DE102023200185A1

DE102023200185A1 - Method and device for air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102023200185A1
Application number: DE102023200185.3A
Authority: DE
Inventors: Carsten Wachsmuth; Felix Nowak-Walenta; Peter Hellmann; Ulf Grothklags
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2023-01-11
Filing date: 2023-01-11
Publication date: 2024-07-11

Abstract

Es wird ein Verfahren (100) zum Klimatisieren eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, das in einem ersten Kühlmodus (200) umfasst:
ein Verdichten (201) von Kältemittel mittels eines Verdichters (40), eine Abgabe (202) von Wärme von Kältemittel mittels eines Außenwärmeübertragers (11), eine Expansion (203) des Kältemittels mittels eines ersten Expansionsventils (32a), und eine Aufnahme (204) von Wärme mittels eines ersten Innenwärmeübertragers (13). In einem ersten Wärmepumpenmodus (600) umfasst das Verfahren ein Verdichten (601) von Kältemittel mittels des Verdichters (40), eine Abgabe (602) von Wärme des Kältemittels an Luft des Fahrgastraums mittels des zweiten Innenwärmeübertragers (14), eine Expansion (603) von Kältemittel mittels eines zweiten Expansionsventils (32b), und eine Aufnahme (604) von Wärme mittels des Chillers (30), wobei der erste Innenwärmeübertrager (13) im ersten Wärmepumpenmodus (600) nicht durchflossen wird.

A method (100) for air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle is proposed, which comprises in a first cooling mode (200):
a compression (201) of refrigerant by means of a compressor (40), a release (202) of heat from refrigerant by means of an external heat exchanger (11), an expansion (203) of the refrigerant by means of a first expansion valve (32a), and an absorption (204) of heat by means of a first internal heat exchanger (13). In a first heat pump mode (600), the method comprises a compression (601) of refrigerant by means of the compressor (40), a release (602) of heat from the refrigerant to air in the passenger compartment by means of the second internal heat exchanger (14), an expansion (603) of refrigerant by means of a second expansion valve (32b), and an absorption (604) of heat by means of the chiller (30), wherein the first internal heat exchanger (13) is not flowed through in the first heat pump mode (600).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Klimatisieren eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeuges nach den unabhängigen Ansprüchen.The present invention relates to a method and a device for air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle according to the independent claims.

Verfahren und Vorrichtungen zum Klimatisieren eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeuges sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So beschreibt bspw. die DE 10 2021 101 127 A1 ein System zum Klimatisieren der Luft eines Fahrzeugraumes und zur Wärmeübertragung mit Antriebskomponenten eines Fahrzeuges, wobei ein Kältemittelkreislauf und mindestens ein Kühlmittelkreislauf vorgesehen sind. Der Kältemittelkreislauf ist mit einem Verdichter, einem als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager, mindestens einem als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Konditionieren von Zuluft des Fahrgastraums mit einem vorgeladenen Expansionsorgan und mindestens einem als Verdampfer betriebenen zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen einem Kühlmittel zum Temperieren von Antriebskomponenten des Kraftfahrzeuges und dem Kältemittel mit einem vorgelagerten Expansionsorgan versehen. Ferner umfasst das System niederdruckseitig einen Bypass-Strömungspfad um die als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager ausgebildet.Methods and devices for air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle are generally known from the state of the art. For example, the EN 10 2021 101 127 A1 a system for conditioning the air in a vehicle compartment and for heat transfer with drive components of a vehicle, wherein a refrigerant circuit and at least one coolant circuit are provided. The refrigerant circuit is provided with a compressor, a first refrigerant-coolant heat exchanger operated as a condenser/gas cooler, at least one refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator for conditioning supply air of the passenger compartment with a pre-charged expansion element and at least one second refrigerant-coolant heat exchanger operated as an evaporator for heat transfer between a coolant for tempering drive components of the motor vehicle and the refrigerant with an upstream expansion element. The system also comprises a bypass flow path on the low-pressure side formed around the heat exchangers operated as evaporators.

Die DE 10 2021 113 140 A1 offenbart ein System zum Klimatisieren der Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Komponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges. Das System weist einen Kühlmittelkreislauf mit zwei Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragern und einem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung an die Umgebungsluft sowie einen Kältemittelkreislauf mit einem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums, einem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung mit der Umgebungsluft mit einem vorgelagerten ersten Expansionsorgan, einem ersten Strömungspfad mit einem dritten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Konditionieren der Zuluft des Fahrgastraums mit einem vorgelagerten zweiten Expansionsorgan und einem zweiten Strömungspfad mit einem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager mit einem vorgelagerten dritten Expansionsorgan auf. Der Kältemittelkreislauf ist zudem mit einem dritten Strömungspfad mit dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und einem vorgelagerten vierten Expansionsorgan ausgebildet. The EN 10 2021 113 140 A1 discloses a system for air conditioning the air of a passenger compartment and for heat transfer with components of a drive train of a motor vehicle. The system has a coolant circuit with two coolant-coolant heat exchangers and a coolant-air heat exchanger for heat transfer to the ambient air and a coolant circuit with a first coolant-air heat exchanger for heating the supply air of the passenger compartment, a second coolant-air heat exchanger for heat transfer with the ambient air with an upstream first expansion element, a first flow path with a third coolant-air heat exchanger for conditioning the supply air of the passenger compartment with an upstream second expansion element and a second flow path with a first coolant-coolant heat exchanger with an upstream third expansion element. The refrigerant circuit is also designed with a third flow path with the second refrigerant-coolant heat exchanger and an upstream fourth expansion element.

Die DE 10 2019 203 292 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem eine Wärmepumpenfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf mit einem Kältemittelverdichter, einem entweder als Kondensator oder Gaskühler oder als Wärmepumpen-Verdampfer betreibbaren äußeren Wärmeübertrager mit zugehörigem Wärmepumpen-Expansionsorgan, einem Heizkondensator oder Heizgaskühler, einem Verdampfer und einem zugeordneten Verdampfer-Expansionsorgan.The EN 10 2019 203 292 A1 describes a method for operating a refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit having a heat pump function with a refrigerant compressor, an external heat exchanger operable either as a condenser or gas cooler or as a heat pump evaporator with associated heat pump expansion element, a heating condenser or heating gas cooler, an evaporator and an associated evaporator expansion element.

Im Stand der Technik wird allerdings der Verdampfer in zumindest einem der Wärmepumpenmodi als verlängerter Heizgaskühler eingesetzt.In the state of the art, however, the evaporator is used as an extended heating gas cooler in at least one of the heat pump modes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Klimatisieren eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeuges derart weiterzuentwickeln, dass die Effizienz erhöht wird. Und zwar soll ein Einsatz des Verdampfers als verlängerter Heizgaskühler vermieden werden.The present invention is based on the object of further developing a method and a device for air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle in such a way that efficiency is increased. The use of the evaporator as an extended heating gas cooler should be avoided.

Gelöst wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges, wobei das Verfahren in einem ersten Kühlmodus die folgenden Schritte umfasst:

Zunächst wird Kältemittel mittels eines Verdichters verdichtet. Im Anschluss wird Wärme mittels eines Außenwärmeübertragers abgegeben und das Kältemittel mittels eines ersten Expansionsventils expandiert. Ferner erfolgt die Aufnahme von Wärme mittels eines ersten Innenwärmeübertragers. Die Wärme wird von Luft des Fahrgastraumes aufgenommen, sodass auf diese Weise die Luft des Fahrgastraumes gekühlt wird. Der Begriff Innenwärmeübertrager weist darauf hin, dass Wärme mit Luft des Fahrgastraumes, in anderen Worten des Innenraumes, ausgetauscht wird, während mittels des Außenwärmeübertragers Wärme mit der Außenluft des Kraftfahrzeuges getauscht wird.

The above-mentioned object is achieved by a method for air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle, wherein the method comprises the following steps in a first cooling mode:

First, the coolant is compressed using a compressor. Heat is then released using an external heat exchanger and the coolant is expanded using a first expansion valve. Heat is also absorbed using a first internal heat exchanger. The heat is absorbed by the air in the passenger compartment, so that the air in the passenger compartment is cooled in this way. The term internal heat exchanger indicates that heat is exchanged with the air in the passenger compartment, in other words the interior, while heat is exchanged with the outside air of the vehicle using the external heat exchanger.

Das Verfahren umfasst ferner einen ersten Wärmepumpenmodus, wobei der erste Wärmepumpenmodus ein Verdichten mittels des Verdichters, eine Abgabe von Wärme an Luft des Fahrgastraumes mittels des ersten Innenwärmeübertragers, eine Expansion mittels eines zweiten Expansionsventils und eine Aufnahme von Wärme mittels eines Chillers umfasst. Der erste Innenwärmeübertrager wird nicht durchflossen.The method further comprises a first heat pump mode, wherein the first heat pump mode comprises compression by means of the compressor, release of heat to air in the passenger compartment by means of the first internal heat exchanger, expansion by means of a second expansion valve and absorption of heat by means of a chiller. The first internal heat exchanger is not flowed through.

Das erste Expansionsventil und das zweite Expansionsventil sind vorzugsweise Teil eines gemeinsamen Ventilblocks.The first expansion valve and the second expansion valve are preferably part of a common valve block.

Der zweite Innenwärmeübertrager ist insbesondere als Heiz-Gaskühler ausgebildet, während der erste Innenwärmeübertrager insbesondere als Verdampfer ausgebildet ist. Beim ersten Kühlmodus wird der zweite Innenwärmeübertrager nicht durchflossen.The second internal heat exchanger is designed in particular as a heating gas cooler, while the first internal heat exchanger is designed in particular as an evaporator. In the first cooling mode the second internal heat exchanger is not flowed through.

Der Außenwärmeübertrager kann als Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildet sein, wohingegen der erste Innenwärmeübertrager als Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildet sein kann. Der Chiller kann ein Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager sein, wobei er in einen Kühlmittelkreislauf eingebunden sein kann, der wiederum die Antriebskomponenten und/oder die Batterie des Kraftfahrzeuges einspannt. So kann Wärme von diesen mittels des Chillers vom Kältemittel indirekt aufgenommen oder an das Kühlmittel abgegeben werden.The external heat exchanger can be designed as a refrigerant-air heat exchanger, whereas the first internal heat exchanger can be designed as a refrigerant-air heat exchanger. The chiller can be a coolant-refrigerant heat exchanger, whereby it can be integrated into a coolant circuit, which in turn clamps the drive components and/or the battery of the motor vehicle. Heat from these can thus be indirectly absorbed by the coolant via the chiller or released to the coolant.

Die vorliegende Erfindung sorgt dafür, dass der erste Innenwärmeübertrager im ersten Wärmepumpenmodus nicht als verlängerter Heiz-Gaskühler eingesetzt wird, was sich vorteilhaft auf die Effizienz des Verfahrens auswirkt. Bei dem Kältemittel handelt es sich vor allem um R744.The present invention ensures that the first internal heat exchanger is not used as an extended heating gas cooler in the first heat pump mode, which has a beneficial effect on the efficiency of the process. The refrigerant is primarily R744.

Im Detail kann im ersten Kühlmodus das Kältemittel somit vom Verdichter durch ein erstes Ventil direkt zum Außenwärmeübertrager fließen, wobei es dort Wärme abgibt. Es kann von dort über einen zusätzlichen Wärmeübertrager zum Ventilblock fließen. In dem Ventilblock ist das erste Expansionsventil und das zweite Expansionsventil und ferner bevorzugt ein drittes Expansionsventil und ein weiteres Ventil, im Folgenden das siebte Ventil, angeordnet. Das dritte Expansionsventil kann bidirektional ausgebildet sein. Die weiteren Expansionsventile können unidirektional sein.In detail, in the first cooling mode, the coolant can thus flow from the compressor through a first valve directly to the external heat exchanger, where it releases heat. From there, it can flow via an additional heat exchanger to the valve block. The first expansion valve and the second expansion valve and also preferably a third expansion valve and a further valve, hereinafter the seventh valve, are arranged in the valve block. The third expansion valve can be bidirectional. The other expansion valves can be unidirectional.

Im ersten Kühlmodus kann das dritte Expansionsventil komplett offen ausgebildet sein, während das zweite Expansionsventil geschlossen ist. Das erste Expansionsventil drosselt, während das siebte Ventil geschlossen ist. Das Kältemittel wird somit expandiert, bevor es durch den ersten Innenwärmeübertrager fließt, um dort Wärme von der Luft des Fahrgastraumes aufzunehmen und somit den Fahrgastraum zu kühlen. Das Kältemittel aus dem ersten Innenwärmeübertrager kann dann über den zusätzlichen Wärmeübertrager zurück zum Verdichter fließen.In the first cooling mode, the third expansion valve can be completely open while the second expansion valve is closed. The first expansion valve throttles while the seventh valve is closed. The refrigerant is thus expanded before it flows through the first internal heat exchanger to absorb heat from the air in the passenger compartment and thus cool the passenger compartment. The refrigerant from the first internal heat exchanger can then flow back to the compressor via the additional heat exchanger.

Bei dem zusätzlichen Wärmeübertrager handelt es sich um ein Bauteil, das zusätzlich zum Außenwärmeübertrager und den Innenwärmeübertragern eingesetzt werden kann und durch den Kältemittel, bevor es in den Außenwärmeübertrager oder nachdem es aus dem Außenwärmeübertrager geflossen ist, einfließen kann, und/oder Kältemittel, nachdem es aus dem Verdichter geflossen ist oder bevor es in den Verdichter einfließt, fließen kann. Es kann somit Wärme übertragen werden, die zur Effizienz des Verfahrens beiträgt.The additional heat exchanger is a component that can be used in addition to the outdoor heat exchanger and the indoor heat exchangers and through which refrigerant can flow before it has flowed into the outdoor heat exchanger or after it has flowed out of the outdoor heat exchanger and/or refrigerant can flow after it has flowed out of the compressor or before it flows into the compressor. Heat can thus be transferred, which contributes to the efficiency of the process.

An den Verdichter schließt sich vor allem das erste und ein zweites Ventil an. Der Kältemittelstrom kann durch die beiden Ventile aufgeteilt werden, und zwar in Richtung Innenwärmeübertrager oder in Richtung des Außenwärmeübertragers. Als Ventile können hier Regelventile, Absperrventile oder 3/2-Wegeventile zum reinen Umschalten eingesetzt werden.The compressor is connected to the first and a second valve. The refrigerant flow can be divided by the two valves, either towards the internal heat exchanger or towards the external heat exchanger. Control valves, shut-off valves or 3/2-way valves can be used as valves for pure switching.

Im ersten Wärmepumpenmodus fließt das verdichtete Kältemittel vorzugsweise durch ein zweites Ventil und den zweiten Innenwärmeübertrager zum Ventilblock, wobei das siebte Ventil offen ausgebildet ist, das erste und dritte Expansionsventil geschlossen sind, während nur das zweite Expansionsventil drosselt. Das Kältemittel fließt somit durch den Chiller, wo es Wärme aufnehmen kann, und im Anschluss über den zusätzlichen Wärmeübertrager zum Verdichter zurück. Der Außenwärmeübertrager und der erste Innenwärmeübertrager werden somit nicht durchströmt.In the first heat pump mode, the compressed refrigerant preferably flows through a second valve and the second internal heat exchanger to the valve block, with the seventh valve being open, the first and third expansion valves being closed, while only the second expansion valve is throttled. The refrigerant thus flows through the chiller, where it can absorb heat, and then back to the compressor via the additional heat exchanger. The external heat exchanger and the first internal heat exchanger are therefore not flowed through.

Das Verfahren kann einen zweiten Wärmepumpenmodus umfassen, bei dem das Kältemittel erneut verdichtet wird und Wärme vom Kältemittel an die Luft des Fahrgastraumes mittels des zweiten Innenwärmeübertragers übertragen wird. Es erfolgt dann eine Expansion von Kältemittel mittels des dritten Expansionsventils und eine Aufnahme von Wärme mittels des Außenwärmeübertragers.The method may include a second heat pump mode in which the refrigerant is recompressed and heat is transferred from the refrigerant to the air of the passenger compartment by means of the second internal heat exchanger. The refrigerant is then expanded by means of the third expansion valve and heat is absorbed by means of the external heat exchanger.

Im Detail fließt verdichtetes Kältemittel durch das zweite Ventil und den zweiten Innenwärmeübertrager zum Ventilblock. Das siebte Ventil ist offen, das erste und zweite Expansionsventil sind geschlossen, und das dritte Expansionsventil drosselt. Expandiertes Kältemittel fließt über den zusätzlichen Wärmeübertrager zum Außenwärmeübertrager, wo es Wärme aufnimmt und im Anschluss zurück über ein viertes Ventil und durch den zusätzlichen Wärmeübertrager zum Verdichter.In detail, compressed refrigerant flows through the second valve and the second indoor heat exchanger to the valve block. The seventh valve is open, the first and second expansion valves are closed, and the third expansion valve is throttling. Expanded refrigerant flows via the additional heat exchanger to the outdoor heat exchanger, where it absorbs heat and then back via a fourth valve and through the additional heat exchanger to the compressor.

Das Verfahren kann ferner einen dritten Wärmepumpenmodus umfassen, der ein Verdichten des Kältemittels mittels des Verdichters, eine Abgabe von Wärme des Kältemittels an Luft des Fahrgastraumes mittels des zweiten Innenwärmeübertragers, eine Expansion von Kältemittel mittels des zweiten Expansionsventil, eine Aufnahme von Wärme mittels des Chillers, eine Expansion von Kältemittel mittels des dritten Expansionsventils und eine Aufnahme von Wärme mittels des Außenwärmeübertragers umfasst.The method may further comprise a third heat pump mode comprising compressing the refrigerant by means of the compressor, releasing heat of the refrigerant to air of the passenger compartment by means of the second indoor heat exchanger, expanding refrigerant by means of the second expansion valve, absorbing heat by means of the chiller, expanding refrigerant by means of the third expansion valve, and absorbing heat by means of the outdoor heat exchanger.

Im Detail drosseln sowohl das zweite und das dritte Expansionsventil, sodass sowohl ein Teil des Kältemittels durch den Chiller fließt, während ein anderer Teil durch den zusätzlichen Wärmeübertrager zum Außenwärmeübertrager fließt. Es kann jeweils Wärme aufgenommen werden.In detail, both the second and third expansion valves throttle so that part of the refrigerant flows through the chiller while another part flows through the additional heat exchanger to the outdoor heat exchanger. Heat can be absorbed in each case.

In allen oben beschriebenen Wärmepumpenmodi wird der erste Innenwärmeübertrager somit nicht durchflossen.In all heat pump modes described above, the first indoor heat exchanger is therefore not flowed through.

Ferner kann das Verfahren einen ersten Reheat-Modus umfassen. Im ersten Reheat-Modus erfolgt ebenfalls ein Verdichten von Kältemittel mittels des Verdichters und die Abgabe von Wärme mittels des zweiten Innenwärmeübertragers an Luft des Fahrgastraumes, und zwar an Luft des Fahrgastraumes mittels des zweiten Innenwärmeübertragers. Im Anschluss erfolgt die Expansion von Kältemittel mittels des ersten Expansionsventils und eine Abgabe von Wärme des Kältemittels an Luft des Fahrgastraumes mittels des ersten Innenwärmeübertragers. Ferner wird Kältemittel mittels des zweiten Expansionsventils expandiert und Wärme mittels eines Chillers aufgenommen und/oder Kältemittel mittels eines dritten Expansionsventils expandiert und Wärme mittels des Außenwärmeübertragers aufgenommen.The method can also include a first reheat mode. In the first reheat mode, refrigerant is also compressed by means of the compressor and heat is released to the air in the passenger compartment by means of the second internal heat exchanger. This is followed by the expansion of refrigerant by means of the first expansion valve and the release of heat from the refrigerant to the air in the passenger compartment by means of the first internal heat exchanger. Furthermore, refrigerant is expanded by means of the second expansion valve and heat is absorbed by means of a chiller and/or refrigerant is expanded by means of a third expansion valve and heat is absorbed by means of the external heat exchanger.

Es wird somit der Kältemittelmassenstrom, der den zweiten Innenwärmeübertrager verlässt, nicht direkt an den ersten Innenwärmeübertrager geleitet, sondern zunächst an den Ventilblock, wobei das siebte Ventil offen ausgebildet sein kann, während zumindest das erste Expansionsventil und ein weiteres Expansionsventil drosselt. Ferner bevorzugt können alle drei Expansionsventile drosseln. Je nachdem, welche Expansionsventile drosseln, können verschiedene Wärmequellen, wie der Chiller und der Außenwärmeübertrager genutzt werden. The refrigerant mass flow leaving the second internal heat exchanger is therefore not directed directly to the first internal heat exchanger, but first to the valve block, whereby the seventh valve can be open, while at least the first expansion valve and a further expansion valve are throttling. Furthermore, preferably all three expansion valves can be throttling. Depending on which expansion valves are throttling, different heat sources, such as the chiller and the external heat exchanger, can be used.

Kältemittel, das vom ersten Expansionsventil expandiert wird, durchfließt den ersten Innenwärmeübertrager und gibt dort Wärme ab . Im Anschluss an das dritte Ventil und das vierte Ventil kann abstromseitig ein sechstes Ventil angeordnet sein.Refrigerant expanded by the first expansion valve flows through the first internal heat exchanger and releases heat there. A sixth valve can be arranged downstream of the third valve and the fourth valve.

Das dritte Ventil schließt sich abstromseitig direkt an den ersten Innenwärmeübertrager an. Es erlaubt vor allem einen höheren Verdampfungsdruck verglichen mit den anderen Wärmeübertragern. Das dritte Ventil kann als Regelventil oder als Rückschlagventil ausgebildet sein. Das dritte Ventil dient dazu, einem unterschiedlichen Bedarf an Leistung und Temperaturniveau zwischen dem Chiller und dem ersten Innenwärmeübertrager Rechnung zu tragen. Durch das dritte Ventil kann der Verdampfungsdruck im ersten Innenwärmeübertrager hoch bleiben und davon unabhängig der Verdampfungsdruck und somit auch die Temperatur im Chiller gesteuert werden.The third valve is connected directly to the first internal heat exchanger on the downstream side. Above all, it allows a higher evaporation pressure compared to the other heat exchangers. The third valve can be designed as a control valve or as a check valve. The third valve serves to take into account different requirements for power and temperature levels between the chiller and the first internal heat exchanger. The third valve allows the evaporation pressure in the first internal heat exchanger to remain high and the evaporation pressure and thus the temperature in the chiller to be controlled independently of this.

Das sechste Ventil dient dazu, den zweiten Innenwärmeübertrager der Saugseite zuzuschlagen, sodass auf diese Weise Kältemittel aus diesem abgesaugt werden kann. Es kann als Regelventil oder als Rückschlagventil ausgebildet sein. Auch das vierte Ventil kann als Regelventil ausgebildet sein. Alternativ kann kein drittes und/oder kein viertes und/oder kein sechstes Ventil, sondern ein durchgängiger Strömungspfad vorgesehen sein.The sixth valve is used to close the second internal heat exchanger on the suction side so that coolant can be extracted from it. It can be designed as a control valve or as a check valve. The fourth valve can also be designed as a control valve. Alternatively, no third and/or fourth and/or sixth valve can be provided, but rather a continuous flow path.

Der Teil des Kältemittels, der das zweite Expansionsventil passiert, durchfließt den Chiller, wobei Wärme aufgenommen wird. Vorzugsweise wird im Chiller Wärme indirekt über die Batterie oder über die Antriebskomponenten aufgenommen. Ferner kann Wärme über ein zusätzliches Heizelement aufgenommen werden. Im Anschluss fließt das Kältemittel durch den zusätzlichen Wärmeübertrager zum Verdichter.The part of the refrigerant that passes the second expansion valve flows through the chiller, where heat is absorbed. Preferably, heat is absorbed indirectly in the chiller via the battery or via the drive components. Heat can also be absorbed via an additional heating element. The refrigerant then flows through the additional heat exchanger to the compressor.

Kältemittel, das das dritte Expansionsventil durchfließt, kann durch den zusätzlichen Wärmeübertrager fließen. Kältemittel fließt durch den Außenwärmeübertrager und kann dort erneut Wärme aufnehmen, bis es zurück zum Verdichter fließt. Im Detail kann Kältemittel nach dem Außenwärmeübertrager das vierte Ventil durchfließen und durch den zusätzlichen Wärmeübertrager zurück zum Verdichter gelangen.Refrigerant that flows through the third expansion valve can flow through the additional heat exchanger. Refrigerant flows through the outdoor heat exchanger and can absorb heat there again until it flows back to the compressor. In detail, after the outdoor heat exchanger, refrigerant can flow through the fourth valve and return to the compressor through the additional heat exchanger.

Das Verfahren kann einen zweiten Reheat-Modus umfassen, wobei dieser Folgendes umfasst: ein Verdichten von Kältemittel mittels des Verdichters, eine Abgabe von Wärme des Kältemittels an Luft des Fahrgastraumes mittels des zweiten Innenwärmeübertragers, eine Abgabe von Wärme mittels des Außenwärmeübertragers, eine Expansion von Kältemittel mittels des ersten Expansionsventils, eine Aufnahme von Wärme des Kältemittels von Luft des Fahrgastraumes mittels des ersten Innenwärmeübertragers, eine Expansion von Kältemittel mittels des zweiten Expansionsventils und eine Abgabe von Wärme mittels des Chillers.The method may include a second reheat mode, comprising compressing refrigerant by means of the compressor, releasing heat of the refrigerant to air of the passenger compartment by means of the second internal heat exchanger, releasing heat by means of the external heat exchanger, expanding refrigerant by means of the first expansion valve, absorbing heat of the refrigerant from air of the passenger compartment by means of the first internal heat exchanger, expanding refrigerant by means of the second expansion valve, and releasing heat by means of the chiller.

Im Detail wird Kältemittel nach dem Verdichter durch das zweite Ventil zum zweiten Innenwärmeübertrager und im Anschluss über ein fünftes Ventil und vorzugsweise durch das sechste Ventil an den Außenwärmeübertrager geleitet. Nach dem Außenwärmeübertrager fließt es durch den zusätzlichen Wärmeübertrager an den Ventilblock. Das dritte Expansionsventil ist komplett offen ausgebildet, während das erste Expansionsventil und das zweite Expansionsventil drosseln können, sodass ein Teil des Kältemittels durch den ersten Innenwärmeübertrager fließt und ein Teil des Kältemittels durch den Chiller. Beim Chiller kann Wärme und beim ersten Innenwärmeübertrager kann Wärme abgegeben werden. Nach dem Chiller fließt Kältemittel über den zusätzlichen Wärmeübertrager an den Verdichter. Nach den ersten Innenwärmeübertrager fließt Kältemittel über das dritte Ventil an den zusätzlichen Wärmeübertrager und von dort an den Verdichter.In detail, after the compressor, refrigerant is passed through the second valve to the second internal heat exchanger and then via a fifth valve and preferably through the sixth valve to the external heat exchanger. After the external heat exchanger, it flows through the additional heat exchanger to the valve block. The third expansion valve is completely open, while the first expansion valve and the second expansion valve can throttle so that part of the refrigerant flows through the first internal heat exchanger and part of the refrigerant flows through the chiller. Heat can be released at the chiller and heat can be released at the first internal heat exchanger. After the chiller, refrigerant flows via the additional heat exchanger to the compressor. After the first internal heat exchanger, refrigerant flows via the third valve to the additional heat exchanger and from there to the compressor.

Über das fünfte Ventil lässt sich der Druck und auch die Temperatur im ersten Innenwärmeübertrager einstellen. Das fünfte Ventil kann alternativ auch als Regelventil, Umschaltventil, Absperrventil oder 3/2-Wegeventil ausgebildet sein. Ferner kann alternativ kein fünftes Ventil, sondern ein durchgängiger Strömungspfad vorgesehen sein.The fifth valve can be used to adjust the pressure and temperature in the first internal heat exchanger. The fifth valve can also be designed as a control valve, changeover valve, shut-off valve or 3/2-way valve. Alternatively, no fifth valve can be provided, but rather a continuous flow path.

Das Verfahren kann einen zweiten Kühlmodus umfassen, wobei der zweite Kühlmodus Folgendes umfasst: ein Verdichten des Kältemittels mittels des Verdichters, eine Abgabe von Wärme des Kältemittels mittels des Außenwärmeübertragers, eine Expansion mittels des ersten Expansionsventils, eine Aufnahme von Wärme mittels des ersten Innenwärmeübertragers, eine Expansion von Kältemittel mittels des zweiten Expansionsventils und eine Aufnahme von Wärme mittels des Chillers.The method may include a second cooling mode, the second cooling mode comprising: compressing the refrigerant by means of the compressor, releasing heat from the refrigerant by means of the outdoor heat exchanger, expanding by means of the first expansion valve, absorbing heat by means of the first indoor heat exchanger, expanding refrigerant by means of the second expansion valve, and absorbing heat by means of the chiller.

Im Vergleich zum ersten Kühlmodus ist somit der Chiller eingebunden und dient somit als Wärmequelle. Hierzu drosseln das erste und das zweite Expansionsventil, während das dritte Expansionsventil offen ausgebildet ist und das siebte Ventil schließt. Das verdichtete Kältemittel fließt vom Verdichter zunächst durch das erste Ventil durch den Außenwärmeübertrager, dann über den zusätzlichen Wärmeübertrager zum Ventilblock. Ein Teil des Kältemittels fließt durch den Chiller und im Anschluss durch den zusätzlichen Wärmeübertrager zum Verdichter. Ein weiterer Teil fließt durch den Innenwärmeübertrager und das dritte Ventil und über den zusätzlichen Wärmeübertrager zum Verdichter zurück. Im zweiten Kühlmodus wird der zweite Innenwärmeübertrager nicht durchflossen.In comparison to the first cooling mode, the chiller is integrated and serves as a heat source. To do this, the first and second expansion valves throttle, while the third expansion valve is open and the seventh valve closes. The compressed refrigerant flows from the compressor first through the first valve through the external heat exchanger, then via the additional heat exchanger to the valve block. Part of the refrigerant flows through the chiller and then through the additional heat exchanger to the compressor. Another part flows through the internal heat exchanger and the third valve and back to the compressor via the additional heat exchanger. In the second cooling mode, the second internal heat exchanger is not flowed through.

Der erste und der zweite Innenwärmeübertrager ggfs. zusammen einem zusätzlichen Luftheizelement stellen vor allem ein erstes Klimagerät dar. Parallel zum ersten Klimagerät kann ein zweites Klimagerät in allen vorgenannten Varianten eingesetzt werden. Der Verdampfungsdruck des zweiten Klimagerätes kann durch die Ventile unabhängig von dem des parallel betriebenen ersten Klimageräts ansteuerbar sein. Das zweite Klimagerät kann vor allem einen dritten Innenwärmeübertrager und vorzugsweise ein weiteres Luftheizelement umfassen.The first and the second internal heat exchanger, possibly together with an additional air heating element, primarily represent a first air conditioning unit. A second air conditioning unit can be used in parallel with the first air conditioning unit in all of the aforementioned variants. The evaporation pressure of the second air conditioning unit can be controlled by the valves independently of that of the first air conditioning unit operated in parallel. The second air conditioning unit can primarily comprise a third internal heat exchanger and preferably a further air heating element.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Insbesondere ist ein Strömungspfad zwischen erstem Ventil und dem Außenwärmeübertrager vorgesehen. Ferner ist ein Bypass vorgesehen, und zwar zwischen der Verbindung zwischen dem ersten Ventil und dem Außenwärmeübertrager und dem Chiller, und zwar durch das sechste Ventil und das vierte Ventil, und zwischen der Verbindung zwischen dem ersten Ventil und dem Außenwärmeübertrager und dem Ventilblock, und zwar durch das sechste Ventil und das fünfte Ventil.In a further aspect, the invention relates to a device which is designed to carry out the method described above. In particular, a flow path is provided between the first valve and the external heat exchanger. Furthermore, a bypass is provided, namely between the connection between the first valve and the external heat exchanger and the chiller, namely through the sixth valve and the fourth valve, and between the connection between the first valve and the external heat exchanger and the valve block, namely through the sixth valve and the fifth valve.

Insbesondere sind alle oben genannten Expansionsventile derart ausgebildet, dass für einen Massenstrom von 500 kg/h ein maximaler Druckverlust von 500 mbar erzeugt wird.In particular, all of the above-mentioned expansion valves are designed in such a way that a maximum pressure loss of 500 mbar is generated for a mass flow of 500 kg/h.

Es zeigen in rein schematischer Darstellung:

1: ein Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges;
2: ein System zum Klimatisieren eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges;
3: das System der 2 im ersten Kühlmodus;
4: das System der 2 im zweiten Kühlmodus;
5: das System der 2 im ersten Reheat-Modus;
6: das System der 2 im zweiten Reheat-Modus;
7: das System der 2 im ersten Wärmepumpenmodus;
8: das System der 2 im zweiten Wärmepumpenmodus; und
9: das System der 2 im dritten Wärmepumpenmodus.

They show in purely schematic representation:

1 : a method for air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle;
2 : a system for air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle;
3 : the system of 2 in the first cooling mode;
4 : the system of 2 in the second cooling mode;
5 : the system of 2 in the first reheat mode;
6 : the system of 2 in the second reheat mode;
7 : the system of 2 in the first heat pump mode;
8th : the system of 2 in the second heat pump mode; and
9 : the system of 2 in the third heat pump mode.

In 1 ist ein Verfahren 100 zum Klimatisieren eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges gezeigt. Das Verfahren 100 umfasst einen ersten Kühlmodus 200 sowie einen ersten Wärmepumpenmodus 600.In 1 a method 100 for air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle is shown. The method 100 comprises a first cooling mode 200 and a first heat pump mode 600.

Das System kann ferner einen zweiten Kühlmodus 300, einen ersten Reheat-Modus 400, einen zweiten Reheat-Modus 500, einen zweiten Wärmepumpenmodus 700 und einen dritten Wärmepumpenmodus 800 umfassen.The system may further include a second cooling mode 300, a first reheat mode 400, a second reheat mode 500, a second heat pump mode 700, and a third heat pump mode 800.

Der erste Kühlmodus 200 umfasst ein Verdichten 201 von Kältemittel mittels eines Verdichters 40, eine Abgabe 202 von Wärme des Kältemittels mittels eines Außenwärmeübertragers 11, eine Expansion 203 von Kältemittel mittels eines ersten Expansionsventils 32a und eine Aufnahme 204 von Wärme mittels eines ersten Innenwärmeübertragers 13.The first cooling mode 200 comprises a compression 201 of refrigerant by means of a compressor 40, a release 202 of heat of the refrigerant by means of an external heat exchanger 11, an expansion 203 of refrigerant by means of a first expansion valve 32a and an absorption 204 of heat by means of a first internal heat exchanger 13.

Der zweite Kühlmodus 300 umfasst die gleichen Schritte wie der erste Kühlmodus 200, und zwar ein Verdichten 301 von Kältemittel mittels des Verdichters 40, eine Abgabe 302 von Wärme des Kältemittels mittels des Außenwärmeübertragers 11, eine Expansion 303 von Kältemittel mittels des ersten Expansionsventils 32a und eine Aufnahme 304 von Wärme mittels des ersten Innenwärmeübertragers 13. Ferner drosselt ein zweites Expansionsventil 32b, sodass expandiertes Kältemittel durch einen Chiller 30 fließt, mittels dessen auch Wärme aufgenommen wird 306. Als Wärmequelle dient nicht nur der erste Innenwärmeübertrager 13, sondern auch der Chiller 30.The second cooling mode 300 comprises the same steps as the first cooling mode 200, namely a compression 301 of refrigerant by means of the compressor 40, a release 302 of heat of the refrigerant by means of the external heat exchanger 11, an expansion 303 of refrigerant by means of the first expansion valve 32a and an intake 304 of Heat by means of the first internal heat exchanger 13. Furthermore, a second expansion valve 32b throttles so that expanded refrigerant flows through a chiller 30, by means of which heat is also absorbed 306. Not only the first internal heat exchanger 13 serves as a heat source, but also the chiller 30.

Der erste Reheat-Modus 400 umfasst ein Verdichten 401 von Kältemittel mittels des Verdichters 40, eine Abgabe 402 von Wärme des Kältemittels an Luft des Fahrgastraumes mittels eines zweiten Innenwärmeübertragers 14, eine Expansion 403 von Kältemittel mittels des ersten Expansionsventils 32a und eine Expansion 405 von Kältemittel mittels des zweiten Expansionsventils 32b. Es drosseln somit das erste Expansionsventil 32a und das zweite Expansionsventil 32b. Beim Durchfließen des ersten Innenwärmeübertragers 13 wird Wärme abgegeben 404, und zwar an Luft des Fahrgastraumes, während beim Durchfließen des Chillers 30 Wärme aufgenommen wird 406. Im Anschluss wird Wärme mittels des Außenwärmeübertragers 11 aufgenommen 407.The first reheat mode 400 includes a compression 401 of refrigerant by means of the compressor 40, a release 402 of heat from the refrigerant to the air in the passenger compartment by means of a second internal heat exchanger 14, an expansion 403 of refrigerant by means of the first expansion valve 32a and an expansion 405 of refrigerant by means of the second expansion valve 32b. The first expansion valve 32a and the second expansion valve 32b are thus throttled. When flowing through the first internal heat exchanger 13, heat is released 404, specifically to the air in the passenger compartment, while when flowing through the chiller 30, heat is absorbed 406. Heat is then absorbed 407 by means of the external heat exchanger 11.

Beim zweiten Reheat-Modus 500 erfolgt ein Verdichten 501 von Wärme mittels des Verdichters 40 und eine Abgabe 502 von Wärme des Kältemittels an Luft des Fahrgastraumes mittels des zweiten Innenwärmeübertragers 14. Im Anschluss wird Wärme mittels des Außenwärmeübertragers 11 abgegeben 503. Sowohl das erste Expansionsventil 32a als auch das zweite Expansionsventil 32b drosseln, sodass dort Kältemittel expandiert 504, 506. Es wird Wärme von Luft des Fahrgastraumes mittels des ersten Innenwärmeübertragers aufgenommen 505, und mittels des Chillers 30 wird ebenfalls Wärme aufgenommen 507.In the second reheat mode 500, heat is compressed 501 by means of the compressor 40 and heat from the coolant is released 502 to the air in the passenger compartment by means of the second internal heat exchanger 14. Heat is then released 503 by means of the external heat exchanger 11. Both the first expansion valve 32a and the second expansion valve 32b are throttled so that coolant expands there 504, 506. Heat is absorbed 505 from the air in the passenger compartment by means of the first internal heat exchanger, and heat is also absorbed 507 by means of the chiller 30.

Im ersten Wärmepumpenmodus 600 erfolgt ein Verdichten 601 von Kältemittel mittels des Verdichters 40. Es wird Wärme des Kältemittels an Luft des Fahrgastraumes mittels des zweiten Innenwärmeübertragers 14 abgegeben 602, das Wärmemittel expandiert 603 mittels des zweiten Expansionsventils 32b, und es wird Wärme mittels des Chillers 30 aufgenommen 604.In the first heat pump mode 600, the refrigerant is compressed 601 by means of the compressor 40. Heat from the refrigerant is transferred 602 to the air in the passenger compartment by means of the second internal heat exchanger 14, the heat medium expands 603 by means of the second expansion valve 32b, and heat is absorbed 604 by means of the chiller 30.

Im zweiten Wärmepumpenmodus 700 erfolgt, wie beim ersten Wärmepumpenmodus, ein Verdichten 701 von Kältemittel mittels des Verdichters 40 und eine Abgabe 702 von Wärme des Kältemittels an Luft des Fahrgastraumes mittels des zweiten Innenwärmeübertragers 14. Dann erfolgt eine Expansion 703 von Kältemittel allerdings mittels des dritten Expansionsventils 32c und eine Aufnahme 704 von Wärme mittels des Außenwärmeübertragers 11.In the second heat pump mode 700, as in the first heat pump mode, a compression 701 of refrigerant takes place by means of the compressor 40 and a release 702 of heat from the refrigerant to the air of the passenger compartment by means of the second internal heat exchanger 14. Then an expansion 703 of refrigerant takes place, however, by means of the third expansion valve 32c and an absorption 704 of heat by means of the external heat exchanger 11.

Im dritten Wärmepumpenmodus 800 ist sowohl der Chiller als auch der Außenwärmeübertrager eingebunden. Nach einem Verdichten 801 von Kältemittel mittels des Verdichters und einer Abgabe 802 von Wärme des Kältemittels an Luft des Fahrgastraumes mittels des zweiten Innenwärmeübertragers 14 erfolgt somit sowohl eine Expansion 803, 805 von Kältemittel mittels des zweiten Expansionsventils 32b als auch mittels des dritten Expansionsventils 32c. Es wird sowohl Wärme über den Chiller 30 aufgenommen 804 als auch Wärme über den Außenwärmeübertrager 11 aufgenommen 806.In the third heat pump mode 800, both the chiller and the external heat exchanger are integrated. After a compression 801 of coolant by means of the compressor and a release 802 of heat from the coolant to the air of the passenger compartment by means of the second internal heat exchanger 14, an expansion 803, 805 of coolant takes place by means of the second expansion valve 32b as well as by means of the third expansion valve 32c. Heat is absorbed 804 via the chiller 30 and heat is absorbed 806 via the external heat exchanger 11.

2 zeigt ein System 10 umfassend einen Außenwärmeübertrager 11. Der Außenwärmeübertrager 11 ist zweireihig als Kreuzgegenstromwärmeübertrager ausgebildet und umfasst somit einen ersten Außenwärmeübertrager 11a und einen zweiten Außenwärmeübertrager 11 b aufweisen. 2 shows a system 10 comprising an external heat exchanger 11. The external heat exchanger 11 is designed in two rows as a cross-counterflow heat exchanger and thus comprises a first external heat exchanger 11a and a second external heat exchanger 11b.

Ferner umfasst das System 10 einen Verdichter 40. Nachdem Kältemittel verdichtet worden ist, kommt es an eine T-förmige Mündungsstelle, an der zwei Ventile 33 vorgesehen sind, und zwar ein erstes Ventil 33a und ein zweites Ventil 33b. Das System 10 kann abstromseitig hinter dem Verdichter einen Resonator 52 umfassen. Ferner kann das System 10 eine Reihe von Druck/Temperatursensoren 50 und Überdruckventile 51 aufweisen.The system 10 further comprises a compressor 40. After refrigerant has been compressed, it comes to a T-shaped outlet point at which two valves 33 are provided, namely a first valve 33a and a second valve 33b. The system 10 can comprise a resonator 52 downstream of the compressor. The system 10 can further comprise a series of pressure/temperature sensors 50 and pressure relief valves 51.

Das System 10 umfasst einen Chiller 30 sowie einen Ventilblock 31. Der Ventilblock 31 umfasst mehrere Expansionsventile, und zwar ein erstes Expansionsventil 32a, ein zweites Expansionsventil 32b, ein drittes Expansionsventil 32c und ein siebtes Ventil 33g.The system 10 comprises a chiller 30 and a valve block 31. The valve block 31 comprises a plurality of expansion valves, namely a first expansion valve 32a, a second expansion valve 32b, a third expansion valve 32c and a seventh valve 33g.

Das System 10 umfasst ein erstes Klimagerät 12. Das erste Klimagerät 12 umfasst einen ersten Innenwärmeübertrager 13 und einen zweiten Innenwärmeübertrager 14. Ferner kann es ein Luftheizelement 15 umfassen. Zudem kann das System 10 ein zweites Klimagerät 20 umfassen mit einem dritten Wärmeübertrager 21 und einem weiteren Luftheizelement 22, das über Ventile 33 parallel zum ersten Klimagerät 12 geschaltet sein kann. Das System 10 kann einen zusätzlichen Wärmeübertrager 41 aufweisen.The system 10 comprises a first air conditioning unit 12. The first air conditioning unit 12 comprises a first internal heat exchanger 13 and a second internal heat exchanger 14. It can also comprise an air heating element 15. In addition, the system 10 can comprise a second air conditioning unit 20 with a third heat exchanger 21 and a further air heating element 22, which can be connected in parallel to the first air conditioning unit 12 via valves 33. The system 10 can have an additional heat exchanger 41.

Das System 10 ist derart ausgebildet, dass verdichtetes Kältemittel vom Verdichter 40 direkt zum zweiten Innenwärmeübertrager 14 und im Anschluss an den Ventilblock 31 geleitet werden kann. Dies ist beispielsweise in den Wärmepumpenbetriebsmodi der Fall.The system 10 is designed such that compressed refrigerant can be conducted from the compressor 40 directly to the second internal heat exchanger 14 and subsequently to the valve block 31. This is the case, for example, in the heat pump operating modes.

Ferner kann verdichtetes Kältemittel vom Verdichter 40 an den Außenwärmeübertrager 11 und im Anschluss an den Ventilblock 31 geleitet werden. Dies ist beispielsweise in den Kühlbetriebsmodi der Fall.Furthermore, compressed refrigerant can be passed from the compressor 40 to the external heat exchanger 11 and subsequently to the valve block 31. This is the case, for example, in the cooling operating modes.

Verdichtetes Kältemittel kann ferner nach dem Verdichter 40 an den zweiten Innenwärmeübertrager 14 und dann zum Ventilblock 31 geleitet werden. Dies ist beispielsweise bei den beiden Reheat-Betriebsmodi der Fall.Compressed refrigerant can also be passed after the compressor 40 to the second internal heat exchanger 14 and then to the valve block 31. This is the case, for example, in the two reheat operating modes.

Es ist ein Strömungspfad zwischen erstem Ventil 33a und dem Außenwärmeübertrager 11 vorgesehen. Ferner ist ein Bypass vorgesehen, und zwar zwischen der Verbindung zwischen dem ersten Ventil 33a und dem Außenwärmeübertrager 40 und dem Chiller, und zwar durch ein sechstes Ventil 33f und ein viertes Ventil 33d, und zwischen der Verbindung zwischen dem ersten Ventil 33a und dem Außenwärmeübertrager 40 und dem Ventilblock 31, und zwar durch das sechste Ventil 33f und ein fünftes Ventil 33e. Ferner kann noch ein drittes Ventil 33c abstromseitig hinter dem ersten Innenwärmeübertrager 13 angeordnet sein.A flow path is provided between the first valve 33a and the external heat exchanger 11. Furthermore, a bypass is provided, namely between the connection between the first valve 33a and the external heat exchanger 40 and the chiller, namely through a sixth valve 33f and a fourth valve 33d, and between the connection between the first valve 33a and the external heat exchanger 40 and the valve block 31, namely through the sixth valve 33f and a fifth valve 33e. Furthermore, a third valve 33c can be arranged downstream behind the first internal heat exchanger 13.

In allen Ausführungsformen des Systems kann das sechste Ventil 33f vorhanden oder nicht vorhanden sein. Es kann ferner durch ein Rückschlagventil ersetzt sein. Das sechste Ventil 33f dient dazu, den zweiten Innenwärmeübertrager 14 der Saugseite zuzuschlagen, sodass auf diese Weise Kältemittel aus diesem abgesaugt werden kann.In all embodiments of the system, the sixth valve 33f may or may not be present. It may also be replaced by a check valve. The sixth valve 33f serves to close the second internal heat exchanger 14 on the suction side so that refrigerant can be extracted from it.

Das dritte Ventil 33c kann auch nicht vorhanden sein oder als Rückschlagventil ausgebildet sein. Das dritte Ventil 33c dient dazu, einem unterschiedlichen Bedarf an Leistung und Temperaturniveau zwischen dem Chiller 30 und dem ersten Innenwärmeübertrager 13 Rechnung zu tragen. Durch das dritte Ventil 33c kann der Verdampfungsdruck im ersten Innenwärmeübertrager 13 hoch bleiben und davon unabhängig der Verdampfungsdruck und somit auch die Temperatur im Chiller 30 gesteuert werden.The third valve 33c may also not be present or may be designed as a check valve. The third valve 33c serves to take into account different requirements for power and temperature levels between the chiller 30 and the first internal heat exchanger 13. The third valve 33c allows the evaporation pressure in the first internal heat exchanger 13 to remain high and the evaporation pressure and thus also the temperature in the chiller 30 to be controlled independently of this.

Ferner können alle Ausführungsformen mit oder ohne Resonator und/oder mit einem einreihigen oder zweireihigen Außenwärmeübertrager 11 ausgestattet sein.Furthermore, all embodiments can be equipped with or without a resonator and/or with a single-row or double-row external heat exchanger 11.

In 3 ist das System 10 der 1 gezeigt, und zwar im ersten Kühlmodus 200. Mittels des Verdichters 40 verdichtetes Kältemittel wird zum Außenwärmeübertrager 11 geleitet, und zwar mittels des ersten Ventils 33a. Wärme des Kältemittels wird mittels des Außenwärmeübertragers 11 abgegeben. Im Anschluss fließt das Kältemittel durch den zusätzlichen Wärmeübertrager 41 zum Ventilblock 31. Das dritte Expansionsventil 33c ist offen geschaltet, das zweite Expansionsventil 32b und das siebte Ventil 33g geschlossen. Das erste Expansionsventil 32a drosselt, sodass das Kältemittel expandiert und im expandierten Zustand den ersten Innenwärmeübertrager 13 durchfließt, wobei dort Wärme von Luft des Fahrgastraums aufgenommen wird und somit der Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges gekühlt wird. Im Anschluss fließt das Kältemittel über das dritte Ventil 33c und den zusätzlichen Wärmeübertrager 41 zurück zum Verdichter 40.In 3 is the system 10 of 1 shown in the first cooling mode 200. Refrigerant compressed by the compressor 40 is conducted to the external heat exchanger 11, specifically by means of the first valve 33a. Heat from the refrigerant is released by means of the external heat exchanger 11. The refrigerant then flows through the additional heat exchanger 41 to the valve block 31. The third expansion valve 33c is open, the second expansion valve 32b and the seventh valve 33g are closed. The first expansion valve 32a throttles so that the refrigerant expands and, in the expanded state, flows through the first internal heat exchanger 13, where heat is absorbed by the air in the passenger compartment and the passenger compartment of the motor vehicle is thus cooled. The refrigerant then flows via the third valve 33c and the additional heat exchanger 41 back to the compressor 40.

4 zeigt das System 10 der 1 im zweiten Kühlmodus 300, und zwar erfolgt die Führung des Kältemittels gemäß 3, außer dass nun das zweite Expansionsventil 32b ebenfalls drosselt, sodass Kältemittel expandiert und somit ein Teil des Kältemittels in Richtung Chiller 33 geführt wird. Es wird somit Wärme mittels des Chillers aufgenommen. Diese Wärme kann von Antriebskomponenten oder einer Batterie des Kraftfahrzeuges stammen. Ferner kann beispielsweise Wärme eines separaten Heizelements aufgenommen werden. Im Gegensatz zum ersten Kühlmodus 200 ist somit der Chiller 40 eingebunden und wirkt als zusätzliche Wärmeaufnahmequelle und somit als Verdampfer, in dem sowohl das erste Expansionsventil 32a als auch das zweite Expansionsventil 32b drosseln. 4 shows the system 10 of 1 in the second cooling mode 300, namely the refrigerant is guided according to 3 , except that now the second expansion valve 32b also throttles, so that refrigerant expands and thus a part of the refrigerant is guided towards the chiller 33. Heat is thus absorbed by means of the chiller. This heat can come from drive components or a battery of the motor vehicle. Furthermore, heat from a separate heating element can be absorbed, for example. In contrast to the first cooling mode 200, the chiller 40 is thus integrated and acts as an additional heat absorption source and thus as an evaporator in which both the first expansion valve 32a and the second expansion valve 32b throttle.

5 zeigt das System 10 der vorherigen Figuren im ersten Reheat-Modus 400, in anderem Worten dem „Reheat Heizleistungsdefizit“-Modus. Dies bedeutet, dass die Wärme zum Heizen des Fahrgastraumes insgesamt nicht ausreicht, sodann aus weiteren Verdampfungsquellen, hier über den Chiller, weitere Wärme aufgenommen wird. Verdichtetes Kältemittel wird durch das zweite Ventil 33b in Richtung des zweiten Innenwärmeübertragers 14 geleitet und im Anschluss an den Ventilblock 31. Das sechste Ventil 33f ist offen, während alle drei Expansionsventile, das heißt das erste Expansionsventil 32a, das zweite Expansionsventil 32b und das dritte Expansionsventil 32c, drosseln, sodass jeweils ein Teil des Kältemittels in Richtung Chiller 30, in Richtung des ersten Innenwärmeübertragers 13 und in Richtung des zusätzlichen Wärmeübertragers 41 fließt. Mittels des ersten Innenwärmeübertragers 13 und des Chillers 30 wird Wärme aufgenommen. Kältemittel fließt nach dem ersten Innenwärmeübertrager 13 durch das dritte Ventil 33c und das vierte Ventil 33d. Kältemittel wird durch den Außenwärmeübertrager 11 geleitet, wobei Wärme aufgenommen wird, und im Anschluss zurück an den Verdichter 40 gelenkt. 5 shows the system 10 of the previous figures in the first reheat mode 400, in other words the “reheat heating power deficit” mode. This means that the heat to heat the passenger compartment as a whole is not sufficient, so further heat is absorbed from other evaporation sources, here via the chiller. Compressed refrigerant is passed through the second valve 33b in the direction of the second internal heat exchanger 14 and then to the valve block 31. The sixth valve 33f is open, while all three expansion valves, i.e. the first expansion valve 32a, the second expansion valve 32b and the third expansion valve 32c, are throttled so that a portion of the refrigerant flows in the direction of the chiller 30, in the direction of the first internal heat exchanger 13 and in the direction of the additional heat exchanger 41. Heat is absorbed by means of the first internal heat exchanger 13 and the chiller 30. Refrigerant flows after the first indoor heat exchanger 13 through the third valve 33c and the fourth valve 33d. Refrigerant is passed through the outdoor heat exchanger 11, where heat is absorbed, and is then directed back to the compressor 40.

In 6 ist das System 10 der vorherigen Figuren im zweiten Reheat-Modus 500, in anderem Worten dem „Reheat Heizleistungsüberschuss“-Modus. Dies bedeutet, dass mehr als ausreichende Wärme zum Heizen des Fahrgastraumes zur Verfügung steht. Das Kältemittel wird im verdichteten Zustand nach dem Verdichter 40 durch das zweite Ventil 33b geleitet, und zwar durch den zweiten Innenwärmeübertrager 14. Im Anschluss durchläuft es das fünfte Ventil 33e und den Außenwärmeübertrager 11, wobei Wärme abgegeben wird. Im Anschluss passiert es den zusätzlichen Wärmeübertrager 41 und dann den Ventilblock 31, wobei das dritte Expansionsventil 32c offen ist, während das Ventil 33 geschlossen ist. Das erste Expansionsventil 32a und das zweite Expansionsventil 32b drosseln, sodass das Kältemittel expandiert. Kältemittel fließt durch den Chiller 30 und den ersten Innenwärmeübertrager, wobei dort jeweils Wärme aufgenommen wird. Das Kältemittel fließt über den zusätzlichen Wärmeübertrager 41 zurück zum Verdichter 40.In 6 the system 10 of the previous figures is in the second reheat mode 500, in other words the "reheat heating capacity surplus" mode. This means that more than sufficient heat is available to heat the passenger compartment. The coolant is passed in the compressed state after the compressor 40 through the second valve 33b, namely through the second internal heat exchanger 14. It then passes through the fifth valve 33e and the external heat exchanger 11, where heat is released. In the It then passes through the additional heat exchanger 41 and then the valve block 31, with the third expansion valve 32c open while the valve 33 is closed. The first expansion valve 32a and the second expansion valve 32b throttle so that the refrigerant expands. Refrigerant flows through the chiller 30 and the first indoor heat exchanger, where heat is absorbed in each case. The refrigerant flows back to the compressor 40 via the additional heat exchanger 41.

In 7 ist das System 10 der vorherigen Figuren im ersten Wärmepumpenmodus 600 gezeigt. Es erfolgt ein Verdichten mittels des Verdichters 40. Im Anschluss wird das verdichtete Kältemittel über das zweite Ventil 33b in Richtung des zweiten Innenwärmeübertragers 14 geleitet, den es unter Abgabe von Wärme durchfließt, und im Anschluss an den Ventilblock 33 geleitet. Das siebte Ventil 33g ist offen, das erste Expansionsventil 32a ist geschlossen, während das zweite Expansionsventil 32b drosselt und das dritte Expansionsventil 32c geschlossen ist. Das Kältemittel expandiert somit mittels des zweiten Expansionsventils 32b und fließt über den Chiller 33, bei dem es Wärme aufnimmt. Im Anschluss fließt es über den zusätzlichen Wärmeübertrager 41 zurück zum Verdichter 40.In 7 the system 10 of the previous figures is shown in the first heat pump mode 600. Compression takes place by means of the compressor 40. The compressed refrigerant is then directed via the second valve 33b in the direction of the second internal heat exchanger 14, through which it flows while releasing heat, and then to the valve block 33. The seventh valve 33g is open, the first expansion valve 32a is closed, while the second expansion valve 32b is throttling and the third expansion valve 32c is closed. The refrigerant thus expands by means of the second expansion valve 32b and flows through the chiller 33, where it absorbs heat. It then flows back to the compressor 40 via the additional heat exchanger 41.

In 8 ist das System 10 der vorherigen Figuren im zweiten Wärmepumpenmodus 700 gezeigt. Die Kältemittelführung ist analog zum ersten Wärmepumpenmodus, wobei nun das zweite Expansionsventil 32b auch geschlossen ist, während das dritte Expansionsventil 32c drosselt, sodass das Kältemittel über den Wärmeübertrager 41 in Richtung des Außenluftwärmeübertragers 11 fließt, wobei Wärme aufgenommen wird, und dann von dort erneut über den zusätzlichen Wärmeübertrager 41 in Richtung Verdichter 40.In 8th the system 10 of the previous figures is shown in the second heat pump mode 700. The refrigerant flow is analogous to the first heat pump mode, whereby the second expansion valve 32b is now also closed, while the third expansion valve 32c is throttled so that the refrigerant flows via the heat exchanger 41 in the direction of the outside air heat exchanger 11, absorbing heat, and then from there again via the additional heat exchanger 41 in the direction of the compressor 40.

In 9 ist das System 10 der vorherigen Figuren im dritten Wärmepumpenmodus gezeigt. Im Gegensatz zu den beiden zuvor beschriebenen Modi drosselt nun sowohl das zweite Expansionsventil 32b als auch das dritte Expansionsventil 32c, sodass sowohl der Chiller 30 als auch der Außenwärmeübertrager 11 als Wärmequelle genutzt werden. Im Anschluss an den Chiller 30 fließt das Kältemittel zum Außenwärmeübertrager 11. Nach dem Außenwärmeübertrager 11 fließt es über den zusätzlichen Wärmeübertrager 41 an den Verdichter 40.In 9 the system 10 of the previous figures is shown in the third heat pump mode. In contrast to the two previously described modes, both the second expansion valve 32b and the third expansion valve 32c are now throttled, so that both the chiller 30 and the external heat exchanger 11 are used as a heat source. After the chiller 30, the coolant flows to the external heat exchanger 11. After the external heat exchanger 11, it flows via the additional heat exchanger 41 to the compressor 40.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: Systemsystem
1111: AußenwärmeübertragerOutdoor heat exchanger
11a11a: erster Außenwärmeübertragerfirst outdoor heat exchanger
11 b11 b: zweiter Außenwärmeübertrager second external heat exchanger
1212: erstes Klimagerätfirst air conditioning unit
1313: erster Innenwärmeübertragerfirst indoor heat exchanger
1414: zweiter Innenwärmeübertragersecond internal heat exchanger
1515: Luftheizelement Air heating element
2020: zweites Klimagerätsecond air conditioning unit
2121: dritter Innenwärmeübertragerthird internal heat exchanger
2222: Luftheizelement Air heating element
3030: ChillerChiller
3131: Ventilblock Valve block
3232: ExpansionsventilExpansion valve
32a32a: erstes Expansionsventilfirst expansion valve
32b32b: zweites Expansionsventilsecond expansion valve
32c32c: drittes Expansionsventil third expansion valve
3333: VentilValve
33a33a: erstes Ventilfirst valve
33b33b: zweites Ventilsecond valve
33c33c: drittes Ventilthird valve
33d33d: viertes Ventilfourth valve
33e33e: fünftes Ventilfifth valve
33f33f: sechstes Ventilsixth valve
33g33g: siebtes Ventil seventh valve
4040: Verdichtercompressor
4141: zusätzlicher Wärmeübertrager additional heat exchanger
5050: Druck-/TemperatursensorPressure/temperature sensor
5151: ÜberdruckventilPressure relief valve
5252: Resonator Resonator
100100: VerfahrenProceedings
200200: erster Kühlmodusfirst cooling mode
201201: ein Verdichten von Kältemittel mittels eines Verdichterscompression of refrigerant by means of a compressor
202202: eine Abgabe von Wärme des Kältemittels mittels eines Außenwärmeübertragersa release of heat from the refrigerant by means of an external heat exchanger
203203: eine Expansion von Kältemittel mittels eines ersten Expansionsventilsan expansion of refrigerant by means of a first expansion valve
204204: eine Aufnahme von Wärme mittels eines ersten Innenwärmeübertragers absorption of heat by means of a first internal heat exchanger
300300: zweiter Kühlmodussecond cooling mode
301301: ein Verdichten von Kältemittel mittels eines Verdichterscompression of refrigerant by means of a compressor
302302: eine Abgabe von Wärme des Kältemittels mittels des Außenwärmeübertragersa release of heat from the refrigerant by means of the external heat exchanger
303303: eine Expansion von Kältemittel mittels des ersten Expansionsventilsan expansion of refrigerant by means of the first expansion valve
304304: eine Aufnahme von Wärme mittels des ersten Innenwärmeübertragersabsorption of heat by means of the first internal heat exchanger
305305: eine Expansion von Kältemittel mittels eines zweiten Expansionsventilsan expansion of refrigerant by means of a second expansion valve
306306: eine Aufnahme von Wärme mittels eines Chillers absorption of heat by means of a chiller
400400: erster Reheat-Modusfirst reheat mode
401401: ein Verdichten von Kältemittel mittels des Verdichtersa compression of refrigerant by means of the compressor
402402: eine Abgabe von Wärme des Kältemittels an Luft des Innenraumes mittels eines zweiten Innenwärmeübertragersa transfer of heat from the refrigerant to the air in the interior by means of a second internal heat exchanger
403403: eine Expansion von Kältemittel mittels des ersten Expansionsventilsan expansion of refrigerant by means of the first expansion valve
404404: eine Abgabe von Wärme des Kältemittels an Luft des Innenraums mittels eines ersten Innenwärmeübertragersa release of heat from the refrigerant to the air of the interior by means of a first interior heat exchanger
405405: eine Expansion von Kältemittel mittels des zweiten Expansionsventilsan expansion of refrigerant by means of the second expansion valve
406406: eine Aufnahme von Wärme mittels des Chillersabsorption of heat by means of the chiller
407407: eine Aufnahme von Wärme mittels des Außenwärmeübertragers absorption of heat by means of the external heat exchanger
500500: zweiter Reheat-Modussecond reheat mode
501501: ein Verdichten von Kältemittel mittels des Verdichtersa compression of refrigerant by means of the compressor
502502: eine Abgabe von Wärme des Kältemittels an Luft des Innenraums mittels des zweiten Innenwärmeübertragersa transfer of heat from the refrigerant to the air in the interior by means of the second interior heat exchanger
503503: eine Abgabe von Wärme mittels des Außenwärmeübertragersa release of heat by means of the external heat exchanger
504504: eine Expansion von Kältemittel mittels des ersten Expansionsventilsan expansion of refrigerant by means of the first expansion valve
505505: eine Aufnahme von Wärme des Kältemittels von Luft des Innenraumes mittels des ersten Innenwärmeübertragersabsorption of heat of the refrigerant from air of the interior by means of the first interior heat exchanger
506506: eine Expansion von Kältemittel mittels des zweiten Expansionsventilsan expansion of refrigerant by means of the second expansion valve
507507: eine Aufnahme von Wärme mittels des Chillersabsorption of heat by means of the chiller
600600: erster Wärmepumpenmodusfirst heat pump mode
601601: ein Verdichten von Kältemittel mittels des Verdichtersa compression of refrigerant by means of the compressor
602602: eine Abgabe von Wärme des Kältemittels an Luft des Innenraums mittels des zweiten Innenwärmeübertragersa transfer of heat from the refrigerant to the air in the interior by means of the second interior heat exchanger
603603: eine Expansion von Kältemittel mittels des zweiten Expansionsventilsan expansion of refrigerant by means of the second expansion valve
604604: eine Aufnahme von Wärme mittels des Chillers absorption of heat by means of the chiller
700700: zweiter Wärmepumpenmodussecond heat pump mode
701701: ein Verdichten von Kältemittel mittels des Verdichtersa compression of refrigerant by means of the compressor
702702: eine Abgabe von Wärme des Kältemittels an Luft des Innenraumes mittels des zweiten Innenwärmeübertragersa transfer of heat from the refrigerant to the air in the interior by means of the second internal heat exchanger
703703: eine Expansion von Kältemittel mittels des dritten Expansionsventilsan expansion of refrigerant by means of the third expansion valve
704704: eine Aufnahme von Wärme mittels des Außenwärmeübertragers absorption of heat by means of the external heat exchanger
800800: dritter Wärmepumpenmodusthird heat pump mode
801801: ein Verdichten von Kältemittel mittels des Verdichtersa compression of refrigerant by means of the compressor
802802: eine Abgabe von Wärme des Kältemittels an Luft des Innenraumes mittels des zweiten Innenwärmeübertragersa transfer of heat from the refrigerant to the air in the interior by means of the second internal heat exchanger
803803: eine Expansion von Kältemittel mittels des zweiten Expansionsventilsan expansion of refrigerant by means of the second expansion valve
804804: eine Aufnahme von Wärme mittels des Chillersabsorption of heat by means of the chiller
805805: eine Expansion von Kältemittel mittels des dritten Expansionsventilsan expansion of refrigerant by means of the third expansion valve
806806: eine Aufnahme von Wärme mittels des Außenwärmeübertragersabsorption of heat by means of the external heat exchanger

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102021101127 A1 [0002]
DE 102021113140 A1 [0003]
DE 102019203292 A1 [0004]

Claims

Method (100) for air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle, wherein the method (100) in a first cooling mode (200) comprises: a compression (201) of refrigerant by means of a compressor (40), a release (202) of heat from refrigerant by means of an external heat exchanger (11), an expansion (203) of the refrigerant by means of a first expansion valve (32a), and an absorption (204) of heat by means of a first internal heat exchanger (13), characterized in that the method (100) in a first heat pump mode (600) comprises: a compression (601) of refrigerant by means of the compressor (40), a release (602) of heat from the refrigerant to air in the passenger compartment by means of the second internal heat exchanger (14), an expansion (603) of refrigerant by means of a second expansion valve (32b), and an absorption (604) of heat by means of the chiller (30), wherein the first internal heat exchanger (13) is not flowed through in the first heat pump mode (600).

Procedure (100) according to Claim 1 , characterized in that the method (100) in a first reheat mode (400) comprises: a compression (401) of refrigerant by means of the compressor (40), a release (402) of heat of the refrigerant to air of the passenger compartment by means of the second internal heat exchanger (14), an expansion (403) of refrigerant by means of the first expansion valve (32a), a release (404) of heat of the refrigerant to air of the passenger compartment by means of the first internal heat exchanger (13), an expansion (405) of refrigerant by means of a second expansion valve (32b) and absorption (405) by means of the chiller (30), and/or an expansion of refrigerant by means of a third expansion valve (32c) and absorption (407) of heat by means of the external heat exchanger, wherein the first expansion valve (32a) and the second expansion valve (32b) and/or the third expansion valve (32c) are part of a common valve block (31).

Procedure (100) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the method (100) in a second reheat mode (500) comprises: a compression (501) of refrigerant by means of the compressor (40), a release (502) of heat of the refrigerant to air of the passenger compartment by means of the second internal heat exchanger (14), a release (503) of heat by means of the external heat exchanger (11), an expansion (504) of refrigerant by means of the first expansion valve (32a), an absorption (505) of heat of the refrigerant from air of the passenger compartment by means of the first internal heat exchanger (14), an expansion (506) of refrigerant by means of the second expansion valve (32b), and an absorption (507) of heat by means of the chiller (30).

Procedure (100) according to Claim 2 or 3 , characterized in that coolant flows through a third valve (33c) after flowing through the first internal heat exchanger (13), wherein the third valve (33c) is directly connected to the first internal heat exchanger (13) on the downstream side.

Procedure (100) according to Claim 4 , characterized in that the third valve (33c) can be designed as a control valve or as a check valve, wherein a sixth valve (33f) can be arranged downstream of the third valve (33c), wherein the sixth valve (33f) is designed to close the second internal heat exchanger (14) on a suction side and to suck coolant out of it.

Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the method in a second cooling mode (300) comprises: a compression (301) of refrigerant by means of the compressor (40), a release (302) of heat of the refrigerant by means of the external heat exchanger (11), an expansion (303) of refrigerant by means of the first expansion valve (32a), an absorption (304) of heat by means of the first internal heat exchanger (13), an expansion (305) of refrigerant by means of the second expansion valve (33b), and an absorption (306) of heat by means of the chiller (30).

Procedure (100) according to Claim 2 , characterized in that the method (100) in a second heat pump mode (700) comprises: a compression (701) of refrigerant by means of the compressor (40), a release (702) of heat of the refrigerant to air of the passenger compartment by means of the second interior heat exchanger (14), an expansion (702) of refrigerant by means of the third expansion valve (32c), and an absorption (703) of heat by means of the external heat exchanger (11).

Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the method (100) comprises reducing pressure fluctuations by means of a resonator arranged after the compressor.

Device (10) for air conditioning a passenger compartment of a motor vehicle, characterized in that the device (10) comprises: a compressor (40), an external heat exchanger (11), a first expansion valve (32a), a first internal heat exchanger (13), a second internal heat exchanger (14), a chiller (30), a first expansion valve (32a) and a second expansion valve (32b), wherein the device (10) is designed to carry out a method (100) according to one of the Claims 1 until 8th is trained.

Device (10) according to Claim 9 , characterized in that the external heat exchanger (11) is designed in one row or two rows.