EP3787915A1 - Klimatisierungseinrichtung für ein kraftfahrzeug, insbesondere für ein nutzfahrzeug, sowie verfahren zum betreiben einer solchen klimatisierungseinrichtung und kraftfahrzeug - Google Patents

Klimatisierungseinrichtung für ein kraftfahrzeug, insbesondere für ein nutzfahrzeug, sowie verfahren zum betreiben einer solchen klimatisierungseinrichtung und kraftfahrzeug

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EP3787915A1
EP3787915A1 EP19723315.8A EP19723315A EP3787915A1 EP 3787915 A1 EP3787915 A1 EP 3787915A1 EP 19723315 A EP19723315 A EP 19723315A EP 3787915 A1 EP3787915 A1 EP 3787915A1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
refrigerant
coolant
air conditioning
conveyor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19723315.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jose Luis CALATAYUD
Thomas Frey
Michael Hafner
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25B2313/02344—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for using multiple indoor units in series arrangements during heating
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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

  • Air conditioning device for a motor vehicle, in particular for a commercial vehicle, and method for operating such an air conditioning device and
  • the invention relates to an air conditioning device for a motor vehicle according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating such an air conditioning device and a motor vehicle, in particular a commercial vehicle.
  • the air-conditioning device has a refrigerant circuit through which a refrigerant can flow, as well as at least one arranged in the refrigerant circuit and consequently by the refrigerant
  • the ambient air is air, which is located in the vicinity of the motor vehicle and, for example, the
  • the air conditioning device further comprises an arranged in the refrigerant circuit and consequently can be flowed through by the refrigerant inside heat exchanger, via which a
  • Heat exchange between the refrigerant and the interior of the motor vehicle to be supplied air can be done.
  • the air to be supplied to the interior can be tempered by means of the internal heat exchanger, so that by means of the
  • Interior heat exchanger tempered air is supplied to the interior or flows into the interior, the interior can be tempered.
  • the air-conditioning device furthermore has a coolant heat exchanger arranged in the refrigerant circuit, which is also arranged in a coolant circuit through which a coolant can flow. Consequently, the Coolant heat exchanger of the refrigerant and of the example formed as a liquid coolant flowed through. A heat exchange between the refrigerant and the coolant can take place via the coolant heat exchanger.
  • the air conditioning device has a arranged in the refrigerant circuit
  • the refrigerant can be promoted by the refrigerant circuit or is promoted.
  • the refrigerant circuit by means of which the refrigerant can be promoted by the refrigerant circuit or is promoted.
  • the refrigerant includes
  • Air conditioning device a valve device, by means of which at least one
  • Flow of the refrigerant can be influenced by the refrigerant circuit.
  • Heat exchanger for a refrigeration system In this case, separate heating pipes and cooling pipes are integrated in a single housing such that heat is transferred between the heating pipes and the cooling pipes.
  • Object of the present invention is to further develop an air conditioning device, a method and a motor vehicle of the type mentioned in such a way that a particularly advantageous and cost-effective manner, a particularly advantageous operation of the air conditioning device can be realized.
  • valve device is switchable at least between a cooling mode and a heating mode.
  • the cooling mode and the heating mode are operating modes of the air conditioning device, wherein in the
  • the first part of the refrigerant flows through the indoor heat exchanger, which operates in the cooling mode as an evaporator.
  • the first part of the refrigerant is evaporated by means of the inner heat exchanger.
  • the second part of the refrigerant flows through the working as an evaporator coolant heat exchanger, by means of which the second part is evaporated.
  • a flow of the first part is omitted by the coolant heat exchanger, and a flow of the second part through the
  • the refrigerant undergoes cooling by means of the outdoor heat exchanger.
  • the refrigerant is cooled by means of the outdoor heat exchanger by heat transfer from the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger via the outdoor heat exchanger to the ambient air.
  • the ambient air is air, which is in the environment of the outdoor heat exchanger, in particular the
  • the air conditioning air is cooled, whereupon, for example, the cooled air conditioning air is supplied to the interior, in particular such that the air conditioning air is introduced into the interior or that the air conditioning air flows into the interior. This allows the interior to be cooled.
  • the refrigerant in particular the second part, undergoes further heating.
  • the second part of the refrigerant is heated by means of the refrigerant heat exchanger, for example by a
  • the coolant is cooled, and the refrigerant or the second part is heated.
  • an operation of the outdoor heat exchanger as Evaporator is omitted.
  • the outdoor heat exchanger operates as a cooler, by means of which the refrigerant is to be cooled or cooled in the cooling mode.
  • External heat exchanger operates as a condenser, by means of which the refrigerant is to be condensed or is condensed, in particular, when as the refrigerant, a conventional or conventional refrigerant is used.
  • the outdoor heat exchanger when used as the refrigerant C0 2 (carbon dioxide), the outdoor heat exchanger operates in the cooling mode, for example, as a gas cooler in transcritical operation and as a condenser in subcritical operation, by means of which the refrigerant formed as carbon dioxide is to be cooled or cooled.
  • the conveyor is in the cooling mode during operation or active and promotes the refrigerant in the cooling mode through the refrigerant circuit.
  • the conveyor operates in the cooling mode as a compressor or compressor, by means of which in the cooling mode, the refrigerant is to be compressed or compressed.
  • the refrigerant flows from the conveyor through the
  • the outdoor heat exchanger which operates in the heating mode as an evaporator, and then to and through the conveyor. Since the outdoor heat exchanger operates as an evaporator in the heating mode, in the heating mode, the refrigerant is discharged by means of the
  • Heating mode operation of the indoor heat exchanger as evaporator is omitted.
  • the conveyor in the heating mode is active or in operation, so that in the heating mode, the refrigerant is conveyed by the conveyor through the refrigerant circuit.
  • the conveyor operates in the heating mode as a compressor or compressor, by means of which the refrigerant is to be compressed in the heating mode or is compressed.
  • the refrigerant undergoes cooling by means of the coolant heat exchanger, in particular in that a heat transfer from the
  • Coolant takes place. Further, in the heating mode, the refrigerant undergoes cooling by means of the indoor heat exchanger, so that in the heating mode, the refrigerant is cooled by the indoor heat exchanger. This is done in particular such that in the Heating mode, a heat transfer from the refrigerant flowing through the inner heat exchanger via the inner heat exchanger to the air conditioning air. As a result, the air conditioning air is heated, and the refrigerant is cooled. As a result, the heated air conditioning air is supplied, for example, the interior, that is, introduced into the interior, so that the heated air conditioning air flows into the interior. As a result, the interior can be heated by means of the heated air conditioning air. For example, the air conditioning air flows through the indoor heat exchanger in the cooling mode and the heating mode. In the heating mode learn the
  • Refrigerant means of the outdoor heat exchanger, which operates in the heating mode as an evaporator and thus evaporates the refrigerant, a further heating, in particular such that via the outdoor heat exchanger, a heat transfer from the ambient air to the refrigerant flowing through the outdoor heat exchanger.
  • the indoor heat exchanger operates as a cooler by means of which the refrigerant is cooled in the heating mode.
  • the refrigerant is cooled in the heating mode.
  • Indoor heat exchanger in the heating mode work as a condenser, by means of which in the heating mode, the refrigerant is to be condensed or condensed, in particular, when the refrigerant is a conventional refrigerant.
  • the refrigerant is, for example, carbon dioxide
  • the internal heat exchanger in the heating mode operates, for example, as a gas cooler in transcritical operation and as a condenser in subcritical operation, by means of which the carbon dioxide is to be cooled
  • the air conditioning device operates, for example, at least in the heating mode as a heat pump or as heat pump heating, by means of which heat from the ambient air is used to heat the air conditioning air and thus the interior.
  • the heat pump uses heat from the preferably warm coolant to heat the interior.
  • the interior can be heated particularly effectively and energy-efficiently.
  • the air conditioning device operates as
  • Refrigerating machine in particular as a compression refrigerating machine, by means of which the air conditioning air and thus the interior can be cooled effectively and efficiently. Since arranged in the coolant circuit coolant heat exchanger in the
  • Air conditioning device can be realized in both the cooling mode and in the heating mode.
  • the air conditioning device according to the invention is thus particularly advantageous for use in a hybrid or electric vehicle. As a result of the air conditioning device, the interior of energy-efficient air conditioning
  • Electric vehicles can be heated much more efficiently in the winter by means of heat pumps than by other electric heating elements, since the degree of efficiency of
  • Heat pumps are usually greater than one. As a result, for a purely electrical and thus emission-free operation of the respective motor vehicle, the range over which the respective motor vehicle can be driven purely electrically, considerably increased.
  • the cooling mode for example, a summer operation to cool the interior in the summer and thus at high ambient or outside temperatures.
  • the heating mode is thus, for example, a winter operation in the winter and thus at low
  • Air conditioner or heat pump for dehumidification works in the air conditioning mode, and the air must be reheated by a further heat source, before it enters the interior. Dehumidification is therefore special
  • the air conditioning device In the air conditioning device according to the invention, it is now provided to use the same heat exchanger in the form of the outdoor heat exchanger, the indoor heat exchanger and the coolant heat exchanger both for winter operation and for summer operation, being switched by the valve means and by appropriate lines and connecting elements between the heating mode and the cooling mode be able to use the same heat exchanger to cool the interior optionally energy efficient and heat energy efficient.
  • the air conditioning device In the heating mode, the air conditioning device according to the invention operates in particular as an air-to-air heat pump, as contained in the ambient air heat is transferred by the intermediary of the refrigerant to the air conditioning air to these and thus the
  • Heat exchange between the refrigerant and the coolant is used.
  • a particularly efficient operation of the air conditioning device can be represented.
  • the coolant may, for example, for cooling a drive component of the
  • the coolant can be used for at least one other purpose, for example for the air conditioning of the driving workstation by means of a coolant-air heat exchanger.
  • the coolant can be heated by means of the coolant heat exchanger. The heated coolant can then be used as a heat source for heating the batteries or for heating the driving workstation and / or as a floor heating and / or for heating, in particular reheating of air, in particular in a reheat operation of a rooftop system.
  • the coolant is a liquid which has at least water.
  • a particularly efficient operation can be represented.
  • the integration of a further heat exchanger on a high-pressure side, in particular on a high-pressure refrigerant side, of the refrigerant circuit is conceivable, in particular with connection to the water circuit also called
  • Air conditioning device having an inner heat exchanger.
  • the inner one is
  • Heat exchanger is also referred to as an internal heat exchanger, internal heat exchanger or internal heat exchanger.
  • the refrigerant flows from the conveyor through the outdoor heat exchanger and then through the inner heat exchanger. Thereafter, the first part of the refrigerant flows through the as
  • the second part of the refrigerant flows through the working as an evaporator coolant heat exchanger. Thereafter, the parts combine and then flow through the inner heat exchanger and then to and through the conveyor.
  • the refrigerant experiences downstream of the External heat exchanger and upstream of the inner heat exchanger and the coolant heat exchanger by means of the inner heat exchanger, a cooling, so that the refrigerant downstream of the outdoor heat exchanger and upstream of the
  • Conveyor is heated by means of the internal heat exchanger. Operation of the internal heat exchanger as the evaporator is omitted in both the heating mode and the cooling mode.
  • the refrigerant flows from the conveyor through the
  • the refrigerant undergoes cooling in the heating mode downstream of the indoor heat exchanger and upstream of the outdoor heat exchanger by means of the internal heat exchanger, so that the refrigerant in the heating mode by means of the internal heat exchanger downstream of the inner heat exchanger and upstream
  • Outdoor heat exchanger is cooled. Downstream of the outdoor heat exchanger and upstream of the conveyor, the refrigerant undergoes heating in the heating mode by means of the internal heat exchanger, so that in the heating mode, the refrigerant is heated downstream of the outdoor heat exchanger and upstream of the conveyor by means of the internal heat exchanger.
  • the refrigerant is conveyed by the conveyor through the refrigerant circuit.
  • the refrigerant flows in the Wiederauf remplimodus in the same direction by the conveyor into which the refrigerant flows in the heating mode and in the cooling mode by the conveyor.
  • the refrigerant flows in the same direction through the conveyor.
  • the refrigerant flows from the conveyor through the coolant heat exchanger, then through the Outdoor heat exchanger, then through the inner heat exchanger and then to and through the conveyor.
  • the indoor heat exchanger operates as an evaporator to dehumidify the air.
  • the coolant heat exchanger operates as a cooler, in particular as a gas cooler, to heat the coolant.
  • the heated coolant then passes through a coolant-air heat exchanger to reheat the air.
  • the coolant undergoes heating by means of the refrigerant heat exchanger, so that in the reheat mode, the refrigerant is released by means of the
  • Outdoor heat exchanger a cooling, for example, over the
  • the air conditioning air is used by means of the
  • the inner heat exchanger is provided, it is in further
  • Air conditioning device has at least or exactly two arranged in the refrigerant circuit 3/2-way valves. This allows the different
  • Expansion valve is designed, for example, as an adjustable, in particular controllable or regulated, expansion valve.
  • Motor vehicle is arranged on the roof, which is also referred to as a vehicle roof.
  • the invention also includes a method for operating an air-conditioning device according to the invention.
  • the invention also preferably includes a motor vehicle designed as a commercial vehicle, which has at least one air conditioning device according to the invention.
  • Air conditioning device are to be regarded as advantages and advantageous embodiments of the motor vehicle according to the invention and vice versa.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an inventive
  • Air conditioning device for a motor vehicle wherein in Fig. 1 a
  • Cooling mode of the air conditioning device is illustrated
  • FIG. 2 illustrates a heating mode of the air conditioning device
  • FIG. 3 is a schematic representation of the air conditioning device, wherein in FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an air-conditioning device 10 for a motor vehicle, which is preferably designed as a commercial vehicle.
  • the motor vehicle is designed as an electric vehicle and thus driven purely electrically.
  • a particularly efficient operation of the air conditioning device can be realized, so that a particularly high electrical range, over which the motor vehicle can be driven purely electrically, can be represented.
  • the air-conditioning device 10 has a refrigerant circuit 12, through which a refrigerant can flow, and a conveying device, which is arranged in the refrigerant circuit 12 and designed as a pump 14, by means of which the refrigerant is to be conveyed or conveyed through the refrigerant circuit 12.
  • a refrigerant circuit 12 through which a refrigerant can flow
  • a conveying device which is arranged in the refrigerant circuit 12 and designed as a pump 14, by means of which the refrigerant is to be conveyed or conveyed through the refrigerant circuit 12.
  • Cooling mode A second of the modes of operation is a heating mode illustrated in FIG. 2, the third mode of operation being a reheat mode, shown in FIG. 3, also referred to as reheat mode.
  • the pump 14 In the operating modes, the pump 14 is in operation, so that in the respective operating mode, the refrigerant is conveyed through the pump 14 through the refrigerant circuit 12 and thereby through the pump 14 itself.
  • an arrow 16 illustrates a flow direction into which the refrigerant flows in the three operating modes through the pump 14 or is conveyed through it by the pump 14.
  • the different modes of operation are thus not by a flow direction reversal of the pump 14, but by means of a valve device 18 or by corresponding switching of the valve device 18 and by corresponding, fluidly interconnected
  • the air conditioning device 10 which is also referred to as the air conditioning system, has at least one outdoor heat exchanger 20, which is arranged in the refrigerant circuit 12 and can therefore be flowed through by the refrigerant, via which a heat exchange between the refrigerant and ambient air can take place.
  • the ambient air is air, which is located in the environment 22 of the outdoor heat exchanger 20 and in particular the motor vehicle and, for example, the outdoor heat exchanger 20 and flows around, in particular when driving the motor vehicle.
  • the outdoor heat exchanger 20 is a first heat exchanger of the air conditioning device.
  • the air-conditioning device 10 has a flow in the refrigerant circuit 12 and, consequently, can be flowed through by the refrigerant
  • Inner heat exchanger 24 via which a heat exchange between the
  • the air to be supplied to the interior of the motor vehicle is also referred to as air conditioning air, since the air conditioning air supplied to the interior, that is in the
  • the interior is initiated.
  • the interior can be tempered by means of the air conditioning air, that is, optionally cooled and heated.
  • the air conditioning air is, for example, by means of a not visible in the figures blower of the
  • Air conditioning device 10 promoted.
  • the air conditioning air is sucked in, for example by means of the blower from the environment 22, from the interior or from the environment 22 and the interior and conveyed to or into the interior.
  • the indoor heat exchanger 24 is a second heat exchanger of
  • Air conditioning device 10 The motor vehicle is designed, for example, as a bus, in particular as a bus, whose interior is particularly large. Despite this size of the interior, one of the interior spaces can be heated efficiently by means of the air-conditioning device 10. In the vehicle vertical direction upward, the interior is limited, for example, by a roof of the motor vehicle, also referred to as a vehicle roof. In this case, the air-conditioning device 10 is designed, for example, as a rooftop installation and accordingly arranged on the roof.
  • the air-conditioning device 10 furthermore has a coolant circuit 26 which can be flowed through in the refrigerant circuit 12 and in a coolant which can be flowed through by a coolant
  • coolant heat exchanger 28 which is traversed by both the refrigerant and the coolant or in the respective
  • the coolant is preferably a liquid and comprises at least water.
  • the coolant can be used for example for cooling a drive component of the motor vehicle.
  • the coolant can be used for at least one other purpose, for example for the air conditioning of the driving workstation by means of a coolant-air heat exchanger.
  • the coolant can be heated by means of the coolant heat exchanger. The heated coolant can then be used as a heat source for heating the batteries or for heating the driving workstation and / or as a floor heating and / or for heating, in particular reheating of air, in particular in a reheat operation of a rooftop system.
  • the motor vehicle is driven by means of the drive component.
  • Drive component is, for example, an electric machine by means of which the motor vehicle can be driven electrically.
  • the drive component comprises at least one battery, by means of which the electrical machine can be supplied with stored in the battery electrical energy.
  • the coolant heat exchanger 28 a heat exchange between the
  • Air conditioning device 10 the valve device 18, by means of which at least one flow of the refrigerant through the refrigerant circuit 12 can be influenced.
  • valve device 18 In order to be able to air-condition the interior in a particularly energy-efficient manner and thus to temper it, the valve device 18 is switched in the cooling mode such that it releases or blocks the lines of the air-conditioning device 10 through which the refrigerant can flow such that the refrigerant in the cooling mode of the Pump 14 via a 2/3-way valve 42 to and through the outdoor heat exchanger 20 and then via a check valve 40 to and through an inner
  • Heat exchanger 30 of the air conditioning device 10 flows.
  • the air conditioning device 10 also includes the inner heat exchanger 30, which is arranged in the refrigerant circuit 12 and consequently can be flowed through by the refrigerant. After the refrigerant has passed through the inner heat exchanger 30, the refrigerant or its flow divides into a first part 32 and a second part 34 in the cooling mode. Since the refrigerant is only downstream of the inner heat exchanger 30, which is arranged in the refrigerant circuit 12 and consequently can be flowed through by the refrigerant. After the refrigerant has passed through the inner heat exchanger 30, the refrigerant or its flow divides into a first part 32 and a second part 34 in the cooling mode. Since the refrigerant is only downstream of the inner
  • Heat exchanger 30 divides the parts 32 and 34, the parts 32 and 34 flow together from the pump 14 to the and in particular through the
  • the first part 32 flows through an expansion valve 36 to and through the
  • Inner heat exchanger 24 which operates in the cooling mode as an evaporator.
  • the inner heat exchanger 24 which is arranged in the refrigerant circuit 12
  • Expansion valve 36 associated with the air conditioning device 10, so that, for example, in the cooling mode, the first part of the refrigerant by means of the expansion valve 36 and by means of the internal heat exchanger 24 is evaporated.
  • Expansion valve 38 to and through the coolant heat exchanger 28, which operates in the cooling mode as an evaporator.
  • the expansion valve 38 of the air conditioning device 10 is assigned to the coolant heat exchanger 28, so that in the
  • Coolant heat exchanger 28 the second part 34 flows through a 2/3-way valve 44 and then merges with the first part 32. In other words, after the first part 32 through the inner heat exchanger 24 and the second part 34 through the
  • Coolant heat exchanger 28 has flowed, the first part 32 and the second part 34 reunite to a total flow of the refrigerant, the total flow has already flowed from the pump 14 through the outdoor heat exchanger 20 and through the inner heat exchanger 30. The total flow and thus the parts 32 and 34 then flow downstream of the indoor heat exchanger 24 and downstream of the
  • Coolant heat exchanger 28 through the inner heat exchanger 30 and then to and through the pump 14, whereby the refrigerant circuit 12 is closed.
  • the refrigerant is cooled by means of the outdoor heat exchanger by heat from the refrigerant to the ambient air passes through the outdoor heat exchanger 20. Downstream of the outdoor heat exchanger 20 and upstream of the indoor heat exchanger 24 and the coolant heat exchanger 28, the refrigerant by means of the inner
  • Heat exchanger 30 cooled.
  • the first part is heated by a heat transfer from the air conditioning air over the
  • Coolant heat exchanger 28 is heated by a heat transfer from the coolant via the coolant heat exchanger 28 takes place to the refrigerant. Downstream of
  • Heat exchanger 30 is heated.
  • the valve device 18 comprises the shut-off valve 40, which is arranged downstream of the outdoor heat exchanger 20 and upstream of the internal heat exchanger 30 or of the internal heat exchanger 24 and the coolant heat exchanger 28 with respect to the cooling mode.
  • the shut-off valve 40 which is arranged downstream of the outdoor heat exchanger 20 and upstream of the internal heat exchanger 30 or of the internal heat exchanger 24 and the coolant heat exchanger 28 with respect to the cooling mode.
  • the valve device 18 comprises the shut-off valve 40, which is arranged downstream of the outdoor heat exchanger 20 and upstream of the internal heat exchanger 30 or of the internal heat exchanger 24 and the coolant heat exchanger 28 with respect to the cooling mode.
  • the shut-off valve 40 which is arranged downstream of the outdoor heat exchanger 20 and upstream of the internal heat exchanger 30 or of the internal heat exchanger 24 and the coolant heat exchanger 28 with respect to the cooling mode.
  • Valve means 18 the expansion valves 36 and 38 and the at least or exactly two 2/3-way valves 42 and 44. Based on the cooling mode, the 2/3-way valve 42 is disposed downstream of the pump 14 and upstream of the outdoor heat exchanger 20.
  • the 2/3-way valve 44 is downstream of
  • valve device 18 includes an expansion valve 46 associated with the outdoor heat exchanger 20 and a
  • Fig. 2 shows the heating mode.
  • the coolant in the cooling mode is cold and thus has a first temperature
  • the coolant is, for example, warm in the heating mode and accordingly has a second temperature greater than the first temperature.
  • the coolant is warm, so it is, for example, a larger compared to the first temperature third
  • Temperature which correspond to the second temperature, may be greater than the second temperature or less than the second temperature.
  • the refrigerant flows from the pump 14 via the 2/3-way valve 42 to and through the coolant heat exchanger 28, then via the 2/3-way valve 44 to and through the indoor heat exchanger 24, then via the expansion valve 36 to and through the inner heat exchanger 30, then via the expansion valve 46 to and through the outdoor heat exchanger 20, which operates in the heating mode as an evaporator, then through the inner heat exchanger 30 and then to and through the pump 14.
  • Outdoor heat exchanger 20 is expanded. In the heating mode, the refrigerant is heated by means of the outdoor heat exchanger 20 by a heat transfer from the
  • Ambient air takes place via the outdoor heat exchanger 20 to the refrigerant.
  • the refrigerant is cooled by means of the indoor heat exchanger 24, by a heat transfer from the refrigerant via the indoor heat exchanger 24 to the
  • Air conditioning air takes place. As a result, the air conditioning air is heated. If the heated air conditioning air is then supplied to the interior, the interior can be heated thereby. Further, the refrigerant is cooled in the heating mode by means of the refrigerant heat exchanger 28 by heat transfer from the refrigerant via the coolant heat exchanger 28 to the coolant. Downstream of
  • the refrigerant is heated by means of the inner heat exchanger 30.
  • the shut-off valve 48 is disposed downstream of the indoor heat exchanger 24 and upstream of the internal heat exchanger 30 and the outdoor heat exchanger 20, respectively.
  • the shut-off valve 40, the expansion valve 36 and the expansion valve 38 are opened while the shut-off valve 48 and the expansion valve 46 are closed.
  • the expansion valve 46 and the shut-off valve 48 are opened, while the
  • Expansion valve 36 is opened while the shut-off valve 48 and the expansion valves 38 and 46 are closed.
  • the refrigerant flows from the pump 14 via the 2/3-way valve 42 through the coolant heat exchanger 28, then via the 2/3-way valve 44 through the outdoor heat exchanger 20, then via the check valve 40 through the inner heat exchanger 30, then over the
  • Expansion valve 36 through the inner heat exchanger 24, then through the inner heat exchanger 30 and then back to and through the pump 14th
  • the outdoor heat exchanger 20 is a first heat exchanger
  • the indoor heat exchanger 24 is a second heat exchanger
  • the coolant heat exchanger 28 is a third heat exchanger of the air conditioning device 10.
  • the inner heat exchanger 20 is a first heat exchanger
  • the indoor heat exchanger 24 is a second heat exchanger
  • the coolant heat exchanger 28 is a third heat exchanger of the air conditioning device 10.
  • the inner heat exchanger 20 is a first heat exchanger
  • the indoor heat exchanger 24 is a second heat exchanger
  • the coolant heat exchanger 28 is a third heat exchanger of the air conditioning device 10.
  • Heat exchanger 30, a fourth heat exchanger of the air conditioning device 10.
  • the refrigerant is cooled by means of the outdoor heat exchanger 20. Downstream of the outdoor heat exchanger 20 and upstream of the indoor heat exchanger 24, the refrigerant is cooled by means of the internal heat exchanger 30.
  • the refrigerant is heated by means of the inner heat exchanger 30.
  • the coolant heat exchanger 28 the refrigerant is cooled.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem von einem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf (12), mit wenigstens einem in dem Kältemittelkreislauf (12) angeordneten Außenwärmetauscher (20) zum Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft, mit einem in dem Kältemittelkreislauf (12) angeordneten Innenwärmetauscher (24) zum Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführender Luft, mit einem in dem Kältemittelkreislauf (12) und in einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelkreislauf (26) angeordneten Kühlmittelwärmetauscher (28) zum Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel, mit einer in dem Kältemittelkreislauf (12) angeordneten Fördereinrichtung (14) zum Fördern des Kältemittels durch den Kältemittelkreislauf (12), und mit einer Ventileinrichtung (18), mittels welcher wenigstens eine Strömung des Kältemittels durch den Kältemittelkreislauf (12) beeinflussbar ist.

Description

Klimatisierungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Klimatisierungseinrichtung und
Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Klimatisierungseinrichtung und ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug.
Eine solche Klimatisierungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug ist beispielsweise bereits der EP 2 660 086 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Klimatisierungseinrichtung weist einen von einem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf sowie wenigstens einen in dem Kältemittelkreislauf angeordneten und demzufolge von dem Kältemittel
durchströmbaren Außenwärmetauscher auf, über welchen ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft erfolgen kann. Die Umgebungsluft ist Luft, welche sich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs befindet und beispielsweise den
Außenwärmetauscher an- beziehungsweise umströmt. Die Klimatisierungseinrichtung weist ferner einen in dem Kältemittelkreislauf angeordneten und demzufolge von dem Kältemittel durchströmbaren Innenwärmetauscher auf, über welchen ein
Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführender Luft erfolgen kann. Die dem Innenraum zuzuführende Luft kann mittels des Innenwärmetauschers temperiert werden, sodass dadurch, dass die mittels des
Innenwärmetauschers temperierte Luft dem Innenraum zugeführt wird beziehungsweise in den Innenraum einströmt, der Innenraum temperiert werden kann.
Die Klimatisierungseinrichtung weist darüber hinaus einen in dem Kältemittelkreislauf angeordneten Kühlmittelwärmetauscher auf, welcher auch in einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelkreislauf angeordnet ist. Demzufolge ist der Kühlmittelwärmetauscher von dem Kältemittel und von dem beispielsweise als Flüssigkeit ausgebildeten Kühlmittel durchströmbar. Über den Kühlmittelwärmetauscher kann ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel erfolgen. Außerdem weist die Klimatisierungseinrichtung eine in dem Kältemittelkreislauf angeordnete
Fördereinrichtung auf, mittels welcher das Kältemittel durch den Kältemittelkreislauf gefördert werden kann beziehungsweise gefördert wird. Außerdem umfasst die
Klimatisierungseinrichtung eine Ventileinrichtung, mittels welcher wenigstens eine
Strömung des Kältemittels durch den Kältemittelkreislauf beeinflussbar ist.
Darüber hinaus offenbart die DE 10 2014 203 895 A1 einen umschaltbaren
Wärmetauscher für eine Kälteanlage. Dabei sind getrennte Heizrohre und Kühlrohre derart in einem einzigen Gehäuse integriert, dass Wärme zwischen den Heizrohren und den Kühlrohren übertragen wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klimatisierungseinrichtung, ein Verfahren und ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auf besonders einfache und kostengünstige Weise ein besonders vorteilhafter Betrieb der Klimatisierungseinrichtung realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Klimatisierungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Klimatisierungseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1
angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Klimatisierungseinrichtung auf besonders einfache und kostengünstige Weise realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ventileinrichtung zumindest zwischen einem Kühlmodus und einem Heizmodus umschaltbar ist. Der Kühlmodus und der Heizmodus sind Betriebsmodi der Klimatisierungseinrichtung, wobei in den
Betriebsmodi die beispielsweise als Pumpe ausgebildete Fördereinrichtung aktiv beziehungsweise in Betrieb ist, sodass die Fördereinrichtung das Kältemittel durch den Kältemittelkreislauf fördert. Mit anderen Worten wird beispielsweise in dem jeweiligen Betriebsmodus das Kältemittel mittels der Fördereinrichtung durch den Kältemittelkreislauf gefördert. In dem Kühlmodus strömt das Kältemittel von der Fördereinrichtung durch den Außenwärmetauscher, woraufhin sich beispielsweise das Kältemittel, insbesondere dessen Strömung, in einen ersten Teil des Kältemittels und in einen zweiten Teil des Kältemittels aufteilt. Nachdem das Kältemittel und somit sowohl der erste Teil als auch der zweite Teil durch den Außenwärmetauscher geströmt sind, strömt der erste Teil des Kältemittels durch den Innenwärmetauscher, welcher in dem Kühlmodus als Verdampfer arbeitet. Somit wird mittels des Innenwärmetauschers der erste Teil des Kältemittels verdampft. Nachdem das Kältemittel und somit der erste Teil und der zweite Teil durch den Außenwärmetauscher geströmt sind, strömt der zweite Teil des Kältemittels durch den als Verdampfer arbeitenden Kühlmittelwärmetauscher, mittels welchem der zweite Teil verdampft wird. Vorzugsweise unterbleibt eine Strömung des ersten Teils durch den Kühlmittelwärmetauscher, und eine Strömung des zweiten Teils durch den
Innenwärmetauscher unterbleibt. Nachdem der erste Teil durch den Innenwärmetauscher und der zweite Teil durch den Kühlmittelwärmetauscher geströmt ist, vereinigen sich die Teile, woraufhin die Teile beziehungsweise das Kältemittel zu der und durch die
Fördereinrichtung strömen beziehungsweise strömt. In dem Kühlmodus erfährt das Kältemittel mittels des Außenwärmetauschers eine Abkühlung. Mit anderen Worten wird in dem Kühlmodus das Kältemittel mittels des Außenwärmetauschers gekühlt, indem ein Wärmeübergang von dem den Außenwärmetauscher durchströmenden Kältemittel über den Außenwärmetauscher an die Umgebungsluft erfolgt. Die Umgebungsluft ist Luft, welche sich in der Umgebung des Außenwärmetauschers, insbesondere des
Kraftfahrzeugs, befindet und den Außenwärmetauscher beispielsweise an- und/oder umströmt. Mittels des Innenwärmetauschers erfährt das Kältemittel in dem Kühlmodus eine Erwärmung. Mit anderen Worten wird in dem Kühlmodus mittels des
Innenwärmetauschers der erste Teil des Kältemittels erwärmt, indem ein Wärmeübergang von der dem Innenraum zuzuführenden und auch als Klimatisierungsluft bezeichneten Luft über den Innenwärmetauscher an den den Innenwärmetauscher durchströmenden ersten Teil erfolgt. Hierdurch wird die Klimatisierungsluft gekühlt, woraufhin beispielsweise die gekühlte Klimatisierungsluft dem Innenraum zugeführt wird, insbesondere derart, dass die Klimatisierungsluft in den Innenraum eingeleitet wird beziehungsweise dass die Klimatisierungsluft in den Innenraum einströmt. Dadurch kann der Innenraum gekühlt werden.
In dem Kühlmodus erfährt das Kältemittel, insbesondere der zweite Teil, eine weitere Erwärmung. Mit anderen Worten wird in dem Kühlmodus der zweite Teil des Kältemittels mittels des Kühlmittelwärmetauschers erwärmt, indem beispielsweise ein
Wärmeübergang von dem den Kühlmittelwärmetauscher durchströmenden Kühlmittel über den Kühlmittelwärmetauscher an den den Kühlmittelwärmetauscher
durchströmenden zweiten Teil erfolgt. Hierdurch wird das Kühlmittel gekühlt, und das Kältemittel beziehungsweise der zweite Teil wird erwärmt. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in dem Kühlmodus ein Betrieb des Außenwärmetauschers als Verdampfer unterbleibt. In dem Kühlmodus arbeitet der Außenwärmetauscher als Kühler, mittels welchem das Kältemittel zu kühlen ist beziehungsweise in dem Kühlmodus gekühlt wird. Insbesondere ist es dabei denkbar, dass in dem Kühlmodus der
Außenwärmetauscher als Kondensator arbeitet, mittels welchem das Kältemittel zu kondensieren ist beziehungsweise kondensiert wird, insbesondere dann, wenn als das Kältemittel ein herkömmliches beziehungsweise konventionelles Kältemittel verwendet wird. Wird beispielsweise als das Kältemittel C02 (Kohlendioxid) verwendet, so arbeitet der Außenwärmetauscher in dem Kühlmodus beispielsweise als Gaskühler bei transkritischem Betrieb und als Kondensator bei subkritischem Betrieb, mittels welchem das als Kohlendioxid ausgebildete Kältemittel zu kühlen ist beziehungsweise gekühlt wird.
Die Fördereinrichtung ist in dem Kühlmodus im Betrieb beziehungsweise aktiv und fördert in dem Kühlmodus das Kältemittel durch den Kältemittelkreislauf. Insbesondere arbeitet beispielsweise die Fördereinrichtung in dem Kühlmodus als Verdichter beziehungsweise Kompressor, mittels welchem in dem Kühlmodus das Kältemittel zu verdichten ist beziehungsweise verdichtet wird.
In dem Heizmodus strömt das Kältemittel von der Fördereinrichtung durch den
Kühlmittelwärmetauscher, daraufhin durch den Innenwärmetauscher, daraufhin durch den Außenwärmetauscher, welcher in dem Heizmodus als Verdampfer arbeitet, und daraufhin zu der und durch die Fördereinrichtung. Da der Außenwärmetauscher in dem Heizmodus als ein Verdampfer arbeitet, wird in dem Heizmodus das Kältemittel mittels des
Außenwärmetauschers verdampft. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass in dem
Heizmodus ein Betrieb des Innenwärmetauschers als Verdampfer unterbleibt.
Vorzugsweise ist die Fördereinrichtung in dem Heizmodus aktiv beziehungsweise in Betrieb, sodass in dem Heizmodus das Kältemittel mittels der Fördereinrichtung durch den Kältemittelkreislauf gefördert wird. Insbesondere arbeitet die Fördereinrichtung in dem Heizmodus als Verdichter beziehungsweise Kompressor, mittels welchem das Kältemittel in dem Heizmodus zu verdichten ist beziehungsweise verdichtet wird.
In dem Heizmodus erfährt das Kältemittel mittels des Kühlmittelwärmetauschers eine Abkühlung, insbesondere dadurch, dass ein Wärmeübergang von dem den
Kühlmittelwärmetauscher durchströmenden Kältemittel über den
Kühlmittelwärmetauscher an das den Kühlmittelwärmetauscher durchströmende
Kühlmittel erfolgt. Des Weiteren erfährt das Kältemittel in dem Heizmodus mittels des Innenwärmetauschers eine Abkühlung, sodass in dem Heizmodus das Kältemittel mittels des Innenwärmetauschers gekühlt wird. Dies erfolgt insbesondere derart, dass in dem Heizmodus ein Wärmeübergang von dem den Innenwärmetauscher durchströmenden Kältemittel über den Innenwärmetauscher an die Klimatisierungsluft erfolgt. Hierdurch wird die Klimatisierungsluft erwärmt, und das Kältemittel wird gekühlt. In der Folge wird die erwärmte Klimatisierungsluft beispielsweise dem Innenraum zugeführt, das heißt in den Innenraum eingeleitet, sodass die erwärmte Klimatisierungsluft in den Innenraum einströmt. In der Folge kann der Innenraum mittels der erwärmten Klimatisierungsluft erwärmt werden. Die Klimatisierungsluft strömt beispielsweise in dem Kühlmodus und in dem Heizmodus durch den Innenwärmetauscher. In dem Heizmodus erfährt das
Kältemittel mittels des Außenwärmetauschers, welcher in dem Heizmodus als Verdampfer arbeitet und somit das Kältemittel verdampft, eine weitere Erwärmung, insbesondere derart, dass über den Außenwärmetauscher ein Wärmeübergang von der Umgebungsluft an das den Außenwärmetauscher durchströmende Kältemittel erfolgt.
In dem Heizmodus arbeitet der Innenwärmetauscher beispielsweise als Kühler, mittels welchem in dem Heizmodus das Kältemittel gekühlt wird. Insbesondere kann der
Innenwärmetauscher in dem Heizmodus als Kondensator arbeiten, mittels welchem in dem Heizmodus das Kältemittel zu kondensieren ist beziehungsweise kondensiert wird, insbesondere dann, wenn das Kältemittel ein konventionelles Kältemittel ist. Ist das Kältemittel beispielsweise Kohlendioxid, so arbeitet der Innenwärmetauscher in dem Heizmodus beispielsweise als Gaskühler bei transkritischem Betrieb und als Kondensator bei subkritischem Betrieb, mittels welchem das Kohlendioxid zu kühlen ist
beziehungsweise gekühlt wird.
Die erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung arbeitet beispielsweise zumindest in dem Heizmodus als Wärmepumpe beziehungsweise als Wärmepumpenheizung, mittels welcher Wärme aus der Umgebungsluft genutzt wird, um die Klimatisierungsluft und somit den Innenraum zu erwärmen. Außerdem nutzt die Wärmepumpe Wärme aus dem vorzugsweise warmen Kühlmittel, um den Innenraum zu erwärmen. Hierdurch kann der Innenraum besonders effektiv und energieeffizient erwärmt werden.
In dem Kühlmodus arbeitet die Klimatisierungseinrichtung beispielsweise als
Kältemaschine, insbesondere als Kompressionskältemaschine, mittels welcher die Klimatisierungsluft und somit der Innenraum effektiv und effizient gekühlt werden können. Da der in dem Kühlmittelkreislauf angeordnete Kühlmittelwärmetauscher in dem
Kältemittelkreislauf eingebunden und sowohl im Kühlmodus als auch im Heizmodus genutzt wird, um Wärme zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel auszutauschen, kann ein besonders energieeffizienter Betrieb der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung sowohl in dem Kühlmodus als auch in dem Heizmodus realisiert werden. Die erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung eignet sich somit besonders vorteilhaft für den Einsatz bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug. Da mittels der Klimatisierungseinrichtung der Innenraum energieeffizient klimatisiert
beziehungsweise temperiert, das heißt gekühlt und erwärmt werden kann, kann beispielsweise eine besonders hohe elektrische Reichweite dargestellt werden, über die das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Hybrid- und insbesondere
Elektrofahrzeuge können im Winter wesentlich effizienter mittels Wärmepumpen geheizt werden als über sonstige elektrische Heizelemente, da der Effizienzgrad von
Wärmepumpen in der Regel größer als eins ist. Dadurch wird für einen rein elektrischen und somit emissionsfreien Betrieb des jeweiligen Kraftfahrzeugs die Reichweite, über die das jeweilige Kraftfahrzeug rein elektrisch angetrieben werden kann, erheblich gesteigert.
Allerdings sind heutige Luft-Luft-Wärmepumpen, mittels welchen der Innenraum effizient beheizt werden kann, in der Regel auf dem Fahrzeugdach positioniert und werden nicht nur im Winter zum Beheizen des Innenraums sondern auch im Sommer zur Kühlung des auch als Fahrgastraum bezeichneten Innenraums verwendet.
Bezogen auf die erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung ist somit der Kühlmodus beispielsweise ein Sommerbetrieb, um im Sommer und somit bei hohen Umgebungs beziehungsweise Außentemperaturen den Innenraum kühlen zu können. Der Heizmodus ist somit beispielsweise ein Winterbetrieb, um im Winter und somit bei geringen
Außentemperaturen den Innenraum beheizen zu können. Dabei können für den Sommer und Winterbetrieb dieselben Wärmetauscher verwendet werden, obwohl die benötigte Leistung im Winter wesentlich höher als im Sommer ist. Allerdings kann durch alleinige Wärmeeinbringung über das Fahrzeugdach üblicherweise nicht die für das Wohlbehagen erforderliche Wärmeschichtung realisiert werden, um dadurch beispielsweise warme Füße und einen demgegenüber kühleren Kopf eines jeweiligen, sich im Innenraum
aufhaltenden Fahrgasts beziehungsweise Menschen zu realisieren. Ein Teil der Energie wird daher üblicherweise über ineffizientere Wärmequellen erzeugt und über einen Wasserkreislauf und/oder Bodenheizgeräte in den Innenraum gebracht.
Üblicherweise wird zur Entfeuchtung der Klimatisierungsluft ein weiterer
Wasserwärmetauscher am beziehungsweise im Fahrzeugdach benötigt, da die
Klimaanlage beziehungsweise Wärmepumpe zur Entfeuchtung im Klimabetrieb arbeitet, und die Luft durch eine weitere Wärmequelle anschließend wieder erhitzt werden muss, bevor sie in den Innenraum gelangt. Die Entfeuchtung ist daher besonders
energieaufwändig.
Bei der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung ist es nun vorgesehen, dieselben Wärmetauscher in Form des Außenwärmetauschers, des Innenwärmetauschers und des Kühlmittelwärmetauschers sowohl für den Winterbetrieb als auch für den Sommerbetrieb zu nutzen, wobei durch die Ventileinrichtung sowie durch entsprechende Leitungen und Verbindungselemente zwischen dem Heizmodus und dem Kühlmodus umgeschaltet werden kann, um mittels derselben Wärmetauscher den Innenraum wahlweise energieeffizient kühlen und energieeffizient beheizen zu können. In dem Heizmodus arbeitet die erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung insbesondere als Luft-Luft- Wärmepumpe, da in der Umgebungsluft enthaltene Wärme unter Vermittlung des Kältemittels an die Klimatisierungsluft übertragen wird, um diese und somit den
Innenraum energieeffizient zu beheizen. Durch die einfache und somit kosten-, bauraum und gewichtsgünstige Umschaltbarkeit der Ventileinrichtung zwischen dem Heizmodus und dem Kühlmodus können der Heizmodus und der Kühlmodus auf bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise realisiert werden, wobei sowohl in dem Kühlmodus als auch in dem Heizmodus der Kühlmittelwärmetauscher zum Durchführen eines
Wärmeaustausches zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel genutzt wird. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb der Klimatisierungseinrichtung dargestellt werden.
Das Kühlmittel kann beispielsweise zur Kühlung einer Antriebskomponente des
Kraftfahrzeugs genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlmittel für wenigstens einen anderen Zweck genutzt werden, zum Beispiel für die Klimatisierung des Fahrarbeitsplatzes mittels eines Kühlmittel-Luft-Wärmetauschers. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlmittel mittels des Kühlmittelwärmetauschers erwärmt werden. Das erwärmte Kühlmittel kann dann als Wärmequelle für Heizung der Batterien oder für eine Heizung des Fahrarbeitsplatzes und/oder als eine Bodenheizung und/oder zum Erwärmen, insbesondere Wiedererwärmen von Luft, insbesondere in einem Reheat- Betrieb einer Aufdachanlage genutzt werden.
Vorzugsweise ist das Kühlmittel eine Flüssigkeit, welche zumindest Wasser aufweist. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb dargestellt werden. Alternativ oder zusätzlich ist die Integration eines weiteren Wärmetauschers auf einer Hochdruckseite, insbesondere auf einer Kältemittelhochdruckseite, des Kältemittelkreislaufs denkbar, insbesondere mit Anbindung an den auch als Wasserkreislauf bezeichneten
Kühlmittelkreislauf. Durch die Erfindung können insbesondere die folgenden Vorteile realisiert werden:
- Reduzierung der durch Deckung der Wärmequellen erzeugten thermischen Energie im Kühlmittelkreislauf
- Steigerung der Effizienz der Wärmepumpe (Betrieb in der Nähe des Bestpunkts möglich)
- Erhöhung der Fahrzeugreichweite, über welche das Kraftfahrzeug rein elektrisch angetrieben werden kann
- Reduzierung der Batteriekosten
- Reduzierung der Bauteilkosten der Wärmepumpe
- Einsparung von Bauraum
Um die Kosten, den Bauraumbedarf und das Gewicht der Klimatisierungseinrichtung besonders gering zu halten, ist es in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, dass das Kältemittel in dem Kühlmodus und in dem Heizmodus in dieselbe Richtung durch die Fördereinrichtung strömt. Mit anderen Worten fördert die
Fördereinrichtung das Kältemittel sowohl in dem Heizmodus als auch in dem Kühlmodus in dieselbe Richtung durch die Fördereinrichtung. Die Umschaltung beziehungsweise Umschaltbarkeit zwischen dem Heizmodus und dem Kühlmodus wird somit nicht etwa durch eine Förderrichtungsumkehr der Fördereinrichtung, sondern beispielsweise lediglich durch entsprechendes Verschalten beziehungsweise Umschalten der Ventileinrichtung realisiert, insbesondere derart, dass entsprechend in dem jeweiligen Betriebsmodus entsprechende Leitungen freigegeben beziehungsweise versperrt werden, um trotz derselben Förderrichtung, in die das Kältemittel mittels der Fördereinrichtung durch diese gefördert wird, das Kältemittel in dem Heizmodus und in dem Kühlmodus auf
unterschiedliche Weise durch den Kältemittelkreislauf zu leiten.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die
Klimatisierungseinrichtung einen inneren Wärmetauscher aufweist. Der innere
Wärmetauscher wird auch als interner Wärmetauscher, interner Wärmeübertrager oder innerer Wärmeübertrager bezeichnet. In dem Kühlmodus strömt das Kältemittel von der Fördereinrichtung durch den Außenwärmetauscher und daraufhin durch den inneren Wärmetauscher. Daraufhin strömt der erste Teil des Kältemittels durch den als
Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauscher, und der zweite Teil des Kältemittels strömt durch den als Verdampfer arbeitenden Kühlmittelwärmetauscher. Daraufhin vereinigen sich die Teile und strömen daraufhin durch den inneren Wärmetauscher und daraufhin zu der und durch die Fördereinrichtung. Dabei erfährt das Kältemittel stromab des Außenwärmetauschers und stromauf des Innenwärmetauschers und des Kühlmittelwärmetauschers mittels des inneren Wärmetauschers eine Abkühlung, sodass das Kältemittel stromab des Außenwärmetauschers und stromauf des
Innenwärmetauschers und des Kühlmittelwärmetauschers mittels des
Innenwärmetauschers abgekühlt wird. Stromab des Innenwärmetauschers und des Kühlmittelwärmetauschers und stromauf der Fördereinrichtung erfährt das Kältemittel mittels des inneren Wärmetauschers eine Erwärmung, sodass das Kältemittel stromab des Innenwärmetauschers und des Kühlmittelwärmetauschers und stromauf der
Fördereinrichtung mittels des Innenwärmetauschers erwärmt wird. Ein Betrieb des inneren Wärmetauschers als Verdampfer unterbleibt sowohl in dem Heizmodus als auch in dem Kühlmodus.
In dem Heizmodus strömt das Kältemittel von der Fördereinrichtung durch den
Kühlmittelwärmetauscher und daraufhin durch den Innenwärmetauscher, woraufhin das Kältemittel durch den inneren Wärmetauscher strömt. Daraufhin strömt das Kältemittel durch den als Verdampfer arbeitenden Außenwärmetauscher und daraufhin zu der und durch die Fördereinrichtung. Das Kältemittel erfährt in dem Heizmodus stromab des Innenwärmetauschers und stromauf des Außenwärmetauschers mittels des inneren Wärmetauschers eine Abkühlung, sodass das Kältemittel in dem Heizmodus mittels des inneren Wärmetauschers stromab des Innenwärmetauschers und stromauf des
Außenwärmetauschers gekühlt wird. Stromab des Außenwärmetauschers und stromauf der Fördereinrichtung erfährt das Kältemittel in dem Heizmodus mittels des inneren Wärmetauschers eine Erwärmung, sodass in dem Heizmodus das Kältemittel stromab des Außenwärmetauschers und stromauf der Fördereinrichtung mittels des inneren Wärmetauschers erwärmt wird.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Ventileinrichtung in einem
Wiederaufheizmodus schaltbar ist, welcher ein dritter Betriebsmodus ist und auch als Reheat- Betrieb bezeichnet wird. In dem Reheat-Betrieb ist beispielsweise die
Fördereinrichtung im Betrieb beziehungsweise aktiv, sodass in dem Reheat-Betrieb das Kältemittel mittels der Fördereinrichtung durch den Kältemittelkreislauf gefördert wird. Dabei strömt das Kältemittel in den Wiederaufheizmodus in dieselbe Richtung durch die Fördereinrichtung, in die das Kältemittel auch in dem Heizmodus und in dem Kühlmodus durch die Fördereinrichtung strömt. Mit anderen Worten strömt das Kältemittel in dem Heizmodus, in dem Kühlmodus und in dem Wiederaufheizmodus in dieselbe Richtung durch die Fördereinrichtung hindurch. In dem Wiederaufheizmodus strömt das Kältemittel von der Fördereinrichtung durch den Kühlmittelwärmetauscher, daraufhin durch den Außenwärmetauscher, daraufhin durch den Innenwärmetauscher und daraufhin zu der und durch die Fördereinrichtung. In dem Reheat-Betrieb arbeitet der Innenwärmetauscher als Verdampfer, um die Luft zu entfeuchten. Der Kühlmittelwärmetauscher arbeitet als Kühler, insbesondere als Gaskühler, um das Kühlmittel zu erwärmen. Das erwärmte Kühlmittel strömt dann durch einen Kühlmittel-Luft-Wärmetauscher, um die Luft wieder zu erwärmen.
In dem Wiederaufheizmodus erfährt das Kühlmittel mittels des Kühlmittelwärmetauschers eine Erwärmung, sodass in dem Wiederaufheizmodus das Kühlmittel mittels des
Kühlmittelwärmetauschers erwärmt wird. Hierzu erfolgt ein Wärmeübergang von dem den Kühlmittelwärmetauscher durchströmenden Kältemittel über den
Kühlmittelwärmetauscher an das den Kühlmittelwärmetauscher durchströmende
Kühlmittel. In dem Wiederaufheizmodus erfährt das Kältemittel mittels des
Außenwärmetauschers eine Abkühlung, indem beispielsweise über den
Außenwärmetauscher ein Wärmeübergang von dem den Außenwärmetauscher durchströmenden Kältemittel an die Umgebungsluft erfolgt. Außerdem erfährt in dem Wiederaufheizmodus das Kältemittel mittels des Innenwärmetauschers eine weitere Erwärmung, indem beispielsweise ein Wärmeübergang von der Klimatisierungsluft über den Innenwärmetauscher an das den Innenwärmetauscher durchströmende Kältemittel erfolgt. Dies bedeutet, dass das Kältemittel in dem Wiederaufheizmodus mittels des Innenwärmetauschers erwärmt und mittels des Kühlmittelwärmetauschers und mittels des Außenwärmetauschers gekühlt wird.
In dem Wiederaufheizmodus wird die Klimatisierungsluft mittels des
Innenwärmetauschers besonders effektiv und energieeffizient abgekühlt und dadurch beispielsweise entfeuchtet. Danach wird die Klimatisierungsluft beispielsweise mittels das erwärmte Kühlmittel wieder erwärmt, woraufhin die zuerst entfeuchtete und dann erwärmte Klimatisierungsluft dem Innenraum zugeführt werden kann.
Ist beispielsweise der innere Wärmetauscher vorgesehen, so ist es in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in dem Wiederaufheizmodus das
Kältemittel von der Fördereinrichtung durch den Kühlmittelwärmetauscher, daraufhin durch den Außenwärmetauscher, daraufhin durch den inneren Wärmetauscher, daraufhin durch den Innenwärmetauscher, daraufhin durch den inneren Wärmetauscher und daraufhin zu der und durch die Fördereinrichtung strömt. Dabei erfährt das Kältemittel stromab des Außenwärmetauschers und stromauf des Innenwärmetauschers mittels des inneren Wärmetauschers eine Abkühlung, sodass das Kältemittel stromab des Außenwärmetauschers und stromauf des Innenwärmetauschers mittels des inneren Wärmetauschers gekühlt wird. Stromab des Innenwärmetauschers und stromauf der Fördereinrichtung erfährt das Kältemittel in dem Wiederaufheizmodus eine Erwärmung, sodass in dem Wiederaufheizmodus das Kältemittel stromab des Innenwärmetauschers und stromauf der Fördereinrichtung mittels des inneren Wärmetauschers erwärmt wird. Hierdurch kann ein besonders energieeffizienter Betrieb dargestellt werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die
Klimatisierungseinrichtung wenigstens oder genau zwei in dem Kältemittelkreislauf angeordnete 3/2-Wegeventile aufweist. Hierdurch können die unterschiedlichen
Betriebsmodi auf einfache und kostengünstige Weise realisiert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Außenwärmetauscher, dem
Innenwärmetauscher und dem Kühlmittelwärmetauscher jeweils ein in dem
Kältemittelkreislauf angeordnetes Expansionsventil der Ventileinrichtung zugeordnet, sodass das Kältemittel mittels des jeweiligen Expansionsventils expandiert werden kann. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb realisiert werden. Das jeweilige
Expansionsventil ist beispielsweise als einstellbares, insbesondere regelbares oder geregeltes, Expansionsventil ausgebildet.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Klimatisierungseinrichtung als Aufdachanlage ausgebildet und somit in vollständig hergestelltem Zustand des
Kraftfahrzeugs auf dessen auch als Fahrzeugdach bezeichneten Dach angeordnet ist.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der
erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung sind als Vorteile und vorteilhafte
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen und umgekehrt.
Schließlich gehört zur Erfindung auch vorzugsweise als Nutzfahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug, welches wenigstens eine erfindungsgemäße Klimatisierungseinrichtung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Klimatisierungseinrichtung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Klimatisierungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei in Fig. 1 ein
Kühlmodus der Klimatisierungseinrichtung veranschaulicht ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Klimatisierungseinrichtung, wobei in Fig.
2 ein Heizmodus der Klimatisierungseinrichtung veranschaulicht ist; und
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Klimatisierungseinrichtung, wobei in Fig.
3 ein Wiederaufheizmodus der Klimatisierungseinrichtung veranschaulicht ist.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Klimatisierungseinrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug, welches vorzugsweise als Nutzfahrzeug ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist das Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug ausgebildet und somit rein elektrisch antreibbar. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, kann ein besonders effizienter Betrieb der Klimatisierungseinrichtung realisiert werden, sodass eine besonders hohe elektrische Reichweite, über die das Kraftfahrzeug rein elektrisch angetrieben werden kann, dargestellt werden kann.
Die Klimatisierungseinrichtung 10 weist einen von einem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf 12 und eine in dem Kältemittelkreislauf 12 angeordnete und als Pumpe 14 ausgebildete Fördereinrichtung auf, mittels welcher das Kältemittel durch den Kältemittelkreislauf 12 zu fördern ist beziehungsweise gefördert wird. Im Folgenden werden drei unterschiedliche Betriebsmodi der Klimatisierungseinrichtung 10 veranschaulicht. Ein erster der Betriebsmodi ist ein in Fig. 1 veranschaulichter
Kühlmodus. Ein zweiter der Betriebsmodi ist ein in Fig. 2 veranschaulichter Heizmodus, wobei der dritte Betriebsmodus ein in Fig. 3 dargestellter Wiederaufheizmodus ist, der auch als Reheat-Betrieb bezeichnet wird. In den Betriebsmodi ist die Pumpe 14 in Betrieb, sodass in dem jeweiligen Betriebsmodus das Kältemittel mittels der Pumpe 14 durch den Kältemittelkreislauf 12 und dabei durch die Pumpe 14 selbst hindurchgefördert wird.
Dabei veranschaulicht in Fig. 1 ein Pfeil 16 eine Strömungsrichtung, in die das Kältemittel in den drei Betriebsmodi durch die Pumpe 14 hindurchströmt beziehungsweise durch die Pumpe 14 mittels dieser hindurchgefördert wird. Die unterschiedlichen Betriebsmodi werden somit nicht durch eine Förderrichtungsumkehr der Pumpe 14, sondern mittels einer Ventileinrichtung 18 beziehungsweise durch entsprechendes Umschalten der Ventileinrichtung 18 und durch entsprechende, fluidisch miteinander verbundene
Leitungen realisiert, durch welche das Kältemittel hindurchströmen kann.
Die auch als Klimaanlage bezeichnete Klimatisierungseinrichtung 10 weist wenigstens einen in dem Kältemittelkreislauf 12 angeordneten und demzufolge von dem Kältemittel durchströmbaren Außenwärmetauscher 20 auf, über welchen ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft erfolgen kann. Die Umgebungsluft ist Luft, die sich in der Umgebung 22 des Außenwärmetauschers 20 und insbesondere des Kraftfahrzeugs befindet und beispielsweise den Außenwärmetauscher 20 an- und umströmt, insbesondere bei einer Fahrt des Kraftfahrzeugs. Der Außenwärmetauscher 20 ist ein erster Wärmetauscher der Klimatisierungseinrichtung. Die
Klimatisierungseinrichtung 10 weist darüber hinaus einen in dem Kältemittelkreislauf 12 angeordneten und demzufolge von dem Kältemittel durchströmbaren
Innenwärmetauscher 24 auf, über welchen ein Wärmeaustausch zwischen dem
Kältemittel und dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführender Luft erfolgen kann. Die dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführende Luft wird auch als Klimatisierungsluft bezeichnet, da die Klimatisierungsluft dem Innenraum zugeführt, das heißt in den
Innenraum eingeleitet wird. Hierdurch kann der Innenraum mittels der Klimatisierungsluft temperiert, das heißt wahlweise gekühlt und erwärmt werden. Die Klimatisierungsluft wird beispielsweise mittels eines in den Fig. nicht erkennbaren Gebläses der
Klimatisierungseinrichtung 10 gefördert. Die Klimatisierungsluft wird beispielsweise mittels des Gebläses aus der Umgebung 22, aus dem Innenraum oder aus der Umgebung 22 und dem Innenraum angesaugt und zu dem beziehungsweise in den Innenraum gefördert. Der Innenwärmetauscher 24 ist ein zweiter Wärmetauscher der
Klimatisierungseinrichtung 10. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als ein Bus, insbesondere als ein Omnibus, ausgebildet, dessen Innenraum besonders groß ist. Trotz dieser Größe des Innenraums kann ein der Innenraum mittels der Klimatisierungseinrichtung 10 effizient temperiert werden. In Fahrzeughochrichtung nach oben hin ist der Innenraum beispielsweise durch ein auch als Fahrzeugdach bezeichnetes Dach des Kraftfahrzeugs begrenzt. Hierbei ist die Klimatisierungseinrichtung 10 beispielsweise als eine Aufdachanlage ausgebildet und demzufolge auf dem Dach angeordnet.
Die Klimatisierungseinrichtung 10 weist darüber hinaus einen in dem Kältemittelkreislauf 12 und in einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelkreislauf 26
angeordneten Kühlmittelwärmetauscher 28 auf, welcher sowohl von dem Kältemittel als auch von dem Kühlmittel durchströmbar ist beziehungsweise in dem jeweiligen
Betriebsmodus durchströmt wird. Das Kühlmittel ist vorzugsweise eine Flüssigkeit und umfasst zumindest Wasser. Das Kühlmittel kann beispielsweise zur Kühlung einer Antriebskomponente des Kraftfahrzeugs genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlmittel für wenigstens einen anderen Zweck genutzt werden, zum Beispiel für die Klimatisierung des Fahrarbeitsplatzes mittels eines Kühlmittel-Luft-Wärmetauschers. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlmittel mittels des Kühlmittelwärmetauschers erwärmt werden. Das erwärmte Kühlmittel kann dann als Wärmequelle für Heizung der Batterien oder für eine Heizung des Fahrarbeitsplatzes und/oder als eine Bodenheizung und/oder zum Erwärmen, insbesondere Wiedererwärmen von Luft, insbesondere in einem Reheat- Betrieb einer Aufdachanlage genutzt werden.
Das Kraftfahrzeug ist dabei mittels der Antriebskomponente antreibbar. Bei der
Antriebskomponente handelt es sich beispielsweise um eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Antriebskomponente wenigstens eine Batterie, mittels welcher die elektrische Maschine mit in der Batterie gespeicherter elektrischer Energie versorgt werden kann. Über den Kühlmittelwärmetauscher 28 kann ein Wärmeaustausch zwischen dem
Kältemittel und dem Kühlmittel erfolgen. Des Weiteren umfasst die
Klimatisierungseinrichtung 10 die Ventileinrichtung 18, mittels welcher wenigstens eine Strömung des Kältemittels durch den Kältemittelkreislauf 12 beeinflussbar ist.
Um nun den Innenraum besonders energieeffizient klimatisieren und somit temperieren zu können, ist die Ventileinrichtung 18 in dem Kühlmodus derart geschaltet, dass sie die von dem Kältemittel durchströmbaren Leitungen der Klimatisierungseinrichtung 10 derart freigibt beziehungsweise versperrt, dass das Kältemittel in dem Kühlmodus von der Pumpe 14 über ein 2/3-Wegeventil 42 zu dem und durch den Außenwärmetauscher 20 und daraufhin über ein Absperrventil 40 zu einem und durch einen inneren
Wärmetauscher 30 der Klimatisierungseinrichtung 10 strömt. Mit anderen Worten umfasst die Klimatisierungseinrichtung 10 auch den inneren Wärmetauscher 30, welcher in dem Kältemittelkreislauf 12 angeordnet und demzufolge von dem Kältemittel durchströmbar ist. Nachdem das Kältemittel durch den inneren Wärmetauscher 30 geströmt ist, teilt sich das Kältemittel beziehungsweise dessen Strömung in dem Kühlmodus in einen ersten Teil 32 und einen zweiten Teil 34 auf. Da sich das Kältemittel erst stromab des inneren
Wärmetauschers 30 auf die Teile 32 und 34 aufteilt, strömen die Teile 32 und 34 miteinander vereinigt von der Pumpe 14 zu dem und insbesondere durch den
Außenwärmetauscher 20 und daraufhin durch den inneren Wärmetauscher 30. Nach dem inneren Wärmetauscher 30, das heißt stromab des inneren Wärmetauschers 30 strömt der erste Teil 32 über ein Expansionsventil 36 zu dem und durch den
Innenwärmetauscher 24, welcher in dem Kühlmodus als Verdampfer arbeitet. Dabei ist dem Innenwärmetauscher 24 das in dem Kältemittelkreislauf 12 angeordnete
Expansionsventil 36 der Klimatisierungseinrichtung 10 zugeordnet, sodass beispielsweise in dem Kühlmodus der erste Teil des Kältemittels mittels des Expansionsventils 36 und mittels des Innenwärmetauschers 24 verdampft wird.
Stromab des inneren Wärmetauschers 30 strömt der zweite Teil 34 über ein
Expansionsventil 38 zu dem und durch den Kühlmittelwärmetauscher 28, welcher in dem Kühlmodus als Verdampfer arbeitet. Hierzu ist dem Kühlmittelwärmetauscher 28 das Expansionsventil 38 der Klimatisierungseinrichtung 10 zugeordnet, sodass in dem
Kühlmodus der zweite Teil 34 des Kältemittels mittels des Expansionsventils 38 und mittels des Kühlmittelwärmetauschers 28 verdampft wird. Nach dem
Kühlmittelwärmetauscher 28 strömt der zweite Teil 34 durch ein 2/3-Wegeventil 44 und vereinigt sich dann mit dem ersten Teil 32. Mit anderen Worten, nachdem der erste Teil 32 durch den Innenwärmetauscher 24 und der zweite Teil 34 durch den
Kühlmittelwärmetauscher 28 geströmt ist, vereinigen sich der erste Teil 32 und der zweite Teil 34 wieder zu einer Gesamtströmung des Kältemittels, wobei die Gesamtströmung bereits von der Pumpe 14 durch den Außenwärmetauscher 20 und durch den inneren Wärmetauscher 30 geströmt ist. Die Gesamtströmung und somit die Teile 32 und 34 strömen dann stromab des Innenwärmetauschers 24 und stromab des
Kühlmittelwärmetauschers 28 durch den inneren Wärmetauscher 30 und dann zu der und durch die Pumpe 14, wodurch der Kältemittelkreislauf 12 geschlossen ist. In dem
Kühlmodus wird das Kältemittel mittels des Außenwärmetauschers gekühlt, indem Wärme von dem Kältemittel an die Umgebungsluft über den Außenwärmetauscher 20 übergeht. Stromab des Außenwärmetauschers 20 und stromauf des Innenwärmetauschers 24 und des Kühlmittelwärmetauschers 28 wird das Kältemittel mittels des inneren
Wärmetauschers 30 gekühlt. Mittels des Innenwärmetauschers 24 wird der erste Teil erwärmt, indem ein Wärmeübergang von der Klimatisierungsluft über den
Innenwärmetauscher 24 an das Kältemittel erfolgt. Hierdurch wird die Klimatisierungsluft gekühlt. Daraufhin wird die gekühlte Klimatisierungsluft dem Innenraum zugeführt, wodurch der Innenraum gekühlt wird. Der zweite Teil wird mittels des
Kühlmittelwärmetauschers 28 erwärmt, indem ein Wärmeübergang von dem Kühlmittel über den Kühlmittelwärmetauscher 28 an das Kältemittel erfolgt. Stromab des
Innenwärmetauschers 24 und des Kühlmittelwärmetauschers 28 und stromauf der Pumpe 14 wird das Kältemittel beziehungsweise werden die Teile mittels des inneren
Wärmetauschers 30 erwärmt.
Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, umfasst die Ventileinrichtung 18 das Absperrventil 40, welches bezogen auf den Kühlmodus stromab des Außenwärmetauschers 20 und stromauf des inneren Wärmetauschers 30 beziehungsweise des Innenwärmetauschers 24 und des Kühlmittelwärmetauschers 28 angeordnet ist. Außerdem umfasst die
Ventileinrichtung 18 die Expansionsventile 36 und 38 sowie die wenigstens oder genau zwei 2/3-Wegeventile 42 und 44. Bezogen auf den Kühlmodus ist das 2/3-Wegeventil 42 stromab der Pumpe 14 und stromauf des Außenwärmetauschers 20 angeordnet.
Bezogen auf den Kühlmodus ist dass 2/3-Wegeventil 44 stromab des
Kühlmittelwärmetauschers 28 und stromauf des inneren Wärmetauschers 30
beziehungsweise der Pumpe 14 angeordnet. Des Weiteren umfasst die Ventileinrichtung 18 ein dem Außenwärmetauscher 20 zugeordnetes Expansionsventil 46 und ein
Absperrventil 48, deren Funktionen im Folgenden noch genauer erläutert werden.
Fig. 2 zeigt den Heizmodus. Während beispielsweise das Kühlmittel in dem Kühlmodus kalt ist und somit eine erste Temperatur aufweist, ist das Kühlmittel beispielsweise in dem Heizmodus warm und weist demzufolge eine gegenüber der ersten Temperatur größere zweite Temperatur auf. Auch in dem Wiederaufheizmodus ist das Kühlmittel warm, sodass es beispielsweise eine gegenüber der ersten Temperatur größere dritte
Temperatur aufweist, welche der zweiten Temperatur entsprechen, größer als die zweite Temperatur oder kleiner als die zweite Temperatur sein kann.
In dem Heizmodus strömt das Kältemittel von der Pumpe 14 über das 2/3-Wegeventil 42 zu dem und durch den Kühlmittelwärmetauscher 28, daraufhin über das 2/3-Wegeventil 44 zu dem und durch den Innenwärmetauscher 24, daraufhin über das Expansionsventil 36 zu dem und durch den inneren Wärmetauscher 30, daraufhin über das Expansionsventil 46 zu dem und durch den Außenwärmetauscher 20, welcher in dem Heizmodus als Verdampfer arbeitet, daraufhin durch den inneren Wärmetauscher 30 und daraufhin zu der und durch die Pumpe 14. Dabei umfasst die Ventileinrichtung 18 das dem Außenwärmetauscher 20 zugeordnete Expansionsventil 46, sodass das Kältemittel in dem Heizmodus mittels des Expansionsventils 46 und mittels des
Außenwärmetauschers 20 expandiert wird. In dem Heizmodus wird das Kältemittel mittels des Außenwärmetauschers 20 erwärmt, indem ein Wärmeübergang von der
Umgebungsluft über den Außenwärmetauscher 20 an das Kältemittel erfolgt. In dem Heizmodus wird das Kältemittel mittels des Innenwärmetauschers 24 gekühlt, indem ein Wärmeübergang von dem Kältemittel über den Innenwärmetauscher 24 an die
Klimatisierungsluft erfolgt. Hierdurch wird die Klimatisierungsluft erwärmt. Wird daraufhin die erwärmte Klimatisierungsluft dem Innenraum zugeführt, so kann der Innenraum dadurch beheizt werden. Ferner wird das Kältemittel in dem Heizmodus mittels des Kühlmittelwärmetauschers 28 gekühlt, indem ein Wärmeübergang von dem Kältemittel über den Kühlmittelwärmetauscher 28 an das Kühlmittel erfolgt. Stromab des
Innenwärmetauschers 24 und stromauf des Außenwärmetauschers 20 wird das
Kältemittel mittels des inneren Wärmetauschers 30 gekühlt. Stromab des
Außenwärmetauschers 20 und stromauf der Pumpe 14 wird das Kältemittel mittels des inneren Wärmetauschers 30 erwärmt. Bezogen auf den Heizmodus ist das Absperrventil 48 stromab des Innenwärmetauschers 24 und stromauf des inneren Wärmetauschers 30 beziehungsweise des Außenwärmetauschers 20 angeordnet. In dem Kühlmodus sind das Absperrventil 40, das Expansionsventil 36 und das Expansionsventil 38 geöffnet, während das Absperrventil 48 und das Expansionsventil 46 geschlossen sind. In dem Heizmodus sind das Expansionsventil 46 und das Absperrventil 48 geöffnet, während das
Absperrventil 40 und die Expansionsventile 38 und 36 geschlossen sind.
In dem in Fig. 3 gezeigten Reheat-Betrieb sind das Absperrventil 40 und das
Expansionsventil 36 geöffnet, während das Absperrventil 48 und die Expansionsventile 38 und 46 geschlossen sind. In dem Wiederaufheizmodus strömt das Kältemittel von der Pumpe 14 über das 2/3-Wegeventil 42 durch den Kühlmittelwärmetauscher 28, daraufhin über das 2/3-Wegeventil 44 durch den Außenwärmetauscher 20, daraufhin über das Absperrventil 40 durch den inneren Wärmetauscher 30, daraufhin über das
Expansionsventil 36 durch den Innenwärmetauscher 24, daraufhin durch den inneren Wärmetauscher 30 und daraufhin wieder zu der und durch die Pumpe 14. Der Außenwärmetauscher 20 ist ein erster Wärmetauscher, der Innenwärmetauscher 24 ist ein zweiter Wärmetauscher und der Kühlmittelwärmetauscher 28 ist ein dritter Wärmetauscher der Klimatisierungseinrichtung 10. Außerdem ist der innere
Wärmetauscher 30 ein vierter Wärmetauscher der Klimatisierungseinrichtung 10. In dem Wiederaufheizmodus wird das Kältemittel mittels des Außenwärmetauschers 20 gekühlt. Stromab des Außenwärmetauschers 20 und stromauf des Innenwärmetauschers 24 wird das Kältemittel mittels des inneren Wärmetauschers 30 gekühlt. Mittels des
Innenwärmetauschers 24 wird das Kältemittel erwärmt. Stromab des
Innenwärmetauschers 24 und stromauf der Pumpe 14 wird das Kältemittel mittels des inneren Wärmetauschers 30 erwärmt. Mittels des Kühlmittelwärmetauschers 28 wird das Kältemittel gekühlt. Somit wird beispielsweise in dem Reheat-Betrieb die
Klimatisierungsluft mittels des Innenwärmetauschers 24 abgekühlt und dadurch beispielsweise entfeuchtet.

Claims

Patentansprüche
1. Klimatisierungseinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem von einem
Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf (12), mit wenigstens einem in dem Kältemittelkreislauf (12) angeordneten Außenwärmetauscher (20) zum
Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft, mit einem in dem Kältemittelkreislauf (12) angeordneten Innenwärmetauscher (24) zum
Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführender Luft, mit einem in dem Kältemittelkreislauf (12) und in einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühlmittelkreislauf (26) angeordneten
Kühlmittelwärmetauscher (28) zum Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel, mit einer in dem Kältemittelkreislauf (12) angeordneten
Fördereinrichtung (14) zum Fördern des Kältemittels durch den Kältemittelkreislauf (12), und mit einer Ventileinrichtung (18), mittels welcher wenigstens eine Strömung des Kältemittels durch den Kältemittelkreislauf (12) beeinflussbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventileinrichtung (18) zumindest zwischen einem Kühlmodus und einem
Heizmodus umschaltbar ist, wobei:
- in dem Kühlmodus das Kältemittel von der Fördereinrichtung (14) durch den Außenwärmetauscher (20) strömt, woraufhin ein erster Teil (32) des Kältemittels durch den als Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauscher (24) und ein zweiter Teil (34) des Kältemittels durch den als Verdampfer arbeitenden
Kühlmittelwärmetauscher (28) strömt, woraufhin sich die Teile (32, 34) vereinigen und zu der und durch die Fördereinrichtung (14) strömen, wobei das Kältemittel mittels des Außenwärmetauschers (20) eine Abkühlung, mittels des
Innenwärmetauschers (24) eine Erwärmung und mittels des
Kühlmittelwärmetauschers (28) eine weitere Erwärmung erfährt; und - in dem Heizmodus das Kältemittel von der Fördereinrichtung (14) durch den Kühlmittelwärmetauscher (28), daraufhin durch den Innenwärmetauscher (24), daraufhin durch den als Verdampfer arbeitenden Außenwärmetauscher (20) und daraufhin zu der und durch die Fördereinrichtung (14) strömt, wobei das
Kältemittel mittels Kühlmittelwärmetauschers (28) eine Abkühlung, mittels des Innenwärmetauschers (24) eine Abkühlung und mittels des
Außenwärmetauschers (20) eine Erwärmung erfährt.
2. Klimatisierungseinrichtung (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kältemittel in dem Kühlmodus und in dem Heizmodus in dieselbe Richtung (16) durch die Fördereinrichtung (14) strömt.
3. Klimatisierungseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnete durch
einen inneren Wärmetauscher (30) wobei:
- in dem Kühlmodus das Kältemittel von der Fördereinrichtung (14) durch den Außenwärmetauscher (20) und daraufhin durch den inneren Wärmetauscher (30) strömt, woraufhin der erste Teil (32) des Kältemittels durch den als Verdampfer arbeitenden Innenwärmetauscher (24) und der zweite Teil (34) des Kältemittels durch den als Verdampfer arbeitenden Kühlmittelwärmetauscher (28) strömt, woraufhin sich die Teile (32, 34) vereinigen und daraufhin durch den inneren Wärmetauscher (30) und daraufhin zu der und durch die Fördereinrichtung (14) strömen, wobei das Kältemittel stromab des Außenwärmetauschers (20) und stromauf des Innenwärmetauschers (24) und des Kühlmittelwärmetauschers (28) mittels des inneren Wärmetauschers (30) eine Abkühlung und stromab des Innenwärmetauschers (24) und des Kühlmittelwärmetauschers (28) und stromauf der Fördereinrichtung (!4) mittels des inneren Wärmetauschers (30) eine
Erwärmung erfährt; und
- in dem Heizmodus das Kältemittel von der Fördereinrichtung (14) durch den Kühlmittelwärmetauscher (28), daraufhin durch den Innenwärmetauscher (24), daraufhin durch den inneren Wärmetauscher (30), daraufhin durch den als Verdampfer arbeitenden Außenwärmetauscher (20), daraufhin durch den inneren Wärmetauscher (30) und daraufhin zu der und durch die Fördereinrichtung (14) strömt, wobei das Kältemittel stromab des Innenwärmetauschers (24) und stromauf des Außenwärmetauschers (20) mittels des inneren Wärmetauschers (30) eine Abkühlung und stromab des Außenwärmetauschers (20) und stromauf der Fördereinrichtung (14) mittels des inneren Wärmetauschers (30) eine
Erwärmung erfährt.
4. Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventileinrichtung (18) in einen Wiederaufheizmodus schaltbar ist, in welchem das Kältemittel von der Fördereinrichtung (14) durch den Kühlmittelwärmetauscher (28), daraufhin durch den Außenwärmetauscher (20), daraufhin durch den
Innenwärmetauscher (24) und daraufhin zu der und durch die Fördereinrichtung (14) strömt, wobei das Kältemittel mittels Kühlmittelwärmetauschers (28) eine
Abkühlung, mittels des Außenwärmetauschers (20) eine Abkühlung und mittels des Innenwärmetauschers (24) eine Erwärmung erfährt.
5. Klimatisierungseinrichtung (10) nach den Ansprüchen 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Wiederaufheizmodus das Kältemittel von der Fördereinrichtung (14) durch den Kühlmittelwärmetauscher (28), daraufhin durch den Außenwärmetauscher (20), daraufhin durch den inneren Wärmetauscher (30), daraufhin durch den
Innenwärmetauscher (24), daraufhin durch den inneren Wärmetauscher (30) und daraufhin zu der und durch die Fördereinrichtung (14) strömt, wobei das Kältemittel stromab des Außenwärmetauschers (20) und stromauf des Innenwärmetauschers (24) mittels des inneren Wärmetauschers (30) eine Abkühlung und stromab des Innenwärmetauschers (24) und stromauf der Fördereinrichtung (14) mittels des inneren Wärmetauschers (30) eine Erwärmung erfährt.
6. Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Klimatisierungseinrichtung (10) wenigstens oder genau zwei in dem
Kältemittelkreislauf (12) angeordnete 2/3-Wegeventile (44, 42) aufweist.
7. Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
dem Außenwärmetauscher (20), dem Innenwärmetauscher (24) und dem Kühlmittelwärmetauscher (28) jeweils ein in dem Kältemittelkreislauf (12) angeordnetes Expansionsventil (36, 38, 46) der Ventileinrichtung (18) zugeordnet ist.
8. Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Klimatisierungseinrichtung (10) als Aufdachanlage ausgebildet ist.
9. Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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