DE102020120399A1

DE102020120399A1 - Kraftfahrzeug-Temperierungssystem mit zwei an einen jeweiligen Kältemittelkreislauf angeschlossenen Verdampfern im selben Kältemittelkreislauf; Kraftfahrzeug sowie Verfahren

Info

Publication number: DE102020120399A1
Application number: DE102020120399.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Rebinger; Dirk Schroeder
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-08-03
Filing date: 2020-08-03
Publication date: 2022-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Temperierungssystem (1) mit einem Kältemittelkreislauf (2), welcher in einem bestimmungsgemäßen Betrieb mit einem Kältemittel befüllt ist, wobei der Kältemittelkreislauf (2) einen Verdichter (20) zum Verdichten des Kältemittels, eine Wärmeabfuhreinheit (21) zum Abführen von Wärme aus dem Kältemittel und zwei Verdampfer (24, 25) aufweist, wobei das Kraftfahrzeug-Temperierungssystem (1) einen ersten Kühlmittelkreislauf (3), welcher mit einem ersten der zwei Verdampfer (24) gekoppelt ist, aufweist und dazu ausgebildet ist, eine zu kühlende Fahrzeugkomponente (5) zu kühlen. Um eine verbesserte Regelbarkeit der zwei im selben Kältemittelkreislauf (2) angeordneten Verdampfer zu ermöglichen, ist ein zweiter Kühlmittelkreislauf (4) vorgesehen, wobei der zweite Kühlmittelkreislauf (4) mit einem Fluid-Luft-Wärmeübertrager (7) und mit einem zweiten der zwei Verdampfer (25) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Temperierungssystem mit einem Kältemittelkreislauf, welcher in einem bestimmungsgemäßen Betrieb mit einem Kältemittel befüllt ist, wobei der Kältemittelkreislauf einen Verdichter zum Verdichten des Kältemittels, eine Wärmeabfuhreinheit zum Abführen von Wärme aus dem Kältemittel und zwei Verdampfer aufweist. Zudem weist das gattungsgemäße Kraftfahrzeug-Temperierungssystem einen Kühlmittelkreislauf auf, welcher mit einem ersten der zwei Verdampfer und mit einer zu kühlenden Fahrzeugkomponente thermisch koppelt. Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeug-Temperierungssystem. Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftfahrzeug-Temperierungssystems.
Klimaanlagen zur Temperierung eines Fahrzeuginnenraums eines Kraftfahrzeugs sind aus dem Stand der Technik wohlbekannt. Eine solche Klimaanlage weist einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer darin auf. Üblicherweise ist der Verdampfer einer Klimaanlage dazu ausgebildet, Wärme von einer einen Wärmeübertrager bzw. Verdampfer durchströmenden Luft auf das Kältemittel zu übertragen. Mit anderen Worten ist der Verdampfer üblicherweise dazu ausgebildet, Luft, welche in den Innenraum des Kraftfahrzeugs strömt, direkt über einen Fluid-Luft-Wärmeübertrager bzw. Verdampfer zu kühlen und damit ggf. auch zu entfeuchten. Eine derartige Ausführung wird üblicherweise aufgrund der geringen Komplexität gewählt.
Im Falle einer Fahrzeugkomponente des Kraftfahrzeugs, welche eine aktive Kühlung erfordert, ist häufig ein zusätzlicher Kältemittelstrang in dem Kältemittelkreislauf vorgesehen. Mit anderen Worten kann das Kraftfahrzeug in diesem Fall zwei Kältemittelstränge, einen für die Temperierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs und einen für die Kühlung der zu kühlenden Fahrzeugkomponente, aufweisen. Beispiele für derartig zu kühlende Fahrzeugkomponenten sind eine Traktionsbatterie für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug (beispielsweise Hybridfahrzeug oder batterieelektrisches Fahrzeug oder Wasserstoff-elektrisches-Fahrzeug) oder eine elektrische Maschine beziehungsweise deren Leistungselektronik.
So offenbart beispielsweise die DE 10 2017 108 809 A1 ein Kühlsystem für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs mit einer Funktion zur Kühlung eines Fahrzeuginnenraums. Dabei sind zwei Verdampfer innerhalb desselben Kältemittelkreislaufs angeordnet.
Die DE 10 2016 200 362 A1 betrifft ein Wärmesystem für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, an welches ein Hochvoltspeicher angeschlossen ist und welches einen Kältemittelkreislauf aufweist, mit einem Heizkreis, an welchem ein Heizungswärmeübertrager angeschlossen ist, zur Innenraumklimatisierung, und mit einem Kühlkreis, an welchem ein Kühler und eine Wärmequelle angeschlossen sind. Innerhalb desselben Kühlkreises können mehrere Verdampfer parallel oder in Reihe geschaltet sein. Dabei weist jedoch jeder Verdampfer einen separaten Kältekreislauf auf.
Zuletzt offenbart die DE 10 2018 209 769 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Chiller-Zweig, welcher einen Chiller, ein erstes Expansionsorgan und einen ersten Druck-Temperatursensor aufweist und wenigstens einen Innenraum-Verdampferzweig, welcher einen Innenraum-Verdampfer und ein zweites Expansionsorgan aufweist und dem Chiller-Zweig parallel geschaltet ist. Der Chiller des Chiller-Zweigs ist mit einem Kühlmittelkreislauf gekoppelt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Regelbarkeit, insbesondere bezogen auf den Kältemittelkreislauf, zweier im selben Kältemittelkreislauf angeordneter Verdampfer zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung geht aus von einem Kraftfahrzeug-Temperierungssystem, mit

- einem Kältemittelkreislauf, welcher in einem bestimmungsgemäßen Betrieb mit einem Kältemittel befüllt ist, wobei der Kältemittelkreislauf einen Verdichter zum Verdichten des Kältemittels, eine Wärmeabfuhreinheit zum Abführen von Wärme aus dem Kältemittel und zwei Verdampfer aufweist, und
- einem ersten Kühlmittelkreislauf, wobei der erste Kühlmittelkreislauf mit einem ersten der zwei Verdampfer gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, eine zu kühlende Fahrzeugkomponente zu kühlen.

Als Kältemittelkreislauf wird allgemein ein Kreislauf bezeichnet, in dem ein sogenanntes Kältemittel, beispielsweise R134a, R152a, R1234yf oder R744, im bestimmungsgemäßen Betrieb zirkuliert. Dabei wird das Kältemittel im laufenden Betrieb abwechselnd verdichtet und expandiert, wodurch üblicherweise Phasenübergänge erfolgen. Dabei wird Kältemittel mit Hilfe eines Verdichters und im Zusammenwirken mit einem Expansionsorgan von einem niedrigen Druckniveau auf ein hohes Druckniveau angehoben, gleichzeitig verbunden mit der Aufnahme und Abgabe von Wärme in den entsprechenden Drucklagen. Durch die Phasenübergänge und die daraus resultierende Aufnahme und Abgabe von Wärme ist im Betrieb eines solchen Kältemittelkreislaufs das Übertragen von Wärme von einem niedrigeren auf ein hohes Temperaturniveau möglich. Die Wärmeabfuhreinheit, welche Teil des Kältemittelkreislaufs ist, kann als Kondensator zum teilweise Kühlen und zum Kondensieren des Kältemittels bei einem unterkritischen Betrieb des Kältemittelkreislaufs oder als Gaskühler zum Kühlen des Kältemittels bei einem überkritischen Betrieb des Kältemittelkreislaufs ausgeführt sein. Mit anderen Worten kann die Wärmeabfuhreinheit zum Abführen von Wärme aus dem Kältemittel durch Kühlen und/oder durch Kondensieren des Kältemittels ausgebildet sein. Ein Verdampfer kann einen Chiller umfassen oder als solcher ausgeführt sein. Als Teil des Verdampfers oder einem Verdampfer vorgelagert kann eine Expansionseinheit vorgesehen sein.
Im Gegensatz hierzu ist ein Kühlmittelkreislauf nur dazu in der Lage, einen Austausch von Wärme zwischen einem höheren und einem kühleren Temperaturniveau zu beschleunigen. Mit anderen Worten kann durch einen Kühlmittelkreislauf Wärme in deren natürlicher Fließrichtung abgeführt werden. Beispielsweise zirkuliert in einem jeweiligen Kühlmittelkreislauf in dessen Betrieb ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, etwa Glykol. Phasenübergänge sind in einem Kühlmittelkreislauf üblicherweise nicht vorgesehen. Vielmehr ist ein Kühlmittelkreislauf üblicherweise so ausgelegt, dass keine Phasenübergänge erfolgen oder diese ein vorbestimmtes Maß nicht überschreiten. Phasenübergänge sind unerwünscht und können die Leistungsfähigkeit durch Bildung von Dampfblasen reduzieren.
In dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Temperierungssystem sind im selben Kältemittelkreislauf zwei Verdampfer angeordnet. Dabei ist jeder der Verdampfer mit einem jeweiligen Kühlmittelkreislauf verbunden. Konkret kann der erste Verdampfer mit dem ersten Kühlmittelkreislauf gekoppelt sein. Der zweite Verdampfer kann mit dem zweiten Kühlmittelkreislauf gekoppelt sein. Dabei stellen der erste Kühlmittelkreislauf und der zweite Kühlmittelkreislauf insbesondere separate Kreisläufe dar, zwischen welchen beispielsweise kein Wärmeaustausch stattfindet. Mit anderen Worten sind der erste und der zweite Kühlmittelkreislauf insbesondere getrennt voneinander ausgeführt. Der erste und der zweite Verdampfer können beide als jeweiliger Fluid-Fluid-Wärmeübertrager ausgeführt sein beziehungsweise einen solchen Fluid-Fluid-Wärmeübertrager aufweisen. Der erste und der zweite Verdampfer sind insbesondere dazu ausgebildet, Wärme aus dem ersten beziehungsweise zweiten Kühlmittelkreislauf auf das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs zu übertragen. Mit anderen Worten kann der erste Verdampfer dazu ausgebildet sein, Wärme aus dem ersten Kühlmittelkreislauf, insbesondere von einem Kühlmittel des ersten Kühlmittelkreislaufs auf das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs zu übertragen. Analog kann der zweite Verdampfer dazu ausgebildet sein, Wärme aus dem zweiten Kühlmittelkreislauf, insbesondere von einem Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufs, auf das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs zu übertragen. Somit kann der erste Verdampfer den ersten Kühlmittelkreislauf und/oder der zweite Verdampfer den zweiten Kühlmittelkreislauf bzw. das in diesem zirkulierende Kühlmittel kühlen. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass beide Verdampfer thermisch an einen jeweiligen Kühlmittelkreislauf gekoppelt sind.
Insbesondere ist der erste Kühlmittelkreislauf mit der zu kühlenden Fahrzeugkomponente thermisch gekoppelt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der erste Kühlmittelkreislauf zur Kopplung mit der zu kühlenden Fahrzeugkomponente, vorzugsweise hinsichtlich einer Wärmeübertragung, ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der erste Kühlmittelkreislauf dazu ausgebildet, die zu kühlende Fahrzeugkomponente zu kühlen. Dabei ist das Kraftfahrzeug-Temperierungssystem dazu ausgebildet, Wärme aus der zu kühlenden Fahrzeugkomponente in den ersten Kühlmittelkreislauf beziehungsweise dessen Kühlmittel abzuführen. An dem ersten Verdampfer wiederum kann eine bestimmungsgemäße Übertragung der Wärme auf das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs erfolgen. Beispielsweise ist der erste Kühlmittelkreislauf dazu ausgebildet, das Kühlmittel des ersten Kühlmittelkreislaufs durch die zu kühlenden Fahrzeugkomponente zu pumpen. Alternativ oder zusätzlich kann der erste Kühlmittelkreislauf einen Wärmeübertrager aufweisen, der dazu ausgebildet ist, Wärme von der Fahrzeugkomponente auf den ersten Kühlmittelkreislauf beziehungsweise dessen Kühlmittel zu übertragen. Somit kann die zu kühlende Fahrzeugkomponente indirekt mittels des Kältemittelkreislaufs gekühlt werden. Indirekt bedeutet dabei insbesondere, dass eine Kühlung des Mediums des ersten Kühlmittelkreislaufs durch den Kältemittelkreislauf erfolgt und die zu kühlende Fahrzeugkomponente wiederum über das Kühlmittel des ersten Kühlmittelkreislaufs gekühlt wird.
Analog erfolgt eine Übertragung von Wärme von dem zweiten Kühlmittelkreislauf beziehungsweise dessen Kühlmittel am zweiten Verdampfer auf das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs. Der Fluid-Luft-Wärmeübertrager ist insbesondere dazu ausgebildet, Wärme aus einem Luftstrom beziehungsweise einem Luftvolumen auf den zweiten Kühlmittelkreislauf beziehungsweise dessen Kühlmittel zu übertragen. Insbesondere ist der Fluid-Luft-Wärmeübertrager dazu ausgebildet, Wärme aus einem den Fluid-Luft-Wärmeübertrager durchströmenden Luftstrom auf das zweite Kühlmittel beziehungsweise den zweiten Kühlmittelkreislauf zu übertragen. Mit anderen Worten ist der Fluid-Luft-Wärmeübertrager dazu ausgebildet, den den Fluid-Luft-Wärmeübertrager durchströmenden Luftstrom zu kühlen. Somit kann der genannte Luftstrom indirekt mittels des Kältemittelkreislaufs gekühlt werden. Indirekt bedeutet dabei insbesondere, dass eine Kühlung des Kühlmittels des zweiten Kühlmittelkreislaufs durch den Kältemittelkreislauf erfolgt und der Luftstrom mittels des Fluid-Luft-Wärmeübertragers gekühlt wird. Insbesondere kann der Luftstrom einen Kabinenzuluftstrom für Kraftfahrzeuginnenraum bilden.
Durch diese indirekte Kühlung sowohl der zu kühlenden Fahrzeugkomponente als auch des Luftstroms ist eine vereinfachte Regelbarkeit des Kraftfahrzeug-Temperierungssystems möglich. Mit anderen Worten kann das Verhältnis der Kühlung von Fahrzeugkomponente und Luftstrom durch entsprechende Steuerung oder Regelung der Kühlmittelkreisläufe, also des ersten und des zweiten Kühlmittelkreislaufs, und deren Volumenströme angepasst werden. Auf diese Weise wird Komplexität von der Steuerung des Kältemittelkreislaufs auf die Steuerung der Kühlmittelkreisläufe übertragen. Hier kann eine Steuerung beziehungsweise Regelung einfacher oder unkomplizierter erfolgen.
Insbesondere ist in dem Kältemittelkreislauf genau ein Verdichter angeordnet. Mit anderen Worten wird in dem Kältemittelkreislauf genau ein Verdichter mit zwei Verdampfern betrieben. Auf diese Weise kann eine Last auf den einen Verdichter erhöht werden, was eine Auslastung und damit den Wirkungsgrad verbessern kann. Selbstverständlich ist auch eine Parallelschaltung oder Reihenschaltung mehrerer Verdichter denkbar.
Bei der zu kühlenden Fahrzeugkomponente handelt es sich insbesondere um eine Leistungselektronik, eine elektrische Maschine, eine Traktionsbatterie oder eine andere Wärmequelle. Insbesondere handelt es sich bei der Leistungselektronik um einen Stromrichter beziehungsweise Umrichter zum Betreiben der elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs. Bei der elektrischen Maschine handelt es sich um einen Antrieb des Kraftfahrzeugs. Mit anderen Worten ist die elektrische Maschine dazu ausgebildet, das Kraftfahrzeug anzutreiben beziehungsweise zu beschleunigen. Somit handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug in diesem Fall um ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, ein batterieelektrisches Fahrzeug oder ein Wasserstoff-elektrisches Fahrzeug.
Gemäß einer Weiterbildung weist das Kraftfahrzeug-Temperierungssystem einen weiteren Luft-Wärmeübertrager auf, welcher dem Fluid-Luft-Wärmeübertrager in Soll-Strömungsrichtung des den Fluid-Luft-Wärmeübertrager durchströmenden Luftstroms nachgeordnet ist. Mit anderen Worten kann der weitere Luft-Wärmeübertrager derart angeordnet sein, dass der Luftstrom zunächst den Fluid-Luft-Wärmeübertrager durchströmt und erst im Anschluss daran den weiteren Luft-Wärmeübertrager durchströmt. Der weitere Luft-Wärmeübertrager ist dem Fluid-Luft-Wärmeübertrager somit in Soll-Strömungsrichtung nachgeordnet beziehungsweise nachgelagert. Der weitere Luft-Wärmeübertrager kann beispielsweise als Luft-Luft-Wärmeübertrager oder als weiterer Fluid-Luft-Wärmeübertrager ausgeführt sein. Der weitere Luft-Wärmeübertrager kann dazu ausgebildet sein, Wärme auf den Luftstrom zu übertragen. Mit anderen Worten kann der weitere Luft-Wärmeübertrager dazu ausgebildet sein, den Luftstrom, welcher den Fluid-Luft-Wärmeübertrager durchströmt, zu erwärmen. Somit kann in einem Betrieb der Luftstrom zunächst im Fluid-Luft-Wärmeübertrager abgekühlt und anschließend im weiteren Luft-Wärmeübertrager wieder erwärmt werden. Auf diese Weise kann der Luftstrom beziehungsweise die Luft des Luftstroms entfeuchtet werden. Mit anderen Worten erfolgt eine Reduzierung der absoluten Luftfeuchtigkeit des Luftstroms durch das Abkühlen und anschließende Erwärmen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um die Luftfeuchtigkeit im Fahrzeuginnenraum des Kraftfahrzeugs zu verringern. Die Verkettung von Kühlen und Entfeuchten eines Kabinenzuluftstroms sowie dessen anschließende Erwärmung, ist dem Fachmann unter dem Begriff Nachheizen oder Reheat bekannt.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der weitere Luft-Wärmeübertrager über einen Wärmekreislauf mit der Wärmeabfuhreinheit verbunden ist, wobei in dem Wärmekreislauf in einem bestimmungsgemäßen Betrieb ein Wärmeübertragungsmittel zirkuliert. Bei dem Wärmeübertragungsmittel kann es sich beispielsweise um ein Fluid, also eine Flüssigkeit oder ein Gas, handeln. Auf den Wärmekreislauf treffen insbesondere die obigen Ausführungen für einen Kühlmittelkreislauf analog zu. Mit anderen Worten kann der Wärmekreislauf derart ausgelegt sein, dass in diesem keine Phasenübergänge des Wärmeübertragungsmittels erfolgen oder diese ein vorbestimmtes Maß nicht überschreiten. Der Wärmekreislauf kann dazu ausgebildet sein, Wärme von der Wärmeabfuhreinheit auf den weiteren Luft-Wärmeübertrager zu übertragen. Auf diese Weise kann indirekt mit der an der Wärmeabfuhreinheit anfallenden Abwärme der Luftstrom, welcher den Fluid-Luft-Wärmeübertrager sowie den weiteren Luft-Wärmeübertrager durchströmt, erwärmt werden. Auf diese Weise kann die (Ab-) Wärme, welche beim Kühlen des ersten Kühlmittelkreislaufs oder des zweiten Kühlmittelkreislaufs gemeinsam mit der im Kältemittel gebundenen Verdichtungsenergie des Verdichters zur Wärmeabfuhreinheit transportiert wird, genutzt werden, um den Luftstrom nach dem Abkühlen und Entfeuchten wieder anzuwärmen beziehungsweise aufzuwärmen. Indirekt wird dabei die Abwärme der zu kühlenden Fahrzeugkomponente sowie Wärme, welchem dem Luftstrom beim Durchströmen des Fluid-Luft-Wärmeübertragers entzogen wird, zusätzlich mit der im Kältemittel gebundenen Verdichtungsenergie des Verdichters, für das nachfolgende Erwärmen des Luftstroms nutzbar gemacht. Mit anderen Worten ist das Kraftfahrzeug-Temperierungssystem auf diese Weise dazu in der Lage, den Luftstrom anhand von der dem Luftstrom zuvor entzogenen Wärme sowie der Abwärme der Fahrzeugkomponente sowie des Kältemittelverdichters zu heizen. Somit ist in weiterer Ausgestaltung auch eine Beheizung des Innenraums des Kraftfahrzeugs auf diese Weise möglich. Zusätzlich kann in dem Wärmekreislauf und/oder in dem weiteren Luft-Wärmeübertrager oder dem weiteren Wärmeübertrager in Soll-Strömungsrichtung nachgelagert ein zusätzliches Heizelement, welches beispielsweise elektrisch betreibbar ist, angeordnet sein. Das elektrisch betreibbare Heizelement kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, elektrischen Strom beziehungsweise elektrische Energie in Wärme umzuwandeln. Auf diese Weise kann eine ausreichende Beheizung des Innenraums auch dann gewährleistet werden, wenn die Abwärme aus der zu kühlenden Fahrzeugkomponente nicht ausreichend ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass der weitere Luft-Wärmeübertrager über den Wärmekreislauf mit der zu kühlenden Fahrzeugkomponente, insbesondere einer Leistungselektronik, einer elektrischen Maschine oder einer anderen Wärmequelle, verbunden ist, wobei in dem Wärmekreislauf in dem bestimmungsgemäßen Betrieb das Wärmeübertragungsmittel zirkuliert. Mit anderen Worten kann der weitere Luft-Wärmeübertrager über den Wärmekreislauf mit der Wärmeabfuhreinheit und/oder mit der zu kühlenden Fahrzeugkomponente verbunden sein. Auf diese Weise ist eine Erwärmung des Luftstroms, welcher den weiteren Luft-Wärmeübertrager durchströmt, auch dann möglich, wenn an der Wärmeabfuhreinheit keine Abwärme anfällt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn eine aktive Kühlung mittels des Kältemittelkreislaufs nicht nötig ist. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn eine aktive Kühlung der zu kühlenden Fahrzeugkomponente mittels des Kältemittelkreislaufs nicht nötig ist und/oder eine Kühlung des Luftstroms mittels des Fluid-Luft-Wärmeübertragers nicht nötig ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass in dem ersten Kühlmittelkreislauf zusätzlich ein Umgebungswärmeübertrager, der insbesondere als Luft-Wärmeübertrager ausgeführt ist, angeordnet ist. Mit anderen Worten kann in dem ersten Kühlmittelkreislauf zusätzlich zu dem ersten Verdampfer, sprich dem Chiller, und der zu kühlenden Fahrzeugkomponente auch der Umgebungswärmeübertrager angeordnet sein. Der Umgebungswärmeübertrager ermöglicht eine passive Kühlung der zu kühlenden Fahrzeugkomponente allein über den ersten Kühlmittelkreislauf. Auf diese Weise kann die zu kühlende Fahrzeugkomponente bei entsprechenden Umgebungsbedingungen auch ohne einen Betrieb des Kältemittelkreislaufs gekühlt werden. Beispielsweise kann eine derartige passive Kühlung über den Umgebungswärmeübertrager bei niedrigen Außentemperaturen beziehungsweise Umgebungstemperaturen ausreichend sein, wohingegen bei hohen Außentemperaturen oder Umgebungstemperaturen eine Kühlung über den Kältemittelkreislauf in Form einer aktiven Kühlung notwendig ist. Dadurch, dass bei niedrigen Temperaturen eine passive Kühlung ohne den Kältemittelkreislauf beziehungsweise ohne einen Betrieb des Verdichters möglich ist, kann in diesen Fällen Energie gespart werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zwei Verdampfer bezüglich des Kältemittelkreislaufs parallel oder direkt in Reihe zueinander angeordnet sind. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass entlang des Kältemittelkreislaufs die zwei Verdampfer parallel oder in Reihe geschaltet sind. Mit anderen Worten kann das Kältemittel beim Zirkulieren im Kältemittelkreislauf die zwei Verdampfer nacheinander passieren (Reihenschaltung) oder sich auf die zwei Verdampfer abzweigen (Parallelschaltung). In beiden Fällen ist ein Betrieb beider Verdampfer mit nur einem Verdichter vorgesehen. Hierdurch können einerseits Kosten für einen zweiten Verdichter eingespart werden und andererseits ein höherer Wirkungsgrad beim Betrieb des genau einen Verdichters ermöglicht werden.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwei Verdampfer bezüglich des Kältemittelkreislaufs in Reihe zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Verdampfern eine Expansionseinheit, insbesondere ein Expansionsventil, angeordnet ist. Mit anderen Worten sind die zwei Verdampfer in dem Kältemittelkreislauf nacheinander angeordnet, wobei zwischen den zwei Verdampfern die Expansionseinheit angeordnet ist. Die Expansionseinheit kann als Expansionsventil ausgeführt sein. Es kann vorgesehen sein, dass vor jedem der zwei Verdampfer ein jeweiliges Expansionsventil beziehungsweise eine jeweilige Expansionseinheit angeordnet ist. Auf diese Weise kann auch bei einer Reihenschaltung beider Verdampfer eine Variation im Temperaturniveau in den Verdampfern durch entsprechende Regelung oder Steuerung der jeweiligen Expansionseinheit erfolgen. Mit anderen Worten kann die Kälteleistung, welche an dem ersten beziehungsweise zweiten Verdampfer anfällt, im Verhältnis durch die Expansionsventile gesteuert werden. Der Verdichter, insbesondere dessen Drehzahl, kann vorzugsweise in Abhängigkeit von der größeren Kälteleistung, welche an einem der zwei Verdampfer benötigt wird, gesteuert werden. Mit anderen Worten kann die Drehzahl des Verdichters auf ein Niveau eingestellt werden, welches die Versorgung beider Verdampfer mit ausreichend Kälteleistung gerade ermöglicht. Ausgehend davon kann das Verhältnis zwischen den Verdampfern durch eine entsprechende Steuerung der jeweiligen Expansionseinheit erfolgen.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Fluid-Luft-Wärmeübertrager dazu ausgebildet ist, Luft im Fahrzeuginneren des Kraftfahrzeugs durch Übertragung von Wärme auf den zweiten Kühlmittelkreislauf abzukühlen. Mit anderen Worten ist der Fluid-Luft-Wärmeübertrager dazu ausgebildet, den Innenraum des Kraftfahrzeugs abzukühlen. Beispielsweise ist das Kraftfahrzeug-Temperierungssystem dazu ausgebildet, den Luftstrom, welcher den Fluid-Luft-Wärmeübertrager durchströmt, in den Fahrzeuginnenraum zu leiten. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug-Temperierungssystem hierzu entsprechende Luftdüsen aufweisen.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Temperierungssystem. Insbesondere ist der erste Kühlmittelkreislauf mit dem ersten der zwei Verdampfer und mit der zu kühlenden Fahrzeugkomponente des Kraftfahrzeugs thermisch gekoppelt. Insbesondere ist der zweite Kühlmittelkreislauf mit dem Fluid-Luft-Wärmeübertrager und dem zweiten der zwei Verdampfer gekoppelt. Somit ist das Kraftfahrzeug dazu ausgebildet, die Fahrzeugkomponente über den ersten Kühlmittelkreislauf sowie den Kältemittelkreislauf zu kühlen. Analog ist das Kraftfahrzeug dazu ausgebildet, den den Fluid-Luft-Wärmeübertrager durchströmenden Luftstrom mittels des Fluid-Luft-Wärmeübertragers und des zweiten Kühlmittelkreislaufs sowie mittels des Kältemittelkreislaufs zu kühlen. Insbesondere ist der Fluid-Luft-Wärmeübertrager dazu ausgebildet, Luft im Fahrzeuginneren des Kraftfahrzeugs durch die Übertragung von Wärme auf den zweiten Kühlmittelkreislauf abzukühlen. In Verbindung mit dem weiteren Luft-Wärmeübertrager kann die zuvor durch den Fluid-Luft-Wärmeübertrager abgekühlte Luft wieder erwärmt werden und die Umsetzung des Nachheiz- bzw. Reheat-Prozesses oder eines Heizvorganges erfolgen. Hierzu kann der weitere Luft-Wärmeübertrager relativ zum Fluid-Luft-Wärmeübertrager derart am Kraftfahrzeug angeordnet sein, dass in Soll-Strömungsrichtung des den Fluid-Luft-Wärmeübertrager durchströmenden Luftstroms der weitere Luft-Wärmeübertrager dem Fluid-Luft-Wärmeübertrager nachgeordnet ist.
Insbesondere ist der weitere Luft-Wärmeübertrager als weiterer Fluid-Luft-Wärmeübertrager ausgeführt. In diesem Fall kann - wie bereits im Rahmen des Verfahrens beschrieben - Wärme von einem Wärmemedium eines Wärmekreislaufs über ein Transportfluid auf einen Kabinenzuluftstrom, der in das Fahrzeuginnere des Kraftfahrzeugs geleitet wird, übertragen werden. In einer weiteren, vereinfachten Ausführungsform kann der weitere Luft-Wärmeübertrager als reiner Luft-Wärmeübertrager ausgeführt werden, was in diesem Fall zu bedeuten hat, dass die Wärme elektrisch erzeugt und in den Luftstrom übertragen wird.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Fluid-Luft-Wärmeübertrager dazu ausgebildet ist, Luft im Fahrzeuginneren des Kraftfahrzeugs durch Übertragung von Wärme auf den zweiten Kühlmittelkreislauf abzukühlen und zu entfeuchten. Mit anderen Worten ist der Fluid-Luft-Wärmeübertrager dazu ausgebildet, den Innenraum des Kraftfahrzeugs abzukühlen und zu entfeuchten. Beispielsweise weist das Kraftfahrzeug Leitelemente auf, um den Luftstrom, welcher den Fluid-Luft-Wärmeübertrager durchströmt, in den Fahrzeuginnenraum zu leiten. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug mit dem Kraftfahrzeug-Temperierungssystem hierzu entsprechende Luftkanäle mit anschließenden Luftdüsen aufweisen.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Temperierungssystems beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeug-Temperierungssystems mit den folgenden Schritten:

- Führen eines Kältemittels entlang eines Kältemittelkreislaufs, Verdichten des Kältemittels, Kühlen und/oder Kondensieren des Kältemittels sowie Verdampfen des Kältemittels mittels (mindestens) zweier Verdampfer, und
- Übertragen von Wärme von einer zu kühlenden Fahrzeugkomponente über einen ersten Kühlmittelkreislauf auf einen ersten der zwei Verdampfer. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Wärme von einem Luftstrom über einen Fluid-Luft-Wärmeübertrager auf einen zweiten Kühlmittelkreislauf und von dem zweiten Kühlmittelkreislauf auf einen zweiten der (mindestens) zwei Verdampfer übertragen wird.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und/oder des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Temperierungssystems beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombinationen der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Kraftfahrzeug-Temperierungssystems mit zwei parallel geschalteten Verdampfern gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform;
2 eine zweite beispielhafte Ausführungsform eines Kraftfahrzeug-Temperierungssystems mit zwei parallel geschalteten Verdampfers und einem weiteren Luft-Wärmeübertrager;
3 eine dritte beispielhafte Ausführungsform eines Kraftfahrzeug-Temperierungssystems mit zwei in Reihe geschalteten Verdampfern in einem Blockdiagramm;
4 eine vierte beispielhafte Ausführungsform eines Kraftfahrzeug-Temperierungssystems mit zwei in Reihe geschalteten Verdampfern und einem weiteren Luft-Wärmeübertrager;
5 in einer äußerst schematischen Schnittansicht ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftfahrzeug-Temperierungssystem;
6 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Kraftfahrzeug-Temperierungssystems.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
Die 1 bis 4 zeigen eine jeweilige Ausführungsform eines Kraftfahrzeug-Temperierungssystems 1. Zunächst werden die Gemeinsamkeiten aller Ausführungsformen gemäß den 1 bis 4 beschrieben. Das Kraftfahrzeug-Temperierungssystem 1 weist einen Kältemittelkreislauf 2 auf, wobei der Kältemittelkreislauf 2 in einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Kraftfahrzeug-Temperierungssystems 1 mit einem Kältemittel befüllt ist. Beispiele für Kältemittel sind etwa R134a, R1234yf, R290, oder R744 In dem Kältemittelkreislauf 2 sind ein Verdichter 20 beziehungsweise ein Verdichter zum Verdichten des Kältemittels, ein Kondensator 21 oder Gaskühler 21 zum Kühlen und/oder Kondensieren des Kältemittels sowie zwei Verdampfer 24, 25 angeordnet. Das Kältemittel wird in einem Betrieb durch den Verdichter 20 komprimiert, wobei eine Erwärmung und ein Druckanstieg des Kältemittels stattfinden. Aufgrund der erhöhten Temperatur kann das Kältemittel im Kondensator 21 bzw. dem Gaskühler 21 Wärme abgeben, wobei es gekühlt wird und unter Umständen kondensiert. In den beiden Verdampfern 24, 25 expandiert das Kältemittel, wobei eine Abkühlung stattfindet. Im vorliegenden Beispiel weist der Kältemittelkreislauf 2 zusätzlich einen internen Wärmeübertrager 22 auf, welcher Wärme zwischen einer Niederdruckseite und einer Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs 2 überträgt und Kältemittelspeicher 23 zum Sammeln und Bereitstellen von Kältemittel in Abhängigkeit des jeweiligen Arbeitspunktes des Kältemittelkreislaufs 2. Im vorliegenden Beispiel ist der Kältemittelspeicher 23 als Niederdruckkomponente, einem sog. Akkumulator ausgeführt, da er auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs 2 angeordnet ist. Ebenso wäre jedoch eine Ausführung als Hochdruck-Kältemittelspeicher, wie bspw. Modulator oder Receiver auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs 2 möglich.
Ein erster Verdampfer 24 dient zum Kühlen einer zu kühlenden Fahrzeugkomponente 5. Im vorliegenden Beispiel kommen mehrere zu kühlende Fahrzeugkomponenten 50, 51, 52 in Frage. Beispielsweise handelt es sich hierbei um die Traktionsbatterie 50, eines oder mehrere Steuergeräte 51 oder eine elektrische Maschine 52. Dabei ist zu beachten, dass im vorliegenden Beispiel eine Kühlung der elektrischen Maschine 52 über den Verdampfer 24 beziehungsweise den Kältemittelkreislauf 2 nicht vorgesehen ist. Stattdessen ist eine Kühlung der elektrischen Maschine 52 beziehungsweise deren Leistungselektronik vorliegend nur mittels eines Umgebungswärmeübertragers 6 angedacht. Dies wird vorliegend als passive Kühlung bezeichnet, da die Wärme entlang ihrer natürlichen Übertragungsrichtung von warm nach kalt beziehungsweise ohne Nutzung eines Kältemittelkreislaufs abgeführt wird. Ebenso ist im vorliegenden Fall eine Kühlung der Batterie 50 und/oder des Steuergeräts 51 in Verkettung mit der elektrischen Maschine 52 über den Umgebungswärmeübertrager 6 möglich. Sollte eine von der elektrischen Maschine 52 unabhängige und über einen Umgebungswärmeübertrager darstellbare Kühlung bspw. der Batterie 50 dargestellt werden, so wäre im Kühlmittelkreis die Verschaltung anzupassen oder ggf. ein weiterer Umgebungswärmeübertrager vorzusehen. Somit ist auf energiesparende Weise eine passive Kühlung der Traktionsbatterie 50 sowie der Steuergeräte beziehungsweise des Steuergeräts 51 ermöglicht. Insbesondere ermöglicht das Kraftfahrzeug-Temperierungssystem 1 jedoch eine Kühlung der Traktionsbatterie 50 und/oder des Steuergeräts 51 über den Kältemittelkreislauf 2 beziehungsweise den ersten Verdampfer 24. Durch die niedrigen erreichbaren Temperaturen eines Kühlmediums in dem ersten Kühlmittelkreislauf 3 ist auf diese Weise eine besonders effektive Kühlung möglich.
Der erste Kühlmittelkreislauf 3 ist mit dem ersten Verdampfer 24 und der zu kühlenden Fahrzeugkomponente 5, vorliegend also der Traktionsbatterie 50 und/oder dem Steuergerät 51, thermisch gekoppelt. Mit anderen Worten zirkuliert ein Kühlmedium des ersten Kühlmittelkreislaufs durch den ersten Verdampfer 24 und die jeweilige zu kühlende Fahrzeugkomponente 5. Auf diese Weise kann Wärme über das Kühlmedium beziehungsweise Kühlmittel des ersten Kühlmittelkreislaufs 3 von der jeweiligen zu kühlenden Fahrzeugkomponente 5 auf den Verdampfer 24 übertragen werden. Das Kraftfahrzeug-Temperierungssystem 1 ist somit dazu ausgebildet, Wärme über den ersten Kühlmittelkreislauf von der zu kühlenden Fahrzeugkomponente 5 auf den ersten Verdampfer 24 zu übertragen.
Der zweite Verdampfer 25 ist mit einem zweiten Kühlmittelkreislauf 4 gekoppelt. Der zweite Kühlmittelkreislauf 4 ist dabei insbesondere separat von dem ersten Kühlmittelkreislauf 3 ausgebildet . Mit anderen Worten erfolgt keine Wärmeübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlmittelkreislauf 3, 4. Der zweite Verdampfer 25 ist über den zweiten Kühlmittelkreislauf 4 mit einem Fluid-Luft-Wärmeübertrager 7 gekoppelt. Der Fluid-Luft-Wärmeübertrager ist dazu ausgebildet, einen den Fluid-Luft-Wärmeübertrager 7 durchströmenden Luftstrom 10 zu temperieren. Aufgrund des durch den zweiten Verdampfer 25 abgekühlten Kühlmittelkreislaufs 4 erfolgt dabei insbesondere eine Abkühlung und Entfeuchtung des Luftstroms 10. Somit entzieht der Fluid-Luft-Wärmeübertrager 7 dem Luftstrom 10 Wärme und Feuchtigkeit in Form von sensibler und latenter Wärme. Diese Wärme wird wiederum auf den zweiten Verdampfer 25 übertragen, wo sie durch den Kältemittelkreislauf 2 abgeführt wird. Mit anderen Worten ist das Kraftfahrzeug-Temperierungssystem 1 dazu ausgebildet, dem Luftstrom 10 über den Fluid-Luft-Wärmeübertrager Wärme zu entziehen, welche dann über den zweiten Kühlmittelkreislauf 4 auf den zweiten Verdampfer 25 übertragen wird. Der Luftstrom 10, welcher den Fluid-Luft-Wärmeübertrager 7 durchströmt, kann insbesondere zur Temperierung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs 19 genutzt werden. Dies ist beispielsweise in 5 dargestellt. Bei dem Kühlmittel beziehungsweise dem Kühlmedium des ersten und/oder zweiten Kühlmittelkreislaufs 3, 4 kann es sich beispielsweise um Wasser handeln oder um ein Wasser-Frostschutz-Gemisch, etwa Wasser und Glykol. Mit anderen Worten kann in einem Betrieb des Kraftfahrzeug-Temperierungssystems 1 in dem ersten und/oder zweiten Kühlmittelkreislauf 3, 4 jeweils das Kühlmittel beziehungsweise Kühlmedium, insbesondere Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch, zirkulieren.
Es ist jeweils möglich, einen Bypass-Zweig 29 im ersten Kühlmittelkreislauf 3 vorzusehen, welcher in den 2, 3 und 4 auf unterschiedliche Art und Weise gelöst ist. Durch den Bypass-Zweig 29 ist es möglich, einen Fluidfluss im ersten Kühlmittelkreislauf 3 auch dann aufrechtzuerhalten, wenn eine Kühlung der Fahrzeugkomponente 5, insbesondere der Batterie 50, nicht nötig ist. Auch kann auf diese Weise eine Auskühlung der Traktionsbatterie 50 vermieden werden.
Der zweite Kühlmittelkreislauf 4 kann optional durch einen Kältespeicher 11 erweitert sein. Mit anderen Worten kann in dem zweiten Kühlmittelkreislauf 4 ein optionaler Kältespeicher 11 vorgesehen sein. Auf diese Weise kann ein Betrieb des Kraftfahrzeug-Temperierungssystems 1 weiter optimiert werden. In Analogie dazu kann in den Wärmekreislauf 12 entsprechend optional ein Wärmespeicher 13 eigebunden sein, um auf diese Weise ebenfalls den Betrieb des Kraftfahrzeug-Temperierungssystems 1 zu optimieren.
Nachfolgend wird nun genauer auf die 1 und 2 eingegangen. In den 1 und 2 sind der erste und der zweite Verdampfer 24, 25 jeweils parallel geschaltet. Zum jeweiliger Verdampfer 24, 25 ist eine jeweilige Expansionseinheit, insbesondere ein Expansionsventil, AE1, AE2 vorgeschaltet. Durch diese Expansionseinheiten AE1 und AE2 kann der jeweilige Kältemittel(-teil-) massenstrom eingestellt und damit die Kälteabgabe auf die bzw. die Kälteleistung an den einzelnen Verdampfer 24, 25 gesteuert werden. Insbesondere kann ein Verhältnis der Kälteabgabe auf die beiden Verdampfer 24, 25 entsprechend einer jeweiligen Ansteuerung der Expansionseinheiten AE1, AE2 angepasst werden. Den Verdampfern 24, 25 nachgeschaltet ist im Bedarfsfall ein jeweiliges Rückschlagventil R1, R2. Dieses jeweilige Rückschlagventil R1, R2 vermeidet, dass Kältemittel aus einem der beiden Verdampfer 24, 25 in den anderen der beiden Verdampfer 24, 25, insbesondere im getrennten bzw. alleinigen Betrieb eines der beiden Verdampfer 24, 25, zurückströmt. Zusätzlich oder alternativ zu einem der beiden Rückschlagventile R1, R2 oder zu beiden Rückschlagventilen R1, R2 kann ein zusätzliches Expansionsventil AE3 (in den Figuren nicht gezeigt) vorgesehen werden. Mit anderen Worten kann an der Position von R1 oder R2 eine solche zusätzliche Expansionseinheit AE3 vorgesehen werden. In manchen Ausführungsformen können zusätzliche Expansionseinheiten an der Position von sowohl R1 als auch R2 vorgesehen sein. Daraus resultieren können deutlich unterschiedliche Temperaturniveaus, eingestellt über den Kältemittelkreis, für den ersten Kühlmittelkreislauf 3 (also die Kühlung der Fahrzeugkomponente 5) und den zweiten Kühlmittelkreislauf 4 (also Kühlung des Innenraums des Kraftfahrzeugs 19). Wenn stets nur einer der beiden Verdampfer 24, 25 einen höheren Saugdruck als der andere der beiden Verdampfer 24, 25 benötigt, so kann die weitere nachgelagerte Expansionseinheit AE3 auf den entsprechenden Zweig des entsprechenden Verdampfers 24, 25 beschränkt werden. In diesem Sinne ist es insbesondere vorteilhaft, wenn eine nachgeschaltete Expansionseinheit AE3 in Reihe zu dem zweiten Verdampfer 25, der für die Innenraumtemperierung des Kraftfahrzeugs 19 vorgesehen ist, angeordnet ist.
3 und 4 zeigen jeweils eine Reihenschaltung des ersten Verdampfers 24 und des zweiten Verdampfers 25. Dabei strömt im vorliegenden Beispiel das Kältemittel in den Kältemittelkreislauf 2 zunächst durch den zweiten Verdampfer 25 und anschließend durch den zweiten Verdampfer 24. Vor den beiden Verdampfern 24, 25 ist vorliegend die Expansionseinheit AE2 angeordnet. Gemäß 4 kann optional zwischen beiden Verdampfern 24, 25 eine optionale Expansionseinheit AE3 angeordnet sein. Durch das Zusammenspiel beider Expansionseinheiten AE2 und AE3 ist eine verbesserte Regelung beziehungsweise Steuerung der Kälteleistung an den beiden Verdampfern 24, 25 möglich. Es sei darauf hingewiesen, dass bei der Reihenschaltung gemäß 3 und 4 auch eine umgekehrte Anordnung der beiden Verdampfer 24, 25 möglich ist. Die Anordnung des zweiten Verdampfers 25, welcher für die Innenraumtemperierung genutzt wird, vor dem ersten Verdampfer 24, welcher für die Kühlung der Fahrzeugkomponente 5 genutzt wird, hat den Vorteil, dass der zweite Verdampfer 25 auf höherem Temperaturniveau betrieben werden kann.
Die 2 und 4 zeigen jeweils einen weiteren Luft-Wärmeübertrager 9. Der weitere Luft-Wärmeübertrager 9 ist dem Fluid-Luft-Wärmeübertrager 7 in einer Soll-Strömungsrichtung des Luftstroms 10, welcher den Fluid-Luft-Wärmeübertrager 7 durchströmt, nachgeordnet. Mit anderen Worten durchströmt in einem Betrieb der Luftstrom 10 in Soll-Strömungsrichtung zunächst den Fluid-Luft-Wärmeübertrager 7 und anschließend den weiteren Luft-Wärmeübertrager 9. Über einen Wärmekreislauf 12 ist der weitere Luft-Wärmeübertrager 9 mit dem Kondensator 21 oder Gaskühler 21 und/oder der elektrischen Maschine 52 verbunden. Auf diese Weise ist das Kraftfahrzeug-Temperierungssystem 1 dazu ausgebildet, Wärme von der elektrischen Maschine 52 und/oder dem Kondensator 21 oder Gaskühler 21 auf den weiteren Luft-Wärmeübertrager 9 über den Wärmekreislauf 12 zu übertragen. Der weitere Luft-Wärmeübertrager 9 ist dazu ausgebildet, diese Wärme auf den Luftstrom 10 zu übertragen. Auf diese Weise kann der Luftstrom 10 zunächst abgekühlt und anschließend wieder erwärmt werden. Daraus resultiert über den sogenannten Reheat- oder Nachheizprozess eine Reduzierung der Leuchtfeuchte des Luftstroms 10.
Der weitere Luft-Wärmeübertrager 9 ist insbesondere als weiterer Fluid-Luft-Wärmeübertrager 9 ausgeführt. Insbesondere zirkuliert in dem Wärmekreislauf 12 ein weiteres Kühlmittel, insbesondere Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass in dem Wärmekreislauf 12 Luft oder ein Gas als Wärmeübertragungsmittel zirkuliert. In diesem Fall kann der weitere Luft-Wärmeübertrager 9 als Luft-Luft-Wärmeübertrager ausgeführt sein. Die Anordnung mit dem weiteren Luft-Wärmeübertrager 9 ermöglicht eine Nutzung der Wärme, welche dem Luftstrom 10 im Fluid-Luft-Wärmeübertrager 7 zunächst entzogen wird und/oder die Nutzung von Wärme, welche der zu kühlenden Fahrzeugkomponente 5 über den ersten Kühlmittelkreislauf 3 entzogen wird und/oder im vorliegenden Beispiel der Wärme der elektrischen Maschine 52. Zusätzlich ist eine Nutzung einer Abwärme des Verdichters 20 möglich. Auf diese Weise ist eine besonders effiziente Innenraumtemperierung des Kraftfahrzeugs 19 möglich.
Der Betrieb des weiteren Luft-Wärmeübertragers 9 kann auch als Wärmepumpenbetrieb bezeichnet werden. In einem solchen Betriebsmodus kann der Luftstrom 10 und dadurch indirekt der Innenraum des Kraftfahrzeugs 19 erwärmt bzw. beheizt werden. Das Entfeuchten des Luftstroms 10 mit nachgelagerter Erwärmung des Luftstroms 10 kann als sogenannte Reheat- oder Nachheizfunktion bezeichnet werden.
Das Kraftfahrzeug 19 ist in 5 dargestellt. Dabei weist das Kraftfahrzeug auszugsweise den Kältemittelkreislauf 2, den Umgebungswärmeübertrager 6, den Fluid-Luft-Wärmeübertrager 7, den weiteren Luft-Wärmeübertrager 9 sowie als zu kühlende Fahrzeugkomponente 5 die elektrische Maschine 52 und die Traktionsbatterie 50 auf. Beispielsweise handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug 19 somit um ein batterieelektrisches Kraftfahrzeug. Der Luftstrom 10, welcher den Fluid-Luft-Wärmeübertrager 7 und optional den weiteren Luft-Wärmeübertrager 9 durchströmt, bildet hierbei einen Kabinenzuluftstrom.
Zuletzt zeigt 6 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Kraftfahrzeug-Temperierungssystems 1. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Führen in S1 eines Kältemittels entlang eines Kältemittelkreislaufs, 2, Verdichten des Kältemittels, Kühlen und/oder Kondensieren des Kältemittels und Verdampfen des Kältemittels mittels mindestens eines der beiden Verdampfer 24, 25,
- Übertragen in S2 von Wärme von einer zu kühlenden Fahrzeugkomponente 5 über einen ersten Kühlmittelkreislauf 3 auf einen ersten Verdampfer 24 der zwei Verdampfer 24, 25, und
- Übertragen in S3 von Wärme von einem Luftstrom 10 über einen Fluid-Luft-Wärmeübertrager 7 auf einen zweiten Kühlmittelkreislauf 4 und von dem zweiten Kühlmittelkreislauf 4 auf einen zweiten Verdampfer 25 der zwei Verdampfer 24, 25.
- Übertragen von Wärme in einem optionalen Schritt S4 aus dem Wärmekreislauf 12, übertragen aus dem Kühlmittelkreis 3 und/oder dem Kältemittekreis 2 zur Erwärmung des Luftstroms 10 über den weiteren Wärmeübertrager 9.

Insbesondere zeigen die Beispiele, wie ein Kontakt-Kältekreis für einen ACbeziehungsweise einen Wärmepumpenbetrieb bereitgestellt werden kann.
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 102017108809 A1 [0004]
DE 102016200362 A1 [0005]
DE 102018209769 A1 [0006]

Claims

Kraftfahrzeug-Temperierungssystem (1), mit - einem Kältemittelkreislauf (2), welcher in einem bestimmungsgemä-ßen Betrieb mit einem Kältemittel befüllt ist, wobei der Kältemittelkreislauf (2) einen Verdichter (20) zum Verdichten des Kältemittels, eine Wärmeabfuhreinheit (21) zum Abführen von Wärme aus dem Kältemittel und mindestens zwei Verdampfer (24, 25) aufweist, und - einem ersten Kühlmittelkreislauf (3), wobei der erste Kühlmittelkreislauf (3) mit einem ersten der mindestens zwei Verdampfer (24) gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, mindestens eine zu kühlenden Fahrzeugkomponente (5) zu kühlen, gekennzeichnet, durch - einen zweiten Kühlmittelkreislauf (4), wobei der zweite Kühlmittelkreislauf (4) mit einem Fluid-Luft-Wärmeübertrager (7) und mit einem zweiten der mindestens zwei Verdampfer (25) gekoppelt ist.
Kraftfahrzeug-Temperierungssystem (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch einen weiteren Luft-Wärmeübertrager (9), welcher dem Fluid-Luft-Wärmeübertrager (7) in Soll-Strömungsrichtung eines den Fluid-Luft-Wärmeübertrager (7) durchströmenden Luftstroms (10) nachgeordnet ist.
Kraftfahrzeug-Temperierungssystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Luft-Wärmeübertrager (9) über einen Wärmekreislauf (12) mit der Wärmeabfuhreinheit (21) verbunden ist, wobei in dem Wärmekreislauf (12) in dem bestimmungsgemäßen Betrieb ein Wärmeübertragungsmittel zirkuliert.
Kraftfahrzeug-Temperierungssystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Luft-Wärmeübertrager (1) über einen Wärmekreislauf (12) mit der zu kühlenden Fahrzeugkomponente (5), insbesondere einer Leistungselektronik (51), einer elektrischen Maschine (52) oder einer anderen Wärmequelle, verbunden ist, wobei in dem Wärmekreislauf in dem bestimmungsgemäßen Betrieb ein Wärmeübertragungsmittel zirkuliert.
Kraftfahrzeug-Temperierungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Kühlmittelkreislauf (3) zusätzlich ein Umgebungswärmeübertrager (6), der insbesondere als Luft-Wärmeübertrager ausgeführt ist, angeordnet ist.
Kraftfahrzeug-Temperierungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Verdampfer (21) bezüglich des Kältemittelkreislaufs (2) parallel oder direkt in Reihe zueinander angeordnet sind.
Kraftfahrzeug-Temperierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Verdampfer (24, 25) bezüglich des Kältemittelkreislaufs in Reihe zueinander angeordnet sind, wobei zwischen den Verdampfern (24, 25) eine Expansionseinheit (AE3), insbesondere ein Expansionsventil, angeordnet ist.
Kraftfahrzeug-Temperierungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluid-Luft-Wärmeübertrager (7) dazu ausgebildet ist, Luft im Fahrzeuginneren eines Kraftfahrzeugs (19) durch Übertragung von Wärme auf den zweiten Kühlmittelkreislauf (4) abzukühlen.
Kraftfahrzeug (19) mit einem Kraftfahrzeug-Temperierungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeug-Temperierungssystems (1), mit den Schritten: - Führen eines Kältemittels entlang eines Kältemittelkreislaufs (2), Verdichten des Kältemittels, Kühlen und/oder Kondensieren des Kältemittels und Verdampfen des Kältemittels mittels mindestens einem von mindestens zwei Verdampfern (24, 25), und - Übertragen von Wärme von mindestens einer zu kühlenden Fahrzeugkomponente (5) über einen ersten Kühlmittelkreislauf (3) auf einen ersten der zwei Verdampfer (24), dadurch gekennzeichnet, dass - Wärme von einem Luftstrom (10) über einen Fluid-Luft-Wärmeübertrager (7) auf einen zweiten Kühlmittelkreislauf (4) und von dem zweiten Kühlmittelkreislauf (4) auf einen zweiten der zwei Verdampfer (25) übertragen wird.