller (9) und nachfolgend über einen Direktdampfinjektionsanschluss (18) in den Verdichter (1) geführt wird und/oder das kondensierte oder gekühlte Kältemittel über die warme Seite des Dampfinjektion-Innerer Wärmeübertragers (8) zu einem Verdampfer (12) und/oder zu einem Niederdruck-Chiller (13) geführt wird, bevor der Kältemitteldampf über den Flüssigkeitsabscheider (14) und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) auf der kalten Seite zur Saugseite des Verdichters (1) geführt wird.
  2. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (1) als Scrollverdichter mit Direktdampfinjektionsanschluss (18) bei Mitteldruck ausgebildet ist.
  3. Kältemittelkreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf mit R744, R1234yf oder R134a als Kältemittel betrieben wird.
  4. Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innen-Kondensator/Gaskühler (4) als Heizungswärmeübertrager zur Heizung und der Verdampfer (12) zur Kühlung von Luft in einer Klimaanlage (15) eines Kraftfahrzeuges angeordnet sind.
  5. Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitteldruck-Chiller (9) als Kühler in einem E-Antriebsstrangkühlkreislauf (16) angeordnet ist.
  6. Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruck-Chiller (13) als Kühler in einem Batteriekühlkreislauf (17) angeordnet ist.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fahrzeugkabinenkühlung der Kältemittelkreislauf vom Verdichter (1) über das 3-Wege-Ventil (2) zum Außen-Kondensator/Gaskühler (3) und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt wird und nachfolgend ein Teilstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion (7) geführt und auf Mitteldruck expandiert wird und auf der kalten Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) verdampft und der Kältemitteldampf in den Verdichter (1) bei Mitteldruck injiziert wird, wobei der andere Teilstrom auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) gekühlt, im Expansionsorgan-Verdampfer (10) auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer (12) zur Kühlung der Innenraumluft (21) in der Klimaanlage (15) verdampft wird, wonach der Teilstrom über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite (14) und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt und vom Verdichter (1) angesaugt wird.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Batteriekühlung der Kältemittelkreislauf vom Verdichter (1) über das 3-Wege-Ventil (2) zum Außen-Kondensator/Gaskühler (3) und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt wird und nachfolgend ein Teilstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion (7) geführt und auf Mitteldruck expandiert wird und auf der kalten Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) verdampft und der Kältemitteldampf in den Verdichter (1) bei Mitteldruck injiziert wird, wobei der andere Teilstrom auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) gekühlt, im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf (11) auf Niederdruck entspannt und im Niederdruck-Chiller (13) zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes (17) verdampft wird, wonach der Teilstrom über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite (14) und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt und vom Verdichter (1) angesaugt wird.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fahrzeugkabinenkühlung und zur Batteriekühlung der Kältemittelkreislauf vom Verdichter (1) über das 3-Wege-Ventil (2) zum Außen-Kondensator/Gaskühler (3) und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt wird und nachfolgend ein Teilstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion (7) geführt und auf Mitteldruck expandiert wird und auf der kalten Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) verdampft und der Kältemitteldampf in den Verdichter (1) bei Mitteldruck injiziert wird, wobei der andere Teilstrom auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) gekühlt und in einen Klimatisierungsteilstrom und einen Batteriekühlungsteilstrom aufgeteilt wird, wobei der Batteriekühlungsteilstrom im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf (11) auf Niederdruck entspannt und im Niederdruck-Chiller (13) zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes (17) verdampft wird und der Klimatisierungsteilstrom im Expansionsorgan-Verdampfer (10) auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer (12) zur Kühlung der Innenraumluft (21) in der Klimaanlage (15) verdampft wird, wonach der Klimatisierungsteilstrom und der Batteriekühlungsteilstrom zusammengeführt und über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite (14) und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt und vom Verdichter (1) angesaugt werden.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Reheat-Modus bei milden Umgebungstemperaturen zur Fahrzeugkabinenkühlung der Kältemittelkreislauf vom Verdichter (1) zum 3-Wege-Ventil (2) geführt wird und nachfolgend ein erster Teilstrom über den Außen-Kondensator/Gaskühler (3) und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt wird und ein zweiter Teilstrom über den Innen-Kondensator/Gaskühler (4) geführt und das nachfolgend die beiden Teilströme zusammengeführt und im Expansionsorgan-Verdampfer (10) auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer (12) zur Kühlung der Innenraumluft (21) in der Klimaanlage (15) verdampft wird, wonach der Kältemittelstrom über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite (14) und den Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt und vom Verdichter (1) angesaugt wird.
  11. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Reheat-Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Luftentfeuchtung und gleichzeitigen Fahrzeugkabinenheizung der Kältemittelkreislauf vom Verdichter (1) zum 3-Wege-Ventil (2) und über den Innen-Kondensator/Gaskühler (4) geführt wird, wobei nachfolgend ein Teilstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion (7) geführt und auf Mitteldruck expandiert wird und auf der kalten Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) und nachfolgend im Mitteldruck-Chiller (9) zur Kühlung des E-Antriebsstrangkühlkreislaufes (16) verdampft und der Kältemitteldampf in den Verdichter (1) bei Mitteldruck injiziert wird, wobei der andere Teilstrom auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) gekühlt, im Expansionsorgan-Verdampfer (10) auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer (12) zur Kühlung der Innenraumluft (21) in der Klimaanlage (15) verdampft wird, wonach der Kältemittelstrom über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite (14) und den funktionslosen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt und vom Verdichter (1) angesaugt wird.
  12. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Reheat-Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Luftentfeuchtung und gleichzeitigen Fahrzeugkabinenheizung sowie zusätzlicher Batteriekühlung der Kältemittelkreislauf vom Verdichter (1) zum 3-Wege-Ventil (2) und über den Innen-Kondensator/Gaskühler (4) geführt wird, wobei nachfolgend ein Teilstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion (7) geführt und auf Mitteldruck expandiert wird und auf der kalten Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) und nachfolgend im Mitteldruck-Chiller (9) zur Kühlung des E-Antriebsstrangkühlkreislaufes (16) verdampft und der Kältemitteldampf in den Verdichter (1) bei Mitteldruck injiziert wird, wobei der andere Teilstrom auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) gekühlt und in einen Klimatisierungsteilstrom und einen Batteriekühlungsteilstrom aufgeteilt wird, wobei der Batteriekühlungsteilstrom im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf (11) auf Niederdruck entspannt und im Niederdruck-Chiller (13) zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes (17) verdampft wird und der Klimatisierungsteilstrom im Expansionsorgan-Verdampfer (10) auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer (12) zur Entfeuchtung der Innenraumluft (21) in der Klimaanlage (15) verdampft wird, wonach der Klimatisierungsteilstrom und der Batteriekühlungsteilstrom zusammengeführt und über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite (14) und den funktionslosen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt und vom Verdichter (1) angesaugt werden.
  13. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Reheat-Modus bei niedrigen Umgebungstemperaturen zur Luftentfeuchtung und gleichzeitigen Fahrzeugkabinenheizung sowie zusätzlicher Batteriekühlung der Kältemittelkreislauf vom Verdichter (1) zum 3-Wege-Ventil (2) und über den Innen-Kondensator/Gaskühler (4) geführt wird, wobei der Kältemittelstrom in einen Klimatisierungsteilstrom und einen Batteriekühlungsteilstrom aufgeteilt wird, wobei der Batteriekühlungsteilstrom im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf (11) auf Niederdruck entspannt und im Niederdruck-Chiller (13) zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes (17) verdampft wird und der Klimatisierungsteilstrom im Expansionsorgan-Verdampfer (10) auf Niederdruck entspannt und im Verdampfer (12) zur Entfeuchtung der Innenraumluft (21) in der Klimaanlage (15) verdampft wird, wonach der Klimatisierungsteilstrom und der Batteriekühlungsteilstrom zusammengeführt und über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite (14) und den funktionslosen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt und vom Verdichter (1) angesaugt werden.
  14. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fahrzeugkabinenheizung sowie E-Antriebsstrangkühlung und Batteriekühlung der Kältemittelkreislauf vom Verdichter (1) zum 3-Wege-Ventil (2) und über den Innen-Kondensator/Gaskühler (4) geführt wird, wobei nachfolgend ein Teilstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion (7) geführt und auf Mitteldruck expandiert wird und auf der kalten Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) und nachfolgend im Mitteldruck-Chiller (9) zur Kühlung des E-Antriebsstrangkühlkreislaufes (16) verdampft und der Kältemitteldampf in den Verdichter (1) bei Mitteldruck injiziert wird, wobei der andere Teilstrom auf der warmen Seite des Neben-Innerer-Wärmeübertragers (8) gekühlt, im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf (11) auf Niederdruck entspannt und im Niederdruck-Chiller (13) zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes (17) verdampft wird, wonach der Teilstrom über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite (14) und den funktionslosen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt und vom Verdichter (1) angesaugt wird.
  15. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fahrzeugkabinenheizung sowie E-Antriebsstrangkühlung der Kältemittelkreislauf vom Verdichter (1) zum 3-Wege-Ventil (2) und über den Innen-Kondensator/Gaskühler (4) geführt wird, wonach der Kältemittelstrom zum Expansionsorgan-Dampfinjektion (7) geführt und expandiert wird und über den funktionslosen Neben-Innerer-Wärmeübertrager (8) geführt und im Mitteldruck-Chiller (9) zur Kühlung des E-Antriebsstrangkühlkreislaufes (16) verdampft und der Kältemitteldampf in den Verdichter (1) injiziert wird.
  16. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fahrzeugkabinenheizung sowie Batteriekühlung der Kältemittelkreislauf vom Verdichter (1) zum 3-Wege-Ventil (2) und über den Innen-Kondensator/Gaskühler (4) und den funktionslosen Neben-Innerer-Wärmeübertrager (8) geführt wird, wobei der Kältemittelstrom im Expansionsorgan-Batteriekühlkreislauf (11) auf Niederdruck entspannt und im Niederdruck-Chiller (13) zur Kühlung des Batteriekühlkreislaufes (17) verdampft wird und über den Flüssigkeitsabscheider-Saugseite (14) und den funktionslosen Haupt-Innerer-Wärmeübertrager (5) geführt und vom Verdichter (1) angesaugt wird.
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