DE102021113140B4 - System zum Klimatisieren einer Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Komponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben des Systems - Google Patents

System zum Klimatisieren einer Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Komponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben des Systems Download PDF

Info

Publication number
DE102021113140B4
DE102021113140B4 DE102021113140.5A DE102021113140A DE102021113140B4 DE 102021113140 B4 DE102021113140 B4 DE 102021113140B4 DE 102021113140 A DE102021113140 A DE 102021113140A DE 102021113140 B4 DE102021113140 B4 DE 102021113140B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
refrigerant
coolant
heat exchanger
air
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102021113140.5A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102021113140A1 (de
Inventor
Navid Durrani
Martin Hötzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hanon Systems Corp
Original Assignee
Hanon Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hanon Systems Corp filed Critical Hanon Systems Corp
Priority to CN202180011428.4A priority Critical patent/CN115023359A/zh
Priority to US17/756,785 priority patent/US20230339293A1/en
Priority to KR1020227027858A priority patent/KR20220127295A/ko
Priority to PCT/KR2021/006575 priority patent/WO2021242018A1/en
Publication of DE102021113140A1 publication Critical patent/DE102021113140A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102021113140B4 publication Critical patent/DE102021113140B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00921—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is an extra subcondenser, e.g. in an air duct
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32281—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising a single secondary circuit, e.g. at evaporator or condenser side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/14—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit
    • B60H1/143—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3205—Control means therefor
    • B60H1/3213—Control means therefor for increasing the efficiency in a vehicle heat pump
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/323—Cooling devices using compression characterised by comprising auxiliary or multiple systems, e.g. plurality of evaporators, or by involving auxiliary cooling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00928—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising a secondary circuit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00949—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising additional heating/cooling sources, e.g. second evaporator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0401—Refrigeration circuit bypassing means for the compressor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
  • Auxiliary Drives, Propulsion Controls, And Safety Devices (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1a, 1b, 1c) zum Klimatisieren einer Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Komponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Das System (1a, 1b, 1c) weist einen Kühlmittelkreislauf (3) mit zwei Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragern (10, 12) und einem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (50) zur Wärmeübertragung an eine Umgebungsluft sowie einen Kältemittelkreislauf (2a, 2b, 2c) mit einem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) zum Erwärmen einer Zuluft des Fahrgastraums, einem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft mit einem vorgelagerten ersten Expansionsorgan (7), einem ersten Strömungspfad (16) mit einem dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) zum Konditionieren der Zuluft des Fahrgastraums mit einem vorgelagerten zweiten Expansionsorgan (9) und einem zweiten Strömungspfad (17) mit einem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (10) mit einem vorgelagerten dritten Expansionsorgan (11) auf. Der Kältemittelkreislauf (2a, 2b, 2c) ist zudem mit einem dritten Strömungspfad (18) mit dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (12) und einem vorgelagerten vierten Expansionsorgan (13) ausgebildet, wobei der dritte Strömungspfad (18) in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem ersten und dem zweiten Strömungspfad (16, 17) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft zudem Verfahren zum Betreiben des Systems (1a, 1b, 1c).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zum Klimatisieren einer Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Komponenten eines insbesondere elektrischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Das System weist einen Kühlmittelkreislauf mit Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragern und einem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung an eine Umgebungsluft sowie einen Kältemittelkreislauf auf. Der Kältemittelkreislauf ist mit Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft sowie Expansionsorganen ausgebildet. Der Kältemittelkreislauf weist dabei unterschiedliche Strömungspfade auf. Die Erfindung betrifft zudem Verfahren zum Betreiben des Systems.
  • Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Antriebskonzepten bekannt. Die Konzepte basieren auf Antrieben mittels eines Verbrennungsmotors, eines Elektromotors oder einer Kombination aus beiden Motortypen. Kraftfahrzeuge mit einer Kombination aus verbrennungsmotorischem und elektromotorischem Antrieb weisen folglich einen Hybridantrieb auf, sodass das Kraftfahrzeug je nach Bedarf elektrisch, elektrisch/verbrennungsmotorisch oder auch verbrennungsmotorisch angetrieben werden kann. Dabei sind Kraftfahrzeuge mit einem Hybridantrieb, dessen Batterie sowohl über den Verbrennungsmotor als auch am Stromnetz geladen werden kann, als Plug-in-Hybrid oder kurz PHEV für „plug-in hybrid electric vehicle“ bezeichnet, zumeist mit einer leistungsstärkeren Batterie als Kraftfahrzeuge mit einer ausschließlich über den Verbrennungsmotor aufladbaren Batterie ausgebildet.
  • Herkömmliche Kraftfahrzeuge mit einem elektrischen oder einem hybriden Antrieb weisen einerseits aufgrund der Ausbildung mit zusätzlichen Komponenten, wie einer Hochvolt-Batterie, einem internen Ladegerät, einem Transformer, einem Inverter sowie dem Elektromotor, meist einen höheren Kältebedarf als Kraftfahrzeuge mit einem reinen verbrennungsmotorischen Antrieb auf. Neben dem Kältemittelkreislauf des Klimatisierungssystems sind die hybridangetriebenen Kraftfahrzeuge mit einem Kühlmittelkreislauf ausgebildet, in welchem das zum Abführen der von den Antriebskomponenten emittierten Wärme zirkulierende Kühlmittel durch einen luftgekühlten Wärmeübertrager geleitet wird.
  • Um insbesondere die erlaubten Temperaturgrenzen der Hochvolt-Batterie einzuhalten, ist zur Kühlung der Batterie entweder der Kühlmittelkreislauf mit einem zusätzlichen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager zur thermischen Kopplung mit dem Kältemittelkreislauf des Klimatisierungssystems oder ein als Batteriekühler ausgebildeter direkt kältemittelgekühlter Wärmeübertrager vorgesehen. Der zur Batteriekühlung als Verdampfer des Kältemittels betriebene Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager wird auch als Chiller bezeichnet.
  • Ein System zur Wärmeverteilung eines PHEV weist folglich bekanntlich mindestens einen Kältemittelkreislauf und einen Kühlmittelkreislauf auf.
  • Elektrofahrzeuge und Fahrzeuge mit Hybridantrieb sowie Brennstoffzellenfahrzeuge und hocheffizient verbrennungsmotorisch angetriebene Fahrzeuge erzeugen andererseits bekanntlich nicht genug Abwärme, um den Fahrgastraum bei geringen Umgebungstemperaturen den Anforderungen des thermischen Komforts entsprechend zu beheizen.
  • Eine erste, kostengünstige und bauraumsparende Lösung stellt ein elektrischer Heizer dar, welcher beispielsweise als PTC-Heizer zum Erwärmen der in den Fahrgastraum einströmenden Zuluft ausgebildet ist. Mit einem PTC-Heizer versehene Systeme weisen jedoch bei geringen Ausblastemperaturen der Zuluft zum Beheizen des Fahrgastraums einen hohen Energieverbrauch auf. Der nicht energieeffizient betreibbare elektrische Zuheizer verkürzt zudem die Reichweite von batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen.
  • Eine zweite, energiesparendere Lösung ist ein Klimatisierungssystem mit Wärmepumpenfunktion, welches verschiedene Wärmequellen und Wärmesenken nutzt, allerdings einen wesentlich größeren Bauraum als die erste Lösung mit elektrischem Heizer beansprucht.
  • Aus der DE 10 2016 121 362 A1 geht eine Vorrichtung zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug mit mindestens einem Kühlmittelkreislauf und einem Kältemittelkreislauf hervor. Der Kühlmittelkreislauf ist mit mindestens einem Wärmeübertrager zum Temperieren einer elektrischen Komponente und einem mit Umgebungsluft als Wärmequelle oder Wärmesenke für das Kühlmittel beaufschlagbaren Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildet. Der Kältemittelkreislauf ist für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagenmodus, im Wärmepumpenmodus und im Nachheizmodus zum Kühlen, Heizen und Nachheizen der Zuluft eines Fahrgastraums sowie zum Kühlen und Heizen der elektrischen Komponente ausgebildet.
  • In der DE 11 2012 001 744 T5 ist eine Fahrzeugtemperatur-Steuervorrichtung zum Steuern der Temperatur einer Innenluft eines Fahrgastraums und einer Fahrzeugkomponente offenbart. Die Vorrichtung weist ein wärmekapazitives Element zum Speichern von Wärme, einen Kältemittelkreislauf, einen Wärmeübertrager des wärmekapazitiven Elements zur Wärmübertragung mit dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs und einen Wärmeableitungsteil zur Wärmeübertragung vom Kältemittel des Kältemittelkreislaufs an die Innenluft des Fahrgastraums oder die Fahrzeugkomponente auf. Die Temperatur wird unter Verwendung des wärmekapazitiven Elements gesteuert.
  • In der DE 10 2018 221 280 A1 ist eine Kälteanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem in einem Kälteanlagenmodus und einem Heizmodus betreibbaren Kältemittelkreislauf gezeigt. Die Kälteanlage weist ein erstes und ein zweites Klimagerät jeweils mit einem Verdampfer mit dazugehörigem Expansionsorgan und einem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, einen Kältemittelverdichter sowie einen äußeren als Kältemittelkondensator beziehungsweise als Gaskühler oder als Wärmepumpenverdampfer betreibbaren Wärmeübertrager auf.
  • Aus der DE 10 2020 107 111 A1 geht eine Wärmepumpenanordnung für Elektrofahrzeuge mit einem Fahrzeugkabinenheizkreislauf und einem Batterieheizkreislauf hervor.
  • Die Ausbildung der aus dem Stand der Technik bekannten Klimatisierungssysteme mit Wärmepumpenfunktion zur Wärmeverteilung innerhalb batterieelektrisch betriebener Kraftfahrzeuge ist hochkomplex und erfordert sowohl kältemittelseitig und kühlmittelseitig als auch luftseitig eine Vielzahl von Komponenten, was hohe Systemkosten verursacht.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Systems zum Klimatisieren der Luft des Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten des Kraftfahrzeugs, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem reinen elektrischen Antrieb oder einem kombinierten elektrischen und verbrennungsmotorischen Antrieb. Das System soll neben einem komfortablen Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum zudem ein Konditionieren der Komponenten des Antriebsstrangs, insbesondere auch ein Temperieren der Hochvolt-Batterie des elektrischen Antriebs, ermöglichen und verschiedene Wärmesenken und Wärmequellen nutzen. Das System soll dabei bei geringer Komplexität eine hohe Flexibilität und Funktionalität, insbesondere den Betrieb in einer großen Anzahl unterschiedlicher Betriebsmodi, aufweisen und stets mit maximalem Wirkungsgrad betreibbar sein. Die Herstellungs-, Wartungs- und Betriebskosten sowie der erforderliche Bauraum des Systems sollen minimal sein.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes System zum Klimatisieren einer Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Komponenten eines insbesondere elektrischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, auch aufgrund des Verbindens verschiedener Wärmequellen und Wärmesenken als Wärmestrommanagementsystem bezeichnet, gelöst.
  • Als Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs werden beispielsweise ein Elektromotor, ein internes Ladegerät, ein Transformer oder ein Inverter verstanden. Zu den Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs kann ebenso eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie, gezählt werden.
  • Das System weist einen Kältemittelkreislauf und mindestens einen Kühlmittelkreislauf auf. Der Kühlmittelkreislauf ist mit einem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager, einem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und einem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung an eine Umgebungsluft ausgebildet.
  • Der Kältemittelkreislauf weist einen Verdichter, einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen einer Zuluft des Fahrgastraums und einen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft mit einem vorgelagerten ersten Expansionsorgan auf. Zudem ist der Kältemittelkreislauf mit einem ersten Strömungspfad und einem zweiten Strömungspfad ausgebildet. Dabei ist innerhalb des ersten Strömungspfads ein dritter Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Konditionieren der Zuluft des Fahrgastraums mit einem vorgelagerten zweiten Expansionsorgan und innerhalb des zweiten Strömungspfads der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel zum Temperieren mindestens einer ersten Antriebskomponente des Kraftfahrzeugs, wie der Batterie, und dem Kältemittel mit einem vorgelagerten dritten Expansionsorgan angeordnet. Der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad sind sich jeweils von einer Abzweigstelle bis zu einer Mündungsstelle erstreckend und unabhängig voneinander sowie parallel zueinander mit Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet.
  • Nach der Konzeption der Erfindung weist der Kältemittelkreislauf einen dritten Strömungspfad mit dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager zum Kühlen von Komponenten des Antriebsstrangs, wie dem internen Ladegerät, dem Transformer oder dem Inverter, und einem vorgelagerten vierten Expansionsorgan auf. Dabei ist der dritte Strömungspfad in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem ersten Strömungspfad und dem zweiten Strömungspfad, insbesondere der Mündungsstelle des ersten Strömungspfads und des zweiten Strömungspfads, angeordnet.
  • Mit der Ausbildung des vierten Expansionsorgans innerhalb des dritten Strömungspfads sind der dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Konditionieren der Zuluft des Fahrgastraums innerhalb des ersten Strömungspfads und der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager innerhalb des zweiten Strömungspfads sowohl als Verdampfer als auch als Kondensator/Gaskühler des Kältemittels betreibbar. Die Expansionsorgane sind jeweils vorteilhaft als Expansionsventil ausgebildet.
  • Wenn die Verflüssigung des Kältemittels bei unterkritischem Betrieb, wie zum Beispiel mit dem Kältemittel R134a oder bei bestimmten Umgebungsbedingungen mit Kohlendioxid, erfolgt, werden die Wärmeübertrager als Kondensator bezeichnet. Ein Teil der Wärmeübertragung findet bei konstanter Temperatur statt. Bei überkritischem Betrieb beziehungsweise bei überkritischer Wärmeabgabe im Wärmeübertrager nimmt die Temperatur des Kältemittels stetig ab. In diesem Fall wird der Wärmeübertrager auch als Gaskühler bezeichnet. Überkritischer Betrieb kann unter bestimmten Umgebungsbedingungen oder Betriebsweisen des Kältemittelkreislaufs zum Beispiel mit dem Kältemittel Kohlendioxid auftreten.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Kältemittelkreislauf im zweiten Strömungspfad mit einem ersten Bypass-Strömungspfad um den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und das dritte Expansionsorgan ausgebildet, insbesondere um bei Betriebsmodi des Systems, in denen im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager keine Wärme zu übertragen ist, den Druckverlust des Kältemittels zu verringern. Der erste Bypass-Strömungspfad um den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und das dritte Expansionsorgan weist vorteilhaft ein Absperr-Ventil auf.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist innerhalb des Kältemittelkreislaufs ein vierter Strömungspfad vorgesehen. Dabei sind der dritte Strömungspfad und der vierte Strömungspfad unabhängig voneinander sowie parallel zueinander mit Kältemittel beaufschlagbar und erstrecken sich jeweils ausgehend von einer Abzweigstelle bis zu einer Mündungsstelle.
  • Die Abzweigstelle des dritten Strömungspfads und des vierten Strömungspfads können mit der Mündungsstelle des ersten Strömungspfads und des zweiten Strömungspfads gemeinsam, das heißt als eine Komponente, speziell eine Verzweigungsstelle mit vier Anschlüssen, ausgebildet sein.
  • Der vierte Strömungspfad ist bevorzugt in Strömungsrichtung des Kältemittels mit einem Absperr-Ventil und einem Akkumulator ausgebildet.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Kältemittelkreislauf einen zweiten Bypass-Strömungspfad um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft und das erste Expansionsorgan auf. Der zweite Bypass-Strömungspfad erstreckt sich von einer Abzweigstelle bis zu einer Mündungsstelle. Dabei sind die Abzweigstelle zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums und dem dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft vorgelagerten ersten Expansionsorgan und die Mündungsstelle zwischen dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft und der ersten Abzweigstelle angeordnet.
  • Der zweite Bypass-Strömungspfad um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft und das erste Expansionsorgan weist bevorzugt ein Absperr-Ventil auf.
  • Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Kältemittelkreislauf einen kreislaufinternen Wärmeübertrager aufweist, welcher einerseits zwischen dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft sowie der Abzweigstelle des ersten Strömungspfads und des zweiten Strömungspfads sowie andererseits innerhalb des vierten Strömungspfads, insbesondere in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Akkumulator, angeordnet ist.
  • Der kreislaufinterne Wärmeübertrager dient im Allgemeinen der Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel bei Hochdruck und dem Kältemittel bei Niederdruck. Dabei wird beispielsweise einerseits das flüssige Kältemittel nach der Kondensation beziehungsweise Verflüssigung weiter abgekühlt und andererseits das Sauggas vor dem Verdichter überhitzt.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Kältemittelkreislauf einen dritten Bypass-Strömungspfad um den ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums auf. Der dritte Bypass-Strömungspfad erstreckt sich von einer zwischen dem Verdichter sowie dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager angeordneten Abzweigstelle bis zu einer zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und der dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft vorgelagerten ersten Expansionsorgan angeordneten Mündungsstelle. Die Abzweigstelle des dritten Bypass-Strömungspfads ist vorteilhaft als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildet.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Kühlmittelkreislauf zwei thermisch mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelte Kühlmittelteilkreisläufe auf. Dabei ist der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager als eine thermische Verbindung zwischen dem Kältemittelkreislauf und einem ersten Kühlmittelteilkreislauf und der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager als eine thermische Verbindung zwischen dem Kältemittelkreislauf und einem zweiten Kühlmittelteilkreislauf des Kühlmittelkreislaufs ausgebildet.
  • Der erste Kühlmittelteilkreislauf weist vorzugsweise eine erste Fördervorrichtung und einen ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager auf, während der zweite Kühlmittelteilkreislauf bevorzugt eine zweite Fördervorrichtung und einen zweiten Kühlmittel-Wärmeübertrager aufweist. Dabei ist der erste Kühlmittel-Wärmeübertrager vorteilhaft zum Temperieren einer ersten Komponente des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Batterie, beispielsweise der Hochvolt-Batterie, ausgebildet, während der zweite Kühlmittel-Wärmeübertrager vorzugsweise zum Kühlen von Komponenten des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs, wie dem Elektromotor, dem internen Ladegerät, dem Transformer oder dem Inverter, ausgebildet ist.
  • Von besonderem Vorteil ist, dass der erste Kühlmittelteilkreislauf über eine erste Abzweigstelle und eine erste Mündungsstelle in den Kühlmittelkreislauf eingebunden ist, während der zweite Kühlmittelteilkreislauf bevorzugt über eine zweite Abzweigstelle und eine zweite Mündungsstelle in den Kühlmittelkreislauf integriert ist. Die Abzweigstellen können jeweils als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildet sein.
  • Die Kühlmittelteilkreisläufe sind vorteilhaft jeweils an der Mündungsstelle mit einem ersten Anschluss des Kühlmittelkreislaufs und an der Abzweigstelle mit einem zweiten Anschluss des Kühlmittelkreislaufs verbunden, sodass der erste Kühlmittel-Wärmeübertrager und der zweite Kühlmittel-Wärmeübertrager kühlmittelseitig jeweils mit dem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager gekoppelt sind. Die Kühlmittelteilkreisläufe können dabei gemeinsam als Kühlmittelkreislauf oder unabhängig sowie strömungstechnisch vollständig voneinander getrennt betrieben werden, wobei jedem der Kühlmittelteilkreisläufe eine abgeschlossene Teilmenge des Kühlmittels zugeordnet ist.
  • Ein Verfahren zum Betreiben des voranstehenden Systems zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs in einem Heizmodus zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums weist folgende Schritte auf:
    • - Übertragen von Wärme von im Kältemittelkreislauf zirkulierendem Kältemittel auf einem Hochdruckniveau beim Durchströmen des als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers an die Zuluft des Fahrgastraums, wobei die Zuluft auf eine Endtemperatur erwärmt wird,
    • - anschließendes Leiten des Kältemittels durch den ersten Strömungspfad, wobei das Kältemittel das vollständig geöffnete zweite Expansionsorgan nahezu druckverlustfrei passiert und im dritten, als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager Wärme an die Zuluft des Fahrgastraums übertragen wird, wobei die Zuluft vorgewärmt wird, und
    • - anschließendes Leiten des Kältemittels durch den dritten Strömungspfad, wobei das Kältemittel beim Durchströmen des vierten Expansionsorgans auf ein Niederdruckniveau entspannt und in dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager unter Wärmeaufnahme aus dem im zweiten Kühlmittelteilkreislauf des Kühlmittelkreislaufs zirkulierenden Kühlmittel verdampft und überhitzt wird, wobei das Kühlmittel abgekühlt wird.
  • Die Zuluft für den Fahrgastraum wird beim Überströmen des dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers vorgewärmt und anschließend beim Überströmen des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers auf die gewünschte Auslasstemperatur erwärmt. Als Wärmequelle dienen die Komponenten des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs.
  • Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben des voranstehenden Systems zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs in einem Heizmodus zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums gelöst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
    • - Übertragen von Wärme von im Kältemittelkreislauf zirkulierendem Kältemittel auf einem Hochdruckniveau beim Durchströmen des als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers an die Zuluft des Fahrgastraums, wobei die Zuluft auf eine Endtemperatur erwärmt wird,
    • - Entspannen des Kältemittels auf ein Mitteldruckniveau oder das Niederdruckniveau beim Durchströmen des ersten Expansionsorgans sowie Übertragen von Wärme von der Umgebungsluft an das Kältemittel beim Durchströmen des zweiten, als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers, wobei die Menge der aus der Umgebungsluft aufgenommenen Wärme mit dem Mitteldruckniveau reguliert wird, und
    • - anschließendes Leiten des Kältemittels durch den dritten Strömungspfad, wobei das Kältemittel beim Durchströmen des vierten Expansionsorgans vom Mitteldruckniveau auf das Niederdruckniveau entspannt wird oder das vierte Expansionsorgan vollständig geöffnet ist und das Kältemittel jeweils im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager unter Wärmeaufnahme aus einem im zweiten Kühlmittelteilkreislauf des Kühlmittelkreislaufs zirkulierenden Kühlmittel verdampft und überhitzt wird, wobei das Kühlmittel abgekühlt wird.
  • Als Wärmequelle dienen die Umgebungsluft sowie die Komponenten des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das Kältemittel auf der Saugseite des Kältemittelkreislaufs in einen ersten Teilmassenstrom durch den dritten Strömungspfad und einen zweiten Teilmassenstrom durch einen vierten Strömungspfad aufgeteilt, wenn das Kältemittel beim Durchströmen des ersten Expansionsorgans auf Niederdruckniveau entspannt wird. Die Teilmassenströme des Kältemittels werden an einer Mündungsstelle vermischt und vom Verdichter angesaugt.
  • Die Aufgabe wird zudem durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben des voranstehenden Systems zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs in einem Modus der Beheizung einer Antriebskomponente, insbesondere der Batterie, gelöst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
    • - Leiten des im Kältemittelkreislauf zirkulierenden Kältemittels auf einem Hochdruckniveau durch den zweiten Strömungspfad, wobei das Kältemittel das vollständig geöffnete dritte Expansionsorgan passiert und im ersten, als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager Wärme an das im ersten Kühlmittelteilkreislauf zirkulierende Kühlmittel übertragen wird, wobei das Kühlmittel erwärmt und das erwärmte Kühlmittel zur zu erwärmenden Antriebskomponente gefördert wird, und
    • - anschließendes Leiten des Kältemittels durch den dritten Strömungspfad, wobei das Kältemittel beim Durchströmen des vierten Expansionsorgans auf ein Niederdruckniveau entspannt und im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager unter Wärmeaufnahme aus dem im zweiten Kühlmittelteilkreislauf des Kühlmittelkreislaufs zirkulierenden Kühlmittel verdampft und überhitzt wird, wobei das Kühlmittel abgekühlt wird.
  • Das abgekühlte Kühlmittel wird vorteilhaft zu mindestens einer Komponente des Antriebsstrangs gefördert und die Komponente wird gekühlt.
  • Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die Verwendung des Systems in Kraftfahrzeugen mit einem elektromotorischen Antrieb oder einem hybriden Antrieb aus einem Elektromotor und einem Verbrennungsmotor.
  • Das erfindungsgemäße System mit integrierter Wärmepumpenfunktionalität, insbesondere für rein elektrisch angetriebene oder hybridangetriebene Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor, weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:
    • - Erfüllen sämtlicher Anforderungen an ein Wärmemanagement eines Elektrofahrzeugs in einem sehr weiten Bereich der Umgebungstemperatur mit dem Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums durch Kühlen, Entfeuchten und Heizen sowie Temperieren, insbesondere Kühlen oder Erwärmen der Batterie und Kühlen Komponenten des Antriebsstrangs,
    • - hoher Grad an Abwärmerückgewinnung, dabei energieeffizientes Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum durch Nutzen von Abwärme des Kältemittelkreislaufs und Rückgewinnen von Wärme von Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs, dabei
    • - maximale Effizienz beim Betrieb mit hohem Grad der Abwärmenutzung bei hoher Flexibilität und Funktionalität,
    • - kompaktes Design mit geringer Komplexität sowohl kältemittelseitig als auch luftseitig,
    • - geringe Kosten bei der Herstellung und Wartung sowie während des Betriebs.
  • Das System, insbesondere der Kältemittelkreislauf, ist unabhängig vom verwendeten Kältemittel und damit auch für R134a, R744, R1234yf, R290 oder andere Kältemittel ausgelegt.
  • 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: ein erstes System zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf sowie einem zwei thermisch mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelte Kühlmittelteilkreisläufe aufweisenden Kühlmittelkreislauf,
    • 2: ein zweites System zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs ähnlich dem System aus 1 mit einem kreislaufinternen Wärmeübertrager,
    • 3: ein drittes System zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs ähnlich dem System aus 2 mit einem zusätzlichen Bypass-Strömungspfad um einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager,
    • 4a: das zweite System nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs im Kälteanlagenmodus und des Kühlmittelkreislaufs mit passiver Kühlung der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs,
    • 4b: das zweite System nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs mit aktiver Kühlung der Batterie und des Kühlmittelkreislaufs mit passiver Kühlung der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs,
    • 4c: das zweite System nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs im Kälteanlagenmodus mit aktiver Kühlung der Batterie und des Kühlmittelkreislaufs mit passiver Kühlung der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs,
    • 5a: das zweite System nach 2 während des Betriebs des Kühlmittelkreislaufs mit passiver Kühlung der Batterie und der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs,
    • 5b: das zweite System nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs im Nachheizmodus und des Kühlmittelkreislaufs mit passiver Kühlung der Batterie und der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs,
    • 5c: das zweite System nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs im Nachheizmodus mit aktiver Kühlung der Batterie und der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs,
    • 6a: das zweite System nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs im Heizmodus mit Umgebungsluft als Wärmequelle für das Kältemittel,
    • 6b: das zweite System nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs im Heizmodus mit aktiver Kühlung der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs und damit als Wärmequelle für das Kältemittel,
    • 6c: das zweite System nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs im Heizmodus mit Umgebungsluft als Wärmequelle für das Kältemittel sowie mit aktiver Kühlung der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs und damit als Wärmequelle für das Kältemittel,
    • 6d: das zweite System nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs nach 6c mit Aufteilung des Kältemittelmassenstroms auf der Niederdruckseite und
    • 7: das zweite System nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs mit Beheizung der Batterie sowie mit aktiver Kühlung der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs und damit als Wärmequelle für das Kältemittel.
  • In 1 ist ein erstes System 1a zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf 2a sowie einem zwei thermisch mit dem Kältemittelkreislauf 2a gekoppelte Kühlmittelteilkreisläufe 3-1, 3-2 aufweisenden Kühlmittelkreislauf 3 gezeigt.
  • Der Kältemittelkreislauf 2a weist in Strömungsrichtung des Kältemittels einen Verdichter 4 zum Ansaugen und Verdichten des Kältemittels, einen ersten, als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums sowie einen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft mit einem vorgelagerten ersten Expansionsorgan 7, insbesondere einem Expansionsventil, auf.
  • Der Kältemittelkreislauf 2a ist zudem mit einem dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 zur Wärmeübertragung mit der Zuluft des Fahrgastraums und einem vorgelagerten zweiten Expansionsorgan 9, welche gemeinsam in einem ersten Strömungspfad 16 angeordnet sind, einem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 zum Temperieren einer Batterie und einem vorgelagerten dritten Expansionsorgan 11, welche gemeinsam in einem zweiten Strömungspfad 17 angeordnet sind, sowie einem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 zum Kühlen der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs und einem vorgelagerten vierten Expansionsorgan 13, welche gemeinsam in einem dritten Strömungspfad 18 angeordnet sind, ausgebildet.
  • Der erste Strömungspfad 16 und der zweite Strömungspfad 17 erstrecken sich jeweils von einer ersten Abzweigstelle 14 bis zu einer ersten Mündungsstelle 15 und können je nach Bedarf einzeln oder gemeinsam und parallel von Kältemittel durchströmt werden.
  • Nach dem Ausströmen aus dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft kann der Kältemittelmassenstrom an der ersten Abzweigstelle 14 in zwei Teilmassenströme aufgeteilt werden. Die Anteile der Teilmassenströme können je nach Bedarf zwischen 0 und 100 % betragen.
  • Ein vierter Strömungspfad 19 erstreckt sich von einer, vorzugsweise im ersten Strömungspfad 16 angeordneten zweiten Abzweigstelle 20 bis zu einer zweiten Mündungsstelle 21. Dabei kann die zweite Abzweigstelle 20 auch mit der ersten Mündungsstelle 15 des ersten Strömungspfads 16 und des zweiten Strömungspfads 17 gemeinsam ausgebildet sein.
  • Da sich der dritte Strömungspfad 18 mit dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 und dem vorgelagerten Expansionsorgan 13 ausgehend von der zweiten Abzweigstelle 20 zur zweiten Mündungsstelle 21 erstreckt, kann der Kältemittelmassenstrom an der zweiten Abzweigstelle 20 wiederum in zwei Teilmassenströme aufgeteilt werden. Die Anteile der Teilmassenströme können je nach Bedarf zwischen 0 und 100 % betragen.
  • Mit der Ausbildung des zusätzlichen zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 12 wird eine hohe Wärmeaufnahmefähigkeit des Kältemittelkreislaufs 2a erreicht.
  • An der zweiten Mündungsstelle 21 wird das Kältemittel vom Verdichter 4 angesaugt. Der Kältemittelkreislauf 2a ist geschlossen.
  • Der zweite Strömungspfad 17 weist zudem eine dritte Abzweigstelle 22 und eine dritte Mündungsstelle 23 auf, zwischen denen sich ein erster Bypass-Strömungspfad 24 um den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 mit dem vorgelagerten dritten Expansionsorgan 11 herum erstreckt. Die dritte Abzweigstelle 22 ist folglich zwischen der ersten Abzweigstelle 14 und dem dritten Expansionsorgan 11 ausgebildet, während die dritte Mündungsstelle 23 zwischen dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 und der ersten Mündungsstelle 15 beziehungsweise der zweiten Abzweigstelle 20 angeordnet ist. Der erste Bypass-Strömungspfad 24 ist mit einem ersten Absperr-Ventil 25 ausgebildet.
  • Mit der Nutzung des ersten Bypass-Strömungspfads 24 um den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 kann der kältemittelseitige Druckverlust auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs 2a minimiert werden.
  • Zudem weist der Kältemittelkreislauf 2a eine vierte Abzweigstelle 26 und eine vierte Mündungsstelle 27 auf, zwischen denen sich ein zweiter Bypass-Strömungspfad 28 um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft mit dem vorgelagerten ersten Expansionsorgan 7 herum erstreckt. Die vierte Abzweigstelle 26 ist folglich zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums und dem ersten Expansionsorgan 7 ausgebildet, während die vierte Mündungsstelle 27 zwischen dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 und der ersten Abzweigstelle 14 angeordnet ist. Der zweite Bypass-Strömungspfad 28 ist mit einem zweiten Absperr-Ventil 29 ausgebildet.
  • Um ein Rückströmen des durch den zweiten Bypass-Strömungspfad 28 geleiteten Kältemittelmassenstroms in den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 zu verhindern, ist zwischen der vierten Mündungsstelle 27 und dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 eine erste Rückschlagvorrichtung 30, insbesondere ein Rückschlagventil, vorgesehen.
  • Ebenso ist zum Verhindern eines Rückströmens des durch den zweiten Strömungspfad 17 geleiteten Kältemittelmassenstroms in den im ersten Strömungspfad 16 angeordneten dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 zwischen der zweiten Abzweigstelle 20 und dem dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 eine zweite Rückschlagvorrichtung 31, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet.
  • Der vierte Strömungspfad 19 weist einen Akkumulator 32 sowie ein drittes Absperr-Ventil 33 auf.
  • Die sich ausgehend von der zweiten Abzweigstelle 20 bis zur zweiten Mündungsstelle 21 erstreckenden dritter Strömungspfad 18 mit dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 sowie vierter Strömungspfad 19 mit dem Akkumulator 32 sind parallel mit Kältemittel beaufschlagbar.
  • Das System 1a ist derart konfiguriert, dass der dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 und der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10, auch als Chiller, insbesondere Batterie-Chiller bezeichnet, je nach Bedarf beziehungsweise Betriebsmodus sowohl auf der Niederdruckseite als Verdampfer als auch auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs 2a als Kondensator/Gaskühler betrieben werden können, sodass der dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 als luftgekühlter Kondensator/Gaskühler zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum und der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 als kühlmittelgekühlter Kondensator/Gaskühler zum Erwärmen der Batterie betrieben werden können. Der wahlweise Betrieb der Wärmeübertrager 8, 10 auf der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs 2a maximiert die Flexibilität des Einsatzes des Systems 1a und führt zu einer hohen Anzahl an Betriebsmodi im Vergleich zu herkömmlichen Systemen.
  • Die vorzugsweise als Expansionsventile konfigurierten Expansionsorgane 7, 9, 11, 13 sind derart ausgebildet, nach Bedarf vollständig zu schließen, sodass ein Wechsel der Betriebsmodi, insbesondere zwischen einem Heizmodus und einem Kälteanlagenmodus, stufenlos sowie ohne Abschalten des Verdichters 4 erfolgen kann. Auf eine Ausbildung des Kältemittelkreislaufs 2a mit einer Umkehr der Strömungsrichtung des Kältemittels durch den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 kann verzichtet werden, was unter anderem zu einem vereinfachten Ölmanagement führt, da Ölfallen und Kältemittelfallen im Kältemittelkreislauf 2a vermieden werden.
  • Der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 stellt eine thermische Verbindung zum ersten Kühlmittelteilkreislauf 3-1 des Kühlmittelkreislaufs 3 dar. Der erste Kühlmittelteilkreislauf 3-1 weist eine erste Fördervorrichtung 40, insbesondere eine Pumpe beziehungsweise eine Kühlmittelpumpe, auf, welche das Kühlmittel beispielsweise durch den ersten Kühlmittelteilkreislauf 3-1 mit dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 und einem ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 fördert. Der erste Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 ist speziell zum Temperieren einer Batterie, beispielsweise einer Hochvolt-Batterie, ausgebildet.
  • Der erste Kühlmittelteilkreislauf 3-1 dient insbesondere bei hohen Werten der Temperatur der Umgebungsluft zum Kühlen der Batterie und Halten der Temperatur der Batterie unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts.
  • Der erste Kühlmittelteilkreislauf 3-1 ist über eine erste Abzweigstelle 42 und eine erste Mündungsstelle 43 in den Kühlmittelkreislauf 3 integriert. Dabei sind die erste Fördervorrichtung 40 und der erste Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 einerseits sowie der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 andererseits zwischen der ersten Abzweigstelle 42 und der ersten Mündungsstelle 43 des Kühlmittelkreislaufs 3 angeordnet. Die erste Abzweigstelle 42 ist als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildet.
  • Der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 stellt eine thermische Verbindung zum zweiten Kühlmittelteilkreislauf 3-2 des Kühlmittelkreislaufs 3 dar. Der zweite Kühlmittelteilkreislauf 3-2 weist eine zweite Fördervorrichtung 44, insbesondere eine Pumpe beziehungsweise eine Kühlmittelpumpe, auf, welche das Kühlmittel beispielsweise durch den zweiten Kühlmittelteilkreislauf 3-2 mit dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 und einem zweiten Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 fördert. Der zweite Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 ist speziell zum Kühlen von Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs, wie einem Elektromotor, einem internen Ladegerät, einem Transformer oder einem Inverter, ausgebildet.
  • Der zweite Kühlmittelteilkreislauf 3-2 ist über eine zweite Abzweigstelle 46 und eine zweite Mündungsstelle 47 in den Kühlmittelkreislauf 3 integriert. Dabei sind die zweite Fördervorrichtung 44 und der zweite Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 einerseits sowie der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 andererseits zwischen der zweiten Abzweigstelle 46 und der zweiten Mündungsstelle 47 des Kühlmittelkreislaufs 3 angeordnet. Die zweite Abzweigstelle 46 ist als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildet.
  • Der zweite Kühlmittelteilkreislauf 3-2, auch als Kaltwassersatz bezeichnet, kann zum Rückgewinnen von Abwärme aus Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs genutzt werden. Dabei wird die Wärme als Verdampfungswärme an das im Kältemittelkreislauf 2a zirkulierende Kältemittel übertragen. Auf diese Weise wird neben der möglichen Heizleistung auch der Wirkungsgrad des Systems 1a maximiert.
  • Speziell für einen Betrieb in einem Heizmodus ermöglicht die Ausbildung des Systems 1a mit dem zweiten Kühlmittelteilkreislauf 3-2 die von den insbesondere elektrischen Antriebskomponenten erzeugte Abwärme zu sammeln und dem Kältemittel im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 als Verdampfungswärme bereitzustellen. Die derartige Abwärmerückgewinnung trägt zum Verbessern der gesamten Energieeffizienz und Wärmeeffizienz des Kraftfahrzeugs bei. Die ansonsten als Verlustwärmeleistung zu bilanzierende Wärme wird vom System 1a als Verdampfungswärme aufgenommen, was die Leistung und Effizienz des Systems 1a beim Betrieb im Heizmodus maximiert.
  • Mit einem unterkritischen Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a, beispielsweise mit den Kältemitteln R134a, R1234yf oder R290, in einem Heizmodus oder Nachheizmodus, werden die Effizienz und die Leistung des Systems 1a, insbesondere in Bezug auf die Ausbildung des Kältemittelkreislaufs mit einem kreislaufinternen Wärmeübertrager, wie es insbesondere in nachfolgenden Figuren gezeigt ist, verbessert.
  • Die Kühlmittelteilkreisläufe 3-1, 3-2 des Kühlmittelkreislaufs 3 können zum einen unabhängig voneinander betrieben werden. Dabei ist jedem der Kühlmittelteilkreisläufe 3-1, 3-2 eine Teilmenge des Kühlmittels zugeordnet, welche je nach Betriebsmodus innerhalb eines der Kühlmittelteilkreisläufe 3-1, 3-2 zirkuliert. Die Kühlmittelteilkreisläufe 3-1, 3-2 sind strömungstechnisch vollständig voneinander getrennt.
  • Zum anderen können beide Kühlmittelteilkreisläufe 3-1, 3-2 über einen ersten Anschluss 48 und einen zweiten Anschluss 49 miteinander verbunden und als gemeinsamer Kühlmittelkreislauf 3 betrieben werden. Der Kühlmittelkreislauf 3 weist einen Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft auf. Dabei kann sowohl das durch den ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 als auch das durch den zweiten Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 geförderte Kühlmittel zum Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 geleitet werden, um von der Batterie beziehungsweise den Komponenten des Antriebsstrangs aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft abzugeben. Diese Betriebsart wird als passive Kühlung der Batterie mit Hilfe des ersten Kühlmittel-Wärmeübertragers 41 beziehungsweise als passive Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs mit Hilfe des zweiten Kühlmittel-Wärmeübertragers 45 bezeichnet. Bei der aktiven Kühlung wird im Vergleich zur passiven Kühlung die von der Batterie aufgenommene Wärme im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 beziehungsweise die von den Komponenten des Antriebsstrangs aufgenommene Wärme im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 jeweils an das Kältemittel übertragen.
  • Das im Kühlmittelkreislauf 3 zirkulierende Kühlmittel kann am ersten Anschluss 48, welcher als Abzweigstelle dient, in einen ersten Teilmassenstrom durch den ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 und einen zweiten Teilmassenstrom durch den zweiten Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 aufgeteilt werden. Am als Mündungsstelle dienenden zweiten Anschluss 49 werden die Teilmassenströme wieder vermischt und zum Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 geleitet. Dabei können die Anteile der Teilmassenströme des Kühlmittels je nach Bedarf zwischen 0 und 100 % betragen.
  • Um ein ungewolltes Rückströmen insbesondere vom ersten Kühlmittelteilkreislauf 3-1 in die anderen Komponenten des Kühlmittelkreislaufs 3 zu verhindern, ist zwischen der ersten Mündungsstelle 43 des ersten Kühlmittelteilkreislaufs 3-1 und dem ersten Anschluss 48 eine Rückschlagvorrichtung 51 vorgesehen. Die Rückschlagvorrichtung 51 ist vorzugsweise als ein Rückschlagventil ausgebildet.
  • Mit dem Einsatz des zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 12 werden die Komplexität und die Notwendigkeit zusätzlicher Kühlmittelventile innerhalb des Kühlmittelkreislaufs 3, welche insbesondere durch den Anschluss aller Kühlkomponenten an einen einzelnen Wärmeübertrager verursacht werden, erheblich reduziert.
  • Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums ist gemeinsam mit dem dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 innerhalb eines Gehäuses 60 eines Klimagerätes zum Konditionieren der Zuluft angeordnet. Dabei ist der als Verdampfer oder als Kondensator/Gaskühler betreibbare dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 des Kältemittelkreislaufs 2a in Strömungsrichtung 61 der Zuluft vor dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums angeordnet, sodass beispielsweise innerhalb des in einem Heizmodus betriebenen Systems 1a die Zuluft für den Fahrgastraum erwärmt oder innerhalb des in einem Nachheizmodus betriebenen Systems 1a die beim Durchströmen des dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 8, welcher als Verdampfer des Kältemittels betrieben wird, entfeuchtete und/oder abgekühlte Zuluft für den Fahrgastraum wieder erwärmt werden kann.
  • Zum Erwärmen der Zuluft kann innerhalb des Gehäuses 60 des Klimagerätes zudem ein zusätzlicher Heizwärmeübertrager 62 vorgesehen sein. Der optional betreibbare Heizwärmeübertrager 62 kann als ein elektrischer PTC-Heizer zum Erwärmen der in den Fahrgastraum einströmenden Zuluft ausgebildet sein und sorgt, insbesondere als Hochvolt-PTC-Heizer, luftseitig für eine höhere und angepasste Heizleistung und Dynamik. Der Heizwärmeübertrager 62 ist in Strömungsrichtung 61 der Zuluft nach dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 des Kältemittelkreislaufs 2a angeordnet.
  • Die Zuluft zum Fahrgastraum kann mittels einer im Gehäuse 60 sowie in Strömungsrichtung 61 der Zuluft zwischen dem dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 und dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 des Kältemittelkreislaufs 2a angeordneten Strömungsleiteinrichtung 63 in Teilmassenströme derart aufgeteilt werden, dass ein erster Teilmassenstrom zum ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 beziehungsweise zum zusätzlichen Heizwärmeübertrager 62 hin und ein zweiter Teilmassenstrom in einem Bypass um den ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 beziehungsweise den zusätzlichen Heizwärmeübertrager 62 herum geleitet wird. Die Anteile der Teilmassenströme können je nach Bedarf zwischen 0 und 100 % betragen.
  • Die zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft ausgebildeten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 des Kühlmittelkreislaufs 3 und zweiter Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 des Kältemittelkreislaufs 2a sind innerhalb eines Gehäuses 64 in angegebener Reihenfolge in Strömungsrichtung 65 der Umgebungsluft im Frontbereich einer Karosserie des Kraftfahrzeugs angeordnet. Der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 des Kühlmittelkreislaufs 3 wird von der Umgebungsluft als erster Wärmeübertrager angeströmt. Alternativ können die Wärmeübertrager 6, 50 parallel zueinander von Umgebungsluft beaufschlagt werden.
  • Aus 2 geht ein weiteres System 1b zum Klimatisieren der Luft des Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten des Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf 2b sowie dem zwei thermisch mit dem Kältemittelkreislauf 2b gekoppelte Kühlmittelteilkreisläufe 3-1, 3-2 aufweisenden Kühlmittelkreislauf 3 hervor. Das System 1b nach 2 unterscheidet sich vom System 1a aus 1 ausschließlich in der Ausbildung eines kreislaufinternen Wärmeübertragers 34. Die anderen Komponenten der Systeme 1a, 1b, insbesondere der Kältemittelkreisläufe 2a, 2b und des Kühlmittelkreislaufs 3, sind identisch, sodass zu deren Ausgestaltung und Anordnung auf die Ausführungen zum System 1a nach 1 verwiesen wird.
  • Der kreislaufinterne Wärmeübertrager 34 des Kältemittelkreislaufs 2b ist einerseits zwischen dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft, insbesondere in Strömungsrichtung des Kältemittels nach der vierten Mündungsstelle 27, sowie der ersten Abzweigstelle 14 des ersten Strömungspfads 16 und des zweiten Strömungspfads 17 angeordnet. Dieser Bereich des Kältemittelkreislaufs 2b kann mit Kältemittel auf Hochdruckniveau beaufschlagt werden.
  • Andererseits ist der kreislaufinterne Wärmeübertrager 34 des Kältemittelkreislaufs 2b innerhalb des vierten Strömungspfads 19 vorgesehen, welcher sich zwischen der zweiten Abzweigstelle 20 beziehungsweise der ersten Mündungsstelle 15 und der zweiten Mündungsstelle 21 erstreckt, und in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Akkumulator 32 angeordnet ist.
  • In diesem Bereich des Kältemittelkreislaufs 2b weist das Kältemittel stets Niederdruckniveau auf und wird vom Verdichter 4 angesaugt.
  • In 3 ist ein weiteres alternatives System 1c zum Klimatisieren der Luft des Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten des Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf 2c sowie dem zwei thermisch mit dem Kältemittelkreislauf 2c gekoppelte Kühlmittelteilkreisläufe 3-1, 3-2 aufweisenden Kühlmittelkreislauf 3 dargestellt. Das alternative System 1c unterscheidet sich vom System 1b aus 2 ausschließlich in einem zusätzlichen dritten Bypass-Strömungspfad 35 um den ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums. Da die anderen Komponenten der Systeme 1b, 1c, insbesondere der Kältemittelkreisläufe 2b, 2c und des Kühlmittelkreislaufs 3, identisch sind, wird zu deren Ausgestaltung und Anordnung auf die Ausführungen zum System 1b nach 2 beziehungsweise zum System 1a aus 1 verwiesen.
  • Der dritte Bypass-Strömungspfad 35 des Kältemittelkreislaufs 2c erstreckt sich von einer fünften Abzweigstelle 36 bis zu einer fünften Mündungsstelle 37. Dabei ist die fünfte Abzweigstelle 36 zwischen dem Verdichter 4 und dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 angeordnet und vorzugsweise als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildet. Die fünfte Mündungsstelle 37 ist zwischen dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 und dem dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 vorgelagerten ersten Expansionsorgan 7, insbesondere in Strömungsrichtung des Kältemittels vor der vierten Abzweigstelle 26 des zweiten Bypass-Strömungspfads 28, vorgesehen.
  • Um ein Rückströmen des durch den dritten Bypass-Strömungspfad 35 geleiteten Kältemittelmassenstroms in den ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zu verhindern, ist zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 und der fünften Mündungsstelle 37 eine dritte Rückschlagvorrichtung 38, insbesondere ein Rückschlagventil, ausgebildet.
  • Nachfolgend wird das System 1b aus 2 in verschiedenen Betriebsmodi, insbesondere dem Kältemittelkreislauf 2b in einem Kälteanlagenmodus, einem Nachheizmodus oder einem Heizmodus bezogen auf die Zuluft des Fahrgastraums sowie mit aktiver beziehungsweise passiver Kühlung der Batterie und der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs, gezeigt. Unter passiver Kühlung ist dabei eine Kühlung mit im Kühlmittelkreislauf 3 zirkulierendem Kühlmittel unter Wärmeabgabe vom Kühlmittel an die Umgebungsluft zu verstehen. Bei der aktiven Kühlung wird die an das Kühlmittel übertragene Wärme an das im Kältemittelkreislauf 2b zirkulierende Kältemittel abgegeben.
  • Die mit Kältemittel oder Kühlmittel durchströmten Verbindungsleitungen des Kältemittelkreislaufs 2b und des Kühlmittelkreislaufs 3 sind jeweils mit durchgezogenen Linien gekennzeichnet, während die nicht mit Kältemittel oder Kühlmittel beaufschlagten Verbindungsleitungen mittels gestrichelter Linien markiert sind.
  • Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2b des Systems 1b nach 2 in einem Kälteanlagenmodus und des Kühlmittelkreislaufs 3 mit passiver Kühlung der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs gemäß 4a wird die im dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 von der Zuluft für den Fahrgastraum an das im Kältemittelkreislauf 2b zirkulierende Kältemittel übertragene Wärme im zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 vom Kältemittel an die Umgebungsluft übertragen.
  • Das aus dem Verdichter 4 ausströmende Hochdruckkältemittel wird im zweiten, als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 abgekühlt beziehungsweise enthitzt und verflüssigt sowie gegebenenfalls unterkühlt. Das Kältemittel wird anschließend durch den kreislaufinternen Wärmeübertrager 34 geleitet und weiter abgekühlt.
  • Das zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 und dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 angeordnete erste Expansionsorgan 7 ist vollständig geöffnet, sodass beide Wärmeübertrager 5, 6 auf dem gleichen Druckniveau, insbesondere dem Hochdruckniveau, mit Kältemittel durchströmt werden. Das Kältemittel passiert das Expansionsorgan 7 nahezu druckverlustfrei.
  • Die innerhalb des Gehäuses 60 angeordnete Strömungsleiteinrichtung 63 ist derart eingestellt, die durch das Gehäuse 60 strömende Zuluft am ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 vorbeizuführen. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 wird nicht mit der Zuluft für den Fahrgastraum beaufschlagt, sodass im ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 keine Wärme übertragen wird.
  • Beim System 1c nach 3 besteht zudem im Vergleich zum System 1b die Möglichkeit, das Kältemittel durch den dritten Bypass-Strömungspfad 35 des Kältemittelkreislaufs 2c am ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 vorbei direkt zum zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 zu leiten, sodass der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 nicht mit Kältemittel beaufschlagt wird. Dabei wird ein beim Durchströmen des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 5 erzeugter Druckabfall auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs 2c vermieden.
  • An der ersten Abzweigstelle 14 wird das Kältemittel in den ersten Strömungspfad 16 zum zweiten Expansionsorgan 9 geführt und beim Durchströmen des zweiten Expansionsorgans 9 auf das Niederdruckniveau entspannt. Im dritten, als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 wird das Kältemittel unter Wärmeaufnahme aus der Zuluft des Fahrgastraums verdampft und gegebenenfalls überhitzt. Dabei wird die Zuluft abgekühlt und/oder entfeuchtet. Anschließend wird das Kältemittel beim Durchströmen der Niederdruckseite des kreislaufinternen Wärmeübertragers 34 weiter erwärmt beziehungsweise überhitzt und vom Verdichter 4 angesaugt. Im kreislaufinternen Wärmeübertrager 34 wird Wärme vom Kältemittel auf Hochdruckniveau an das Kältemittel auf Niederdruckniveau übertragen. Sowohl der zweite Strömungspfad 17 als auch der dritte Strömungspfad 18 sind ebenso wie der zweite Bypass-Strömungspfad 28 um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 geschlossen und werden jeweils nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Dabei sind insbesondere das dritte Expansionsorgan 11 und das erste Absperr-Ventil 25 sowie das vierte Expansionsorgan 13 und das zweite Absperr-Ventil 29 vollständig geschlossen.
  • Das Kühlmittel wird mittels der zweiten Fördervorrichtung 44 zwischen dem zweiten Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 der Antriebskomponenten und dem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 umgewälzt. Die von den Antriebskomponenten im zweiten Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 an das im Kühlmittelkreislauf 3 zirkulierende Kühlmittel übertragene Wärme wird im Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 vom Kühlmittel an die Umgebungsluft übertragen. Der erste Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 wird nicht mit Kühlmittel durchströmt.
  • Die Umgebungsluft wird vorzugsweise mittels eines Gebläses in Strömungsrichtung 65 in das Gehäuse 64 angesaugt und zum Aufnehmen der Wärme vom Kühlmittel zum Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 sowie zum Aufnehmen der Wärme vom Kältemittel zum zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 gefördert.
  • Aus 4b geht das System 1b nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs 2b mit aktiver Kühlung der Batterie und des Kühlmittelkreislaufs 3 mit passiver Kühlung der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs hervor.
  • Ein erster Unterschied zum Betriebsmodus des Systems 1b nach 4a besteht im Betrieb der ersten Fördervorrichtung 40 des ersten Kühlmittelteilkreislaufs 3-1 und damit der aktiven Kühlung der Batterie. Das Kühlmittel wird im ersten Kühlmittelteilkreislauf 3-1 zwischen dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 und dem ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 umgewälzt. Dabei wird die im ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 von der Batterie abgeführte Wärme im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 an das im Kältemittelkreislauf 2b zirkulierende Kältemittel übertragen. Der erste Kühlmittelteilkreislauf 3-1 wird getrennt zum im Betriebsmodus nach 4a beschriebenen Modus betrieben. Dabei werden die im ersten Kühlmittelteilkreislauf 3-1 und im sonstigen Kühlmittelkreislauf 3 zirkulierenden Teilmengen des Kühlmittels nicht miteinander vermischt.
  • Ein weiterer Unterschied zum Betriebsmodus des Systems 1b, insbesondere des Kältemittelkreislaufs 2b, nach 4a besteht darin, dass das Kältemittel an der ersten Abzweigstelle 14 ausschließlich in den zweiten Strömungspfad 17 zum dritten Expansionsorgan 11 geführt und beim Durchströmen des dritten Expansionsorgans 11 auf das Niederdruckniveau entspannt wird. Im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 wird das Kältemittel unter Wärmeaufnahme aus dem im ersten Kühlmittelteilkreislauf 3-1 zirkulierenden Kühlmittel verdampft und gegebenenfalls überhitzt. Dabei wird das Kühlmittel abgekühlt. Anschließend wird das Kältemittel beim Durchströmen der Niederdruckseite des kreislaufinternen Wärmeübertragers 34 weiter erwärmt beziehungsweise überhitzt und vom Verdichter 4 angesaugt.
  • Sowohl der erste Strömungspfad 16 und der erste Bypass-Strömungspfad 24 des zweiten Strömungspfads 17 als auch der dritte Strömungspfad 18 sind ebenso wie der zweite Bypass-Strömungspfad 28 um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 geschlossen und werden jeweils nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Dabei sind insbesondere das zweite Expansionsorgan 9 und das erste Absperr-Ventil 25 sowie das vierte Expansionsorgan 13 und das zweite Absperr-Ventil 29 vollständig geschlossen.
  • Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2b des Systems 1b in einem Kälteanlagenmodus mit aktiver Kühlung der Batterie und des Kühlmittelkreislaufs 3 mit passiver Kühlung der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs gemäß 4c werden die im dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 von der Zuluft für den Fahrgastraum an das im Kältemittelkreislauf 2b zirkulierende Kältemittel übertragene Wärme und die im ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 von der Batterie an das Kühlmittel sowie im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 vom Kühlmittel an das im Kältemittelkreislauf 2a zirkulierende Kältemittel übertragene Wärme im zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 vom Kältemittel an die Umgebungsluft übertragen.
  • Im Unterschied zum Betriebsmodus des Systems 1b, insbesondere des Kältemittelkreislaufs 2b, nach 4b wird das Kältemittel an der ersten Abzweigstelle 14 in zwei Teilmassenströme, einen ersten Teilmassenstrom durch den ersten Strömungspfad 16 sowie einen zweiten Teilmassenstrom durch den zweiten Strömungspfad 17, aufgeteilt.
  • Das in den ersten Strömungspfad 16 geleitete Kältemittel des ersten Teilmassenstroms wird zum zweiten Expansionsorgan 9 geführt und beim Durchströmen des zweiten Expansionsorgans 9 auf das Niederdruckniveau entspannt. Im dritten, als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 wird das Kältemittel unter Wärmeaufnahme aus der Zuluft des Fahrgastraums verdampft und gegebenenfalls überhitzt. Dabei wird die Zuluft abgekühlt und/oder entfeuchtet.
  • Das in den zweiten Strömungspfad 17 geleitete Kältemittel des zweiten Teilmassenstroms wird zum dritten Expansionsorgan 11 geführt und beim Durchströmen des dritten Expansionsorgans 11 auf das Niederdruckniveau entspannt. Im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 wird das Kältemittel unter Wärmeaufnahme aus dem im ersten Kühlmittelteilkreislauf 3-1 zirkulierenden Kühlmittel verdampft und gegebenenfalls überhitzt. Dabei wird das Kühlmittel abgekühlt.
  • Anschließend werden die Teilmassenströme des Kältemittels an der ersten Mündungsstelle 15 miteinander vermischt und beim Durchströmen der Niederdruckseite des kreislaufinternen Wärmeübertragers 34 weiter erwärmt beziehungsweise überhitzt und vom Verdichter 4 angesaugt.
  • Sowohl der erste Bypass-Strömungspfad 24 des zweiten Strömungspfads 17 als auch der dritte Strömungspfad 18 sind ebenso wie der zweite Bypass-Strömungspfad 28 um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 geschlossen und werden jeweils nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Dabei sind insbesondere das erste Absperr-Ventil 25 sowie das vierte Expansionsorgan 13 und das zweite Absperr-Ventil 29 vollständig geschlossen.
  • Die 5a bis 5c zeigen jeweils das System 1b nach 2 während des Betriebs in einem Nachheizmodus, während aus den 6a bis 6d jeweils das System 1b nach 2 während des Betriebs in einem Heizmodus hervorgeht.
  • Beim Betrieb des Systems 1b in einem Heizmodus oder einem Nachheizmodus kann sowohl die Abwärme des Klimatisierungssystems, insbesondere die im dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 von der Zuluft für den Fahrgastraum an das im Kältemittelkreislauf 2b zirkulierende Kältemittel beziehungsweise die im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 oder im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 von der Batterie oder mindestens einer anderen Komponente des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs an das im Kältemittelkreislauf 2b zirkulierende Kältemittel übertragene Wärme als auch von der Umgebungsluft an das im Kältemittelkreislauf 2b zirkulierende Kältemittel übertragene Wärme zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum genutzt werden. Die Batterie, die mindestens eine andere Komponente des Antriebsstrangs und die Umgebungsluft können als Wärmequelle dienen.
  • Aus 5a geht das zweite System nach 2 während des Betriebs des Kühlmittelkreislaufs 3 jeweils mit passiver Kühlung der Batterie und der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs hervor. Der Verdichter 4 des Kältemittelkreislaufs 2b ist außer Betrieb.
  • Das Kühlmittel wird mittels der ersten Fördervorrichtung 40 durch den ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 zum Kühlen der Batterie und mittels der zweiten Fördervorrichtung 44 durch den zweiten Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 zum Kühlen der Antriebskomponenten sowie jeweils zum Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 gefördert. Nach dem Ausströmen aus dem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 wird das Kühlmittel am als Abzweigstelle dienenden ersten Anschluss 48 in einen ersten Teilmassenstrom durch den ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 und einen zweiten Teilmassenstrom durch den zweiten Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 aufgeteilt. Die Teilmassenströme werden am als Mündungsstelle dienenden zweiten Anschluss 49 vermischt und anschließend zum Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 geleitet. Der jeweilige Kühlmittelmassenstrom durch die parallelen Strömungspfade beziehungsweise dessen Aufteilung auf die parallelen Strömungspfade wird mittels der Fördervorrichtungen 40, 44 geregelt.
  • Die jeweils von der Batterie und den Antriebskomponenten an das im Kühlmittelkreislauf 3 zirkulierende Kühlmittel übertragene Wärme wird im Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 vom Kühlmittel an die Umgebungsluft übertragen.
  • Die Fördervorrichtungen 40, 44 des Kühlmittelkreislaufs 3 können auch unabhängig voneinander betrieben werden, sodass der erste Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 zum Kühlen der Batterie und der zweite Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 zum Kühlen der Antriebskomponenten unabhängig voneinander mit Kühlmittel beaufschlagt werden und die Batterie sowie die Antriebskomponenten unabhängig voneinander passiv gekühlt werden.
  • Aus 5b geht der Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2b im Nachheizmodus und des Kühlmittelkreislaufs 3 jeweils mit passiver Kühlung der Batterie und der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs des Systems 1b hervor.
  • Im Unterschied zum Betrieb des Systems 1b nach 5a ist der Verdichter 4 des Kältemittelkreislaufs 2b in Betrieb. Das aus dem Verdichter 4 ausströmende Hochdruckkältemittel wird im ersten, als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 enthitzt und gegebenenfalls verflüssigt sowie möglicherweise unterkühlt. Die innerhalb des Gehäuses 60 angeordnete Strömungsleiteinrichtung 63 ist derart eingestellt, die durch das Gehäuse 60 strömende Zuluft in einen ersten Teilluftstrom zum ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 und einen zweiten Teilluftstrom um den ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 herumzuführen. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 wird folglich lediglich mit einem Teil der zuvor abgekühlten und/oder entfeuchteten Zuluft für den Fahrgastraum beaufschlagt. Die Zuluft für den Fahrgastraum wird auf eine gewünschte Temperatur erwärmt. Dabei wird die an die Zuluft übertragene Wärme mittels der Stellung der Strömungsleiteinrichtung 63 reguliert.
  • Beim System 1c nach 3 besteht zudem im Vergleich zum System 1b die Möglichkeit, das Kältemittel an der fünften Abzweigstelle 36 in einen ersten Teilmassenstrom durch den ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 sowie einen zweiten Teilmassenstrom durch den dritten Bypass-Strömungspfad 35 aufzuteilen. Dabei wird der zweite Teilmassenstrom des Kältemittels am ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 vorbei geleitet. Die Teilmassenströme des Kältemittels werden an der fünften Mündungsstelle 37 wieder miteinander vermischt.
  • Anschließend wird das Kältemittel beim Durchströmen des zweiten, als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 6 weiter abgekühlt beziehungsweise verflüssigt sowie gegebenenfalls unterkühlt. Das zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 und dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 angeordnete erste Expansionsorgan 7 ist vollständig geöffnet, sodass beide Wärmeübertrager 5, 6 auf dem gleichen Druckniveau, insbesondere dem Hochdruckniveau, mit Kältemittel durchströmt werden. Das Kältemittel passiert das Expansionsorgan 7 nahezu druckverlustfrei.
  • Insbesondere bei milder Temperatur der Umgebungsluft kann das erste Expansionsorgan 7 derart eingestellt werden, das Kältemittel auf ein Mitteldruckniveau zwischen dem Hochdruckniveau und dem Niederdruckniveau zu entspannen, um die Menge der an die Umgebungsluft abzuführenden Wärme zu regulieren.
  • Danach wird das Kältemittel durch den kreislaufinternen Wärmeübertrager 34 geleitet und weiter abgekühlt.
  • An der ersten Abzweigstelle 14 wird das Kältemittel in den ersten Strömungspfad 16 zum zweiten Expansionsorgan 9 geführt und beim Durchströmen des zweiten Expansionsorgans 9 auf das Niederdruckniveau entspannt. Im dritten, als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 wird das Kältemittel unter Wärmeaufnahme aus der Zuluft des Fahrgastraums verdampft und gegebenenfalls überhitzt. Dabei wird die Zuluft abgekühlt und/oder entfeuchtet. Anschließend wird das Kältemittel beim Durchströmen der Niederdruckseite des kreislaufinternen Wärmeübertragers 34 weiter erwärmt beziehungsweise überhitzt und vom Verdichter 4 angesaugt. Sowohl der zweite Strömungspfad 17 als auch der dritte Strömungspfad 18 sind ebenso wie der zweite Bypass-Strömungspfad 28 um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 geschlossen und werden jeweils nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Dabei sind insbesondere das dritte Expansionsorgan 11 und das erste Absperr-Ventil 25 sowie das vierte Expansionsorgan 13 und das zweite Absperr-Ventil 29 vollständig geschlossen.
  • Die Umgebungsluft wird vorzugsweise mittels eines Gebläses in Strömungsrichtung 65 in das Gehäuse 64 angesaugt und zum Aufnehmen der Wärme vom Kühlmittel zum Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 sowie zum Aufnehmen der Wärme vom Kältemittel zum zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 gefördert.
  • Abhängig von der Temperatur der Umgebungsluft kann beim Betrieb im Betriebsmodus nach 5c insbesondere die Batterie auch aktiv über den ersten Kühlmittelteilkreislauf 3-1 mit dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 und dem ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 gekühlt werden. Dabei wird die von der Batterie abgeführte Wärme an das im Kältemittelkreislauf 2b zirkulierende Kältemittel übertragen. Die Abwärme der Batterie kann als Wärmequelle genutzt werden.
  • Im Unterschied zum Betriebsmodus des Systems 1b, insbesondere des Kältemittelkreislaufs 2b, nach 5b wird das Kältemittel an der ersten Abzweigstelle 14 in zwei Teilmassenströme, einen ersten Teilmassenstrom durch den ersten Strömungspfad 16 sowie einen zweiten Teilmassenstrom durch den zweiten Strömungspfad 17, aufgeteilt. Das in den zweiten Strömungspfad 17 geleitete Kältemittel des zweiten Teilmassenstroms wird zum dritten Expansionsorgan 11 geführt und beim Durchströmen des dritten Expansionsorgans 11 auf das Niederdruckniveau entspannt. Im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 wird das Kältemittel unter Wärmeaufnahme aus dem im ersten Kühlmittelteilkreislauf 3-1 zirkulierenden Kühlmittel verdampft und gegebenenfalls überhitzt. Dabei wird das Kühlmittel abgekühlt.
  • Anschließend werden die Teilmassenströme des Kältemittels an der ersten Mündungsstelle 15 miteinander vermischt und beim Durchströmen der Niederdruckseite des kreislaufinternen Wärmeübertragers 34 weiter erwärmt beziehungsweise überhitzt und vom Verdichter 4 angesaugt.
  • Sowohl der erste Bypass-Strömungspfad 24 des zweiten Strömungspfads 17 als auch der dritte Strömungspfad 18 sind ebenso wie der zweite Bypass-Strömungspfad 28 um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 geschlossen und werden jeweils nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Dabei sind insbesondere das erste Absperr-Ventil 25 sowie das vierte Expansionsorgan 13 und das zweite Absperr-Ventil 29 vollständig geschlossen.
  • Insbesondere bei geringer Temperatur der Umgebungsluft kann das erste Expansionsorgan 7 zudem auch derart eingestellt sein, das Kältemittel auf ein Mitteldruckniveau oder das Niederdruckniveau zu entspannen, um im zweiten, nunmehr als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 Wärme aus der Umgebungsluft an das Kältemittel zu übertragen. Mit der Einstellung des Mitteldruckniveaus wird die Menge der aus der Umgebungsluft aufgenommenen Wärme reguliert. Die Umgebungsluft wird als Wärmequelle genutzt.
  • Nach dem Ausströmen aus dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 wird das Kältemittel durch den kreislaufinternen Wärmeübertrager 34 geleitet und gegebenenfalls weiter abgekühlt.
  • Wenn das Kältemittel beim Durchströmen des ersten Expansionsorgans 7 bereits auf das Niederdruckniveau entspannt wird, ist das zweite Expansionsorgan 9 vollständig geöffnet, sodass das Kältemittel das Expansionsorgan 9 nahezu druckverlustfrei passiert. Der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 und der dritte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 werden mit Kältemittel auf gleichem Druckniveau, das heißt dem Niederdruckniveau, beaufschlagt.
  • In 6a ist das System 1b nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs 2b in einem Heizmodus mit Umgebungsluft als Wärmequelle für das Kältemittel gezeigt.
  • Das aus dem Verdichter 4 ausströmende Hochdruckkältemittel wird im ersten, als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 enthitzt und verflüssigt sowie gegebenenfalls unterkühlt. Die innerhalb des Gehäuses 60 angeordnete Strömungsleiteinrichtung 63 ist derart eingestellt, die durch das Gehäuse 60 strömende Zuluft zum ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zu leiten. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 wird folglich vorzugsweise vom gesamten Luftstrom der Zuluft für den Fahrgastraum beaufschlagt. Die Zuluft für den Fahrgastraum wird auf eine gewünschte Temperatur erwärmt.
  • Beim Durchströmen des ersten Expansionsorgans 7 wird das Kältemittel auf das Niederdruckniveau entspannt, um im zweiten, als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 Wärme aus der Umgebungsluft aufzunehmen. Die Umgebungsluft wird als Wärmequelle für das Kältemittel genutzt.
  • An der ersten Abzweigstelle 14 wird das Kältemittel ausschließlich in den zweiten Strömungspfad 17 und an der dritten Abzweigstelle 22 in den ersten Bypass-Strömungspfad 24 sowie folglich um den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 herum geführt, um einen Druckabfall auf der Niederdruckseite beziehungsweise der Saugseite des Kältemittelkreislaufs 2b zu minimieren. Anschließend wird das Kältemittel vom Verdichter 4 durch den kreislaufinternen Wärmeübertrager 34 angesaugt. Da das Temperaturniveau des Kältemittels auf beiden Seiten des kreislaufinternen Wärmeübertragers 34 nahezu identisch ist, wird im kreislaufinternen Wärmeübertrager 34 keine Wärme übertragen.
  • Sowohl der erste Strömungspfad 16 und der den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 aufweisende Teil des zweiten Strömungspfads 17 als auch der dritte Strömungspfad 18 sind ebenso wie der zweite Bypass-Strömungspfad 28 um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 geschlossen und werden jeweils nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Dabei sind insbesondere das zweite Expansionsorgan 9 und das dritte Expansionsorgan 11 sowie das vierte Expansionsorgan 13 und das zweite Absperr-Ventil 29 vollständig geschlossen.
  • Der Kühlmittelkreislauf 3 könnte parallel, wie in 6a nicht dargestellt, jeweils zur passiven Kühlung der Batterie und/oder der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs des Systems 1b betrieben werden.
  • Aus 6b ist das System 1b nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs 2b in einem Heizmodus mit aktiver Kühlung der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs und damit als Wärmequelle für das Kältemittel hervor.
  • Das aus dem Verdichter 4 ausströmende Hochdruckkältemittel wird im ersten, als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 enthitzt und verflüssigt. Anschließend wird das Kältemittel durch den zweiten Bypass-Strömungspfad 28 um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 herum geleitet, um einen Druckabfall auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs 2b zu minimieren.
  • An der ersten Abzweigstelle 14 strömt das Kältemittel ausschließlich in den ersten Strömungspfad 16 zum dritten, als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8. Das zweite Expansionsorgan 9 ist vollständig geöffnet, sodass das Kältemittel das Expansionsorgan 9 nahezu druckverlustfrei passiert. Die Wärmeübertrager 5, 8 werden mit Kältemittel auf gleichem Druckniveau, insbesondere dem Hochdruckniveau, beaufschlagt.
  • Innerhalb des dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 8 wird das Kältemittel weiter verflüssigt und gegebenenfalls unterkühlt.
  • Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Systems 1b gegenüber Systemen mit Kältemittelkreisläufen mit lediglich einem Kondensator/Gaskühler gesteigert werden.
  • Die innerhalb des Gehäuses 60 angeordnete Strömungsleiteinrichtung 63 ist derart eingestellt, die durch das Gehäuse 60 strömende Zuluft nach dem Überströmen des dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 8 vollständig zum ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zu leiten. Beim Überströmen des dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 8 wird die Zuluft vorgewärmt und anschließend im ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 für den Fahrgastraum auf eine gewünschte Temperatur erwärmt.
  • Nach dem Ausströmen aus dem dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 wird das Kältemittel an der zweiten Abzweigstelle 20 in den dritten Strömungspfad 18 zum vierten Expansionsorgan 13 geleitet. Beim Durchströmen des vierten Expansionsorgans 13 wird das Kältemittel auf das Niederdruckniveau entspannt und im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 unter Wärmeaufnahme aus dem im zweiten Kühlmittelteilkreislauf 3-2 zirkulierenden Kühlmittel verdampft und überhitzt. Dabei wird das Kühlmittel abgekühlt. Die Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs dienen als Wärmequelle für das Kältemittel, welches anschließend vom Verdichter 4 angesaugt wird.
  • Sowohl der zweite Strömungspfad 17 und der vierte Strömungspfad 19 als auch der Strömungspfad mit dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 sind geschlossen und werden jeweils nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Dabei sind insbesondere das erste Expansionsorgan 7 und das dritte Expansionsorgan 11 sowie das erste Absperr-Ventil 25 und das dritte Absperr-Ventil 33 vollständig geschlossen.
  • Der Kühlmittelkreislauf 3 könnte parallel, wie in 6b nicht dargestellt, zur passiven Kühlung der Batterie des Systems 1b betrieben werden. Dabei wird das Kühlmittel ausschließlich zwischen dem ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 und dem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 50 umgewälzt und die von der Batterie abgeführte Wärme wird an die Umgebungsluft übertragen.
  • Beim Betrieb das Systems 1b nach 2, insbesondere des Kältemittelkreislaufs 2b, in einem Heizmodus mit Umgebungsluft als Wärmequelle für das Kältemittel sowie mit aktiver Kühlung der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs und damit als Wärmequelle für das Kältemittel nach den 6c und 6d, wird das aus dem Verdichter 4 ausströmende Hochdruckkältemittel im ersten, als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 enthitzt und zumindest teilweise verflüssigt.
  • Die innerhalb des Gehäuses 60 angeordnete Strömungsleiteinrichtung 63 ist derart eingestellt, die durch das Gehäuse 60 strömende Zuluft zum ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zu leiten. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 wird folglich vorzugsweise vom gesamten Luftstrom der Zuluft für den Fahrgastraum beaufschlagt. Die Zuluft für den Fahrgastraum wird auf eine gewünschte Temperatur erwärmt.
  • Beim Durchströmen des ersten Expansionsorgans 7 wird das Kältemittel auf ein Mitteldruckniveau oder das Niederdruckniveau entspannt, um im zweiten, als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 Wärme aus der Umgebungsluft aufzunehmen. Mit der Einstellung des Mitteldruckniveaus wird die Menge der aus der Umgebungsluft aufgenommenen Wärme reguliert. Die Umgebungsluft wird als Wärmequelle für das Kältemittel genutzt.
  • An der ersten Abzweigstelle 14 wird das Kältemittel ausschließlich in den zweiten Strömungspfad 17 und an der dritten Abzweigstelle 22 in den ersten Bypass-Strömungspfad 24 sowie folglich um den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 herum geführt, um einen Druckabfall auf der Niederdruckseite beziehungsweise der Saugseite des Kältemittelkreislaufs 2b zu minimieren.
  • Beim Betriebsmodus des Systems 1b nach 6c wird das Kältemittel an der zweiten Abzweigstelle 20 ausschließlich in den dritten Strömungspfad 18 zum vierten Expansionsorgan 13 geleitet, um die maximale Wärme von den Antriebskomponenten aufzunehmen. Beim Durchströmen des vierten Expansionsorgans 13 wird das Kältemittel vom Mitteldruckniveau auf das Niederdruckniveau entspannt und im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 unter Wärmeaufnahme aus dem im zweiten Kühlmittelteilkreislauf 3-2 zirkulierenden Kühlmittel verdampft und überhitzt. Dabei wird das Kühlmittel abgekühlt. Die Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs dienen als Wärmequelle für das Kältemittel, welches anschließend vom Verdichter 4 angesaugt wird.
  • Wenn das Kältemittel beim Durchströmen des ersten Expansionsorgans 7 bereits auf das Niederdruckniveau entspannt wird, ist das vierte Expansionsorgan 13 vollständig geöffnet, sodass das Kältemittel das Expansionsorgan 13 nahezu druckverlustfrei passiert. Der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 und der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 werden mit Kältemittel auf gleichem Druckniveau, das heißt dem Niederdruckniveau, beaufschlagt.
  • Sowohl der erste Strömungspfad 16 und der den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 aufweisende Teil des zweiten Strömungspfads 17 als auch der vierte Strömungspfad 19 sind ebenso wie der zweite Bypass-Strömungspfad 28 um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 geschlossen und werden jeweils nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Dabei sind insbesondere das zweite Expansionsorgan 9 und das dritte Expansionsorgan 11 sowie das zweite Absperr-Ventil 29 und das dritte Absperr-Ventil 33 vollständig geschlossen.
  • Beim Betriebsmodus des Systems 1b nach 6d wird das Kältemittel beim Durchströmen des ersten Expansionsorgans 7 bereits auf das Niederdruckniveau entspannt und auf der Saugseite des Kältemittelkreislaufs 2b in zwei parallele Teilmassenströme aufgeteilt, insbesondere um den saugseitigen Druckverlust des Kältemittels zu minimieren. Dabei wird der Kältemittelmassenstrom in einen ersten Teilmassenstrom durch den dritten Strömungspfad 18 und einen zweiten Teilmassenstrom durch den vierten Strömungspfad 19 aufgeteilt. Das vierte Expansionsorgan 13 ist vollständig geöffnet, sodass das Kältemittel das Expansionsorgan 13 nahezu druckverlustfrei passiert. Die Teilmassenströme werden an der zweiten Mündungsstelle 21 vermischt und vom Verdichter 4 angesaugt. Wie zum Betriebsmodus nach 6c beschrieben, wird das Kältemittel des ersten Teilmassenstroms im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 unter Wärmeaufnahme aus dem im zweiten Kühlmittelteilkreislauf 3-2 zirkulierenden Kühlmittel verdampft und überhitzt. Da das Temperaturniveau des Kältemittels auf beiden Seiten des kreislaufinternen Wärmeübertragers 34 nahezu identisch ist, wird im kreislaufinternen Wärmeübertrager 34 keine Wärme übertragen.
  • Für alle entsprechenden Betriebsmodi, insbesondere die Heizmodi, besteht die Möglichkeit des Zuschaltens des Heizwärmeübertragers 62 zum Erwärmen, speziell zum zusätzlichen Erwärmen, der Zuluft für den Fahrgastraum.
  • Mit dem gleichzeitigen aktiven Kühlen der Batterie mittels des ersten Kühlmittelteilkreislaufs 3-1 mit dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 sowie dem aktiven Kühlen der Komponenten des Antriebsstrangs mittels des zweiten Kühlmittelteilkreislaufs 3-2 mit dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 und der Wärmeabgabe jeweils als Verdampfungswärme an den Kältemittelkreislauf 2b kann sowohl die Abwärme der Batterie als auch die Abwärme der elektrischen Antriebskomponenten zurückgewonnen werden, ohne die Kühlmittelströme miteinander zu mischen. Die Abwärme wird jeweils als zusätzliche Wärmequelle für das System 1b genutzt, um die Heizleistung und den Wirkungsgrad des thermischen Systems 1b deutlich zu verbessern und die Funktionalität des Systems 1b zu erhöhen.
  • Mit der getrennten Ausbildung des ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 10 und des zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 12 werden sowohl die Funktionalität als auch der Wirkungsgrad des thermischen Systems 1b gegenüber einer seriellen Anordnung der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10, 12 im Heizbetrieb maximiert und gleichzeitig die Komplexität auf der Kühlmittelseite minimiert.
  • In 7 ist das System 1b nach 2 während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs 2b mit Beheizung der Batterie sowie mit aktiver Kühlung der Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs und damit als Wärmequelle für das Kältemittel gezeigt.
  • Die Fördervorrichtungen 40, 44 des Kühlmittelkreislaufs 3 sind in Betrieb und die Kühlmittelteilkreisläufe 3-1, 3-2 werden entkoppelt voneinander derart betrieben, dass der erste Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 zum Erwärmen der Batterie und der zweite Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 zum aktiven Kühlen der Antriebskomponenten unabhängig voneinander mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Das Kühlmittel des ersten Kühlmittelteilkreislaufs 3-1 wird zwischen dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 und dem ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 umgewälzt. Dabei wird die im ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager 41 an die Batterie abgegebene Wärme im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 vom im Kältemittelkreislauf 2b zirkulierenden Kältemittel an das Kühlmittel übertragen. Das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelteilkreislaufs 3-2 wird zwischen dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 und dem zweiten Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 umgewälzt. Dabei wird die im zweiten Kühlmittel-Wärmeübertrager 45 von den Antriebskomponenten an das Kühlmittel abgegebene Wärme im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 an das im Kältemittelkreislauf 2b zirkulierende Kältemittel übertragen.
  • Das aus dem Verdichter 4 ausströmende Hochdruckkältemittel wird durch den ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 und anschließend den zweiten Bypass-Strömungspfad 28 um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 herum geleitet, um einen Druckabfall auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs 2b zu minimieren.
  • Die innerhalb des Gehäuses 60 angeordnete Strömungsleiteinrichtung 63 ist derart eingestellt, die durch das Gehäuse 60 strömende Zuluft am ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 vorbeizuführen. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 wird nicht mit der Zuluft für den Fahrgastraum beaufschlagt, sodass im ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 keine Wärme übertragen wird.
  • Beim System 1c nach 3 besteht bekanntlich zudem im Vergleich zum System 1b die Möglichkeit, das Kältemittel durch den dritten Bypass-Strömungspfad 35 des Kältemittelkreislaufs 2c am ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 vorbei direkt in den zweiten Bypass-Strömungspfad 28 zu leiten, sodass der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 nicht mit Kältemittel beaufschlagt wird. Dabei wird zusätzlich ein beim Durchströmen des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 5 erzeugter Druckabfall auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs 2c vermieden.
  • Anschließend wird das Kältemittel an der ersten Abzweigstelle 14 ausschließlich in den zweiten Strömungspfad 17 zum dritten Expansionsorgan 11 geführt. Das dritte Expansionsorgan 11 ist vollständig geöffnet, sodass der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 mit Kältemittel auf Hochdruckniveau durchströmt wird. Das Kältemittel passiert das Expansionsorgan 11 nahezu druckverlustfrei. Im ersten, als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 10 wird das Kältemittel unter Abgabe von Wärme an das Kühlmittel enthitzt, verflüssigt und gegebenenfalls unterkühlt. Dabei wird das Kühlmittel erwärmt.
  • An der zweiten Abzweigstelle 20 wird das Kältemittel ausschließlich in den dritten Strömungspfad 18 zum vierten Expansionsorgan 13 geleitet. Beim Durchströmen des vierten Expansionsorgans 13 wird das Kältemittel auf das Niederdruckniveau entspannt und im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 12 unter Wärmeaufnahme aus dem im zweiten Kühlmittelteilkreislauf 3-2 zirkulierenden Kühlmittel verdampft und überhitzt. Dabei wird das Kühlmittel abgekühlt. Die Komponenten des insbesondere elektrischen Antriebsstrangs dienen als Wärmequelle für das Kältemittel, welches anschließend vom Verdichter 4 angesaugt wird.
  • Sowohl der erste Strömungspfad 16 und der erste Bypass-Strömungspfad 24 des zweiten Strömungspfads 17 als auch der vierte Strömungspfad 19 sind ebenso wie der Strömungspfad mit dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 geschlossen und werden jeweils nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Dabei sind insbesondere das erste Expansionsorgan 7 und zweite Expansionsorgan 9 sowie das erste Absperr-Ventil 25 und das dritte Absperr-Ventil 33 vollständig geschlossen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1a, 1b, 1c
    System
    2a, 2b, 2c
    Kältemittelkreislauf
    3
    Kühlmittelkreislauf
    3-1
    erster Kühlmittelteilkreislauf
    3-2
    zweiter Kühlmittelteilkreislauf
    4
    Verdichter
    5
    erster Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager
    6
    zweiter Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager
    7
    erstes Expansionsorgan
    8
    dritter Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager
    9
    zweites Expansionsorgan
    10
    erster Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager
    11
    drittes Expansionsorgan
    12
    zweiter Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager
    13
    viertes Expansionsorgan
    14
    erste Abzweigstelle
    15
    erste Mündungsstelle
    16
    erster Strömungspfad
    17
    zweiter Strömungspfad
    18
    dritter Strömungspfad
    19
    vierter Strömungspfad
    20
    zweite Abzweigstelle
    21
    zweite Mündungsstelle
    22
    dritte Abzweigstelle
    23
    dritte Mündungsstelle
    24
    erster Bypass-Strömungspfad
    25
    erstes Absperr-Ventil
    26
    vierte Abzweigstelle
    27
    vierte Mündungsstelle
    28
    zweiter Bypass-Strömungspfad
    29
    zweites Absperr-Ventil
    30
    erste Rückschlagvorrichtung
    31
    zweite Rückschlagvorrichtung
    32
    Akkumulator
    33
    drittes Absperr-Ventil
    34
    kreislaufinterner Wärmeübertrager
    35
    dritter Bypass-Strömungspfad
    36
    fünfte Abzweigstelle
    37
    fünfte Mündungsstelle
    38
    dritte Rückschlagvorrichtung
    40
    erste Fördervorrichtung erster Kühlmittelteilkreislauf 3-1
    41
    erster Kühlmittel-Wärmeübertrager
    42
    erste Abzweigstelle Kühlmittelkreislauf 3, Drei-Wege-Ventil
    43
    erste Mündungsstelle Kühlmittelkreislauf 3
    44
    zweite Fördervorrichtung zweiter Kühlmittelteilkreislauf 3-2
    45
    zweiter Kühlmittel-Wärmeübertrager
    46
    zweite Abzweigstelle Kühlmittelkreislauf 3, Drei-Wege-Ventil
    47
    zweite Mündungsstelle Kühlmittelkreislauf 3
    48
    erster Anschluss Kühlmittelteilkreisläufe 3-1, 3-2
    49
    zweiter Anschluss Kühlmittelteilkreisläufe 3-1, 3-2
    50
    Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager
    51
    Rückschlagvorrichtung
    60
    Gehäuse Klimagerät
    61
    Strömungsrichtung Zuluft
    62
    Heizwärmeübertrager
    63
    Strömungsleiteinrichtung
    64
    Gehäuse
    65
    Strömungsrichtung Umgebungsluft

Claims (21)

  1. System (1a, 1b, 1 c) zum Klimatisieren einer Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Komponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Kühlmittelkreislauf (3) mit einem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (10), einem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (12) und einem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (50) zur Wärmeübertragung an eine Umgebungsluft sowie einen Kältemittelkreislauf (2a, 2b, 2c) mit - einem Verdichter (4), - einem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) zum Erwärmen einer Zuluft des Fahrgastraums, - einem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft mit einem vorgelagerten ersten Expansionsorgan (7), - einem ersten Strömungspfad (16) mit einem dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) zum Konditionieren der Zuluft des Fahrgastraums mit einem vorgelagerten zweiten Expansionsorgan (9) und - einem zweiten Strömungspfad (17) mit dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (10) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel zum Temperieren mindestens einer ersten Antriebskomponente des Kraftfahrzeugs und dem Kältemittel mit einem vorgelagerten dritten Expansionsorgan (11), wobei - sich der erste Strömungspfad (16) und der zweite Strömungspfad (17) jeweils von einer Abzweigstelle (14) bis zu einer Mündungsstelle (15) erstrecken und unabhängig voneinander sowie parallel zueinander mit Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet sind und - der Kältemittelkreislauf (2a, 2b, 2c) einen dritten Strömungspfad (18) mit dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (12) zum Kühlen von Komponenten des Antriebsstrangs und einem vorgelagerten vierten Expansionsorgan (13) aufweist, wobei der dritte Strömungspfad (18) in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem ersten Strömungspfad (16) und dem zweiten Strömungspfad (17) angeordnet ist.
  2. System (1a, 1b, 1 c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2a, 2b, 2c) im zweiten Strömungspfad (17) mit einem ersten Bypass-Strömungspfad (24) um den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (10) und das dritte Expansionsorgan (11) ausgebildet ist.
  3. System (1a, 1b, 1 c) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bypass-Strömungspfad (24) um den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (10) und das dritte Expansionsorgan (11) ein Absperr-Ventil (25) aufweist.
  4. System (1a, 1b, 1 c) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2a, 2b, 2c) einen vierten Strömungspfad (19) aufweist, wobei der dritte Strömungspfad (18) und der vierte Strömungspfad (19) unabhängig voneinander sowie parallel zueinander mit Kältemittel beaufschlagbar ausgebildet sind.
  5. System (1a, 1b, 1 c) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Strömungspfad (19) mit einem Absperr-Ventil (33) und einem Akkumulator (32) ausgebildet ist.
  6. System (1a, 1b, 1 c) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2a, 2b, 2c) mit einem zweiten Bypass-Strömungspfad (28) um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft und das erste Expansionsorgan (7) ausgebildet ist, welcher sich von einer Abzweigstelle (26) bis zu einer Mündungsstelle (27) erstreckt, wobei die Abzweigstelle (26) zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums und dem dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft vorgelagerten ersten Expansionsorgan (7) und die Mündungsstelle (27) zwischen dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft und der ersten Abzweigstelle (14) angeordnet sind.
  7. System (1a, 1b, 1 c) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bypass-Strömungspfad (28) um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft und das erste Expansionsorgan (7) ein Absperr-Ventil (29) aufweist.
  8. System (1b, 1 c) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2b, 2c) einen kreislaufinternen Wärmeübertrager (34) aufweist, welcher einerseits zwischen dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft sowie der Abzweigstelle (14) des ersten Strömungspfads (16) und des zweiten Strömungspfads (17) sowie andererseits innerhalb des vierten Strömungspfads (19) angeordnet ist.
  9. System (1c) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (2c) einen dritten Bypass-Strömungspfad (35) um den ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums aufweist, welcher sich von einer Abzweigstelle (36) bis zu einer Mündungsstelle (37) erstreckt, wobei die Abzweigstelle (36) zwischen dem Verdichter (4) sowie dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) und die Mündungsstelle (37) zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) und dem dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft vorgelagerten ersten Expansionsorgan (7) ausgebildet ist.
  10. System (1a, 1b, 1 c) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (3) zwei thermisch mit dem Kältemittelkreislauf (2a, 2b, 2c) gekoppelte Kühlmittelteilkreisläufe (3-1, 3-2) aufweist, wobei der erste Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (10) als eine thermische Verbindung zwischen dem Kältemittelkreislauf (2a, 2b, 2c) und einem ersten Kühlmittelteilkreislauf (3-1) und der zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (12) als eine thermische Verbindung zwischen dem Kältemittelkreislauf (2a, 2b, 2c) und einem zweiten Kühlmittelteilkreislauf (3-2) des Kühlmittelkreislaufs (3) ausgebildet ist.
  11. System (1a, 1b, 1c) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittelteilkreislauf (3-1) mit einer ersten Fördervorrichtung (40) und einem ersten Kühlmittel-Wärmeübertrager (41) ausgebildet ist.
  12. System (1a, 1b, 1c) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittel-Wärmeübertrager (41) zum Temperieren einer Komponente des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
  13. System (1a, 1b, 1 c) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittelteilkreislauf (3-1) über eine erste Abzweigstelle (42) und eine erste Mündungsstelle (43) in den Kühlmittelkreislauf (3) eingebunden ist.
  14. System (1a, 1b, 1 c) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlmittelteilkreislauf (3-2) mit einer zweiten Fördervorrichtung (44) und einem zweiten Kühlmittel-Wärmeübertrager (45) ausgebildet ist.
  15. System (1a, 1b, 1c) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlmittel-Wärmeübertrager (45) zum Kühlen von Komponenten des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
  16. System (1a, 1b, 1 c) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlmittelteilkreislauf (3-2) über eine zweite Abzweigstelle (46) und eine zweite Mündungsstelle (47) in den Kühlmittelkreislauf (3) eingebunden ist.
  17. System (1a, 1b, 1c) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelteilkreisläufe (3-1, 3-2) jeweils an der Mündungsstelle (43, 47) mit einem ersten Anschluss (48) des Kühlmittelkreislaufs (3) und an der Abzweigstelle (42, 46) mit einem zweiten Anschluss (49) des Kühlmittelkreislaufs (3) verbunden sind, sodass der erste Kühlmittel-Wärmeübertrager (41) und der zweite Kühlmittel-Wärmeübertrager (45) mit dem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (50) verbunden sind.
  18. Verfahren zum Betreiben des Systems (1a, 1b, 1c) zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 17 in einem Heizmodus der Zuluft des Fahrgastraums mit Umgebungsluft und Komponenten des Antriebsstrangs als Wärmequellen, aufweisend folgende Schritte: - Übertragen von Wärme von in einem Kältemittelkreislauf (2a, 2b, 2c) zirkulierenden Kältemittel auf einem Hochdruckniveau beim Durchströmen eines als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers (5) an die Zuluft des Fahrgastraums, wobei die Zuluft auf eine Endtemperatur erwärmt wird, - Entspannen des Kältemittels auf ein Mitteldruckniveau oder das Niederdruckniveau beim Durchströmen eines ersten Expansionsorgans (7) sowie Übertragen von Wärme von der Umgebungsluft an das Kältemittel beim Durchströmen eines zweiten, als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers (6), wobei die Menge der aus der Umgebungsluft aufgenommenen Wärme mit dem Mitteldruckniveau reguliert wird, und - anschließendes Leiten des Kältemittels durch einen dritten Strömungspfad (18), wobei das Kältemittel beim Durchströmen eines vierten Expansionsorgans (13) vom Mitteldruckniveau auf das Niederdruckniveau entspannt wird oder das vierte Expansionsorgan (13) vollständig geöffnet ist und das Kältemittel jeweils in einem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (12) unter Wärmeaufnahme aus einem in einem zweiten Kühlmittelteilkreislauf (3-2) eines Kühlmittelkreislaufs (3) zirkulierenden Kühlmittel verdampft und überhitzt wird, wobei das Kühlmittel abgekühlt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel auf der Saugseite des Kältemittelkreislaufs (2a, 2b, 2c) in einen ersten Teilmassenstrom durch den dritten Strömungspfad (18) und einen zweiten Teilmassenstrom durch einen vierten Strömungspfad (19) aufgeteilt wird, welche an einer Mündungsstelle (21) vermischt und von einem Verdichter (4) angesaugt werden.
  20. Verfahren zum Betreiben des Systems (1a, 1b, 1c) zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 17 in einem Modus der Beheizung einer Antriebskomponente, insbesondere einer Batterie, aufweisend folgende Schritte: - Leiten eines in einem Kältemittelkreislauf (2a, 2b, 2c) zirkulierenden Kältemittels auf einem Hochdruckniveau durch einen zweiten Strömungspfad (17), wobei das Kältemittel ein vollständig geöffnetes drittes Expansionsorgan (11) passiert und in einem ersten, als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (10) Wärme an ein in einem ersten Kühlmittelteilkreislauf (3-1) zirkulierendes Kühlmittel übertragen wird, wobei das Kühlmittel erwärmt und das erwärmte Kühlmittel zur zu erwärmenden Antriebskomponente gefördert wird, und - anschließendes Leiten des Kältemittels durch einen dritten Strömungspfad (18), wobei das Kältemittel beim Durchströmen eines vierten Expansionsorgans (13) auf ein Niederdruckniveau entspannt und in einem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (12) unter Wärmeaufnahme aus einem in einem zweiten Kühlmittelteilkreislauf (3-2) eines Kühlmittelkreislaufs (3) zirkulierenden Kühlmittel verdampft und überhitzt wird, wobei das Kühlmittel abgekühlt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das abgekühlte Kühlmittel zu mindestens einer Komponente des Antriebsstrangs gefördert und die Komponente gekühlt wird.
DE102021113140.5A 2020-05-29 2021-05-20 System zum Klimatisieren einer Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Komponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben des Systems Active DE102021113140B4 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180011428.4A CN115023359A (zh) 2020-05-29 2021-05-27 用于对乘客舱的空气进行空气调节并且用于通过机动车辆的传动系的部件进行热传递的系统以及操作该系统的方法
US17/756,785 US20230339293A1 (en) 2020-05-29 2021-05-27 System for air-conditioning the air of a passenger compartment and for heat transfer by way of components of a powertrain of a motor vehicle, as well as method for operating the system
KR1020227027858A KR20220127295A (ko) 2020-05-29 2021-05-27 승객실 공기 공조 및 자동차 파워트레인의 구성 요소를 통한 열 전달 시스템 및 시스템 작동 방법
PCT/KR2021/006575 WO2021242018A1 (en) 2020-05-29 2021-05-27 System for air-conditioning the air of a passenger compartment and for heat transfer by way of components of a powertrain of a motor vehicle, as well as method for operating the system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020114454.7 2020-05-29
DE102020114454 2020-05-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102021113140A1 DE102021113140A1 (de) 2021-12-02
DE102021113140B4 true DE102021113140B4 (de) 2023-01-12

Family

ID=78509175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021113140.5A Active DE102021113140B4 (de) 2020-05-29 2021-05-20 System zum Klimatisieren einer Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Komponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben des Systems

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230339293A1 (de)
KR (1) KR20220127295A (de)
CN (1) CN115023359A (de)
DE (1) DE102021113140B4 (de)
WO (1) WO2021242018A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230090755A (ko) * 2021-12-15 2023-06-22 현대자동차주식회사 차량의 통합 열관리 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112012001744T5 (de) 2011-04-18 2014-01-23 Denso Corporation Fahrzeugtemperatur-Steuervorrichtung und am Fahrzeug angebrachtes Thermosystem
DE102016121362A1 (de) 2016-11-08 2018-05-09 Hanon Systems Vorrichtung zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung
DE102018221280A1 (de) 2018-12-10 2020-06-10 Audi Ag Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem für einen AC-Betrieb und für einen Heizbetrieb betreibaren Kältemittelkreislauf
DE102020107111A1 (de) 2019-05-08 2020-11-12 Hanon Systems Wärmepumpenanordnung für Fahrzeuge mit einem Fahrzeugkabinenheizkreislauf und einem Batterieheizkreislauf

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015186989A (ja) * 2014-03-12 2015-10-29 カルソニックカンセイ株式会社 車載温調装置、車両用空調装置及びバッテリ温調装置
KR102512008B1 (ko) * 2018-05-21 2023-03-21 한온시스템 주식회사 열관리 시스템
KR102575170B1 (ko) * 2018-06-15 2023-09-05 현대자동차 주식회사 차량용 히트펌프 시스템
DE102018117099A1 (de) * 2018-07-16 2020-01-16 Hanon Systems Thermisches System eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des thermischen Systems
KR102537052B1 (ko) * 2018-08-21 2023-05-30 한온시스템 주식회사 열관리 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112012001744T5 (de) 2011-04-18 2014-01-23 Denso Corporation Fahrzeugtemperatur-Steuervorrichtung und am Fahrzeug angebrachtes Thermosystem
DE102016121362A1 (de) 2016-11-08 2018-05-09 Hanon Systems Vorrichtung zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung
DE102018221280A1 (de) 2018-12-10 2020-06-10 Audi Ag Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem für einen AC-Betrieb und für einen Heizbetrieb betreibaren Kältemittelkreislauf
DE102020107111A1 (de) 2019-05-08 2020-11-12 Hanon Systems Wärmepumpenanordnung für Fahrzeuge mit einem Fahrzeugkabinenheizkreislauf und einem Batterieheizkreislauf

Also Published As

Publication number Publication date
US20230339293A1 (en) 2023-10-26
WO2021242018A1 (en) 2021-12-02
KR20220127295A (ko) 2022-09-19
CN115023359A (zh) 2022-09-06
DE102021113140A1 (de) 2021-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013105747B4 (de) Vorrichtungen zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug
DE102016121362B4 (de) Vorrichtung zur Wärmeverteilung in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung
DE102010042127B4 (de) Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges
DE102020100428A1 (de) Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung mit hoher Kälteleistung und passiver Batteriekühlung sowie Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungs- und Batteriekühlanordnung
DE102019125197A1 (de) Wärmepumpensystem für ein fahrzeug
DE102016006682B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs sowie Klimaanlage zur Durchführung des Verfahrens
DE102016112089B4 (de) Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug
DE102018117099A1 (de) Thermisches System eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des thermischen Systems
DE102018118118A1 (de) Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems
DE102014100632A1 (de) Fahrzeug-Wärmepumpensystem und -verfahren, das eine Zwischengasrekompression verwendet
DE102015122721A1 (de) Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems
DE102021101127A1 (de) System zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben des Systems
DE112018003581T5 (de) Kühlanordnung für ein Hybridfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit, einem Verbrennungsmotor und einem Abwärmerückgewinnungssystem
DE102020111505B4 (de) Wärmepumpenanordnung für batteriebetriebene Fahrzeuge und Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanordnung
DE102018129393A1 (de) Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems
DE102010051976A1 (de) Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug
DE102018117097A1 (de) Wärmeübertrageranordnung für ein Klimatisierungssystem und Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems
DE102018104301A1 (de) Vorrichtung für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung
DE102021131215A1 (de) Wärmepumpenanordnung mit einem Chiller für batteriebetriebene Fahrzeuge und Verfahren zum Betreiben der Wärmepumpenanordnung
DE102020117471A1 (de) Wärmepumpenanordnung mit indirekter Batterieerwärmung für batteriebetriebene Kraftfahrzeuge und Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpenanordnung
DE102016203045A1 (de) Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Innenraums eines Fahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Temperiereinrichtung
DE102018101518A1 (de) Thermisches System für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben des thermischen Systems
DE102021113140B4 (de) System zum Klimatisieren einer Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Komponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben des Systems
DE102016112095A1 (de) System zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben des Systems
DE102020130911B3 (de) Kältemittelkreislauf für eine Fahrzeugklimaanlage

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final