EP3494002A1 - Klimatisierungseinrichtung für ein fahrzeug und fahrzeug mit einer solchen klimatisierungseinrichtung - Google Patents

Klimatisierungseinrichtung für ein fahrzeug und fahrzeug mit einer solchen klimatisierungseinrichtung

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Publication number
EP3494002A1
EP3494002A1 EP17739874.0A EP17739874A EP3494002A1 EP 3494002 A1 EP3494002 A1 EP 3494002A1 EP 17739874 A EP17739874 A EP 17739874A EP 3494002 A1 EP3494002 A1 EP 3494002A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air conditioning
vehicle
circuit
conditioning device
heat
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.)
Withdrawn
Application number
EP17739874.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Klampfl
Arthur SCHMITT
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.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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 Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP3494002A1 publication Critical patent/EP3494002A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
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    • B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
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    • F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
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    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide

Definitions

  • the invention relates to an air conditioning device for a vehicle and a vehicle having such an air conditioning device.
  • Air conditioning device for a vehicle which has a refrigerant circuit along which a refrigerant is conveyed.
  • the refrigerant circuit is directly fluidically and thermally connected on the one hand with an outdoor heat exchanger and the other with an interior heat exchanger of the vehicle, wherein by means of a valve means a flow of the refrigerant in the refrigerant circuit can be changed, so that on the one hand a heating operation and on the other hand, a cooling operation can be displayed for the vehicle interior ,
  • the refrigerant circuit acts in the heating mode as a heat pump and in the cooling mode as air conditioning. Since only the refrigerant circuit is used directly for the air conditioning of the vehicle interior, it requires a complex, comparatively large refrigerant circuit, this - in particular due to the extensive piping - numerous
  • Refrigerant circuits available components are not suitable for use in vehicles, so here special and / or custom-made.
  • the large refrigerant circuit requires a large refrigerant charge, for example, several kilograms of carbon dioxide in a C0 2 -Kälteschnikank. All functions require several solenoid valves and several expansion valves. It requires a valve operating range of up to about 125 bar and 160 ° C. Since that Refrigerant has only a small heat capacity, on / off operations of the air conditioning device for vehicle occupants are directly felt.
  • the invention has for its object to provide an air conditioning device for a vehicle and a vehicle with such an air conditioning device, said disadvantages do not occur.
  • the object is achieved in particular by providing an air conditioning device for a vehicle, in particular for a bus, which provides a
  • Refrigerant cycle includes a compressor, a gas cooler, an expansion device and an evaporator.
  • the air conditioning device also has a
  • Heat transfer medium circuit along which a liquid heat transport medium is conveyed. It is provided that the heat transfer medium circuit with the gas cooler and / or with the evaporator of the refrigerant circuit is fluidly and thermally connected such that thermal power of the refrigerant circuit via the heat transfer medium circuit to at least one heat transfer device can be conveyed.
  • the air conditioning device has advantages over the prior art. In particular, due to the fluidic and thermal connection of the heat transport medium circuit with the gas cooler and / or the evaporator of the refrigerant circuit, thermal power from the refrigerant circuit can be efficiently conveyed to the heat transfer device via the heat transport medium circuit.
  • the air conditioning device is used in a vehicle, therefore, no costly installation of refrigerant pipes, but the refrigerant circuit can be constructed relatively small, the transport of thermal power from the refrigerant circuit to heat transfer devices of the vehicle can be done completely on the heat transport medium cycle. This, in turn, can very efficiently remove heat from the gas cooler and / or supply heat to the evaporator.
  • the refrigerant circuit itself can be made very simple and, above all, small. As a result, in particular, it can only have a small number of connection points with a correspondingly reduced leakage risk.
  • the area that must be operated at high system pressure is then also small, with a large part of the air conditioning device can include the heat transfer medium circuit and thus based on the liquid heat transport medium, which is handled with significantly lower risk than the refrigerant.
  • Vehicle-compatible standard components are also available for such liquid heat transfer media. Due to the smaller design of the refrigerant circuit this also requires a significantly reduced amount of refrigerant.
  • An interconnection, and in particular a switching function from a heating operation to a cooling operation, can easily be done on the side of
  • Heat transport medium circulation take place, this being connected to the removal of heat with the gas cooler and / or for dissipating heat to the evaporator. Therefore, there is no need for elaborate valve means in the refrigerant circuit to change the flow of the refrigerant. Rather, this can always flow in a same direction through the refrigerant circuit, regardless of whether the
  • Air conditioning device is operated in a heating operation or in a cooling operation. Therefore, solenoid valves can be saved in any case for the refrigerant circuit, and it is also only a single expansion valve, namely the expansion device, necessary.
  • inexpensive valve devices can be used, since they are only up to about 2 bar and 90 ° C charged.
  • the liquid heat transport medium may have a high heat capacity, in particular a higher heat capacity than the refrigerant, whereby a buffering effect for heat in the heat transport medium circuit is effective, so that switching on and / or off the air conditioning device and in particular the
  • Refrigerant circuit for vehicle occupants are not directly felt.
  • the entire functionality of an interconnection of the air conditioning device can take place on the side of the heat transport medium circuit, so that simpler and more favorable components can be used here, which operate at a lower pressure and temperature level. This results in a total cost reduction, an increase in reliability, and a better control quality in connection with the air conditioning device proposed here compared to the prior art.
  • cooling circuit modular, in particular with different refrigerants.
  • the heat transport medium circuit may be standardized, regardless of the design of the
  • thermal power includes both heating power and cooling power, so that thermal power can be supplied to the at least one heat transfer device does not initially say anything about the direction of a heat flow, but rather only that heat between the refrigerant circuit and the
  • Heat transfer device is promoted, either to the Heat transfer device to supply heat or heat from the
  • gas cooler and "evaporator” are used herein in a general sense, wherein the gas cooler is in particular a heat sink and the evaporator is a heat source of the refrigerant circuit.
  • condenser can also be used synonymously with the term “gas cooler”.
  • the refrigerant preferably passes through during operation
  • Phase transition wherein it is present in particular after cooling in the gas cooler or condenser in the liquid or supercritical phase at a higher pressure, wherein it is expanded in the expansion device and at the latest in the evaporator with heat input into a gaseous phase at a lower pressure.
  • the then gaseous refrigerant is recompressed, whereby it reaches a higher temperature level, wherein it is then cooled again in the gas cooler or condenser and preferably liquefied.
  • the operation of such a refrigerant circuit is basically known, so that will not be discussed in detail.
  • a liquid heat transport medium is in particular a heat transport medium, which is liquid during operation of the heat transport medium cycle, in particular in the entire heat transport medium cycle.
  • the heat transfer medium does not undergo phase transformation along the heat transfer media cycle.
  • the liquid heat transport medium under normal conditions,
  • the heat transport medium is particularly preferably water. It is possible that as
  • Heat transfer medium serving water additives such as an antifreeze or the like, are added.
  • Heat transport medium circuit is on the one hand particularly simple and inexpensive to build up, on the other hand, water is preferred as a heat transport medium for safety reasons, as this is safe and environmentally friendly. In addition, water has a very high heat capacity, so that makes the previously described buffer effect in a particularly favorable manner during switching on and / or off.
  • the heat transport medium circuit is fluidically and thermally connected to the gas cooler and / or the evaporator means in particular that the
  • Heat transport medium cycle passes through the gas cooler and / or the evaporator or flows through, wherein the heat transport medium is used in particular in the gas cooler and / or in the evaporator as a heat exchange medium to
  • the refrigerant on the one hand and the heat transport medium on the other hand are in thermal contact with each other.
  • a heat transfer device is understood to mean, in particular, a device which is set up to release heat in particular to an environment or to take it up from an environment.
  • the refrigerant circuit is free of heat exchange devices with the exception of the gas cooler and the
  • the refrigerant circuit has no other
  • Heat exchangers on, except the gas cooler and the evaporator This means in particular that the refrigerant circuit has only the evaporator and the gas cooler as heat exchange devices.
  • the refrigerant circuit therefore has, in particular, no heat transfer device for exchanging thermal power with an environment, in particular the interior of a vehicle.
  • the refrigerant circuit is preferably exclusively thermally connected to the heat transfer medium circuit. This means, in particular, that the refrigerant circuit is thermally encapsulated, whereby it only via the
  • the refrigerant circuit may be made particularly small, in particular because it is not used directly for the air conditioning of any facilities, in particular a vehicle interior. Rather, this functionality is exclusively mediated via the planteransportmediennikiauf.
  • a first, with the gas cooler fluidly and thermally connected partial circuit has. Furthermore, the heat transport medium circuit has a second subcircuit fluidically and thermally connected to the evaporator on.
  • the first partial circuit and the second partial circuit are different from each other and in particular separable from each other, most preferably separated from each other. It is possible that no exchange of heat transfer medium between the first partial circuit and the second partial circuit is possible. But it is also possible that the two
  • Subcircuits are at least partially fluidly connected to each other. Furthermore, it is possible for the heat transport medium circuit to have a valve device, via which the subcircuits can be connected to one another or separated from one another.
  • Heat transport medium circuit has a valve device, via which the
  • Heat transfer medium optionally a heat exchanger and / or at least one air conditioning device can be fed.
  • the heat exchanger is preferably
  • Heat source especially in the heat pump or heating operation, or as a heat sink, in particular in the cooling mode, to act of the heat transfer medium cycle.
  • the heat exchanger is designed as an outdoor heat exchanger of the vehicle, which can be arranged for example on a vehicle roof, in particular a bus.
  • the exterior heat exchanger of the vehicle is exclusively of the
  • the at least one air conditioning device is preferably as a heating and / or
  • Cooling device formed, in particular for an interior of the vehicle, and thus preferably serves the interior air conditioning of the vehicle.
  • the heat exchanger on the one hand and the at least one air-conditioning device on the other hand represent heat transfer devices of the air-conditioning device.
  • the valve device is set up in order to bring the first partial circuit with the at least one air conditioning device and the second partial circuit with the heat exchanger in fluid communication in a first operating state.
  • This first operating state corresponds to a heating operation of the air conditioning device, wherein the first partial circuit functions as a heating circuit.
  • the heat transport medium removes heat from the refrigerant circuit in the first partial circuit to the gas cooler, wherein these the at least one air conditioning device, in particular for the interior heating of the vehicle, is supplied.
  • the heat transport medium can absorb heat in the second partial circuit when flowing through the heat exchanger and feed it to the evaporator of the refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit acts as a heat pump in heating mode.
  • valve device is set up to bring the second partial circuit with the at least one air conditioning device and the first partial circuit with the heat exchanger in fluid communication in a second operating state.
  • This second operating state corresponds to a cooling operation.
  • Partial circulation to the evaporator of the refrigerant circuit Partial circulation to the evaporator of the refrigerant circuit.
  • the heat transport medium in the first partial circuit absorbs heat from the refrigerant circuit as it flows through the gas cooler and transports it to the heat exchanger, where it emits the heat, in particular to the outside air of the vehicle.
  • the air conditioning device functions as a KUmaaniage.
  • the valve device is preferably set up to different
  • Air conditioning devices of a plurality of air conditioning devices with the first or the second partial circuit to connect. That way you can
  • the object is also achieved by providing a vehicle having an air conditioning device according to one of the previously described embodiments.
  • the vehicle further comprises at least one heat transfer device, wherein the at least one heat transfer device mediated via the
  • Heat transfer medium circuit is thermally connected to the refrigerant circuit.
  • the at least one heat transfer device of the vehicle is thermally connected exclusively via the heat transport medium circuit with the refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit is thus not in particular for direct air conditioning of the
  • the at least one heat transfer device is selected from a group comprising an exterior heat exchanger of the vehicle, a vehicle interior air conditioning device, a driver's seat air conditioning device, a vehicle floor air conditioning device, and a vehicle roof air conditioning device.
  • the vehicle has at least one of each of the heat transfer devices mentioned here. It is also possible that the vehicle has a
  • a plurality of at least one of the heat transfer device mentioned here for example, a plurality of vehicle floor air conditioning devices and / or a plurality of vehicle roof air conditioning devices.
  • Valve device is preferably arranged for particular variable and different control of the various heat transfer devices, and it is particularly adapted to the distribution of thermal power to the
  • the outdoor heat exchanger is
  • the first subcircuit is fluidly connected to at least one driver's seat air conditioning device, at least one vehicle floor air conditioning device and at least one vehicle roof air conditioning device. In this way it is particularly possible to heat in the heating operation the driver's seat, the vehicle floor and the vehicle roof - preferably controlled by the valve device as needed. It is possible that the first sub-circuit is connected to a plurality of vehicle floor air conditioning devices and / or a plurality of vehicle roof air conditioning devices. A heating of both the vehicle roof and the vehicle floor is useful because so a particularly favorable
  • the heat transfer medium circuit can be readily designed large enough to apply to both the vehicle roof and the vehicle floor.
  • the heating of the vehicle floor is useful, since the hot air generated during heating rises to the top. In this case, a convection heating effect can be effected.
  • the vehicle heating can be assisted by a blower, whereby in particular the effect of the convection heating effect can be improved.
  • the first partial circuit is not connected to a vehicle roof air conditioning device, in particular only with a driver's seat air conditioning device and at least one vehicle floor air conditioning device.
  • a heating of the vehicle floor can in principle be sufficient for heating the vehicle interior.
  • the second partial circuit is fluidly connected to at least one driver's seat air conditioning device and at least one vehicle roof air conditioning device. In this way, the driver's seat and the vehicle roof can be cooled via the second partial circuit.
  • the second partial circuit is not fluidly connected to a vehicle floor air conditioning device.
  • a fluid connection can be
  • the driver's seat air conditioning apparatus preferably includes at least one
  • Cooling heat exchanger and at least one heating heat exchanger are preferably fluid-connected to the first partial circuit, wherein the
  • Cooling heat exchanger is fluidly connected to the second partial circuit.
  • the driver's seat air conditioning apparatus may include a fan and louvers for regulating a supply of fresh air and air distribution to vents on a window, particularly a windshield of the vehicle, to the feet of a driver of the vehicle and, if present, a man's vent in the upper body region of the driver.
  • the first partial circuit is connected to a Zuffyvorraum.
  • This is in particular an additional heater that can be operated with a fuel, such as diesel, gas or the like.
  • the auxiliary heating device can be activated or deactivated independently of the refrigerant circuit. It may also serve, in particular, to provide additional and / or faster heating power when the
  • Refrigerant cycle for example, at a start of the vehicle in winter, does not heat quickly enough or only generates too low heat output.
  • the first partial circuit is preferably connected to the auxiliary heating device fluidically and / or thermally, in particular fluidically and thermally.
  • Performance potential of the refrigerant circuit in particular as a heat pump, can be fully utilized. In particular, this does not have to be regulated back due to otherwise unfavorable temperature stratification.
  • the vehicle is designed as a bus, in particular as a bus.
  • the vehicle serves the
  • Passenger transport in particular a larger number of persons, in particular more than five or more than seven persons as intended.
  • the vehicle may be designed as a city bus or as a long-distance bus, in particular as a coach.
  • Air conditioning device can be used for each vehicle type.
  • the vehicle may therefore also be a passenger car, a truck or a commercial vehicle of another type, or a ship, a railway vehicle, an aircraft or the like.
  • the air conditioning device proposed here is also very favorable for a defrosting of the outdoor heat exchanger (heat exchanger for exchanging heat or cold with the vehicle environment) of the vehicle, because in a simple way waste heat from components of the vehicle, such as power electronics, in the heat exchanger, in particular in the outdoor heat exchanger, can be fed, said heat from there over the Heat transport medium circuit can first be supplied to the refrigerant circuit and then finally provided for defrosting air conditioning device.
  • the single figure shows a schematic representation of an embodiment of a vehicle with an embodiment of an air conditioning device.
  • the single figure shows a schematic representation of a vehicle 1, which is preferably designed as a bus, and which has an air conditioning device 3.
  • the air conditioning device 3 has a refrigerant circuit 5, along which a refrigerant can be conveyed.
  • the refrigerant circuit 5 has a compressor 7, a
  • the refrigerant is compressed by the compressor 7, then supplied to the gas cooler 9, in which it is cooled, whereby the compressed and cooled refrigerant is expanded in the expansion device 11, after which it flows through the evaporator 13, in which it absorbs heat which, in turn, leads to the
  • Compressor 7 flows back.
  • the gas cooler 9 is a heat sink of the refrigerant circuit 5, wherein the evaporator 13 is a heat source of the refrigerant circuit 5.
  • the air conditioning device 3 also has a heat transfer medium circuit 15, in which a liquid heat transport medium can be conveyed.
  • Heat transport medium circuit 15 is fluidically and thermally connected to the gas cooler and / or the evaporator - here both with the gas cooler 9 and with the evaporator 13, that thermal power of the refrigerant circuit 5 via the heat transport medium circuit 15 to at least one heat transfer device 17 is conveyed.
  • the refrigerant circuit 5 has here except the gas cooler 9 and the evaporator 7 no further heat exchange device.
  • the refrigerant circuit 5 is thermally connected only to the heat transport medium circuit 15.
  • the refrigerant circuit 5 is thus formed in particular encapsulated. He can build in this way very small and requires only a small amount of refrigerant.
  • An interconnection in particular of the entire functionality of the air conditioning device 3 can in advantageously take place on the part of the heat transport medium circuit 15, which is easier and in particular also less expensive.
  • the heat transport medium circuit 15 the extent in particular a
  • Heat transfer medium circuit device has a first partial circuit 19 which is fluidly and thermally connected to the gas cooler 9. It also has a second partial circuit 21, which is thermally and fluidically connected to the evaporator 13.
  • the partial circuits 19, 21 are preferably separable from each other, particularly preferably by means of a valve device, in particular they are separated from each other.
  • the heat transport medium circuit 15 has a valve device 23 having a plurality of valves, via which the heat transport medium can optionally be fed to a heat exchanger 25, in particular an exterior heat exchanger 27 of the vehicle 1, and / or at least one air conditioning device 29 as a heat transfer device 17.
  • the valve device 23 is in particular configured to be in a first
  • the at least one heat transfer device 17 is otherwise preferably selected from a group consisting of the outdoor heat exchanger 27, a
  • a vehicle interior air conditioning apparatus a driver's seat air conditioning apparatus 31, a vehicle floor air conditioning apparatus 33, and a vehicle roof air conditioning apparatus 35.
  • the first sub-circuit 19 is fluidly connected to the driver's seat air-conditioning device 31, the vehicle-floor air-conditioning device 33, and the vehicle-roof air-conditioning device 35.
  • the driver's seat air conditioning device 31 preferably has exactly one heating heat exchanger, wherein the vehicle roof air conditioning device 35 preferably has a plurality, in particular two heating heat exchangers, wherein the vehicle floor air conditioning device 33 preferably has a plurality, in particular a larger number, of heating heat exchangers than the vehicle roof air-conditioning device 35.
  • the heating heat exchangers are in each case fluid-connected to the first partial circuit 19.
  • the second sub-circuit 21 is here fluidly connected to the driver's seat air conditioning device 31 and to the vehicle roof air-conditioning device 35.
  • the driver's seat air conditioning device 31 preferably has exactly one cooling heat exchanger, wherein the vehicle roof air conditioning device 35 preferably has a plurality of cooling heat exchangers, in particular two cooling heat exchangers.
  • the cooling heat exchangers are in each case fluid-connected to the second partial circuit 21.
  • the vehicle-floor air-conditioning device 33 preferably has none
  • Cooling heat exchanger and is not connected to the second partial circuit 21.
  • the inflow to the individual heating and / or cooling heat exchangers of the individual air conditioning devices 29 is preferably controllable.
  • the first partial circuit 19 is preferably connected to an auxiliary heater 37 - in particular fluidically and thermally, wherein the auxiliary heater 37 is preferably activatable and deactivatable independently of the refrigerant circuit 5, and wherein the auxiliary heater 37 is preferably configured to additionally or alternatively to the refrigerant circuit 5, to introduce heating power into the first partial circuit 19.
  • both the first partial circuit 19 and the second partial circuit 21 each have a conveyor 39, 41, wherein the
  • Conveyors 39, 41 are arranged to promote the heat transport medium along the sub-circuits 19, 21, wherein the conveyors 39, 41 are preferably designed as pumps, in particular as water pumps.
  • water is preferably used in the heat transport medium circuit 15.
  • the operation of the air conditioning device 3 is in the various aspects
  • Outdoor heat exchanger 27 is fluidly connected.
  • the second partial circuit 21 is fluidly connected to the outdoor heat exchanger 27, so that heat from the environment can be taken up into the second partial circuit 21 and fed to the evaporator 13 of the refrigerant circuit 5.
  • the second partial circuit 21 is preferably not connected to the air conditioning devices 29.
  • Partial circuit 21 not with the outdoor heat exchanger 27, but with the
  • Air conditioning devices 29 connected so that this heat can be withdrawn and the evaporator 13 of the refrigerant circuit 5 can be supplied.
  • the first partial circuit 19 is preferably not with the air conditioning devices 29, but with the
  • Outdoor heat exchanger 27 is connected, so that waste heat of the refrigerant circuit 5 can be supplied from the gas cooler 9 to the outdoor heat exchanger 27.
  • the air-conditioning device 3 proposed here can be designed inexpensively, simply and with a high level of safety, in particular because the refrigerant circuit 5 can be made very small and preferably encapsulated.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung (3) für ein Fahrzeug (1), mit einem Kältemittelkreislauf (5), entlang dem ein Kältemittel förderbar ist, wobei der Kältemittelkreislauf (5) einen Verdichter (7), einen Gaskühler (9), eine Expansionseinrichtung (11) und einen Verdampfer (13) aufweist, und mit einem Wärmetransportmedienkreislauf (15), in dem ein flüssiges Wärmetransportmedium förderbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Wärmetransportmedienkreislauf (15) mit dem Gaskühler (9) und/oder mit dem Verdampfer (13) des Kältemittelkreislaufs (5) derart fluidisch und thermisch verbunden ist, dass thermische Leistung des Kältemittelkreislaufs (5) über den Wärmetransportmedienkreislauf (15) zu wenigstens einer Wärmeübergabeeinrichtung (17) förderbar ist.

Description

Klimatisierungseinrichtung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einer solchen
Klimatisierungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Klimatisierungseinrichtung.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 61 254 A1 ist eine
Klimatisierungseinrichtung für ein Fahrzeug bekannt, welche einen Kältemittelkreislauf aufweist, entlang dem ein Kältemittel förderbar ist. Der Kältemittelkreislauf ist unmittelbar fluidisch und thermisch einerseits mit einem Außenwärmetauscher und andererseits mit einem Innenraum-Wärmeübertrager des Fahrzeugs verbunden, wobei mittels einer Ventileinrichtung eine Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf geändert werden kann, sodass für den Fahrzeuginnenraum einerseits ein Heizbetrieb und andererseits ein Kühlbetrieb darstellbar ist. Der Kältemittelkreislauf wirkt dabei in dem Heizbetrieb als Wärmepumpe und in dem Kühlbetrieb als Klimaanlage. Da allein der Kältemittelkreislauf unmittelbar zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums verwendet wird, bedarf es eines komplexen, vergleichsweise großen Kältemittelkreislaufs, wobei dieser - insbesondere aufgrund der umfangreichen Verrohrung - zahlreiche
Verbindungsstellen aufweisen muss. Hierdurch ist ein Leckage-Risiko für den
Kältemittelkreislauf sehr hoch. Darüber hinaus muss in dem großen Kältemittelkreislauf ein hoher Systemdruck von bis zu 125 bar aufrechterhalten werden, was die Verwendung teurer Bauteile, insbesondere aus Edelstahl, nötig macht. Viele der für solche
Kältemittelkreisläufe verfügbaren Bauteile sind nicht für den Einsatz in Fahrzeugen geeignet, sodass hier Sonder- und/oder Einzelanfertigungen nötig sind. Der große Kältemittelkreislauf benötigt eine große Kältemittelfüllmenge, beispielsweise mehrere Kilogramm Kohlendioxid bei einem C02-Kältemittelkreislauf. Zur Darstellung aller Funktionen sind mehrere Magnetventile und mehrere Expansionsventile nötig. Dabei bedarf es eines Ventilarbeitsbereichs von bis zu ungefähr 125 bar und 160 °C. Da das Kältemittel nur eine geringe Wärmekapazität aufweist, sind Ein-/Ausschaltvorgänge der Klimatisierungseinrichtung für Fahrzeuginsassen direkt spürbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klimatisierungseinrichtung für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Klimatisierungseinrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Klimatisierungseinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere für einen Omnibus, geschaffen wird, welche einen
Kältemittelkreislauf aufweist, entlang dem ein Kältemittel förderbar ist. Der
Kältemittelkreislauf weist einen Verdichter, einen Gaskühler, eine Expansionseinrichtung und einen Verdampfer auf. Die Klimatisierungseinrichtung weist außerdem einen
Wärmetransportmedienkreislauf auf, entlang dem ein flüssiges Wärmetransportmedium förderbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Wärmetransportmedienkreislauf mit dem Gaskühler und/oder mit dem Verdampfer des Kältemittelkreislaufs derart fluidisch und thermisch verbunden ist, dass thermische Leistung des Kältemittelkreislaufs über den Wärmetransportmedienkreislauf zu wenigstens einer Wärmeübergabeeinrichtung förderbar ist. Die Klimatisierungseinrichtung weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Insbesondere kann aufgrund der fluidischen und thermischen Verbindung des Wärmetransportmedienkreislaufs mit dem Gaskühler und/oder dem Verdampfer des Kältemittelkreislaufs thermische Leistung aus dem Kältemittelkreislauf effizient über den Wärmetransportmedienkreislauf zu der Wärmeübergabeeinrichtung gefördert werden. Wird die Klimatisierungseinrichtung in einem Fahrzeug eingesetzt, bedarf es also keiner aufwändigen Verlegung von Kältemittelrohren, vielmehr kann der Kältemittelkreislauf vergleichsweise klein aufgebaut sein, wobei der Transport von thermischer Leistung von dem Kältemittelkreislauf zu Wärmeübergabeeinrichtungen des Fahrzeugs vollständig über den Wärmetransportmedienkreislauf erfolgen kann. Dieser wiederum kann sehr effizient dem Gaskühler Wärme entnehmen und/oder dem Verdampfer Wärme zuführen. Der Kältemittelkreislauf selbst kann sehr einfach und vor allem klein ausgebildet sein. Dadurch kann er insbesondere nur eine geringe Zahl von Verbindungsstellen bei entsprechend reduziertem Leckage-Risiko aufweisen. Der Bereich, der mit hohem Systemdruck betrieben werden muss, ist dann ebenfalls klein, wobei ein Großteil der Klimatisierungseinrichtung den Wärmetransportmedienkreislauf umfassen kann und somit auf dem flüssigen Wärmetransportmedium basiert, welches mit deutlich geringerem Risiko handhabbar ist als das Kältemittel. Für solche flüssigen Wärmetransportmedien sind auch fahrzeugtaugliche Standardbauteile erhältlich. Durch die kleinere Ausgestaltung des Kältemittelkreislaufs benötigt dieser auch eine deutlich reduzierte Füllmenge an Kältemittel. Eine Verschaltung und insbesondere eine Umschaltfunktion von einem Heizbetrieb zu einem Kühlbetrieb kann ohne weiteres auf der Seite des
Wärmetransportmedienkreislaufs erfolgen, wobei dieser zur Entnahme von Wärme mit dem Gaskühler und/oder zur Abfuhr von Wärme mit dem Verdampfer verbunden ist. Daher bedarf es keiner aufwändigen Ventileinrichtung in dem Kältemittelkreislauf, um die Strömung des Kältemittels zu verändern. Vielmehr kann dieses stets in einer gleichen Richtung durch den Kältemittelkreislauf strömen, unabhängig davon, ob die
Klimatisierungseinrichtung in einem Heizbetrieb oder in einem Kühlbetrieb betrieben wird. Daher können Magnetventile jedenfalls für den Kältemittelkreislauf eingespart werden, und es ist auch nur ein einziges Expansionsventil, nämlich die Expansionseinrichtung, nötig. In dem Wärmetransportmedienkreislauf können kostengünstige Ventileinrichtungen verwendet werden, da diese nur bis ungefähr 2 bar und 90 °C belastet werden. Das flüssige Wärmetransportmedium kann eine hohe Wärmekapazität, insbesondere eine höhere Wärmekapazität als das Kältemittel, aufweisen, wodurch ein Pufferungseffekt für Wärme in dem Wärmetransportmedienkreislauf wirksam wird, sodass Ein- und/oder Ausschaltvorgänge der Klimatisierungseinrichtung und insbesondere des
Kältemittelkreislaufs für Fahrzeuginsassen nicht direkt spürbar sind. Insbesondere kann die gesamte Funktionalität einer Verschaltung der Klimatisierungseinrichtung auf Seiten des Wärmetransportmedienkreislaufs erfolgen, sodass hier einfachere und günstigere Bauteile Verwendung finden können, die bei niedrigerem Druck- und Temperaturniveau arbeiten. Es ergibt sich so insgesamt eine Kostenreduzierung, eine Erhöhung der Funktionssicherheit, und eine bessere Regelgüte in Zusammenhang mit der hier vorgeschlagenen Klimatisierungseinrichtung im Vergleich zum Stand der Technik.
Letztlich ist es auch ohne weiteres möglich, den Kältekreis modular auszugestalten, insbesondere mit verschiedenen Kältemitteln. Der Wärmetransportmedienkreislauf kann standardisiert ausgebildet sein, unabhängig von der Ausgestaltung des
Kältemittelkreislaufs.
Der Begriff„thermische Leistung" schließt sowohl Heizleistung als auch Kühlleistung ein. Dass der wenigstens einen Wärmeübergabeeinrichtung thermische Leistung zuführbar ist, sagt also zunächst nichts über die Richtung eines Wärmestroms aus, sondern vielmehr nur, dass Wärme zwischen dem Kältemittelkreislauf und der
Wärmeübergabeeinrichtung gefördert wird, nämlich entweder, um der Wärmeübergabeeinrichtung Wärme zuzuführen oder um Wärme von der
Wärmeübergabeeinrichtung abzuführen.
Die Begriffe„Gaskühler" und„Verdampfer" werden hier in einem allgemeinen Sinn verwendet, wobei es sich bei dem Gaskühler insbesondere um eine Wärmesenke und bei dem Verdampfer um eine Wärmequelle des Kältemittelkreislaufs handelt. Synonym zu dem Begriff„Gaskühler" kann auch der Begriff„Kondensator" verwendet werden. In dem Kältemittelkreislauf durchläuft das Kältemittel bevorzugt im Betrieb einen
Phasenübergang, wobei es insbesondere nach einer Kühlung in dem Gaskühler oder Kondensator in flüssiger oder überkritischer Phase unter einem höheren Druck vorliegt, wobei es in der Expansionseinrichtung entspannt und spätestens in dem Verdampfer unter Wärmezufuhr in eine gasförmige Phase bei niedrigerem Druck überführt wird. In dem Verdichter wird das dann gasförmige Kältemittel wieder verdichtet, wodurch es auf ein höheres Temperaturniveau gelangt, wobei es anschließend in dem Gaskühler oder Kondensator wieder abgekühlt und bevorzugt verflüssigt wird. Die Funktionsweise eines solchen Kältemittelkreislaufs ist grundsätzlich bekannt, sodass hierauf nicht weiter im Detail eingegangen wird.
Ein flüssiges Wärmetransportmedium ist insbesondere ein Wärmetransportmedium, welches im Betrieb des Wärmetransportmedienkreislaufs flüssig vorliegt, insbesondere in dem gesamten Wärmetransportmedienkreislauf. Das Wärmetransportmedium durchläuft also entlang des Wärmetransportmedienkreislaufs keine Phasenumwandlung. Besonders bevorzugt ist das flüssige Wärmetransportmedium unter Normalbedingungen,
insbesondere also bei 25 °C und 1013 mbar, flüssig. Das Wärmetransportmedium ist besonders bevorzugt Wasser. Dabei ist es möglich, dass dem als
Wärmetransportmedium dienenden Wasser Zusätze, beispielsweise ein Frostschutzmittel oder dergleichen, zugesetzt sind. Ein Wasserkreislauf als
Wärmetransportmedienkreislauf ist zum einen besonders einfach und kostengünstig aufbaubar, zum anderen ist Wasser als Wärmetransportmedium aus Sicherheitsgründen zu bevorzugen, da dieses ungefährlich und umweltverträglich ist. Darüber hinaus weist Wasser eine sehr hohe Wärmekapazität auf, sodass sich die zuvor bereits beschriebene Pufferwirkung in besonders günstiger Weise bei Ein- und/oder Ausschaltvorgängen bemerkbar macht.
Dass der Wärmetransportmedienkreislauf mit dem Gaskühler und/oder dem Verdampfer fluidisch und thermisch verbunden ist bedeutet insbesondere, dass der
Wärmetransportmedienkreislauf den Gaskühler und/oder den Verdampfer durchsetzt oder durchströmt, wobei das Wärmetransportmedium insbesondere in dem Gaskühler und/oder in dem Verdampfer als Wärmetauschmedium verwendet wird, um
beispielsweise dem Kältemittel in dem Gaskühler Wärme zu entnehmen und/oder in dem Verdampfer Wärme zuzuführen. Dabei stehen in dem Verdampfer und/oder in dem Gaskühler insbesondere das Kältemittel einerseits und das Wärmetransportmedium andererseits in thermischem Kontakt miteinander.
Unter einer Wärmeübergabeeinrichtung wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, die eingerichtet ist, um Wärme insbesondere an eine Umgebung abzugeben oder aus einer Umgebung aufzunehmen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kältemittelkreislauf frei ist von Wärmetauscheinrichtungen mit Ausnahme des Gaskühlers und des
Verdampfers. Insbesondere weist der Kältemittelkreislauf keine anderen
Wärmetauscheinrichtungen auf, außer dem Gaskühler und dem Verdampfer. Dies bedeutet insbesondere, dass der Kältemittelkreislauf nur den Verdampfer und den Gaskühler als Wärmetauscheinrichtungen aufweist. Der Kältemittelkreislauf weist also insbesondere keine Wärmeübergabeeinrichtung zum Austausch thermischer Leistung mit einer Umgebung, insbesondere dem Innenraum eines Fahrzeugs, auf. Mit dem
Kältemittelkreislauf ist thermische Leistung bevorzugt ausschließlich über den
Wärmetransportmedienkreisiauf austauschbar.
Alternativ oder zusätzlich ist der Kältemittelkreislauf bevorzugt ausschließlich mit dem Wärmetransportmedienkreisiauf thermisch verbunden. Dies bedeutet insbesondere, dass der Kältemittelkreislauf thermisch gekapselt ist, wobei ihm nur über den
Wärmetransportmedienkreisiauf Wärme zuführbar ist, wobei auch nur über den
Wärmetransportmedienkreisiauf Wärme aus dem Kältemittelkreislauf abführbar ist.
Hierdurch kann der Kältemittelkreislauf besonders klein ausgebildet sein, insbesondere weil er nicht unmittelbar zur Klimatisierung irgendwelcher Einrichtungen, insbesondere eines Fahrzeuginnenraums, verwendet wird. Vielmehr erfolgt diese Funktionalität ausschließlich vermittelt über den Wärmetransportmedienkreisiauf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Wärmetransportmedienkreisiauf, der auch als Wärmetransportmedienkreislaufeinrichtung bezeichnet werden kann, einen ersten, mit dem Gaskühler fluidisch und thermisch verbundenen Teilkreislauf aufweist. Weiter weist der Wärmetransportmedienkreisiauf einen zweiten, mit dem Verdampfer fluidisch und thermisch verbundenen Teilkreislauf auf. Somit ist es möglich, über verschiedene Teilkreisläufe einerseits dem Gaskühler Wärme zu entziehen und andererseits dem Verdampfer Wärme zuzuführen. Der erste Teilkreislauf und der zweite Teilkreislauf sind voneinander verschieden und insbesondere voneinander trennbar, ganz besonders bevorzugt voneinander getrennt. Es ist möglich, dass kein Austausch von Wärmetransportmedium zwischen dem ersten Teilkreislauf und dem zweiten Teilkreislauf möglich ist. Es ist aber auch möglich, dass die beiden
Teilkreisläufe zumindest bereichsweise miteinander fluidisch verbunden sind. Weiter ist es möglich, dass der Wärmetransportmedienkreislauf eine Ventileinrichtung aufweist, über welchen die Teilkreisläufe miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Wärmetransportmedienkreislauf eine Ventileinrichtung aufweist, über welche das
Wärmetransportmedium wahlweise einem Wärmetauscher und/oder wenigstens einer Klimatisierungsvorrichtung zuführbar ist. Der Wärmetauscher ist vorzugsweise
eingerichtet, um - je nach Betriebszustand der Klimatisierungseinrichtung - als
Wärmequelle, insbesondere im Wärmepumpen- oder Heizbetrieb, oder als Wärmesenke, insbesondere im Kühlbetrieb, des Wärmetransportmedienkreislaufs zu fungieren.
Besonders bevorzugt ist der Wärmetauscher ausgebildet als Außenwärmetauscher des Fahrzeugs, der beispielsweise auf einem Fahrzeugdach insbesondere eines Omnibusses angeordnet sein kann. Dabei ist bei der hier vorgeschlagenen Klimatisierungseinrichtung der Außenwärmetauscher des Fahrzeugs ausschließlich von dem
Wärmetransportmedium und nicht von Kältemittel durchströmt.
Die wenigstens eine Klimatisierungsvorrichtung ist bevorzugt als Heiz- und/oder
Kühleinrichtung ausgebildet, insbesondere für einen Innenraum des Fahrzeugs, und dient somit bevorzugt der Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs. Der Wärmetauscher einerseits und die wenigstens eine Klimatisierungsvorrichtung andererseits stellen insbesondere Wärmeübergabeeinrichtungen der Klimatisierungseinrichtung dar.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ventileinrichtung eingerichtet ist, um in einem ersten Betriebszustand den ersten Teilkreislauf mit der wenigstens einen Klimatisierungsvorrichtung und den zweiten Teilkreislauf mit dem Wärmetauscher in Fluidverbindung zu bringen. Dieser erste Betriebszustand entspricht einem Heizbetrieb der Klimatisierungseinrichtung, wobei der erste Teilkreislauf als Heizkreislauf fungiert. Das Wärmetransportmedium entnimmt dabei in dem ersten Teilkreislauf dem Gaskühler Wärme aus dem Kältemittelkreislauf, wobei diese der wenigstens einen Klimatisierungsvorrichtung, insbesondere zur Innenraumheizung des Fahrzeugs, zugeführt wird. Zugleich kann das Wärmetransportmedium in dem zweiten Teilkreislauf beim Durchströmen des Wärmetauschers Wärme aufnehmen und dem Verdampfer des Kältemittelkreislaufs zuführen. Der Kältemittelkreislauf fungiert im Heizbetrieb als Wärmepumpe.
Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass die Ventileinrichtung eingerichtet ist, um in einem zweiten Betriebszustand den zweiten Teilkreislauf mit der wenigstens einen Klimatisierungsvorrichtung und den ersten Teilkreislauf mit dem Wärmetauscher in Fluidverbindung zu bringen. Dieser zweite Betriebszustand entspricht einem Kühlbetrieb. Dabei nimmt das Wärmetransportmedium in dem zweiten Teilkreislauf beim
Durchströmen der wenigstens einen Klimatisierungsvorrichtung Wärme, insbesondere aus einem Fahrzeuginnenraum, auf, und transportiert diese entlang des zweiten
Teilkreislaufs zu dem Verdampfer des Kältemittelkreislaufs. Das Wärmetransportmedium in dem ersten Teilkreislauf nimmt beim Durchströmen des Gaskühlers Wärme aus dem Kältemittelkreislauf auf und transportiert diese zu dem Wärmetauscher, wo es die Wärme insbesondere an die Außenluft des Fahrzeugs abgibt. In diesem Betriebszustand fungiert die Klimatisierungseinrichtung als KUmaaniage.
Zur Umstellung der verschiedenen Betriebszustände bedarf es - wie bereits ausgeführt - keinerlei Veränderung der Strömung des Kältemittels in dem Kältemittelkreislauf.
Vielmehr bedarf es lediglich einer Umschaltung der dem Wärmetransportmedienkreislauf zugeordneten Ventileinrichtung.
Die Ventileinrichtung ist bevorzugt eingerichtet, um verschiedene
Klimatisierungsvorrichtungen einer Mehrzahl von Klimatisierungsvorrichtungen mit dem ersten oder dem zweiten Teilkreislauf zu verbinden. Auf diese Weise können
insbesondere örtlich verschiedene Klimatisierungsvorrichtung angesteuert und so eine Wärmeverteilung in dem Fahrzeug beeinflusst werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Fahrzeug geschaffen wird, welches eine Klimatisierungseinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Das Fahrzeug weist weiterhin wenigstens eine Wärmeübergabeeinrichtung auf, wobei die wenigstens eine Wärmeübergabeeinrichtung vermittelt über den
Wärmetransportmedienkreislauf thermisch mit dem Kältemittelkreislauf verbunden ist. In Zusammenhang mit dem Fahrzeug ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Klimatisierungseinrichtung erläutert wurden. Bevorzugt ist die wenigstens eine Wärmeübergabeeinrichtung des Fahrzeugs ausschließlich über den Wärmetransportmedienkreislauf thermisch mit dem Kältemittelkreislauf verbunden. Der Kältemittelkreislauf wird also insbesondere nicht zur direkten Klimatisierung des
Fahrzeugs eingesetzt, sondern lediglich vermittelt über den
Wärmetransportmedienkreislauf.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Wärmeübergabeeinrichtung ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Außenwärmetauscher des Fahrzeugs, einer Fahrzeuginnenraum- Klimatisierungsvorrichtung, einer Fahrerplatz-Klimatisierungsvorrichtung, einer Fahrzeug- Boden-Klimatisierungsvorrichtung, und einer Fahrzeug-Dach-Klimatisierungsvorrichtung. Besonders bevorzugt weist das Fahrzeug wenigstens eine von jeder der hier genannten Wärmeübergabeeinrichtungen auf. Es ist auch möglich, dass das Fahrzeug eine
Mehrzahl von wenigstens einer der hier genannten Wärmeübergabeeinrichtung aufweist, beispielsweise eine Mehrzahl von Fahrzeug-Boden-Klimatisierungsvorrichtungen und/oder eine Mehrzahl von Fahrzeug-Dach-Klimatisierungsvorrichtungen. Die
Ventileinrichtung ist dabei vorzugsweise eingerichtet zur insbesondere veränderbaren und verschiedenen Ansteuerung der verschiedenen Wärmeübergabeeinrichtungen, wobei sie insbesondere eingerichtet ist zur Verteilung der thermischen Leistung auf die
verschiedenen Wärmeübergabeeinrichtungen. Der Außenwärmetauscher ist
insbesondere der Wärmetauscher des Wärmetransportmedienkreislaufs.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Teilkreislauf mit wenigstens einer Fahrerplatz-Klimatisierungsvorrichtung, wenigstens einer Fahrzeug- Boden-Klimatisierungsvorrichtung und wenigstens einer Fahrzeug-Dach- Klimatisierungsvorrichtung fluidverbunden ist. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, in dem Heizbetrieb den Fahrerplatz, den Fahrzeugboden und das Fahrzeugdach - vorzugsweise über die Ventileinrichtung bedarfsgerecht gesteuert - zu beheizen. Es ist möglich, dass der erste Teilkreislauf mit einer Mehrzahl von Fahrzeug-Boden- Klimatisierungsvorrichtungen und/oder einer Mehrzahl von Fahrzeug-Dach- Klimatisierungsvorrichtungen verbunden ist. Eine Beheizung sowohl des Fahrzeugdachs als auch des Fahrzeugbodens ist sinnvoll, weil sich so eine besonders günstige
Temperaturschichtung im Fahrzeug ergeben kann. Dies stellt einen weiteren Vorteil im Vergleich zum Stand der Technik dar, weil bei einer direkten Verwendung des
Kältemittelkreislaufs zur Fahrzeugklimatisierung - je nach Anordnung des
Kältemittelkreislaufs - nur das Fahrzeugdach oder nur der Fahrzeugboden mit thermischer Leistung beaufschlagbar ist, da es ansonsten einer zu großen und letztlich auch zu teuren Verrohrung für den Kältemittelkreislauf bedürfte. Dagegen kann der Wärmetransportmedienkreislauf ohne Weiteres groß genug ausgelegt werden, um sowohl das Fahrzeugdach als auch den Fahrzeugboden zu beaufschlagen. Insbesondere die Beheizung des Fahrzeugbodens ist sinnvoll, da die beim Heizen erzeugte Warmluft nach oben steigt. Dabei kann ein Konvektionsheizeffekt bewirkt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrzeugbeheizung durch ein Gebläse unterstützt werden, wodurch insbesondere die Wirkung des Konvektionsheizeffekts verbessert werden kann.
Es ist auch möglich, dass der erste Teilkreislauf nicht mit einer Fahrzeug-Dach- Klimatisierungsvorrichtung, insbesondere nur mit einer Fahrerplatz- Klimatisierungsvorrichtung und wenigstens einer Fahrzeug-Boden- Klimatisierungsvorrichtung verbunden ist. Ein Beheizen des Fahrzeugbodens kann prinzipiell zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums ausreichen.
Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass der zweite Teilkreislauf mit wenigstens einer Fahrerplatz-Klimatisierungsvorrichtung und wenigstens einer Fahrzeug- Dach-Klimatisierungsvorrichtung fluidverbunden ist. Auf diese Weise können der Fahrerplatz und das Fahrzeugdach über den zweiten Teilkreislauf gekühlt werden.
Vorzugsweise ist der zweite Teilkreislauf nicht mit einer Fahrzeug-Boden- Klimatisierungsvorrichtung fluidverbunden. Eine solche Fluidverbindung kann
insbesondere auch unter Kosten- und Effizienzgesichtspunkten sowie aus physikalischen Gründen eingespart werden, da die am Fahrzeugboden gebildete, kalte Luft dort verbleiben würde, sodass sie, um einen Kühlungseffekt im Fahrzeug zu erzielen, mit zusätzlicher Gebläseleistung verteilt werden müsste. Dies allerdings würde zu
unangenehmen Zugerscheinungen, insbesondere im Fußbereich von Fahrzeuginsassen, führen.
Die Fahrerplatz-Klimatisierungsvorrichtung umfasst bevorzugt wenigstens einen
Kühlwärmetauscher und wenigstens einen Heizwärmetauscher. Dabei ist bevorzugt der Heizwärmetauscher mit dem ersten Teilkreislauf fluidverbunden, wobei der
Kühlwärmetauscher mit dem zweiten Teilkreislauf fluidverbunden ist. Weiter kann die Fahrerplatz-Klimatisierungsvorrichtung ein Gebläse sowie Luftklappen zur Regulierung einer Frischluftzufuhr und einer Luftverteilung zu Ausströmern an einer Scheibe, insbesondere einer Frontscheibe des Fahrzeugs, zu den Füßen eines Fahrers des Fahrzeugs, und - falls vorhanden - einem Mannausströmer im Oberkörperbereich des Fahrers aufweisen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Teilkreislauf mit einer Zuheizvorrichtung verbunden ist. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Zusatzheizung, die mit einem Brennstoff, beispielsweise Diesel, Gas oder dergleichen betrieben werden kann. Die Zuheizvorrichtung kann insbesondere unabhängig von dem Kältemittelkreislauf aktiviert oder deaktiviert werden. Sie kann auch insbesondere dazu dienen, zusätzliche und/oder schnellere Heizleistung bereitzustellen, wenn der
Kältemittelkreislauf, beispielsweise bei einem Start des Fahrzeugs im Winter, nicht rasch genug heizt oder nur eine zu geringe Heizleistung erzeugt.
Der erste Teilkreislauf ist vorzugsweise mit der Zuheizvorrichtung fluidisch und/oder thermisch, insbesondere fluidisch und thermisch, verbunden.
Auf eine Zuheizvorrichtung kann aber bevorzugt auch verzichtet werden, da das
Leistungspotential des Kältemittelkreislaufs, insbesondere als Wärmepumpe, voll ausgeschöpft werden kann. Insbesondere muss dieser nicht aufgrund einer ansonsten ungünstigen Temperaturschichtung zurückgeregelt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrzeug als Bus, insbesondere als Omnibus, ausgebildet ist. Dabei dient das Fahrzeug der
Personenbeförderung, insbesondere einer größeren Zahl von Personen, insbesondere bestimmungsgemäß mehr als fünf oder mehr als sieben Personen. Insbesondere kann das Fahrzeug als Stadtbus oder als Fernbus, insbesondere als Reisebus, ausgebildet sein.
Die Verwendung der hier beschriebenen Klimatisierungseinrichtung ist aber keinesfalls beschränkt auf diese Art von Fahrzeug, vielmehr kann die hier vorgeschlagene
Klimatisierungseinrichtung bei jeder Fahrzeugart verwendet werden. Bei dem Fahrzeug kann es sich daher auch um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder ein Nutzfahrzeug anderer Art handeln, oder um ein Schifffahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Luftfahrzeug oder dergleichen.
Es zeigt sich noch, dass die hier vorgeschlagene Klimatisierungseinrichtung auch sehr günstig für einen Abtauvorgang des Außenwärmetauschers (Wärmetauscher zum Austausch von Wärme bzw. Kälte mit der Fahrzeugumgebung) des Fahrzeugs ist, weil in einfacher Weise Abwärme von Komponenten des Fahrzeugs, beispielsweise einer Leistungselektronik, in den Wärmetauscher, insbesondere in den Außenwärmetauscher, eingespeist werden kann, wobei diese Wärme von dort über den Wärmetransportmedienkreislauf zunächst dem Kältemittelkreislauf und dann schließlich einer zum Abtauen vorgesehenen Klimatisierungsvorrichtung zugeführt werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel einer Klimatisierungseinrichtung.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 1 , welches bevorzugt als Omnibus ausgebildet ist, und welches eine Klimatisierungseinrichtung 3 aufweist.
Die Klimatisierungseinrichtung 3 weist einen Kältemittelkreislauf 5 auf, entlang dem ein Kältemittel förderbar ist. Der Kältemittelkreislauf 5 weist einen Verdichter 7, einen
Gaskühler 9, eine Expansionseinrichtung 11 und einen Verdampfer 3 auf. In dem Kältemittelkreislauf 5 wird das Kältemittel durch den Verdichter 7 verdichtet, dann dem Gaskühler 9 zugeführt, in welchem es gekühlt wird, wobei das verdichtete und gekühlte Kältemittel in der Expansionseinrichtung 11 entspannt wird, wonach es den Verdampfer 13 durchströmt, in welchem es Wärme aufnimmt, wonach es wiederum zu dem
Verdichter 7 zurückströmt.
Auf diese Weise stellt der Gaskühler 9 eine Wärmesenke des Kältemittelkreislaufs 5 dar, wobei der Verdampfer 13 eine Wärmequelle des Kältemittelkreislaufs 5 darstellt.
Die Klimatisierungseinrichtung 3 weist außerdem ein Wärmetransportmedienkreislauf 15 auf, in dem ein flüssiges Wärmetransportmedium förderbar ist. Der
Wärmetransportmedienkreislauf 15 ist mit dem Gaskühler und/oder dem Verdampfer - hier sowohl mit dem Gaskühler 9 als auch mit dem Verdampfer 13 - fluidisch und thermisch derart verbunden, dass thermische Leistung des Kältemittelkreislauf 5 über den Wärmetransportmedienkreislauf 15 zu wenigstens einer Wärmeübergabeeinrichtung 17 förderbar ist.
Der Kältemittelkreislauf 5 weist hier außer dem Gaskühler 9 und dem Verdampfer 7 keine weitere Wärmetauscheinrichtung auf. Insbesondere ist der Kältemittelkreislauf 5 nur mit dem Wärmetransportmedienkreislauf 15 thermisch verbunden. Der Kältemittelkreislauf 5 ist demnach insbesondere gekapselt ausgebildet. Er kann auf diese Weise besonders klein bauen und bedarf auch nur einer kleinen Kältemittelmenge. Eine Verschaltung insbesondere der gesamten Funktionalität der Klimatisierungseinrichtung 3 kann dabei in vorteilhafter Weise auf Seiten des Wärmetransportmedienkreislaufs 15 erfolgen, was sich einfacher und insbesondere auch kostengünstiger darstellt.
Der Wärmetransportmedienkreislauf 15, der insoweit insbesondere eine
Wärmetransportmedienkreislaufeinrichtung darstellt, weist einen ersten Teilkreislauf 19 auf, der mit dem Gaskühler 9 fluidisch und thermisch verbunden ist. Er weist außerdem einen zweiten Teilkreislauf 21 auf, der mit dem Verdampfer 13 thermisch und fluidisch verbunden ist. Die Teilkreisläufe 19, 21 sind vorzugsweise voneinander trennbar, besonders bevorzugt mittels einer Ventileinrichtung, insbesondere sind sie voneinander getrennt.
Weiterhin weist der Wärmetransportmedienkreislauf 15 eine eine Mehrzahl von Ventilen aufweisende Ventileinrichtung 23 auf, über welche das Wärmetransportmedium wahlweise einem als Wärmeübergabeeinrichtung 17 ausgestalteten Wärmetauscher 25, insbesondere einem Außenwärmetauscher 27 des Fahrzeugs 1 , und/oder wenigstens einer Klimatisierungsvorrichtung 29 als Wärmeübergabeeinrichtung 17 zuführbar ist.
Die Ventileinrichtung 23 ist insbesondere eingerichtet, um in einem ersten
Betriebszustand, insbesondere einem Heizbetrieb, den ersten Teilkreislauf 19 mit der wenigstens einen Klimatisierungsvorrichtung 29 und den zweiten Teilkreislauf 21 mit dem Wärmetauscher 25 zu verbinden, und weiterhin in einem zweiten Betriebszustand, insbesondere einem Kühlbetrieb, den zweiten Teilkreislauf 21 mit der wenigstens einen Klimatisierungsvorrichtung 29 und den ersten Teilkreislauf 19 mit dem Wärmetauscher 25 in Fluidverbindung zu bringen.
Die wenigstens eine Wärmeübergabeeinrichtung 17 ist im Übrigen bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus dem Außenwärmetauscher 27, einer
Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungsvorrichtung, einer Fahrerplatz- Klimatisierungsvorrichtung 31 , einer Fahrzeug-Boden-Klimatisierungsvorrichtung 33, und einer Fahrzeug-Dach-Klimatisierungsvorrichtung 35.
Dabei ist hier der erste Teilkreislauf 19 mit der Fahrerplatz-Klimatisierungsvorrichtung 31 , der Fahrzeug-Boden-Klimatisierungsvorrichtung 33 und der Fahrzeug-Dach- Klimatisierungsvorrichtung 35 fluidverbunden. Dabei weist die Fahrerplatz- Klimatisierungsvorrichtung 31 bevorzugt genau einen Heizwärmetauscher auf, wobei die Fahrzeug-Dach-Klimatisierungsvorrichtung 35 bevorzugt eine Mehrzahl, insbesondere zwei Heizwärmetauscher aufweist, wobei die Fahrzeug-Boden-Klimatisierungsvorrichtung 33 bevorzugt eine Mehrzahl, insbesondere eine größere Zahl von Heizwärmetauschern aufweist als die Fahrzeug-Dach-Klimatisierungsvorrichtung 35. Die Heizwärmetauscher sind dabei jeweils mit dem ersten Teilkreislauf 19 fluidverbunden.
Der zweite Teilkreislauf 21 ist hier mit der Fahrerplatz-Klimatisierungsvorrichtung 31 und mit der Fahrzeug-Dach-Klimatisierungsvorrichtung 35 fluidverbunden. Dabei weist die Fahrerplatz-Klimatisierungsvorrichtung 31 bevorzugt genau einen Kühlwärmetauscher auf, wobei die Fahrzeug-Dach-Klimatisierungsvorrichtung 35 bevorzugt eine Mehrzahl von Kühlwärmetauschern, hier insbesondere zwei Kühlwärmetauscher aufweist. Die Kühlwärmetauscher sind jeweils mit dem zweiten Teilkreislauf 21 fluidverbunden.
Die Fahrzeug-Boden-Klimatisierungsvorrichtung 33 weist bevorzugt keinen
Kühlwärmetauscher auf und ist nicht mit dem zweiten Teilkreislauf 21 verbunden.
Mittels der Ventileinrichtung 23 ist bevorzugt der Zufluss zu den einzelnen Heiz- und/oder Kühlwärmetauschern der einzelnen Klimatisierungsvorrichtungen 29 steuerbar.
Es zeigt sich noch, dass der erste Teilkreislauf 19 bevorzugt mit einer Zuheizvorrichtung 37 - insbesondere fluidisch und thermisch - verbunden ist, wobei die Zuheizvorrichtng 37 bevorzugt unabhängig von dem Kältemittelkreislauf 5 aktivierbar und deaktivierbar ist, und wobei die Zuheizvorrichtung 37 bevorzugt eingerichtet ist, um zusätzlich oder alternativ zu dem Kältemittelkreislauf 5 Heizleistung in den ersten Teilkreislauf 19 einzubringen.
Es zeigt sich auch noch, dass bevorzugt sowohl der erste Teilkreislauf 19 als auch der zweite Teilkreislauf 21 jeweils eine Fördereinrichtung 39, 41 aufweisen, wobei die
Fördereinrichtungen 39, 41 eingerichtet sind, um das Wärmetransportmedium entlang der Teilkreisläufe 19, 21 zu fördern, wobei die Fördereinrichtungen 39, 41 bevorzugt als Pumpen, insbesondere als Wasserpumpen, ausgebildet sind.
Als Wärmetransportmedium wird in dem Wärmetransportmedienkreislauf 15 bevorzugt Wasser verwendet.
Die Funktionsweise der Klimatisierungseinrichtung 3 ist in den verschiedenen
Betriebszuständen insbesondere die Folgende: In dem ersten Betriebszustand, das heißt im Heizbetrieb, wird den
Klimatisierungsvorrichtungen 29 über den ersten Teilkreislauf 19 Wärme aus dem Gaskühler 9 zugeführt, wobei der erste Teilkreislauf 19 bevorzugt nicht mit dem
Außenwärmetauscher 27 fluidverbunden ist. Der zweite Teilkreislauf 21 ist mit dem Außenwärmetauscher 27 fluidverbunden, sodass Wärme aus der Umgebung in den zweiten Teilkreislauf 21 aufgenommen und dem Verdampfer 13 des Kältemittelkreislaufs 5 zugeführt werden kann. Der zweite Teilkreislauf 21 ist dabei bevorzugt nicht mit den Klimatisierungsvorrichtungen 29 verbunden.
In dem zweiten Betriebszustand, mithin im Kühlbetrieb, ist bevorzugt der zweite
Teilkreislauf 21 nicht mit dem Außenwärmetauscher 27, jedoch mit den
Klimatisierungsvorrichtungen 29 verbunden, sodass diesen Wärme entzogen und dem Verdampfer 13 des Kältemittelkreislaufs 5 zugeführt werden kann. Der erste Teilkreislauf 19 ist bevorzugt nicht mit den Klimatisierungsvorrichtungen 29, jedoch mit dem
Außenwärmetauscher 27 verbunden, sodass Abwärme des Kältemittelkreislaufs 5 aus dem Gaskühler 9 dem Außenwärmetauscher 27 zugeführt werden kann.
Es sind vorzugsweise auch Zwischenzustände zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand möglich, wobei die Teilkreisläufe 19, 21 beispielsweise zugleich mit wenigstens einer der Klimatisierungsvorrichtungen 29 verbunden sein können, um eine variable Temperatur oder Temperaturverteilung in dem Innenraum des Fahrzeugs 1 einzustellen.
Insgesamt zeigt sich, dass die hier vorgeschlagene Klimatisierungseinrichtung 3 kostengünstig, einfach und mit einem hohen Sicherheitsniveau ausgebildet sein kann, insbesondere weil der Kältemittelkreislauf 5 sehr klein und bevorzugt gekapselt ausgestaltet werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Klimatisierungseinrichtung (3) für ein Fahrzeug (1), mit
- einem Kältemittelkreislauf (5), entlang dem ein Kältemittel förderbar ist, wobei
- der Kältemittelkreislauf (5) einen Verdichter (7), einen Gaskühler (9), eine Expansionseinrichtung (11) und einen Verdampfer (13) aufweist, und mit
- einem Wärmetransportmedienkreislauf (15), in dem ein flüssiges
Wärmetransportmedium förderbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der Wärmetransportmedienkreislauf (15) mit dem Gaskühler (9) und/oder mit dem Verdampfer (13) des Kältemittelkreislaufs (5) derart fluidisch und thermisch verbunden ist, dass thermische Leistung des Kältemittelkreislaufs (5) über den Wärmetransportmedienkreislauf (15) zu wenigstens einer Wärmeübergabeeinrichtung (17) förderbar ist.
2. Klimatisierungseinrichtung (3) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (5)
- keine andere Wärmetauscheinrichtung außer dem Gaskühler (9) und dem Verdampfer (13) aufweist, und/oder
- nur mit dem Wärmetransportmedienkreislauf (15) thermisch verbunden ist.
3. Klimatisierungseinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetransportmedienkreislauf (15) einen ersten, mit dem Gaskühler (9) fluidisch und thermisch verbundenen Teilkreislauf (19) und einen zweiten, mit dem Verdampfer (13) fluidisch und thermisch verbundenen
Teilkreislauf (21) aufweist.
4. Klimatisierungseinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetransportmedienkreislauf (15) eine
Ventileinrichtung (23) aufweist, über welche das Wärmetransportmedium wahlweise einem Wärmetauscher (25) und/oder wenigstens einer Klimatisierungsvorrichtung (29) zuführbar ist.
5. Klimatisierungseinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (23) eingerichtet ist, um
a) in einem ersten Betriebszustand den ersten Teilkreislauf (19) mit der
wenigstens einen Klimatisierungsvorrichtung (29) und den zweiten
Teilkreislauf (21) mit dem Wärmetauscher (25) in Fluidverbindung zu bringen, und/oder
b) in einem zweiten Betriebszustand den zweiten Teilkreislauf (21) mit der wenigstens einen Klimatisierungsvorrichtung (29) und den ersten Teilkreislauf (19) mit dem Wärmetauscher (25) in Fluidverbindung zu bringen.
6. Fahrzeug (1), mit einer Klimatisierungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, und mit wenigstens einer Wärmeübergabeeinrichtung (17), wobei die wenigstens eine Wärmeübergabeeinrichtung (17) vermittelt über den
Wärmetransportmedienkreislauf (15) thermisch mit dem Kältemittelkreislauf (5) verbunden ist.
7. Fahrzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wärmeübergabeeinrichtung (17) ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Außenwärmetauscher (27), einer Fahrzeuginnenraum- Klimatisierungsvorrichtung, einer Fahrerplatz-Klimatisierungsvorrichtung (31), einer Fahrzeug-Boden-Klimatisierungsvorrichtung (33), und einer Fahrzeug-Dach- Klimatisierungsvorrichtung (35).
8. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilkreislauf (19) mit wenigstens einer Fahrerplatz- Klimatisierungsvorrichtung (31), mit wenigstens einer Fahrzeug-Boden- Klimatisierungsvorrichtung (33), und mit wenigstens einer Fahrzeug-Dach- Klimatisierungsvorrichtung (35) fluidverbunden ist, und/oder dass der zweite Teilkreislauf (21) mit wenigstens einer Fahrerplatz-Klimatisierungsvorrichtung (31) und mit wenigstens einer Fahrzeug-Dach-Klimatisierungsvorrichtung (35) fluidverbunden ist.
9. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilkreislauf (19) mit einer Zuheizvorrichtung (37) verbunden ist.
10. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) als Omnibus ausgebildet ist.
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