WO2020109201A1 - Klimatisierungseinrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2020109201A1
WO2020109201A1 PCT/EP2019/082356 EP2019082356W WO2020109201A1 WO 2020109201 A1 WO2020109201 A1 WO 2020109201A1 EP 2019082356 W EP2019082356 W EP 2019082356W WO 2020109201 A1 WO2020109201 A1 WO 2020109201A1
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WO
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medium
air
heat exchanger
heat
circuit
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PCT/EP2019/082356
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mario Bareiss
Thomas Frey
Original Assignee
Daimler Ag
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00885—Controlling the flow of heating or cooling liquid, e.g. valves or pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/14—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit
    • B60H1/143—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries

Definitions

  • the invention relates to an air conditioning device for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a motor vehicle, in particular a motor vehicle.
  • the air-conditioning device has a first circuit which can flow through a medium and in which at least one first component is arranged. The medium flowing through the first circuit can at least be heated by means of the first component.
  • the air conditioning device has a second circuit through which a medium can flow, in which at least one second component is arranged. The medium flowing through the second circuit can at least be heated by means of the second component.
  • an air path is provided, through which air to be supplied from the interior of the motor vehicle can flow.
  • the air-conditioning device also has a first heat exchanger arranged in the air path and around which the air flowing through the air path can flow, by means of which the air flowing through the air path can at least be heated.
  • a second heat exchanger which is arranged in the air path and can flow around the air flowing through the air path, is provided, which is arranged downstream of the first heat exchanger. By means of the second heat exchanger, this is the air path
  • the air conditioning device also has a valve device by means of which at least one flow of the respective medium flowing through the respective circuit can be influenced or adjusted.
  • the object of the present invention is to further develop an air conditioning device and a motor vehicle of the type mentioned at the outset such that the
  • Interior of the motor vehicle can be air-conditioned particularly efficiently and as required.
  • the valve device is provided according to the invention in that the valve device has at least a first switching state and has at least one second switching state different from the first switching state. This means that the valve device between the first switching state and the second
  • Switching status can be switched.
  • the first heat exchanger In the first switching state, the first heat exchanger is arranged in the first circuit, and in the second switching state, the second heat exchanger is arranged in the second circuit.
  • the medium flowing through the first circuit is also referred to as the first medium
  • the medium flowing through the second circuit is also referred to as the second medium.
  • the respective medium is preferably a fluid.
  • the media can be the same.
  • the respective medium can be designed as a liquid which has at least water.
  • the respective medium is at least almost completely formed from water.
  • the respective medium can have at least almost exclusively water.
  • the first medium is switched on by means of the
  • the first medium which is or has been heated by means of the first component, can be cooled by means of the first heat exchanger, in particular in such a way that the first medium emits heat via the first heat exchanger, which heat from the first medium via the first heat exchanger to the air flowing around the first heat exchanger.
  • valve device in the first switching state causes the second Medium which is at least heatable by means of the second component
  • the second medium in the first switching state, the second medium is guided in such a way that it is heated by means of the second component and flows through the second heat exchanger.
  • the second medium which is or has been heated by means of the second component, becomes by means of the second
  • Cooled heat exchanger in particular such that heat transfer from the second medium flowing through the second heat exchanger via the second
  • circuits which are designed, for example, as liquid circuits, in particular as water circuits, in the first
  • Switching state are separated from each other by means of the valve device, so that the media do not mix with one another.
  • the first heat exchanger is arranged in the second circuit and the second heat exchanger in the first circuit.
  • the valve device in the second switching state causes such a flow of the first medium that the first medium, which can be heated or is heated by means of the first component, flows through the second heat exchanger.
  • the first medium is cooled by means of the second heat exchanger, for example by heat transfer from the first medium flowing through the second heat exchanger via the second
  • valve device in the second state causes such a flow of the second medium that the second medium, which can at least be heated or is heated by means of the second component, flows through the first heat exchanger.
  • the second medium is cooled by means of the first heat exchanger, in particular in such a way that heat is transferred from the second medium flowing through the first heat exchanger via the first heat exchanger to the air flowing around the first heat exchanger.
  • the first heat exchanger is used for preheating or preheating
  • Air flowing around the heat exchanger in particular in such a way that the air is heated by means of the first heat exchanger from a first temperature to a second temperature that is higher than the first temperature.
  • a third one which is larger than the second temperature Temperature set in the form of a target temperature in particular such that the air is heated by means of the second heat exchanger and is thereby brought from the second temperature to the third temperature (target temperature) which is greater than the second temperature.
  • the first medium is used to preheat the air or to bring it to the second temperature
  • the second medium is used to heat the air to the third temperature.
  • the second medium therefore has a higher temperature
  • the first switching state is set in particular when the second medium has a higher temperature or a higher one
  • the second medium is used to preheat the air via the first heat exchanger, and in the second switching state the first medium is used to further heat the air to the third temperature.
  • the first medium has a higher temperature or a higher temperature level than the second medium
  • the second switching state is set in particular when the first medium has a higher temperature or a higher one
  • the second heat exchanger can operate both in the first switching state and in the second switching state at a higher temperature level than the first heat exchanger, since both in the first switching state and in the second switching state, the first heat exchanger for preheating the air and the second heat exchanger for Setting the third temperature is used.
  • particularly energy-efficient and effective air conditioning, in particular heating, of the interior can be achieved with a particularly high degree of efficiency.
  • the invention is based in particular on the following findings:
  • conventional motor vehicles each of which has at least or exactly one internal combustion engine, for example a diesel engine, for driving the respective motor vehicle, it is usually provided to provide a heating circuit for heating the respective interior of the respective motor vehicle
  • a heating medium which is used to heat the interior, is thus used to Cool internal combustion engine. For this purpose, heat is transferred from the internal combustion engine to the heating medium, which is heated thereby.
  • the heated heating medium can be used to heat air which is supplied to the interior.
  • the heating medium is a heat transfer medium, which always has a high temperature level of around 80 ° C.
  • the waste heat from the internal combustion engine which is available in any case free of charge, is thus used to heat the interior, which is also referred to as the passenger compartment.
  • waste heat i.e. waste heat with such a high temperature level
  • waste heat with such a high temperature level is no longer available in hybrid or in particular electric vehicles, since no internal combustion engine is provided or because any internal combustion engine that is provided is rarely operated and therefore the heating medium does not heat up or only weakly can.
  • Heat exchanger can not be used in order to be able to heat the passenger compartment sufficiently against the background of the low temperature levels.
  • the invention now makes it possible to use waste heat from the components at different temperature levels.
  • the first switching state for example, the second component has a higher temperature level than the first component, so that the second component can heat the second medium more than the first component the first medium. If, for example, the second component works at a higher temperature level than the first component, the first switching state is set in order to be able to preheat the air via the first heat exchanger by means of the first medium and to bring it to the third temperature via the second heat exchanger by means of the second medium .
  • the second switching state is set.
  • the Air is preheated via the first heat exchanger using the second medium and brought to the third temperature via the second heat exchanger using the first medium.
  • the invention enables the heat exchangers to be optionally and optionally integrated into the circuits, so that the interior can be heated effectively and effectively as required, although the components can work, for example, at different temperature levels and although the respective temperature level of the respective component, in particular depending can vary from their operating state.
  • One of the circuits is, for example, a battery cooling circuit for cooling a battery, which is designed in particular as a high-voltage battery (HV battery)
  • HV battery high-voltage battery
  • the battery cooling circuit or its medium has, for example, a temperature or a temperature level of 25 ° C.
  • the other circuit can be designed, for example, as a low-temperature circuit, the medium of which has a temperature of 0 ° C., for example.
  • the idea on which the invention is based is therefore to usefully network the circuits.
  • the valve device can be switched between the switching states as required.
  • the circuits are separated from one another both in the first switching state and in the second switching state, so that the media do not mix with one another.
  • a third switching state of the valve device is conceivable, the circuits being fluidly connected to one another in the third switching state and thus being able to form an overall circuit.
  • the media mix, for example, and thereby form an overall medium which flows or can flow through the entire circuit.
  • the heat exchangers are arranged in succession or in succession in the flow direction of the air flowing through the air path, the first heat exchanger being arranged upstream of the second heat exchanger and the second heat exchanger being arranged downstream of the first heat exchanger
  • the air is used as a heat transfer medium to heat the interior.
  • the air path opens into the interior via at least one or more air vents, so that the Air flowing through the air path can flow through the air vent and can thereby flow into the interior.
  • the valve device enables the circuits to be switched in each case, so that amounts of waste heat provided by the components, which are fed into the circuits, can be used in the best possible way to air-condition, in particular heat, the air and thus the interior.
  • the respective medium or the air can at least be heated, that is to say can at least be heated, can be understood to mean that, for example, it can additionally be provided that the respective medium can be cooled by means of the respective component or that the air, for example can also be cooled by means of the respective heat exchanger, in particular by means of the first heat exchanger.
  • the respective component is at least designed to heat the respective medium
  • the respective component is a heat source at least in an operating state of the respective component.
  • the respective medium can be heated by means of the respective component, for example, in such a way that an at least indirect or indirect heat transfer takes place from the respective component to the respective medium. It can be provided that the medium flows through the respective component, so that, for example, a direct or indirect one
  • the respective component is designed to provide waste heat by means of which the respective medium can be heated. It is also conceivable that a
  • Heat exchanger is provided, which can be flowed through by the intermediate medium and by the respective medium.
  • the intermediate medium can be heated, for example, by means of the respective component, in particular in such a way that the intermediate medium can flow through the respective component.
  • This allows, for example, an at least indirect, in particular direct, heat transfer from the respective component to the intermediate medium. For example, about the
  • Heat exchangers can transfer heat from the respective intermediate medium to the respective medium, as a result of which the intermediate medium is cooled and the respective medium is heated. Thereupon, for example, the medium can flow through the respective heat exchanger, in particular depending on the switching state of the
  • the respective component is cooled, for example, by heating or heating the intermediate medium or the medium. Knowing the required and available amount of heat and temperature levels can, for example, prioritize one of the heat sources for a specific heat sink.
  • a heat sink is a component that uses the waste heat provided by the heat source.
  • the respective heat exchanger can be such a heat sink.
  • Inactive circuits that is to say those circuits that are used, for example, only temporarily and in particular only in summer, and / or parts of such inactive circuits are used, for example, to transport heat to places or to where it is needed.
  • circuits are fluidly separated from one another, for example, both in the first switching state and in the second switching state, the circuits are, for example, both in the first switching state and in the second
  • Switching state can be provided, in which the circuits are fluidly connected to one another, for example, and thus coupled to one another.
  • the valve device thus enables, for example, a need-based coupling and decoupling of the plurality of circuits, for example designed as water circuits, in order to use waste heat of the components in particular for air conditioning, in particular for heating, the interior when the components work or run at only low temperature levels and thus provide only a small amount of waste heat.
  • the air conditioning device preferably has at least one conveying device, by means of which the media can be conveyed through the respective circuits.
  • the pump device has a first pump arranged in the first circuit for conveying the first medium and one in the second circuit arranged second pump for conveying the second medium.
  • the first medium can thus be conveyed through the first circuit by means of the first pump and / or the second medium can be conveyed through the second circuit by means of the second pump.
  • the circuits can be created using the
  • Valve device and are coupled and decoupled from one another by means of the pump device. It is conceivable that the valve device has a plurality of valve elements through which the media can flow, which are designed, for example, as directional valves.
  • the circuits are coupled, for example, via the air as
  • heat transfer medium such that the air can be heated via the heat exchangers both by means of the first medium and thus by means of the first circuit and by means of the second medium and thus by means of the second circuit.
  • the valve device is designed for the respective medium
  • Valve device such a flow direction of the first medium and such
  • the flow direction of the second medium is set or causes the first medium to flow through the first heat exchanger and the second medium to flow through the second heat exchanger.
  • such a flow or flow direction of the first medium and the second medium is set or effected by the valve device that the first medium flows through the second heat exchanger and the second medium flows through the first heat exchanger.
  • valve device is also designed to set, ie to vary, a respective mass and / or volume flow of the respective flow or of the respective medium.
  • Volume flow of the respective medium can be set so that, for example, the temperature of the air and thus a temperature prevailing in the interior of the motor vehicle can be set as required and in a targeted manner.
  • Another embodiment is characterized in that the
  • Air conditioning device has at least one cooling device provided in addition to the heat exchangers and in addition to the components, by means of which at least one of the media, and in particular in this case depending, for example
  • the air flowing through the air path is to be cooled by means of the medium cooled by means of the cooling device in at least one of the switching states of the valve device via at least one of the heat exchangers.
  • the first switch in at least one of the switching states, the first
  • Heat exchanger and thus by means of the medium flowing through the first heat exchanger in the at least one switching state, the air flowing through the air path are cooled, as a result of which the interior can be effectively and efficiently air-conditioned and in particular cooled.
  • heat is transferred from the air flowing through the air path and flowing around the at least one heat exchanger via the at least one heat exchanger to the medium flowing through the at least one heat exchanger.
  • the cooling device can be a compression refrigeration machine, by means of which, for example, the at least one medium can be cooled, in particular using a refrigerant.
  • the cooling device can be a heat pump, which is designed, for example, to extract heat from the at least one medium, as a result of which the at least one medium is cooled.
  • the heat extracted from the at least one medium can be used, for example, for at least one or more heating purposes, and the heat extracted from the at least one medium can be used, for example, to heat the aforementioned battery or one designed to store electrical energy
  • At least one of the components is an electrical, in particular electronic, component, by means of which the motor vehicle can be driven electrically.
  • Motor vehicle is thus preferably designed as a hybrid or electric vehicle, in particular as a battery-electric vehicle (BEV).
  • BEV battery-electric vehicle
  • the motor vehicle thus has the air conditioning device and the electrical component, by means of which the motor vehicle can be driven electrically.
  • the electrical component By cooling the electrical component as described above, excessive temperatures of the electrical component can be avoided. Otherwise unused waste heat from the component can be used to heat the interior efficiently and effectively.
  • the electrical component comprises at least one electrical machine for electrically driving the motor vehicle.
  • the electrical machine can thus be operated, for example, in a motor mode and thus as an electric motor, by means of which the motor vehicle can be driven electrically.
  • the electrical machine is supplied with electrical energy or electrical current, or that in the aforementioned
  • Energy storage is stored.
  • the energy store and / or the electrical machine is preferably designed as a high-voltage component, the electrical one
  • Voltage in particular electrical operating voltage, greater than 12 V and
  • the electrical voltage is preferably, in particular the electrical
  • the energy store can be the aforementioned battery, in particular a high-voltage battery.
  • the component comprises the energy store designed for storing electrical energy and / or at least one power electronics.
  • the power electronics can comprise a power converter, for example an inverter.
  • the aforementioned electrical machine can be supplied with electrical energy, for example, which is stored in the energy store and is provided by the energy store via the power electronics.
  • the electrical, in particular electronic, component can have at least one fuel cell, in particular a fuel cell stack. By means of the fuel cell, for example, using water and
  • Hydrogen electrical energy is provided, which can be supplied to the electrical machine and / or the energy store, for example, in order to store the electrical energy provided by the fuel cell in the energy store and / or to implement the motor operation of the electrical machine.
  • Air conditioning device designed to store electrical To heat energy-trained energy stores by means of at least one of the media.
  • the energy store can be used as a cooling element, by means of which the at least one medium or the aforementioned at least one medium can be cooled.
  • heat contained in the at least one medium is used to heat the energy store by means of the heat contained in the at least one medium.
  • the at least one medium is cooled.
  • the cooled medium can be used, for example, to cool the air flowing through the air path, in particular via the at least one heat exchanger and in this case, for example, via the first heat exchanger.
  • Air conditioning device at least one heat pump, which is designed to extract heat from the ambient air surrounding the air conditioning device and to heat at least one of the media by means of the extracted heat.
  • the medium heated by means of the extracted heat can then be used, for example, to heat the energy store.
  • the heat pump is, for example, a combined water and air heat pump which provides heat in the at least one medium, for example in the form of water or at least water, at different temperature levels with different outputs
  • the heat pump is operated at a high output in order to heat the at least one medium. If, for example, the at least one medium already has a high temperature level, then the
  • Heat pump operated with a lower power, since the at least one medium is still heated but should no longer be heated too much.
  • the electrical, especially electronic, component is also called
  • the circuit in which the electrical component is arranged is a low-temperature circuit or the aforementioned low-temperature circuit.
  • the fuel cell can supply a maximum flow temperature, in particular water flow temperature, of approximately 68 ° C., so that, for example, the
  • Fuel cell is the medium that flows through the circuit in which the
  • Fuel cell is arranged, can heat to a maximum temperature of 68 ° C.
  • the fuel cell can heat the respective medium heat, which depends on an operating strategy for operating the air conditioning device or the motor vehicle as a whole.
  • a further embodiment is characterized in that at least one electrical heating element is provided, by means of which at least one of the media can be heated using electrical energy.
  • the at least one electrical heating element is thus arranged in one of the circuits.
  • Another embodiment is characterized by at least one additional heating device, by means of which at least one of the media can be heated using at least one fossil fuel.
  • the fossil fuel is burned, for example, whereby the at least one medium is heated.
  • the energy store can be heated in a first operating state and cooled in a second operating state that differs from the first operating state, in particular by means of the air conditioning device or by means of at least one of the media. Furthermore, several heaters are conceivable that have different flow temperature requirements and performance requirements.
  • Temperature level and with a high output heat can be provided efficiently, and the desired or maximum temperature level of the fuel cell can be used via the second heat exchanger and only little energy can be removed from this circuit.
  • the temperature level can even be raised again here by the electric heater and / or by the additional heater before it reaches the respective heat exchanger, in particular the second heat exchanger.
  • waste heat from the fuel cell could also be used in another case via the first heat exchanger and the target temperature and output could be achieved via the second heat exchanger, which is then fed via the heat pump and can also be supported by the electric heater.
  • This is only possible by changing the flow direction, at least in parts of the circuits. For cooling the battery and for heating the battery, the flow direction is also set or changed depending on the case by means of the valve device.
  • the invention also includes a preferably as a motor vehicle, in particular as
  • Passenger car trained motor vehicle, which has at least one has air conditioning device according to the invention.
  • the motor vehicle according to the invention is designed as a utility vehicle, in particular as a bus or an omnibus.
  • a utility vehicle in particular as a bus or an omnibus.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an inventive
  • Air conditioning device wherein a valve device of the air conditioning device assumes a first switching state
  • Fig. 2 is a schematic representation of the air conditioning device
  • Valve device assumes its second switching state
  • FIG. 3 shows a further schematic illustration of the air conditioning device.
  • 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, for example, as a bus, in particular as an omnibus.
  • the Motor vehicle is designed, for example, as an electric or hybrid vehicle and thus, in its completely manufactured state, comprises at least one electrical machine by means of which the motor vehicle can be driven electrically.
  • the motor vehicle in its completely manufactured state, has at least one energy store designed to store electrical energy, which can be designed as a battery, in particular as a high-voltage battery.
  • the air conditioning device 10 has one of a first medium
  • a first component 16 of the motor vehicle is arranged in the first circuit 12, which is the circuit 12
  • the first component 16 can function as a first heat source for heating the first medium.
  • the second medium flowing through the second circuit 14 can at least be heated by means of the second component 18.
  • the second component 18 can function as a second heat source.
  • the respective medium can flow through the respective component 16 or 18, for example, so that an at least indirect, in particular direct, heat transfer can take place, within the scope of which heat at least indirectly, in particular directly, transfers from the respective component 16 or 18 to the respective medium. In this way, for example, the respective component 16 or 18 is cooled and the respective medium is heated.
  • the respective medium is preferably a liquid which flows in the liquid state through the respective circuit 12 or 14.
  • the medium can have at least or only water, so that the medium is also referred to as water. Since the respective heat source is cooled when the respective medium is heated, the respective medium functions as, for example
  • Cooling medium in particular as a cooling liquid or as cooling water.
  • the air conditioning device 10 also has an air path 22 illustrated by arrows 20 in FIG. 1, through which air to be supplied is flowed from the interior of the motor vehicle.
  • the arrows 20 illustrate one
  • the air conditioning device 10 comprises, for example, at least one blower which cannot be seen in the figures and by means of which the air is conveyed through the air path 22.
  • the air path 22 opens into the interior, for example, via at least one air vent or via a plurality of air outlets, so that the air flowing through the air path 22 can flow through the respective air vent. As a result, the air flowing through the air path 22 is introduced into an interior.
  • the air conditioning device 10 also has a first heat exchanger 24 and a second heat exchanger 26.
  • the heat exchangers 24 and 26 are arranged in the air path 22 and consequently the air flowing through the air path 22 can flow around them.
  • the heat exchanger 26 is arranged downstream of the heat exchanger 24, so that the
  • Heat exchanger 24 is arranged upstream of the heat exchanger 26. This means that the air flowing through the air path 22 first flows around the heat exchanger 24 and then the heat exchanger 26.
  • the air flowing through the air path 22 can in each case at least be heated by means of the respective heat exchanger 24 or 26. It is conceivable that the air flowing through the air path 22 can be cooled by means of the heat exchanger 24, as a result of which the interior can be cooled as required.
  • the air conditioning device 10 further comprises a valve device 28, by means of which at least one flow of the respective medium flowing through the respective circuit 12 or 14 can be influenced, that is to say at least with regard to its flow direction and preferably also with regard to its volume and / or mass flow can be adjusted.
  • the valve device 28 comprises a plurality of valve elements 30a-f, which are also referred to as valves.
  • the respective valve element 30a-f for example designed as a directional valve, in particular as a three-two-way valve, has at least or exactly three connections 1, 2 and 3, which can function as an input and / or output.
  • the respective medium can flow into the respective valve element 30a-f via the respective inlet, and the respective medium can flow out of the respective valve element 30a-f via the respective outlet. It is preferably provided that, in particular always, two of the connections 1, 2 and 3 are open and thus the medium can flow through them, while the respective third connection 1, 2 or 3 is closed and therefore the medium cannot flow through them.
  • the valve device 28 can be switched between a first switching state S1 shown in FIG. 1 and a second switching state S2 shown in FIG. 2, so that the valve device 28 has the switching states S1 and S2.
  • the first heat exchanger 24 is arranged in the first circuit 12, while the second heat exchanger 26 is arranged in the second circuit 14.
  • the circuits 12 and 14 are separated from one another in the first switching state S1, so that the first medium through the
  • Heat exchanger 24 and the second medium flows through the heat exchanger 26, and so that the media are not mixed together.
  • the first heat exchanger 24 is arranged in the second circuit 14, while the second heat exchanger 26 is arranged in the first circuit 12.
  • the circuits 12 and 14 are also fluidly separated from one another in the second switching state S2, so that the media cannot mix with one another and so that the second medium can pass through
  • Heat exchanger 24 and the first medium flows through the heat exchanger 26.
  • Valve element 30f opened while port 1 of valve element 30a, port 3 of valve element 30b, port 3 of valve element 30c, port 3 of valve element 30d, port 1 of valve element 30e and port 3 of valve element 30f are closed. If, for example, in the respective switching state S1 or S2 or in another, further switching state, port 2 of valve element 30d is closed while ports 1 and 3 of valve element 30d are open, component 18 is bypassed by the second medium since the second Medium then flows through a bypass line 32 bypassing the component 18. This means that the component 18 can be bypassed by at least a part of the second medium, in such a way that at least the part of the second medium
  • Bypass line 32 flows through and thus does not flow through component 18.
  • Component 16 can also be bypassed by at least part of the first medium via a bypass line 34 such that at least the part of the first medium flows through the bypass line 34 and thus not through the component 16.
  • a bypass line 34 such that at least the part of the first medium flows through the bypass line 34 and thus not through the component 16.
  • valve device 28 By means of the valve device 28, these are, for example, as water circuits
  • a pump (not shown in the figures) for conveying the respective medium can be arranged in the respective circuit 12 or 14.
  • Circuits 12 and 14 can be coupled and uncoupled with one another via the valves and the pump. This allows both the direction of flow and the
  • Volume flow of the media can be set as required.
  • the heat sources shown in FIGS. 1 and 2 have, for example, different temperature levels.
  • the first heat source provides cheap energy at a lower temperature level.
  • the second For example, heat sources provide expensive energy at any temperature level.
  • the arrows 20 illustrate, for example, a cold one
  • valves are set or switched such that the first switching state S1 is set and that the waste heat provided by the first heat source, which is energy from the first heat source, is released to the air for preheating via the first heat exchanger 24.
  • the preheated air is then brought to a target temperature by the second heat exchanger 26.
  • Heat exchanger 26 is powered by the second heat source
  • Each heat source can be connected to further heat sinks and / or heat sources.
  • the valves can be switched over, thereby the second
  • FIG. 3 shows the air conditioning device 10 in a further exemplary embodiment.
  • Heat sources 36 and 38 and heat sinks 40 and 42 are arranged in the circuits 12 and 14, through which the respective media can flow.
  • the pumps mentioned above and designated 44 and 46 in FIG. 3 for conveying the media through the circuits 12 and 14 can be seen.
  • the pumps mentioned above and designated 44 and 46 in FIG. 3 for conveying the media through the circuits 12 and 14 can be seen.
  • Valve device 28 has a valve element 30g, also referred to simply as a valve.
  • the first heat source 36 provides cheap energy at a limited temperature level
  • the heat source 38 provides expensive energy at any temperature level.
  • the first heat sink 40 requires energy at a high temperature level
  • the second heat sink 42 requires energy at a temperature level that is either below the temperature level of the heat source 36 or between the temperature level of the heat source 36 and the heat source 38.
  • the interaction of the valve device 28 and the two Pumps 44 and 46 ensure that the second heat sink 42 can fully use the energy from the heat source 36 and additionally receives a small part of the energy from the heat source 38 through a partial volume flow.
  • the media or their volume flows are mixed with each other at different temperatures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung (10), mit einem ersten Kreislauf (12), in welchem wenigstens eine erste Komponente (16) angeordnet ist, mit einem zweiten Kreislauf (14), in welchem wenigstens eine zweite Komponente (18) angeordnet ist, mit einem Luftpfad (22), welcher von Luft durchströmbar ist, mit einem in dem Luftpfad (22) angeordneten ersten Wärmetauscher (24), mittels welchem die den Luftpfad (22) durchströmende Luft erwärmbar ist, mit einem in dem Luftpfad (22) stromab des ersten Wärmetauschers (24) angeordneten zweiten Wärmetauscher (26), mittels welchem die den Luftpfad (22) durchströmende Luft erwärmbar ist, und mit einer Ventileinrichtung (28), welche einen ersten Schaltzustand (S1), in welchem der erste Wärmetauscher (24) in dem ersten Kreislauf (12) und der zweite Wärmetauscher (26) in dem zweiten Kreislauf (14) angeordnet ist, und einen zweiten Schaltzustand (S2) aufweist, in welchem der erste Wärmetauscher (24) in dem zweiten Kreislauf (14) und der zweite Wärmetauscher (26) in dem ersten Kreislauf (12) angeordnet ist.

Description

KLIMATISIERUNGSEINRICHTUNG FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG
Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen.
Eine solche Klimatisierungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug ist beispielsweise bereits der DE 10 2009 059 237 B4 als bekannt zu entnehmen. Die Klimatisierungseinrichtung weist einen von einem Medium durch ström baren ersten Kreislauf auf, in welchem wenigstens eine erste Komponente angeordnet ist. Mittels der ersten Komponente ist das den ersten Kreislauf durchströmende Medium zumindest erwärmbar. Außerdem weist die Klimatisierungseinrichtung einen von einem Medium durchströmbaren zweiten Kreislauf auf, in welchem wenigstens eine zweite Komponente angeordnet ist. Mittels der zweiten Komponente ist das den zweiten Kreislauf durchströmende Medium zumindest erwärmbar. Des Weiteren ist ein Luftpfad vorgesehen, welcher von dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführender Luft durchströmbar ist. Die Klimatisierungseinrichtung weist darüber hinaus einen in dem Luftpfad angeordneten und von der den Luftpfad durchströmenden Luft umströmbaren ersten Wärmetauscher auf, mittels welchem die den Luftpfad durchströmende Luft zumindest erwärmbar ist. Außerdem ist ein in dem Luftpfad angeordneter und von der den Luftpfad durchströmenden Luft umströmbarer zweiter Wärmetauscher vorgesehen, welcher stromab des ersten Wärmetauschers angeordnet ist. Mittels des zweiten Wärmetauschers ist die den Luftpfad
durchströmende Luft zumindest erwärmbar.
Die Klimatisierungseinrichtung weist darüber hinaus eine Ventileinrichtung auf, mittels welcher zumindest eine den jeweiligen Kreislauf durchströmende Strömung des jeweiligen Mediums beeinflussbar beziehungswiese einstellbar ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Klimatisierungseinrichtung und ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass der
Innenraum des Kraftfahrzeugs besonders effizient und bedarfsgerecht klimatisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Klimatisierungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 10 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 der Innenraum des Kraftfahrzeugs besonders effizient und besonders bedarfsgerecht klimatisiert, das heißt beispielsweise gekühlt und/oder erwärmt, werden kann, ist es erfindungsgemäße vorgesehen, dass die Ventileinrichtung zumindest einen ersten Schaltzustand und zumindest einen von dem ersten Schaltzustand unterschiedlichen zweiten Schaltzustand aufweist. Dies bedeutet, dass die Ventileinrichtung zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten
Schaltzustand umgeschaltet werden kann. In dem ersten Schaltzustand ist der erste Wärmetauscher in dem ersten Kreislauf angeordnet, und in dem zweiten Schaltzustand ist der zweite Wärmetauscher in dem zweiten Kreislauf angeordnet.
Das den ersten Kreislauf durchströmende Medium wird auch als erstes Medium bezeichnet, und das den zweiten Kreislauf durchströmende Medium wird auch als zweites Medium bezeichnet. Das jeweilige Medium ist vorzugsweise ein Fluid. Die Medien können gleich sein. Insbesondere kann das jeweilige Medium als eine Flüssigkeit ausgebildet sein, welche zumindest Wasser aufweist. Insbesondere ist es denkbar, dass das jeweilige Medium zumindest nahezu vollständig aus Wasser gebildet ist. Somit kann beispielsweise das jeweilige Medium zumindest nahezu ausschließlich Wasser aufweisen. In dem ersten Schaltzustand wird das erste Medium mittels der
Ventileinrichtung derart geführt, dass das erste Medium, welches mittels der ersten Komponente des Kraftfahrzeugs zumindest erwärmt werden kann, durch den ersten Wärmetauscher strömt. Dadurch kann beispielsweise das erste Medium, welches mittels der ersten Komponente erwärmt wird beziehungsweise wurde, mittels des ersten Wärmetauschers gekühlt werden, insbesondere derart, dass das erste Medium über den ersten Wärmetauscher Wärme abgibt, die von dem ersten Medium über den ersten Wärmetauscher an die den ersten Wärmetauscher umströmende Luft übergeht.
Außerdem bewirkt die Ventileinrichtung in dem ersten Schaltzustand, dass das zweite Medium, welches mittels der zweiten Komponente zumindest erwärmbar ist
beziehungsweise erwärmt wird, durch den zweiten Wärmetauscher strömt. Mit anderen Worten wird in dem ersten Schaltzustand das zweite Medium derart geführt, dass es mittels der zweiten Komponente erwärmt wird und durch den zweiten Wärmetauscher strömt. Somit wird beispielsweise das zweite Medium, welches mittels der zweiten Komponente erwärmt wird beziehungsweise erwärmt wurde, mittels des zweiten
Wärmetauschers gekühlt, insbesondere derart, dass ein Wärmeübergang von dem den zweiten Wärmetauscher durchströmenden zweiten Medium über den zweiten
Wärmetauscher an die den zweiten Wärmetauscher umströmende Luft erfolgt.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die beispielsweise als Flüssigkeitskreisläufe, insbesondere als Wasserkreisläufe, ausgebildeten Kreisläufe in dem ersten
Schaltzustand mittels der Ventileinrichtung voneinander getrennt sind, sodass sich die Medien nicht miteinander vermischen.
In dem zweiten Schaltzustand ist der erste Wärmetauscher in dem zweiten Kreislauf und der zweite Wärmetauscher in dem ersten Kreislauf angeordnet. Dies bedeutet, dass die Ventileinrichtung in dem zweiten Schaltzustand eine solche Strömung des ersten Mediums bewirkt, dass das erste Medium, welches mittels der ersten Komponente erwärmbar ist beziehungsweise erwärmt wird, durch den zweiten Wärmetauscher strömt. Somit wird beispielsweise in dem zweiten Schaltzustand das erste Medium mittels des zweiten Wärmetauschers gekühlt, indem beispielsweise ein Wärmeübergang von dem den zweiten Wärmetauscher durchströmenden ersten Medium über den zweiten
Wärmetauscher an die den zweiten Wärmetauscher umströmende Luft erfolgt.
Außerdem bewirkt beispielsweise die Ventileinrichtung in dem zweiten Zustand eine solche Strömung des zweiten Mediums, dass das zweite Medium, welches mittels der zweiten Komponente zumindest erwärmbar ist beziehungsweise erwärmt wird, durch den ersten Wärmetauscher strömt. Dadurch wird beispielsweise das zweite Medium mittels des ersten Wärmetauschers gekühlt, insbesondere derart, dass ein Wärmeübergang von dem den ersten Wärmetauscher durchströmenden zweiten Medium über den ersten Wärmetauscher an die den ersten Wärmetauscher umströmende Luft erfolgt.
In dem ersten Schaltzustand und in dem zweiten Schaltzustand erfolgt beispielsweise mittels des ersten Wärmetauschers ein Vorwärmen oder ein Vorheizen der die
Wärmetauscher umströmenden Luft, insbesondere derart, dass die Luft mittels des ersten Wärmetauschers von einer ersten Temperatur auf eine gegenüber der ersten Temperatur größere zweite Temperatur erwärmt wird. Danach wird beispielsweise mittels des zweiten Wärmetauschers eine gegenüber der zweiten Temperatur größere dritte Temperatur in Form einer Zieltemperatur eingestellt, insbesondere derart, dass die Luft mittels des zweiten Wärmetauschers erwärmt und dadurch von der zweiten Temperatur auf die gegenüber der zweiten Temperatur größere dritte Temperatur (Zieltemperatur) gebracht wird. In dem ersten Schaltzustand wird das erste Medium genutzt, um die Luft vorzuwärmen beziehungsweise auf die zweite Temperatur zu bringen, und das zweite Medium wird genutzt, um die Luft auf die dritte Temperatur zu erwärmen. In dem ersten Schaltzustand weist somit das zweite Medium eine größere Temperatur
beziehungsweise ein höheres Temperaturniveau als das erste Medium auf
beziehungsweise der erste Schaltzustand wird insbesondere dann eingestellt, wenn das zweite Medium eine größere Temperatur beziehungsweise ein höheres
Temperaturniveau als das erste Medium aufweist.
In dem zweiten Schaltzustand jedoch wird das zweite Medium genutzt, um die Luft über den ersten Wärmetauscher vorzuheizen, und in dem zweiten Schaltzustand wird das erste Medium genutzt, um die Luft auf die dritte Temperatur weiterzuerwärmen. Somit weist in dem zweiten Schaltzustand das erste Medium eine größere Temperatur beziehungsweise ein höheres Temperaturniveau als das zweite Medium auf
beziehungsweise der zweite Schaltzustand wird insbesondere dann eingestellt, wenn das erste Medium eine größere Temperatur beziehungsweise ein höheres
Temperaturniveau als das zweite Medium aufweist.
Durch die Schaltzustände beziehungsweise durch das Einstellen des jeweiligen
Schaltzustands kann der zweite Wärmetauscher sowohl in dem ersten Schaltzustand als auch in dem zweiten Schaltzustand auf einem höheren Temperaturniveau als der erste Wärmetauscher arbeiten, da sowohl in dem ersten Schaltzustand als auch in dem zweiten Schaltzustand der erste Wärmetauscher zum Vorheizen der Luft und der zweite Wärmetauscher zum Einstellen der dritten Temperatur verwendet wird. In der Folge kann eine besonders energieeffiziente und effektive Klimatisierung, insbesondere Erwärmung, des Innenraums mit einem besonders hohen Wirkungsgrad realisiert werden.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen, die jeweils wenigstens oder genau eine beispielsweise als Dieselmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des jeweiligen Kraftfahrzeugs aufweisen, ist es üblicherweise vorgesehen, einen Heizkreislauf zum Erwärmen des jeweiligen Innenraums des jeweiligen Kraftfahrzeugs mit einem
Kühlkreislauf zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine zu koppeln. Ein Heizmedium, welches zum Erwärmen des Innenraums genutzt wird, wird somit genutzt, um die Verbrennungskraftmaschine zu kühlen. Hierzu erfolgt ein Wärmeübergang von der Verbrennungskraftmaschine an das Heizmedium, welches dadurch erwärmt wird. Mittels des erwärmten Heizmediums kann Luft erwärmt werden, die dem Innenraum zugeführt wird. Das Heizmedium ist ein wärmeübertragendes Medium, welches hierbei stets ein hohes Temperaturniveau von circa 80 °C hat. Die ohnehin und somit kostenfrei zur Verfügung stehende Abwärme der Verbrennungskraftmaschine wird somit zum Heizen des auch als Fahrgastraum bezeichneten Innenraums verwendet.
Bei Hybrid- oder insbesondere Elektrofahrzeugen steht eine solche, hohe Abwärme, das heißt eine Abwärme mit solch hohem Temperaturniveau nicht mehr zur Verfügung, da keine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist oder da eine etwaige vorgesehene Verbrennungskraftmaschine nur selten betrieben wird und somit das Heizmedium nicht oder nur schwach aufheizen kann.
Es kann jedoch eine Vielzahl von Kreisläufen vorgesehen sein, die auf unterschiedlichen Temperaturniveaus arbeiten, wobei in diese Kreisläufe jeweils wenigstens eine oder mehrere Komponenten integriert sind, die mittels eines den jeweiligen Kreislauf durchströmenden Fluids gekühlt werden und demzufolge eine hohe Menge an Abwärme in den jeweiligen Kreislauf einspeisen können. Oftmals sind die Temperaturniveaus jedoch so gering, dass herkömmliche Lösungen, insbesondere herkömmliche
Wärmetauscher, nicht genutzt werden können, um vor dem Hintergrund der geringen Temperaturniveaus den Fahrgastraum hinreichend heizen zu können.
Die Erfindung ermöglicht es nun, Abwärme der Komponenten mit unterschiedlichen Temperaturniveaus zu nutzen. In dem ersten Schaltzustand weist beispielsweise die zweite Komponente ein höheres Temperaturniveau als die erste Komponente auf, sodass die zweite Komponente das zweite Medium stärker heizen kann als die erste Komponente das erste Medium. Arbeitet somit beispielsweise die zweite Komponente auf einem höheren Temperaturniveaus als die erste Komponente, so wird der erste Schaltzustand eingestellt, um die Luft über den ersten Wärmetauscher mittels des ersten Mediums vorheizen und über den zweiten Wärmetauscher mittels des zweiten Mediums auf die dritte Temperatur bringen zu können.
Arbeitet demgegenüber jedoch beispielsweise die erste Komponente auf einem höheren Temperaturniveau als die zweite Komponente, sodass das erste Medium mittels der ersten Komponente stärker erwärmt werden kann als das zweite Medium mittels der zweiten Komponente, so wird der zweite Schaltzustand eingestellt. Hierdurch kann die Luft über den ersten Wärmetauscher mittels des zweiten Mediums vorgeheizt und über den zweiten Wärmetauscher mittels des ersten Mediums auf die dritte Temperatur gebracht werden. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ermöglicht die Erfindung eine bedarfsgerechte und wahlweise Einbindung der Wärmetauscher in die Kreisläufe, sodass der Innenraum bedarfsgerecht und effektiv erwärmt werden kann, obwohl die Komponenten beispielsweise auf unterschiedlichen Temperaturniveaus arbeiten können und obwohl das jeweilige Temperaturniveau der jeweiligen Komponente, insbesondere in Abhängigkeit von deren Betriebszustand, variieren kann.
Einer der Kreisläufe ist beispielsweise ein Batteriekühlkreislauf zum Kühlen einer insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildeten Batterie des
Kraftfahrzeugs, sodass beispielsweise eine der Komponenten als die genannte Batterie ausgebildet ist. Der Batteriekühlkreislauf beziehungsweise dessen Medium weist beispielsweise eine Temperatur oder ein Temperaturniveau von 25 °C auf. Der andere Kreislauf kann hierbei beispielsweise als ein Niedertemperaturkreislauf ausgebildet sein, dessen Medium beispielsweise eine Temperatur von 0 °C aufweist. Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist somit, die Kreisläufe sinnvoll zu vernetzen. Hierzu ist die Ventileinrichtung bedarfsgerecht und wahlweise zwischen den Schaltzuständen umschaltbar.
Wie bereits angedeutet, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Kreisläufe sowohl in dem ersten Schaltzustand als auch in dem zweiten Schaltzustand voneinander getrennt sind, sodass sich die Medien nicht miteinander vermischen. Es ist jedoch ein dritter Schaltzustand der Ventileinrichtung denkbar, wobei in dem dritten Schaltzustand die Kreisläufe fluidisch miteinander verbunden sein und somit einen Gesamtkreislauf bilden können. Dadurch vermischen sich die Medien beispielsweise und bilden dadurch ein Gesamtmedium, welches durch den Gesamtkreislauf strömt beziehungsweise strömen kann.
Da die Wärmetauscher in Strömungsrichtung der den Luftpfad durchströmenden Luft aufeinanderfolgend beziehungsweise hintereinander angeordnet sind, wobei der erste Wärmetauscher stromauf des zweiten Wärmetauschers beziehungsweise der zweite Wärmetauscher stromab des ersten Wärmetauschers angeordnet ist, ist eine
schrittweise Anhebung der Temperatur beziehungsweise des Temperaturniveaus der Luft vorgesehen. Die Luft wird vorliegend als wärmeübertragendes Medium genutzt, um den Innenraum zu erwärmen. Hierzu mündet beispielsweise der Luftpfad über wenigstens einen oder mehrere Luftausströmer in den Innenraum, sodass die den Luftpfad durchströmende Luft den Luftausströmer durchströmen kann und hierdurch in den Innenraum einströmen kann.
Die Ventileinrichtung ermöglicht eine jeweilige Schaltung der Kreisläufe, sodass von den Komponenten bereitgestellte Abwärmemengen, die in die Kreisläufe eingespeist werden, bestmöglich genutzt werden können, um die Luft und somit den Innenraum zu klimatisieren, insbesondere zu erwärmen.
Unter dem Merkmal, dass das jeweilige Medium beziehungsweise die Luft zumindest erwärmbar ist, das heißt, zumindest erwärmt werden kann, kann verstanden werden, dass beispielsweise zusätzlich vorgesehen sein kann, dass das jeweilige Medium mittels der jeweiligen Komponente gekühlt werden kann beziehungsweise dass die Luft beispielsweise mittels des jeweiligen Wärmetauschers, insbesondere mittels des ersten Wärmetauschers, auch gekühlt werden kann.
Da die jeweilige Komponente zumindest dazu ausgebildet ist, das jeweilige Medium zu erwärmen, ist die jeweilige Komponente zumindest in einem Betriebszustand der jeweiligen Komponente eine Wärmequelle. Das jeweilige Medium kann mittels der jeweiligen Komponente beispielsweise derart erwärmt werden, dass ein zumindest mittelbarer oder indirekter Wärmeübergang von der jeweiligen Komponente an das jeweilige Medium erfolgt. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Medium durch die jeweilige Komponente strömt, sodass beispielsweise ein direkter oder indirekter
Wärmeübergang von der Komponente in das Medium erfolgt. Mit anderen Worten ist die jeweilige Komponente dazu ausgebildet, Abwärme bereitzustellen, mittels welcher das jeweilige Medium erwärmt werden kann. Ferner ist es denkbar, dass ein
Zwischenmedium vorgesehen ist. Dabei ist beispielsweise wenigstens ein
Wärmeübertrager vorgesehen, welcher von dem Zwischenmedium und von dem jeweiligen Medium durchströmbar ist. Das Zwischenmedium ist beispielsweise mittels der jeweiligen Komponente erwärmbar, insbesondere derart, dass das Zwischenmedium durch die jeweilige Komponente hindurchströmen kann. Hierdurch kann beispielsweise ein zumindest mittelbarer, insbesondere direkter, Wärmeübergang von der jeweiligen Komponente an das Zwischenmedium erfolgen. Beispielsweise über den
Wärmeübertrager kann ein Wärmeübergang von dem jeweiligen Zwischenmedium an das jeweilige Medium erfolgen, wodurch das Zwischenmedium gekühlt und das jeweilige Medium erwärmt wird. Daraufhin kann beispielsweise das Medium den jeweiligen Wärmetauscher durchströmen, insbesondere je nach Schaltzustand der
Ventileinrichtung. Durch Wärmen beziehungsweise Erwärmen des Zwischenmediums beziehungsweise des Mediums wird beispielsweise die jeweilige Komponente gekühlt. Über die Kenntnis der benötigten und vorhandenen Wärmemenge und Temperaturniveaus kann beispielsweise eine der Wärmequellen für eine bestimmte Wärmsenke priorisiert werden. Bei einer solchen Wärmesenke handelt es sich um ein Bauelement, welches die von der Wärmequelle bereitgestellte Abwärme nutzt.
Beispielsweise kann der jeweilige Wärmetauscher eine solche Wärmesenke sein.
Inaktive Kreisläufe, das heißt solche Kreisläufe, die beispielsweise nur vorübergehend und insbesondere nur im Sommer genutzt werden, und/oder Teile von solchen inaktiven Kreisläufen werden beispielsweise genutzt, um Wärme an Stellen beziehungsweise dorthin zu transportieren, wo sie benötigt wird.
Insbesondere können mittels der erfindungsgemäßen Klimatisierungseinrichtung die folgenden Vorteile realisiert werden:
- besserer Wirkungsgrad
- bessere Effizienz (Energieverbrauch)
- hohe Reichweite für Elektrofahrzeuge
- Einsparung von zusätzlichen Komponenten zum Heizen und/oder Kühlen
- Heizen und/oder Kühlen, insbesondere des Innenraums, über ein Medium
Da die Kreisläufe beispielsweise sowohl im ersten Schaltzustand als auch in dem zweiten Schaltzustand fluidisch voneinander getrennt sind, sind die Kreisläufe beispielsweise sowohl in dem ersten Schaltzustand als auch in dem zweiten
Schaltzustand voneinander entkoppelt. Wie zuvor angedeutet kann der dritte
Schaltzustand vorgesehen sein, in welchem die Kreisläufe beispielsweise fluidisch miteinander verbunden und somit miteinander gekoppelt sind. Die Ventileinrichtung ermöglicht somit beispielsweise eine bedarfsgerechte Kopplung und Entkopplung der mehreren, beispielsweise als Wasserkreisläufe ausgebildeten Kreisläufe, um Abwärme der Komponenten insbesondere auch dann zum Klimatisieren, insbesondere zum Heizen, des Innenraums zu verwenden, wenn die Komponenten auf nur geringen Temperaturniveaus arbeiten beziehungsweise laufen und somit eine nur geringe Menge an Abwärme bereitstellen.
Vorzugsweise weist die Klimatisierungseinrichtung wenigstens eine Fördereinrichtung auf, mittels welcher die Medien durch die jeweiligen Kreisläufe gefördert werden können. Beispielsweise weist die Pumpeinrichtung eine in dem ersten Kreislauf angeordnete erste Pumpe zum Fördern des ersten Mediums und eine in dem zweiten Kreislauf angeordnete zweite Pumpe zum Fördern des zweiten Mediums auf. Somit kann das erste Medium mittels der ersten Pumpe durch den ersten Kreislauf gefördert werden und/oder das zweite Medium kann mittels der zweiten Pumpe durch den zweiten Kreislauf gefördert werden. Beispielsweise können die Kreisläufe mittels der
Ventileinrichtung und mittels der Pumpeinrichtung miteinander ge- und entkoppelt werden. Dabei ist es denkbar, dass die Ventileinrichtung mehrere, von den Medien durchströmbare Ventilelemente aufweist, welche beispielsweise als Wege-Ventile ausgebildet sind.
Eine Kopplung der Kreisläufe erfolgt beispielsweise über die Luft als
wärmeübertragendes Medium, derart, dass die Luft über die Wärmetauscher sowohl mittels des ersten Mediums und somit mittels des ersten Kreislaufs als auch mittels des zweiten Mediums und somit mittels des zweiten Kreislaufs erwärmt werden kann.
Die Ventileinrichtung ist dabei dazu ausgebildet, dass jeweilige Medium
beziehungsweise dessen jeweilige Strömung zumindest im Hinblick auf eine jeweilige Flussrichtung des jeweiligen Mediums zu beeinflussen, insbesondere bedarfsgerecht einzustellen. Somit ist beispielsweise in dem ersten Schaltzustand mittels der
Ventileinrichtung eine solche Flussrichtung des ersten Mediums und eine solche
Flussrichtung des zweiten Mediums eingestellt beziehungsweise bewirkt, dass das erste Medium durch den ersten Wärmetauscher und das zweite Medium durch den zweiten Wärmetauscher strömt. In dem zweiten Schaltzustand ist durch die Ventileinrichtung eine solche Strömungs- beziehungsweise Flussrichtung des ersten Mediums und des zweiten Mediums eingestellt beziehungsweise bewirkt, dass das erste Medium durch den zweiten Wärmetauscher und das zweite Medium durch den ersten Wärmetauscher strömt.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Ventileinrichtung auch dazu ausgebildet ist, einen jeweiligen Massen- und/oder Volumenstrom der jeweiligen Strömung beziehungsweise des jeweiligen Mediums einzustellen, das heißt zu variieren. Somit kann beispielweise mittels der Ventileinrichtung ein den ersten Wärmetauscher durchströmender erster Massen- und/oder Volumenstrom des jeweiligen Mediums und ein den zweiten Wärmetauscher durchströmender zweiter Massen- und/oder
Volumenstrom des jeweiligen Mediums eingestellt werden, sodass beispielsweise die Temperatur der Luft und somit eine im Innenraum des Kraftfahrzeugs herrschende Temperatur bedarfsgerecht und gezielt eingestellt werden können. Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die
Klimatisierungseinrichtung wenigstens eine zusätzlich zu den Wärmetauschern und zusätzlich zu den Komponenten vorgesehene Kühleinrichtung aufweist, mittels welcher zumindest eines der Medien, und insbesondere dabei beispielsweise je nach
Schaltzustand der Ventileinrichtung beide Medien, gekühlt werden kann
beziehungsweise können. Dabei ist mittels des mittels der Kühleinrichtung gekühlten Mediums in zumindest einem der Schaltzustände der Ventileinrichtung über zumindest einen der Wärmetauscher die den Luftpfad durchströmende Luft zu kühlen.
Beispielsweise kann in zumindest einem der Schaltzustände über den ersten
Wärmetauscher und somit mittels des in dem zumindest einen Schaltzustand den ersten Wärmetauscher durchströmenden Mediums die den Luftpfad durchströmende Luft gekühlt werden, wodurch der Innenraum effektiv und effizient klimatisiert und insbesondere gekühlt werden kann. Zum Kühlen der Luft erfolgt beispielsweise ein Wärmeübergang von der den Luftpfad durchströmenden und den zumindest einen Wärmetauscher umströmenden Luft über den zumindest einen Wärmetauscher an das den zumindest einen Wärmetauscher durchströmende Medium.
Die Kühleinrichtung kann eine Kompressionskältemaschine sein, mittels welcher beispielsweise das zumindest eine Medium gekühlt werden kann, insbesondere unter Nutzung eines Kältemittels. Insbesondere kann die Kühleinrichtung eine Wärmepumpe sein, welche beispielsweise dazu ausgebildet ist, dem zumindest einen Medium Wärme zu entziehen, wodurch das zumindest eine Medium gekühlt wird. Die dem zumindest einen Medium entzogene Wärme kann beispielsweise für wenigstens einen oder mehrere Heizzwecke genutzt werden, wobei die dem zumindest einem Medium entzogene Wärme beispielsweise genutzt werden kann, um die zuvor genannte Batterie beziehungsweise eine zum Speicher von elektrischer Energie ausgebildeten
Energiespeicher des Kraftfahrzeugs bedarfsgerecht zu erwärmen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens eine der Komponenten eine elektrische, insbesondere elektronische, Komponente ist, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch antreibbar ist. Das
Kraftfahrzeug ist somit vorzugsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug, insbesondere als batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) ausgebildet. Das Kraftfahrzeug weist somit in seinem vollständig hergestellten Zustand die Klimatisierungseinrichtung und die elektrische Komponente auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Durch das zuvor beschriebene Kühlen der elektrischen Komponente können übermäßige Temperaturen der elektrischen Komponente vermieden werden. Ansonsten ungenutzte Abwärme der Komponente kann dabei genutzt werden, um den Innenraum effizient und effektiv zu erwärmen.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die elektrische Komponente wenigstens eine elektrische Maschine zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs umfasst. Die elektrische Maschine ist somit beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar, mittels welchem das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt, die beziehungsweise der in dem zuvor genannten
Energiespeicher gespeichert ist. Der Energiespeicher und/oder die elektrische Maschine ist vorzugsweise als eine Hochvolt-Komponente ausgebildet, deren elektrische
Spannung, insbesondere elektrische Betriebsspannung, größer als 12 V und
vorzugsweise mindestens 48 V oder größer als 48 V, insbesondere größer als 50 V, ist. Vorzugsweise beträgt die elektrische Spannung, insbesondere die elektrische
Betriebsspannung, mehrere hundert Volt (V). Hierdurch können besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden. Wie zuvor angedeutet, kann es sich bei dem Energiespeicher um die zuvor genannte Batterie, insbesondere Hochvolt-Batterie, handeln.
Ferner ist es denkbar, dass die Komponente den zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeicher und/oder wenigstens eine Leistungselektronik umfasst. Die Leistungselektronik kann einen beispielsweise als Inverter ausgebildeten Stromrichter umfassen. Über die Leistungselektronik ist beispielsweise die zuvor genannte elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgbar, die beispielsweise in dem Energiespeicher gespeichert ist und von dem Energiespeicher bereitgestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische, insbesondere elektronische, Komponente wenigstens eine Brennstoffzelle, insbesondere einen Brennstoffzellenstapel, aufweisen. Mittels der Brennstoffzelle kann beispielsweise unter Nutzung von Wasser und
Wasserstoff elektrische Energie bereitgestellt werden, die beispielsweise der elektrischen Maschine und/oder dem Energiespeicher zugeführt werden kann, um die von der Brennstoffzelle bereitgestellte elektrische Energie in dem Energiespeicher zu speichern und/oder zur Realisierung des Motorbetriebs der elektrischen Maschine zu nutzen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die
Klimatisierungseinrichtung dazu ausgebildet, den zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeicher mittels wenigstens eines der Medien zu erwärmen. Somit kann beispielsweise der Energiespeicher als ein Kühlelement genutzt werden, mittels welchem das wenigstens eine Medium beziehungsweise das zuvor genannte zumindest eine Medium gekühlt werden kann. Somit wird in dem wenigstens einen Medium enthaltene Wärme genutzt, um mittels der in dem wenigstens einen Medium enthaltenen Wärme den Energiespeicher zu erwärmen. Hierdurch wird das wenigstens eine Medium gekühlt. Das gekühlte Medium kann beispielsweise genutzt werden, um, insbesondere über den zumindest eine Wärmetauscher und dabei beispielsweise über den ersten Wärmetauscher, die den Luftpfad durchströmende Luft zu kühlen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die
Klimatisierungseinrichtung wenigstens eine Wärmepumpe, welche dazu ausgebildet ist, die Umgebungsluft, die die Klimatisierungseinrichtung umgibt, Wärme zu entziehen und zumindest eines des Medien mittels der entzogenen Wärme zu erwärmen. Das mittels der entzogenen Wärme erwärmte Medium kann dann beispielsweise genutzt werden, um den Energiespeicher zu erwärmen. Die Wärmepumpe ist beispielsweise eine kombinierte Wasser- und Luftwärmepumpe, welche Wärme in dem beispielsweise als Wasser ausgebildeten oder zumindest Wasser aufweisenden zumindest einen Medium auf unterschiedlichen Temperaturniveaus mit unterschiedlichen Leistungen zur
Verfügung stellen kann. Weist beispielsweise das zumindest eine Medium zunächst ein geringes Temperaturniveau auf, so wird die Wärmepumpe mit einer hohen Leistung betrieben, um das zumindest eine Medium zu erwärmen. Weist beispielsweise das zumindest eine Medium bereits ein hohes Temperaturniveau auf, so wird die
Wärmepumpe mit einer geringeren Leistung betrieben, da das zumindest eine Medium zwar noch erwärmt jedoch nicht mehr zu stark erwärmt werden soll.
Die elektrische, insbesondere elektronische, Komponente wird auch als
Elektrokomponente bezeichnet, wobei beispielsweise der Kreislauf, in welchem die Elektrokomponente angeordnet ist, ein Niedertemperaturkreislauf beziehungsweise zuvor genannter Niedertemperaturkreislauf ist.
Die Brennstoffzelle kann beispielsweise eine maximale Vorlauftemperatur, insbesondere Wasservorlauftemperatur, von circa 68 °C liefern, sodass beispielsweise die
Brennstoffzelle das Medium, welches den Kreislauf durchströmt, in welchem die
Brennstoffzelle angeordnet ist, auf eine Temperatur von maximal 68 °C erwärmen kann. Insbesondere kann die Brennstoffzelle das jeweilige Medium mit einer Heizleistung erwärmen, die von einer Betriebsstrategie zum Betreiben der Klimatisierungseinrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs insgesamt, abhängt.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein elektrisches Heizelement vorgesehen ist, mittels welchem wenigstens eines der Medien unter Nutzung von elektrischer Energie erwärmt werden kann. Das wenigstens eine elektrische Heizelement ist somit in einem der Kreisläufe angeordnet.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich durch wenigstens ein Zusatzheizgerät aus, mittels welchem unter Nutzung wenigstens eines fossilen Brennstoffs wenigstens eines der Medien erwärmbar ist. Hierzu wird beispielsweise der fossile Brennstoff verbrannt, wodurch das wenigstens eine Medium erwärmt wird.
Der Energiespeicher kann in einem ersten Betriebszustand erwärmt und in einem vom ersten Betriebszustand unterschiedlichen zweiten Betriebszustand gekühlt werden, insbesondere mittels der Klimatisierungseinrichtung beziehungsweise mittels wenigstens eines der Medien. Ferner sind mehrere Heizgeräte denkbar, die unterschiedliche Vorlauftemperaturanforderungen und Leistungsanforderungen haben.
Beispielsweise kann über den ersten Wärmetauscher auf einem moderaten
Temperaturniveau und mit einer hohen Leistung effizient Wärme bereitgestellt werden, und über den zweiten Wärmetauscher kann das gewünschte beziehungsweise maximale Temperaturniveau der Brennstoffzelle ausgenutzt und diesem Kreislauf nur noch wenig Energie entzogen werden. Das Temperaturniveau kann hier sogar durch das elektrische Heizgerät und/oder durch das Zusatzheizgerät nochmals angehoben werden, bevor es den jeweiligen Wärmetauscher, insbesondere den zweiten Wärmetauscher, erreicht.
Umgekehrt könnte aber auch in einem anderen Fall über den ersten Wärmetauscher die Abwärme der Brennstoffzelle genutzt und über den zweiten Wärmetauscher, der dann über die Wärmepumpe gespeist wird und zusätzlich auch vom elektrischen Heizgerät unterstützt werden kann, die Zieltemperatur und Zielleistung erreicht werden. Dies ist lediglich durch eine Änderung der Flussrichtung möglich, zumindest in Teilen der Kreisläufe. Zum Kühlen der Batterie und zum Heizen der Batterie wird ebenfalls fallabhängig die Flussrichtung mittels der Ventileinrichtung eingestellt beziehungsweise geändert.
Zur Erfindung gehört auch ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als
Personenkraftwagen, 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.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug als ein Nutzfahrzeug, insbesondere als ein Bus beziehungsweise ein Omnibus, ausgebildet ist. Dadurch kann der große beziehungsweise großvolumige Innenraum besonders effizient temperiert, insbesondere gekühlt und/oder erwärmt, werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele 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, wobei eine Ventileinrichtung der Klimatisierungseinrichtung einen ersten Schaltzustand einnimmt;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Klimatisierungseinrichtung, wobei die
Ventileinrichtung ihren zweiten Schaltzustand einnimmt; und
Fig. 3 eine weitere schematische Darstellung der Klimatisierungseinrichtung.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Klimatisierungseinrichtung 10 für ein vorzugsweise als Nutzfahrzeug ausgebildetes Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als ein Bus, insbesondere als ein Omnibus, ausgebildet. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet und umfasst somit in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann.
Außerdem weist das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand wenigstens eine zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeicher auf, welcher als Batterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie, ausgebildet sein kann.
Die Klimatisierungseinrichtung 10 weist einen von einem ersten Medium
durchströmbaren ersten Kreislauf 12 und einen von einem zweiten Medium
durchströmbaren zweiten Kreislauf 14 auf. In dem ersten Kreislauf 12 ist eine erste Komponente 16 des Kraftfahrzeugs angeordnet, wobei das den Kreislauf 12
durchströmende erste Medium mittels der ersten Komponente 16 zumindest erwärmt werden kann. Somit kann die erste Komponente 16 als eine erste Wärmequelle zum Erwärmen des ersten Mediums fungieren beziehungsweise arbeiten.
In dem zweiten Kreislauf 14 ist wenigstens eine zweite Komponente 18 des
Kraftfahrzeugs angeordnet, wobei das den zweiten Kreislauf 14 durchströmende zweite Medium mittels der zweiten Komponente 18 zumindest erwärmt werden kann. Somit kann die zweite Komponente 18 als eine zweite Wärmequelle arbeiten beziehungsweise fungieren. Das jeweilige Medium kann beispielsweise durch die jeweilige Komponente 16 beziehungsweise 18 hindurchströmen, sodass ein zumindest mittelbarer, insbesondere direkter, Wärmeübergang erfolgen kann, in dessen Rahmen Wärme zumindest mittelbar, insbesondere direkt, von der jeweiligen Komponente 16 beziehungsweise 18 an das jeweilige Medium übergeht. Hierdurch wird beispielsweise die jeweilige Komponente 16 beziehungsweise 18 gekühlt und das jeweilige Medium wird erwärmt.
Das jeweilige Medium ist vorzugsweise eine Flüssigkeit, welche in flüssigem Zustand durch den jeweiligen Kreislauf 12 beziehungsweise 14 strömt. Insbesondere kann das Medium zumindest oder ausschließlich Wasser aufweisen, sodass das Medium auch als Wasser bezeichnet wird. Da beim Erwärmen des jeweiligen Mediums die jeweilige Wärmequelle gekühlt wird, fungiert das jeweilige Medium beispielsweise als
Kühlmedium, insbesondere als Kühlflüssigkeit beziehungsweise als Kühlwasser.
Die Klimatisierungseinrichtung 10 weist darüber hinaus einen in Fig. 1 durch Pfeile 20 veranschaulichten Luftpfad 22 auf, welcher von dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführender Luft durchströmt wird. Dabei veranschaulichen die Pfeile 20 eine
Strömung der den Luftpfad 22 durchströmenden Luft, die beispielsweise dem Innenraum zugeführt, das heißt in den Innenraum eingeleitet wird. Die Klimatisierungseinrichtung 10 umfasst beispielsweise wenigstens ein in den Figuren nicht erkennbares Gebläse, mittels welchem die Luft durch den Luftpfad 22 gefördert wird. Der Luftpfad 22 mündet beispielsweise über wenigstens einen Luftausströmer oder über mehrere Luftausströmer in den Innenraum, sodass die den Luftpfad 22 durchströmende Luft den jeweiligen Luftausströmer durchströmen kann. Hierdurch wird die den Luftpfad 22 durchströmende Luft in ein Innenraum eingeleitet.
Die Klimatisierungseinrichtung 10 weist darüber hinaus einen ersten Wärmetauscher 24 und einen zweiten Wärmetauscher 26 auf. Die Wärmetauscher 24 und 26 sind in dem Luftpfad 22 angeordnet und demzufolge von der den Luftpfad 22 durchströmenden Luft umströmbar. In Strömungsrichtung der den Luftpfad 22 durchströmenden Luft ist der Wärmetauscher 26 stromab des Wärmetauschers 24 angeordnet, sodass der
Wärmetauscher 24 stromauf des Wärmetauschers 26 angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die den Luftpfad 22 durchströmende Luft zunächst den Wärmetauscher 24 und danach den Wärmetauscher 26 umströmt. Mittels des jeweiligen Wärmetauschers 24 beziehungsweise 26 kann die den Luftpfad 22 durchströmende Luft jeweils zumindest erwärmt werden. Dabei ist es denkbar, dass die den Luftpfad 22 durchströmende Luft mittels des Wärmetauschers 24 gekühlt werden kann, wodurch der Innenraum bedarfsgerecht gekühlt werden kann.
Die Klimatisierungseinrichtung 10 umfasst darüber hinaus eine Ventileinrichtung 28, mittels welcher zumindest eine den jeweiligen Kreislauf 12 beziehungsweise 14 durchströmende Strömung des jeweiligen Mediums insbesondere zumindest im Hinblick auf dessen Flussrichtung sowie vorzugsweise auch im Hinblick auf dessen Volumen- und/oder Massenstroms beeinflussbar ist, das heißt eingestellt werden kann. Hierzu umfasst die Ventileinrichtung 28 mehrere Ventilelemente 30a-f, welche auch als Ventile bezeichnet werden. Das jeweilige, beispielsweise als Wegeventil, insbesondere als Drei- Zwei-Wegeventil, ausgebildete Ventilelement 30a-f weist wenigstens oder genau drei Anschlüsse 1 , 2 und 3 auf, welche als Eingang und/oder Ausgang fungieren kann. Über den jeweiligen Eingang kann das jeweilige Medium in das jeweilige Ventilelement 30a-f einströmen, und über den jeweiligen Ausgang kann das jeweilige Medium aus dem jeweiligen Ventilelement 30a-f ausströmen. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass, insbesondere stets, zwei der Anschlüsse 1 , 2 und 3 geöffnet und somit von dem Medium durchströmbar sind, während der jeweilige dritte Anschluss 1 , 2 beziehungsweise 3 geschlossen und somit nicht von dem Medium durchströmbar ist. Um nun den Innenraum besonders effizient und somit mit einem hohen Wirkungsgrad klimatisieren, insbesondere erwärmen, zu können, ist die Ventileinrichtung 28 zwischen einem in Fig. 1 gezeigten ersten Schaltzustand S1 und einem in Fig. 2 gezeigten zweiten Schaltzustand S2 umschaltbar, sodass die Ventileinrichtung 28 die Schaltzustände S1 und S2 aufweist. In dem ersten Schaltzustand S1 ist der erste Wärmetauscher 24 in dem ersten Kreislauf 12 angeordnet, während der zweite Wärmetauscher 26 in dem zweiten Kreislauf 14 angeordnet ist. Außerdem sind die Kreisläufe 12 und 14 in dem ersten Schaltzustand S1 voneinander getrennt, sodass das erste Medium durch den
Wärmetauscher 24 und das zweite Medium durch den Wärmetauscher 26 strömt, und sodass die Medien nicht miteinander vermischt werden.
In dem zweiten Schaltzustand S2 ist der erste Wärmetauscher 24 in dem zweiten Kreislauf 14 angeordnet, während der zweite Wärmetauscher 26 in dem ersten Kreislauf 12 angeordnet ist. Außerdem sind die Kreisläufe 12 und 14 auch in dem zweiten Schaltzustand S2 fluidisch voneinander getrennt, sodass sich die Medien nicht miteinander vermischen können und sodass das zweite Medium durch den
Wärmetauscher 24 und das erste Medium durch den Wärmetauscher 26 strömt.
Zur Realisierung des ersten Schaltzustands S1 sind die Anschlüsse 2 und 3 des Ventils 30a, die Anschlüsse 2 und 3 des Ventils 30b, die Anschlüsse 2 und 3 des Ventilelements 30c, die Anschlüsse 1 und 2 des Ventilelements 30d, die Anschlüsse 1 und 2 des Ventilelements 30e und die Anschlüsse 2 und 3 des Ventilelements 30f geöffnet, während der Anschluss 1 des Ventilelements 30a, der Anschluss 1 des Ventilelements 30b, der Anschluss 1 des Ventilelements 30c, der Anschluss 3 des Ventilelements 30d, der Anschluss 3 des Ventilelements 30e und der Anschluss 1 des Ventilelements 30f geschlossen sind.
Zur Realisierung des zweiten Schaltzustands S2 sind die Anschlüsse 2 und 3 des Ventilelements 30a, die Anschlüsse 1 und 2 des Ventilelements 30b, die Anschlüsse 1 und 2 des Ventilelements 30c, die Anschlüsse 1 und 2 des Ventilelements 30d, die Anschlüsse 2 und 3 des Ventilelements 30e und die Anschlüsse 1 und 2 des
Ventilelements 30f geöffnet, während der Anschluss 1 des Ventilelements 30a, der Anschluss 3 des Ventilelements 30b, der Anschluss 3 des Ventilelements 30c, der Anschluss 3 des Ventilelements 30d, der Anschluss 1 des Ventilelements 30e und der Anschluss 3 des Ventilelements 30f geschlossen sind. Ist beispielsweise in dem jeweiligen Schaltzustand S1 beziehungsweise S2 oder in einem anderen, weiteren Schaltzustand der Anschluss 2 des Ventilelements 30d geschlossen, während die Anschlüsse 1 und 3 des Ventilelements 30d geöffnet sind, so wird die Komponente 18 von dem zweiten Medium umgangen, da das zweite Medium dann eine die Komponente 18 umgehende Umgehungsleitung 32 durchströmt. Dies bedeutet, dass die Komponente 18 von zumindest einem Teil des zweiten Mediums umgehbar ist, derart, dass zumindest der Teil des zweiten Mediums die
Umgehungsleitung 32 durchströmt und somit nicht durch die Komponente 18 strömt.
Auch die Komponente 16 ist von zumindest einem Teil des ersten Mediums über eine Umgehungsleitung 34 umgehbar, derart, dass zumindest der Teil des ersten Mediums durch die Umgehungsleitung 34 und somit nicht durch die Komponente 16 strömt. Hierzu ist beispielsweise in dem Schaltzustand S1 und/oder in dem zweiten Schaltzustand S2 und/oder in dem anderen weiteren Schaltzustand der Anschluss 2 des Ventilelements 30a geschlossen, während die Anschlüsse 1 und 3 des Ventilelements 30a geöffnet sind.
Mittels der Ventileinrichtung 28 sind die beispielsweise als Wasserkreisläufe
ausgebildeten Kreisläufe 12 und 14, mittels welchen von den Komponenten 16 und 18 bereitgestellte Abwärme genutzt werden kann, um den Innenraum zu erwärmen, bedarfsgerecht miteinander koppelbar und voneinander entkoppelbar, sodass die von den Komponenten 16 und 18 bereitgestellte Abwärme auch dann besonders vorteilhaft zum Klimatisieren, insbesondere Erwärmen, des Innenraums genutzt werden kann, wenn die Komponenten 16 und 18 auf niedrigen Temperaturniveaus arbeiten und somit die Medien auf niedrigen Temperaturniveaus, das heißt auf nur geringe Temperaturen erwärmen. Dadurch kann der Innenraum effizient und effektiv und verlustarm beheizt werden.
In dem jeweiligen Kreislauf 12 beziehungsweise 14 kann eine in den Figuren nicht dargestellte Pumpe zum Fördern des jeweiligen Mediums angeordnet sein. Die
Kreisläufe 12 und 14 können über die Ventile und die Pumpe miteinander ge- und entkoppelt werden. Dadurch können sowohl die Flussrichtung als auch der
Volumenstrom der Medien bedarfsgerecht eingestellt werden.
Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Wärmequellen weisen beispielsweise voneinander unterschiedliche Temperaturniveaus auf. Die erste Wärmequelle stellt beispielsweise günstige Energie auf einem geringeren Temperaturniveau zur Verfügung. Die zweite Wärmequelle stellt beispielsweise teure Energie auf einem beliebigen Temperaturniveau zur Verfügung. Die Pfeile 20 veranschaulichen beispielsweise einen kalten
Luftvolumenstrom der den Luftpfad 22 durchströmenden Luft, die, insbesondere mittels der Wärmetauscher 24 und 26 aufgeheizt werden soll.
Die Ventile werden so gestellt beziehungsweise geschaltet, dass der erste Schaltzustand S1 eingestellt ist und dass die von der ersten Wärmequelle bereitgestellte Abwärme, welche Energie aus der ersten Wärmequelle ist, über den ersten Wärmtauscher 24 an die Luft zum Vorheizen abgegeben wird. Die vorgeheizte Luft wird durch den zweiten Wärmetauscher 26 anschließend auf eine Zieltemperatur gebracht. Der zweite
Wärmetauscher 26 wird dabei von der zweiten Wärmequelle mit Energie
beziehungsweise Abwärme zum Erwärmen beziehungsweise Beheizen der Luft versorgt. Jede Wärmequelle kann mit weiteren Wärmesenken und/oder Wärmquellen verbunden sein.
Sollte beispielsweise in einem anderen Betriebszustand die erste Wärmequelle teurere Energie auf einem höheren Temperaturniveau zur Verfügung stellen, und die zweite Wärmequelle günstige Energie auf einem niedrigeren Temperaturniveau zur Verfügung stellen, so können die Ventile umgeschaltet werden, um dadurch den zweiten
Schaltzustand S2 einzustellen. Dann wird der zweite Wärmetauscher 26 mit Abwärme der ersten Wärmequelle und der erste Wärmetauscher 24 mit Abwärme der zweiten Wärmequelle versorgt.
Fig. 3 zeigt die Klimatisierungseinrichtung 10 in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Dabei sind in den Kreisläufen 12 und 14 Wärmequellen 36 und 38 und Wärmesenken 40 und 42 angeordnet, welche von den jeweiligen Medien durchströmbar sind. Außerdem sind die zuvor genannten und in Fig. 3 mit 44 und 46 bezeichnete Pumpen zum Fördern der Medien durch die Kreisläufe 12 und 14 erkennbar. Außerdem weist die
Ventileinrichtung 28 ein auch einfach als Ventil bezeichnetes Ventilelement 30g auf.
Gemäß Fig. 3 stellt beispielsweise die erste Wärmequelle 36 günstige Energie auf begrenztem Temperaturniveau zur Verfügung, und die Wärmequelle 38 stellt teure Energie auf beliebigem Temperaturniveau zur Verfügung. Die erste Wärmesenke 40 benötigt Energie auf hohem Temperaturniveau, und die zweite Wärmesenke 42 benötigt Energie auf einem Temperaturniveau, das entweder unterhalb des Temperaturniveaus der Wärmequelle 36 oder zwischen dem Temperaturniveau der Wärmequelle 36 und der Wärmequelle 38 liegt. Das Zusammenspiel der Ventileinrichtung 28 und der beiden Pumpen 44 und 46 sorgt dafür, dass die zweite Wärmesenke 42 die Energie aus der Wärmequelle 36 vollständig nutzen kann und zusätzlich einen geringen Teil der Energie durch einen Teilvolumenstrom von der Wärmquelle 38 erhält. Dabei werden die Medien beziehungsweise ihre Volumenströme mit unterschiedlicher Temperatur miteinander gemischt.

Claims

Patentansprüche
1. Klimatisierungseinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem von einem Medium durchströmbaren ersten Kreislauf (12), in welchem wenigstens eine erste
Komponente (16) angeordnet ist, mittels welcher das den ersten Kreislauf (16) durchströmende Medium zumindest erwärmbar ist, mit einem von einem Medium durchströmbaren zweiten Kreislauf (14), in welchem wenigstens eine zweite Komponente (18) angeordnet ist, mittels welcher das den zweiten Kreislauf (14) durchströmende Medium zumindest erwärmbar ist, mit einem Luftpfad (22), welcher von dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zuzuführender Luft durchströmbar ist, mit einem in dem Luftpfad (22) angeordneten und von der den Luftpfad (22) durchströmenden Luft umströmbaren ersten Wärmetauscher (24), mittels welchem die den Luftpfad (22) durchströmende Luft zumindest erwärmbar ist, mit einem in dem Luftpfad (22) stromab des ersten Wärmetauschers (24) angeordneten und von der den Luftpfad (22) durchströmenden Luft umströmbaren zweiten
Wärmetauscher (26), mittels welchem die den Luftpfad (22) durchströmende Luft zumindest erwärmbar ist, und mit einer Ventileinrichtung (28), mittels welcher zumindest eine den jeweiligen Kreislauf (12, 14) durchströmende Strömung des jeweiligen Mediums beeinflussbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventileinrichtung (28) aufweist:
- einen ersten Schaltzustand (S1 ), in welchem der erste Wärmetauscher (24) in dem ersten Kreislauf (12) und der zweite Wärmetauscher (26) in dem zweiten Kreislauf (14) angeordnet ist; und
- einen zweiten Schaltzustand (S2), in welchem der erste Wärmetauscher (24) in dem zweiten Kreislauf (14) und der zweite Wärmetauscher (26) in dem ersten Kreislauf (12) angeordnet ist.
2. Klimatisierungseinrichtung (10) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventileinrichtung (28) dazu ausgebildet ist, einen jeweiligen Massen- und/oder Volumenstrom der jeweiligen Strömung einzustellen.
3. Klimatisierungseinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch
wenigstens eine zusätzlich zu den Wärmetauschern (24, 26) und zusätzlich zu den Komponenten (16, 18) vorgesehene Kühleinrichtung, mittels welcher zumindest eines der Medien zu kühlen, wobei mittels des mittels der Kühleinrichtung gekühlten Mediums in zumindest einem der Schaltzustände (S1 , S2) über zumindest einen der Wärmetauscher (24, 26) die den Luftpfad (22)
durchströmende Luft zu kühlen ist.
4. Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine der Komponenten (16, 18) eine elektrische Komponente ist, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch antreibbar ist.
5. Klimatisierungseinrichtung (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Komponente wenigstens eine elektrische Maschine zum
elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs und/oder wenigstens einen zum
Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Energiespeicher und/oder wenigstens eine Leistungselektronik und/oder wenigstens eine Brennstoffzelle aufweist.
6. Klimatisierungseinrichtung (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Klimatisierungseinrichtung (10) dazu ausgebildet ist, den Energiespeicher mittels wenigstens eines der Medien zu erwärmen.
7. Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch wenigstens eine Wärmepumpe, welche dazu ausgebildet ist, Umgebungsluft, die die Klimatisierungseinrichtung (10) umgibt, Wärme zu entziehen und zumindest eines der Medien mittels der entzogenen Wärme zu erwärmen.
8. Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
wenigstens ein elektrisches Heizelement, mittels welchem wenigstens eines der Medien unter Nutzung von elektrischer Energie erwärmbar ist.
9. Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
wenigstens ein Zusatzheizgerät, mittels welchem unter Nutzung wenigstens eines fossilen Brennstoff wenigstens eines der Medien erwärmbar ist.
10. Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Klimatisierungseinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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