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DE102018104410A1 - Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems - Google Patents

Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems Download PDF

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DE102018104410A1
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DE
Germany
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refrigerant
air
coolant
heat exchanger
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102018104410.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Navid Durrani
Martin Hötzel
Tobias Haas
Gerald Richter
Marc Graaf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hanon Systems Corp
Original Assignee
Hanon Systems Corp
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Publication date
Application filed by Hanon Systems Corp filed Critical Hanon Systems Corp
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Priority to US16/274,960 priority patent/US10875385B2/en
Priority to KR1020190018378A priority patent/KR102233730B1/ko
Priority to CN201910145419.9A priority patent/CN110194044B/zh
Priority to JP2019033552A priority patent/JP6751457B2/ja
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem (1) zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs. Das für einen Betrieb im Kälteanlagenmodus, im Wärmepumpenmodus sowie im Nachheizmodus ausgebildete Klimatisierungssystem (1) weist ein Klimagerät (2) mit einem Gehäuse (3) mit einem ersten Strömungskanal (4) und einem zweiten Strömungskanal (5) zum Leiten von Luft, einen Kältemittelkreislauf (20) sowie einen ersten Kühlmittelkreislauf (40) und einen zweiten Kühlmittelkreislauf (60) auf. Der Kältemittelkreislauf (20) ist mit einem unabhängig vom Betriebsmodus als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (7), welcher innerhalb des Gehäuses (3) des Klimagerätes (2) angeordnet ist, sowie einem unabhängig vom Betriebsmodus als Kondensator/Gaskühler betreibbaren ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (22) und einem unabhängig vom Betriebsmodus als Verdampfer betreibbaren zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (31) ausgebildet, welche außerhalb des Gehäuses (3) des Klimagerätes (2) angeordnet sind. Der erste Kühlmittelkreislauf (40) weist den zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (31) und Wärmeübertrager zum Konditionieren von Komponenten eines Antriebsstrangs (42) sowie einen Batterie-Wärmeübertrager (48) auf, während der zweite Kühlmittelkreislauf (60) mit dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (22) sowie einem innerhalb des Gehäuses (3) des Klimagerätes (2) angeordneten Heizwärmeübertrager (16) ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, welches für einen Betrieb im Kälteanlagenmodus, im Wärmepumpenmodus sowie im Nachheizmodus ausgebildet ist. Das Klimatisierungssystem weist ein Klimagerät mit einem Gehäuse, einen Kältemittelkreislauf mit einem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager sowie Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragern sowie einen ersten Kühlmittelkreislauf und einen zweiten Kühlmittelkreislauf auf. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems.
  • Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeugen wird zur Erwärmung der Zuluft für den Fahrgastraum die Abwärme des Motors genutzt. Die Abwärme wird mittels des im Motorkühlmittelkreislauf umgewälzten Kühlmittels zur Klimaanlage transportiert und dort über den Heizungswärmeübertrager an die in den Fahrgastraum einströmende Luft übertragen. Bekannte Anlagen mit Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, welche die Heizleistung aus dem Kühlmittelkreislauf eines effizienten Verbrennungsmotors des Fahrzeugantriebs beziehen, erzeugen nicht genug Abwärme, um insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen die Luft des Fahrgastraums den Anforderungen des thermischen Komforts entsprechend zu beheizen beziehungsweise das für eine komfortable Aufheizung des Fahrgastraums erforderliche Niveau zu erreichen und den Gesamtwärmebedarf des Fahrgastraums zu decken. Ähnliches gilt für Anlagen in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb, das heißt Kraftfahrzeugen mit sowohl elektromotorischem als auch verbrennungsmotorischem Antrieb.
  • Zudem besteht der Trend zur vollständigen Elektrifizierung des Antriebs, wie zum Beispiel bei rein elektromotorisch mit Batterien oder Brennstoffzellen angetriebenen Fahrzeugen. Dabei entfällt die Abwärme des Verbrennungsmotors als mögliche Wärmequelle für die Erwärmung der Luft. Die in der Batterie des Fahrzeugs speicherbare Energiemenge ist außerdem geringer als die in Form von flüssigem Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks speicherbare Energiemenge. Damit hat die für die Klimatisierung des Fahrgastraums eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs benötigte Leistung zudem einen wesentlichen Einfluss auf die Reichweite des Fahrzeugs.
  • Wenn der Gesamtwärmebedarf des Fahrgastraums mittels der Wärme aus dem Motorkühlmittelkreislauf nicht gedeckt werden kann, sind Zuheizmaßnahmen, wie elektrische Widerstandsheizungen, kurz als PTC-Widerstand für englisch „Positive Temperature Coefficient - Thermistor“ bezeichnet, oder Kraftstoffheizer, erforderlich.
    Eine effizientere Möglichkeit zur Beheizung der Luft für den Fahrgastraum stellt ein Klimatisierungssystem mit einem Kältemittelkreislauf mit Wärmepumpenfunktion, auch als eine Wärmepumpe bezeichnet, mit Luft als Wärmequelle dar, bei welchem der Kältemittelkreislauf sowohl als einzige Beheizung als auch als Zuheizmaßnahme dient. Der Kältemittelkreislauf beansprucht dabei deutlich mehr Bauraum, als ein zum reinen Abkühlen der Luft ausgebildeter Kältemittelkreislauf in Kombination mit einer elektrischen Widerstandsheizung.
    Ein Klimatisierungssystem mit nachgeschalteter elektrischer Widerstandsheizung ist zum einen kostengünstig herzustellen und ist in beliebigen Kraftfahrzeugen zu verwenden, weist jedoch einen sehr großen Bedarf an elektrischer Energie auf, da die Zuluft für den Fahrgastraum beim Überströmen eines Verdampfers des Kältemittelkreislaufs zunächst abgekühlt und/oder entfeuchtet sowie anschließend mittels der elektrischen Widerstandsheizung, welche die Wärme direkt an die Zuluft oder einen Kühlmittelkreislauf überträgt, erwärmt wird.
    Der Betrieb eines als Wärmepumpe zu betreibenden herkömmlichen Kältemittelkreislaufs ist zwar effizient, benötigt jedoch sehr viel Bauraum, auch an Positionen innerhalb des Kraftfahrzeugs, welche keine Bauraumvorhaltung für die Klimatisierung aufweisen.
  • Allen Klimatisierungssystemen von Kraftfahrzeugen mit einem als Wärmepumpe zu betreibenden Kältemittelkreislauf ist zu eigen, dass bei einem Betrieb im Kälteanlagenmodus die zur Verdampfung des Kältemittels erforderliche Wärme aus der Zuluft für den Fahrgastraum oder einem Kühlmittelkreislauf, beispielsweise zum Temperieren elektrischer Komponenten des Antriebsstrangs, wie der Traktionsbatterie, aufgenommen wird. In einem als Kondensator/Gaskühler betriebenen Wärmeübertrager wird die bei der Verdampfung aufgenommene Wärme auf einem höheren Temperaturniveau an die Umgebung abgegeben. Bei einem Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Wärmepumpenmodus wird die zur Verdampfung des Kältemittels erforderliche Wärme aus einer Abwärmequelle, wie der Umgebungsluft oder dem Kühlmittelkreislauf, beispielsweise zum Temperieren elektrischer Komponenten des Antriebsstrangs, aufgenommen. In einem als sogenannten Innenraum- oder Fahrgastraum-Kondensator/Gaskühler angeordneten Wärmeübertrager wird die Wärme auf einem hohen Temperaturniveau an die Zuluft des Fahrgastraums abgegeben.
  • Zum Stand der Technik gehörende Luft-Luft-Wärmepumpen, welche für den kombinierten Kälteanlagenmodus und Wärmepumpenmodus, das heißt für einen Heizmodus, sowie für einen Nachheizmodus, auch als Reheat-Betrieb bezeichnet, ausgebildet sind und die Wärme aus der Umgebungsluft aufnehmen, wird das Kältemittel durch die Aufnahme der Wärme aus der Umgebungsluft verdampft, welche in einem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager entweder direkt oder in einem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und damit indirekt an das Kältemittel übertragen wird. Die Umgebungsluft dient folglich als Wärmequelle für die Verdampfung des Kältemittels. Die Leistung und Effizienz des Systems ist insbesondere davon abhängig, wie viel Wärme auf welchem Temperaturniveau zur Verdampfung des Kältemittels zur Verfügung steht.
  • Die herkömmlichen Luft-Luft-Wärmepumpen weisen neben dem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebungsluft einen Wärmeübertrager zur Wärmezufuhr von der zu konditionierenden Luft des Fahrgastraums an das Kältemittel sowie einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Luft für den Fahrgastraum auf. Die Leistungen werden jeweils zwischen dem Kältemittel und Luft übertragen.
    Im sogenannten „Reheat“- beziehungsweise Nachheizmodus wird die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft abgekühlt, dabei entfeuchtet und anschließend geringfügig wieder aufgeheizt. In diesem Betriebsmodus ist die erforderliche Nachheizleistung geringer als die erforderliche Kälteleistung zum Kühlen und Entfeuchten der Luft.
  • Der Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebungsluft der Luft-Luft-Wärmepumpe, auch als Umgebungswärmeübertrager bezeichnet, ist dabei außerhalb des Gehäuses des Klimatisierungssystems, speziell außerhalb des Klimagerätes, an der Frontseite des Kraftfahrzeugs angeordnet und wird insbesondere durch den Fahrtwind mit Luft beaufschlagt. Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Kälteanlagenmodus wird der Umgebungswärmeübertrager als Kondensator/Gaskühler zur Wärmeabgabe vom Kältemittel an die Umgebungsluft und beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Wärmepumpenmodus als Verdampfer zur Wärmeaufnahme vom Kältemittel aus der Umgebungsluft betrieben.
    Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Wärmepumpenmodus und Umgebungsluft als Wärmequelle besteht bei Temperaturen der Luft im Bereich von 0°C und unterhalb von 0°C die Gefahr des Vereisens der Wärmeübertragungsfläche des als Verdampfer betriebenen Wärmeübertragers, was die Leistung des Wärmeübertragers begrenzt. Als Folge der Aufnahme der Wärme aus der Luft steigt die relative Luftfeuchtigkeit der abgekühlten Luft an. Beim Unterschreiten der Taupunkttemperatur wird der in der Luft vorhandene Wasserdampf auskondensiert und als Wasser an der Wärmeübertragungsfläche abgeschieden. Das an der Wärmeübertragungsfläche aus der Luft auskondensierte Wasser wird bei Oberflächentemperaturen im Bereich von 0°C und unterhalb von 0°C zu Eis erstarren. Die zunehmende Eisschicht verringert die luftseitige Wärmeübertragungsfläche sowie den luftseitigen Wärmeübergang und damit die übertragbare Leistung zwischen der Luft und dem verdampfenden Kältemittel, was zu einer Verringerung der Effizienz des gesamten Klimatisierungssystems führt. Üblicherweise ist die maximale Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der in den Umgebungswärmeübertrager eintretenden Luft und der Temperatur des Kältemittels begrenzt, was wiederum die maximal aus der Umgebungsluft aufnehmbare Wärme einschränkt.
    Infolge der notwendigen Vermeidung einer Vereisung der Wärmeübertragungsfläche des Umgebungswärmeübertragers ist es bei Temperaturen der Luft im Bereich von 0°C und unterhalb von 0°C auch bei als Luft-Luft-Wärmepumpen ausgebildeten Klimatisierungssystemen nicht möglich, den Fahrgastraum ausreichend zu beheizen, wenn ausschließlich die Umgebungsluft als Wärmequelle genutzt wird, sodass Zuheizmaßnahmen erforderlich sind. In Betracht kommende elektrische Widerstandsheizungen sind nicht energieeffizient und werden zudem nur selten in Betrieb genommen.
  • Zudem sind herkömmliche, kältemittelkreislaufseitig gesteuerte Klimatisierungssysteme insbesondere in Bezug auf die Kältemittelleitungen in Verbindung mit Ventilen sehr komplex und weisen zumeist abgeschaltete Strömungspfade sowie Wechsel der Strömungsrichtungen in Teilsträngen auf.
  • Neben den zum Stand der Technik gehörenden Klimatisierungssystemen für Kraftfahrzeuge für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus zum Heizen, Kühlen und Entfeuchten der dem Fahrgastraum zuzuführenden und zu konditionierenden Luft, sind ebenso Klimatisierungssysteme mit Wärmepumpenfunktion bekannt, bei welchen der Verdampfer sowohl im Kälteanlagenmodus als auch im Wärmepumpenmodus als Verdampfer und der Kondensator ebenfalls sowohl im Kälteanlagenmodus als auch im Wärmepumpenmodus als Kondensator betrieben werden.
    Die Klimatisierungssysteme sind entweder kältemittelkreislaufseitig und/oder luftseitig gesteuert.
  • Aus der DE 10 2012 108 891 A1 geht ein Klimatisierungssystem zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums hervor. Das zum Kühlen und zum Heizen des Fahrgastraums sowie für einen Nachheizbetrieb ausgebildete Klimatisierungssystem weist ein Gehäuse mit zwei Strömungskanälen zum Leiten von Luft sowie einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer und einem Kondensator auf. Der Verdampfer ist dabei im ersten Strömungskanal und der Kondensator ist im zweiten Strömungskanal angeordnet. Die Einstellung des Betriebsmodus erfolgt lediglich über die Steuerung von Luftleiteinrichtungen. Einer der Wärmeübertrager Verdampfer oder Kondensator ist mit jeweils einem Teil der Wärmeübertragungsfläche sowohl im ersten als auch im zweiten Strömungskanal angeordnet, wobei der für den jeweiligen Betriebsmodus erforderliche Anteil der Wärmeübertragungsfläche mittels der Luftleiteinrichtungen mit Luft beaufschlagend einstellbar ist.
    Das Klimatisierungssystem mit einem als Einzelmodul ausgebildeten Gehäuse und einem darin integrierten Kältemittelkreislauf weist ein geringes Gewicht mit kurzen und starren Kältemittelleitungen auf, was externe Leckagen nahezu vermeidet. Das System ist ohne Umschaltventile zum Schalten zwischen verschiedenen Betriebsmodi ausgebildet. Im Wärmepumpenmodus zum Heizen des Fahrgastraums kann die aus dem Fahrgastraum angesaugte Luft zum Verdampfen des Kältemittels verwendet werden.
    Allerdings wird das System bevorzugt mit zwei Gebläsen betrieben, da sowohl der Verdampfer im ersten Strömungskanal als auch der Kondensator im zweiten Strömungskanal und damit in zwei unabhängigen Modulen mit jeweils einem Gebläse angeordnet sind. Dabei kann der Fahrtwind des Fahrzeugs nicht zur Anströmung des Kondensators und damit beim Betrieb im Kälteanlagenmodus nicht zur Wärmeabfuhr aus dem Kältemittelkreislauf genutzt werden, sodass das die Luft durch den zweiten Strömungskanal fördernde Gebläse ständig in Betrieb ist. Das Gebläse wird auch während der Fahrt des Fahrzeugs betrieben, wodurch die Effizienz des Klimatiserungssystems, insbesondere während des Betriebs im Kälteanlagenmodus, geringer ist als bei herkömmlichen Anlagen.
    Zudem können die luftseitig gesteuerten Klimatisierungssysteme beim Betrieb im Kälteanlagenmodus oft lediglich mit einer sehr geringen Kälteleistung betrieben werden und weisen einen erhöhten Bauraumbedarf auf.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Klimatisierungssystem mit Heizfunktionalität, insbesondere für die Anwendung in Kraftfahrzeugen, zur Verfügung zu stellen. Das System sollte zudem für den kombinierten Betrieb im Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus sowie den Nachheizmodus zum Heizen, Kühlen und Entfeuchten der zu konditionierenden Luft des Fahrgastraums ausgelegt sein. Dabei soll der Betrieb auch in Umgebungen mit Wärmequellen geringer Kapazität, wie zum Beispiel bei energieeffizienten Verbrennungsmotoren oder Hybridantrieben aus Verbrennungsmotor und Elektromotor beziehungsweise bei nicht vorhandenen Wärmequellen aus dem Antrieb, wie zum Beispiel bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, alle Anforderungen an ein komfortables Klima im Fahrgastraum erfüllend, möglich sein. Der Komfort soll unabhängig vom Betriebsmodus stets aufrechtzuerhalten sein, wobei das Klimatisierungssystem unabhängig vom Betriebsmodus effizient betreibbar ist. Dabei soll insbesondere auch bei luftseitiger Steuerung eine ausreichende Kühlleistung bereitgestellt werden. Der Kältemittelkreislauf soll aus einer minimalen Anzahl an Komponenten einfach ausgebildet sein. Zudem soll das Klimatisierungssystem auch das Temperieren von Komponenten des Antriebsstrangs ermöglichen und diese Komponenten als Wärmequellen nutzen.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das für einen Betrieb im Kälteanlagenmodus, im Wärmepumpenmodus sowie im Nachheizmodus ausgebildete Klimatisierungssystem weist ein Klimagerät mit einem Gehäuse mit einem ersten Strömungskanal und einem zweiten Strömungskanal zum Leiten von Luft, einen Kältemittelkreislauf und einen ersten Kühlmittelkreislauf sowie einen zweiten Kühlmittelkreislauf auf.
    Im „Reheat“- beziehungsweise Nachheizmodus wird die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft abgekühlt und entfeuchtet, anschließend wird die entfeuchtete Luft geringfügig aufgeheizt. In diesem Betriebsmodus ist die erforderliche Nachheizleistung zumeist geringer als die erforderliche Kälteleistung zum Kühlen und Entfeuchten der Luft.
  • Nach der Konzeption der Erfindung ist der Kältemittelkreislauf mit einem unabhängig vom Betriebsmodus des Klimatisierungssystems als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildet, welcher innerhalb des Gehäuses des Klimagerätes angeordnet ist. Der Kältemittelkreislauf weist zudem einen unabhängig vom Betriebsmodus des Klimatisierungssystems als Kondensator/Gaskühler betreibbaren ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und einen unabhängig vom Betriebsmodus des Klimatisierungssystems als Verdampfer betreibbaren zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager auf, welche außerhalb des Gehäuses des Klimagerätes angeordnet sind.
    Der erste Kühlmittelkreislauf ist mit dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und Wärmeübertragern zum Konditionieren von Komponenten eines Antriebsstrangs sowie einem Batterie-Wärmeübertrager ausgebildet, während der zweite Kühlmittelkreislauf den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager sowie einen innerhalb des Gehäuses des Klimagerätes angeordneten Heizwärmeübertrager aufweist.
  • Wenn das Kältemittel bei unterkritischem Betrieb des Kältemittelkreislaufs, wie zum Beispiel mit dem Kältemittel R134a oder bei bestimmten Umgebungsbedingungen mit Kohlendioxid verflüssigt wird, wird der Wärmeübertrager als Kondensator bezeichnet. Ein Teil der Wärmeübertragung findet bei konstanter Temperatur statt. Bei überkritischem Betrieb beziehungsweise bei überkritischer Wärmeabgabe im Wärmeübertrager nimmt die Temperatur des Kältemittels stetig ab. In diesem Fall wird der Wärmeübertrager auch als Gaskühler bezeichnet. Überkritischer Betrieb kann unter bestimmten Umgebungsbedingungen oder Betriebsweisen des Kältemittelkreislaufs zum Beispiel mit dem Kältemittel Kohlendioxid auftreten.
  • Das Klimatisierungssystem ist zudem vorteilhaft mit Luftleiteinrichtungen zum Öffnen und Verschließen von Abschnitten des Gehäuses, wie des ersten Strömungskanals und des zweiten Strömungskanals, und mit ausschließlich einem Gebläse zum Fördern eines Luftmassenstromes durch das Gehäuse ausgebildet. Die Luftmassenströme durch die Strömungskanäle werden über eine Steuerung der vorteilhaft als Klappen ausgebildeten Luftleiteinrichtungen in Kombination mit der Drehzahl des Gebläses geregelt.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind am ersten Strömungskanal in Strömungsrichtung der Luft nach dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager eine Luftleiteinrichtung und ein erster Kaltluft-Strömungspfad ausgebildet, sodass ein durch den ersten Strömungskanal hindurch zu leitender und zu konditionierender Luftmassenstrom in Teilluftmassenströme aufteilbar ist. Dabei sind ein erster Teilluftmassenstrom durch den ersten Kaltluft-Strömungspfad in die Umgebung des Gehäuses und ein zweiter Teilluftmassenstrom durch einen als zweiten Kaltluft-Strömungspfad ausgebildeten Bereich des ersten Strömungskanals in Richtung des Fahrgastraums leitbar.
    Der zweite Strömungskanal ist bevorzugt als ein Bypass um den im ersten Strömungskanal angeordneten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildet. Dabei weisen die Strömungskanäle mindestens eine Luftleiteinrichtung zum Öffnen und Verschließen der Strömungsquerschnitte auf, sodass ein von einem Gebläse geförderter Luftmassenstrom in Teilluftmassenströme aufteilbar ist, wobei ein erster Teilluftmassenstrom in den ersten Strömungskanal und ein zweiter Teilluftmassenstrom in den zweiten Strömungskanal leitbar sind.
    Der erste Strömungskanal und der zweite Strömungskanal des Klimagerätes sind vorteilhaft in ein Verbindungselement zum Durchleiten und/oder Vermischen sowie zum Verteilen von Teilluftmassenströmen einmündend ausgebildet.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Klimagerät als ein Zweizonen-Klimagerät ausgebildet. Dabei weist jede Zone einen Strömungskanal auf, welche sich vom Verbindungselement zu Luftauslässen erstrecken. Der Heizwärmeübertrager ist vorteilhaft innerhalb der Strömungskanäle strömungskanalübergreifend angeordnet.
  • Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Kältemittelkreislauf einen Verdichter sowie einen ersten Kältemittelpfad und einen zweiten Kältemittelpfad aufweist, welche sich jeweils von einer Abzweigstelle bis zu einer Mündungsstelle erstrecken. Dabei ist das Kältemittel je nach Betriebsmodus des Klimatisierungssystems in Teilmassenströme durch die Kältemittelpfade derart aufteilbar, dass die Kältemittelpfade parallel mit Kältemittel beaufschlagt werden können. Die Abzweigstelle ist in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und die Mündungsstelle ist vor dem Verdichter angeordnet.
  • Der erste Kältemittelpfad weist vorteilhaft ein erstes Expansionsorgan und den unabhängig vom Betriebsmodus als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager auf.
    Der zweite Kältemittelpfad ist mit einem zweiten Expansionsorgan und dem unabhängig vom Betriebsmodus als Verdampfer betreibbaren zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildet.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Kältemittelkreislauf einen inneren Wärmeübertrager aufweist, welcher hochdruckseitig zwischen dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und der Abzweigstelle der Kältemittelpfade sowie niederdruckseitig innerhalb des ersten Kältemittelpfads in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager angeordnet ist. Unter dem inneren Wärmeübertrager ist ein kreislaufinterner Wärmeübertrager zu verstehen, welcher der Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel bei Hochdruck und dem Kältemittel bei Niederdruck dient. Dabei wird beispielsweise einerseits das flüssige Kältemittel nach der Kondensation weiter abgekühlt und andererseits das Sauggas vor dem Verdichter überhitzt.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der erste Kühlmittelkreislauf einen Primärkreislauf und einen Sekundärkreislauf auf, welche jeweils mit mindestens einer Fördervorrichtung sowie einer Abzweigstelle und einer Mündungsstelle ausgebildet sind. Dabei sind jeweils eine Abzweigstelle und eine Mündungsstelle über eine Verbindungsleitung fluidtechnisch miteinander gekoppelt.
  • Der Primärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs ist vorteilhaft mit Wärmeübertragern zum Konditionieren von Komponenten des Antriebsstrangs sowie einem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und Umgebungsluft ausgebildet. Die Abzweigstelle und die Mündungsstelle des Primärkreislaufs sind in Strömungsrichtung des Kühlmittels in angegebener Reihenfolge bevorzugt zwischen der Fördervorrichtung und den Wärmeübertragern zum Konditionieren der Komponenten des Antriebsstrangs ausgebildet.
    Der Primärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs weist zudem vorteilhaft einen Bypass um den ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager auf, welcher sich von einer Abzweigstelle bis zu einer Mündungsstelle erstreckt. Dabei ist die Abzweigstelle des Bypasses bevorzugt zwischen den Wärmeübertragern zum Konditionieren der Komponenten des Antriebsstrangs und dem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager angeordnet, während die Mündungsstelle des Bypasses zwischen dem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager und der Fördervorrichtung ausgebildet ist.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs mit einem Zusatzheizelement, dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und dem Batterie-Wärmeübertrager ausgebildet. Die Abzweigstelle und die Mündungsstelle des Sekundärkreislaufs sind in Strömungsrichtung des Kühlmittels in angegebener Reihenfolge bevorzugt zwischen dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und dem Batterie-Wärmeübertrager ausgebildet.
    Der Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs weist zudem vorteilhaft einen Bypass um den Batterie-Wärmeübertrager auf, welcher sich von einer Abzweigstelle bis zu einer Mündungsstelle erstreckt. Dabei ist die Abzweigstelle des Bypasses bevorzugt zwischen dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager, insbesondere der Mündungsstelle der Verbindung mit dem Primärkreislauf, und dem Batterie-Wärmeübertrager angeordnet, während die Mündungsstelle des Bypasses zwischen dem Batterie-Wärmeübertrager und der Fördervorrichtung ausgebildet ist.
  • Der zweite Kühlmittelkreislauf weist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Fördervorrichtung sowie einen ersten Kühlmittelpfad mit dem Heizwärmeübertrager und einen zweiten Kühlmittelpfad mit einem zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und Umgebungsluft auf. Dabei erstrecken sich die Kühlmittelpfade jeweils von einer Abzweigstelle bis zu einer Mündungsstelle, sodass das Kühlmittel je nach Betriebsmodus des Klimatisierungssystems in Teilmassenströme durch die Kühlmittelpfade aufteilbar ist und die Kühlmittelpfade parallel mit Kühlmittel beaufschlagbar sind.
  • Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus zum Kühlen und zum Heizen sowie für einen Nachheizmodus zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
    • - Verdichten eines in einem Kältemittelkreislauf zirkulierenden Kältemittels auf ein Hochdruckniveau,
    • - Übertragen von Wärme vom Kältemittel auf Hochdruckniveau an ein in einem zweiten Kühlmittelkreislauf zirkulierendes Kühlmittel beim Durchströmen eines ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers sowie Übertragen der Wärme vom Kühlmittel an Umgebungsluft beim Durchströmen eines zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers und/oder an Zuluft für den Fahrgastraum beim Durchströmen eines Heizwärmeübertragers,
    • - Entspannen des Kältemittels auf ein Niederdruckniveau und Leiten des Kältemittels durch einen als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Aufnehmen von Wärme aus einem Luftmassenstrom, welcher durch einen ersten Strömungskanal eines Klimagerätes geleitet wird, und/oder Entspannen des Kältemittels auf ein Niederdruckniveau und Leiten des Kältemittels durch einen als Verdampfer betreibbaren zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager zum Aufnehmen von Wärme aus einem ersten Kühlmittelkreislauf.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird beim Betreiben des Klimatisierungssystems mit aktiver Kühlung einer Batterie und/oder von Komponenten eines Antriebsstrangs ein Kühlmittel des ersten Kühlmittelkreislaufs durch einen Batterie-Wärmeübertrager und/oder Wärmeübertrager der Komponenten des Antriebsstrangs gefördert. Dabei wird Wärme von der Batterie und/oder Wärme von den Komponenten des Antriebsstrangs an das Kühlmittel übertragen, welche im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager an das im Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel und/oder beim Durchströmen eines ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers an Umgebungsluft übertragen wird.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird beim Betreiben des Klimatisierungssystems mit aktiver Beheizung einer Batterie und/oder mit einem Kühlmittel als Wärmequelle für das im Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel ein Kühlmittel des ersten Kühlmittelkreislaufs durch ein Zusatzheizelement gefördert. Dabei wird Wärme an das Kühlmittel übertragen, welche in einem Batterie-Wärmeübertrager an die Batterie und/oder im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager an das im Kältemittelkreislauf zirkulierende Kältemittel übertragen wird.
  • Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem ist in ausschließlich elektromotorisch mit Batterien oder Brennstoffzellen angetriebenen Fahrzeugen, in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb, das heißt Kraftfahrzeugen mit sowohl elektromotorischem als auch verbrennungsmotorischem Antrieb, und hocheffizienten verbrennungsmotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen verwendbar.
  • Die erfindungsgemäße Lösung weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:
    • - effizientes Klimatisierungssystem zum Kühlen oder gleichzeitigen Entfeuchten und Heizen der Zuluft für den Fahrgastraum mit den Vorteilen der aus dem Stand der Technik bekannten Systeme mit zwei unabhängigen Gebläsen, welches allerdings lediglich mit einem Gebläse ausgebildet ist, auch durch hohen Grad der Abwärmenutzung,
    • - modulares Klimatisierungssystem, insbesondere Wärmepumpensystem mit unterschiedlichen Wärmequellen, wie Innenraumwärmerückgewinnung, mit minimalem Bauvolumen,
    • - aktives und passives Kühlen der Batterie und weiteren Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs,
    • - schnelle Bereitstellung von warmer Zuluft bei geringen U mgebungstem peraturen,
    • - ausreichende Kühlleistung bei luftseitiger Steuerung der Zuluft im Klimagerät, auch durch Nutzen eines kühlmittelgekühlten Kondensators/Gaskühlers,
    • - wesentlich effizienterer Betrieb als bei Systemen mit reiner elektrischer Beheizung, sodass sich beispielsweise bei einem rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug ein Reichweitengewinn ergibt und bei einem Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb der Ausstoß an Kohlenmonoxid reduziert,
    • - keine Strömungsrichtungsumkehr des Kältemittels in Bereichen des Kältemittelkreislaufs zur Wärmeübertragung erforderlich, sodass die Komponenten, insbesondere Wärmeübertrager, einfacher dimensionierbar sind und das Risiko von möglichen Ölfallen minimiert ist,
    • - Vermeiden der Vereisung eines Umgebungswärmeübertragers, beispielsweise durch gezieltes Umschalten zwischen den Betriebsmodi des Klimatisierungssystems, sodass auch ein Verlust an Wärmeleistung für den Fahrgastraum vermieden wird, und
    • - modular ausgebildetes Klimatisierungssystem mit auf einfache Weise verschaltbarem Hoch- und Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf, um zum Beispiel die Abwärme eines Verbrennungsmotors oder elektrischer Komponenten zu nutzen, auch um, insbesondere beim Betrieb im Wärmepumpenmodus, bei welchem die Umgebungsluft nicht als Wärmequelle genutzt werden muss, keine Gefahr der Vereisung eines als Verdampfer betriebenen äußeren Wärmeübertragers zu riskieren.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen
    • 1a: ein zweizoniges Split-Klimagerät eines Klimatisierungssystems mit einem Verdampfer eines Kältemittelkreislaufs und einem Heizwärmeübertrager sowie Luftleiteinrichtungen, insbesondere zur luftseitigen Steuerung,
    • 1b: das Klimagerät des Klimatisierungssystems nach 1a mit einem Kältemittelkreislauf,
    • 1c: einen ersten Kühlmittelkreislauf zum Temperieren von Komponenten eines Antriebsstrangs und einer Batterie sowie mit einem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager als thermische Verbindung zum Kältemittelkreislauf,
    • 1d: einen zweiten Kühlmittelkreislauf mit einem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager als thermische Verbindung zum Kältemittelkreislauf und einem Heizwärmeübertrager zum Erwärmen von Zuluft für den Fahrgastraum,
    • 2: das Klimatisierungssystem mit dem Klimagerät und dem Kältemittelkreislauf nach 1b sowie den Kühlmittelkreisläufen nach den 1c und 1d, das Klimatisierungssystem nach 2
    • 3a: beim Betrieb im Kälteanlagenmodus sowie mit aktiver Kühlung der Batterie und mit Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs,
    • 3b: beim Betrieb im Kälteanlagenmodus sowie mit Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs,
    • 3c: beim Betrieb mit aktiver Kühlung der Batterie sowie mit Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs,
    • 4a: beim Betrieb im Nachheizmodus sowie mit passiver Kühlung der Batterie und der Komponenten des Antriebsstrangs,
    • 4b: beim Betrieb im Nachheizmodus sowie mit aktiver Kühlung der Batterie und der Komponenten des Antriebsstrangs als Wärmequellen für das Kältemittel,
    • 5a: beim Betrieb im Wärmepumpenmodus mit Luft als Wärmequelle sowie mit Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs,
    • 5b: beim Betrieb im Wärmepumpenmodus mit Luft als Wärmequelle sowie mit aktiver Kühlung der Batterie und der Komponenten des Antriebsstrangs als Wärmequellen für das Kältemittel,
    • 5c: beim Betrieb im Wärmepumpenmodus mit aktiver Kühlung der Batterie und der Komponenten des Antriebsstrangs als Wärmequellen für das Kältemittel,
    • 5d: beim Betrieb im Wärmepumpenmodus mit einem Zusatzheizelement als Wärmequelle zum Erwärmen der Batterie und als Wärmequelle für das Kältemittel sowie mit Temperierung der Komponenten des Antriebsstrangs und
    • 5e: beim Betrieb im Wärmepumpenmodus mit dem Zusatzheizelement als Wärmequelle zum schnellen Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum sowie mit Temperierung der Komponenten des Antriebsstrangs.
  • 1a zeigt ein Klimagerät 2, insbesondere ein zweizoniges Split-Klimagerät, eines Klimatisierungssystems 1 mit einem Verdampfer 7 eines Kältemittelkreislaufs und einem Heizwärmeübertrager 16 sowie Luftleiteinrichtungen 8, 12, 14, 15 zur luftseitigen Steuerung des Klimatisierungssystems 1.
  • Das Klimagerät 2 weist ein Gehäuse 3 mit einem ersten Strömungskanal 4 sowie einem zweiten Strömungskanal 5 auf, wobei mit einem Gebläse 6 sowohl ein Luftmassenstrom durch den ersten Strömungskanal 4 als auch durch den zweiten Strömungskanal 5 gefördert werden kann. Die Strömungskanäle 4, 5 sind mit Frischluft aus der Umgebung, Umluft aus dem Fahrgastraum oder einer Mischung aus Frischluft und Umluft beaufschlagbar.
    In Strömungsrichtung der Luft nach dem Gebläse 6 sowie an Einlässen in die Strömungskanäle 4, 5 ist eine Luftleiteinrichtung 8 zum Leiten und Aufteilen der Luft in die Strömungskanäle 4, 5 angeordnet. Der vom Gebläse 6 in das Gehäuse 3 geförderte Luftmassenstrom kann dabei in Anteilen von 0 % bis 100 % auf die Strömungskanäle 4, 5 aufgeteilt werden. Der erste Strömungskanal 4 und der zweite Strömungskanal 5 werden durch eine Trennwand 9 voneinander getrennt.
  • Innerhalb des ersten Strömungskanals 4 ist der als Verdampfer 7 betreibbare Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7 eines Kältemittelkreislaufs angeordnet. Beim Überströmen der Wärmeübertragerfläche des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7 wird die Luft abgekühlt und/oder entfeuchtet. Die Wärme wird von der Luft an das verdampfende Kältemittel übertragen.
    In Strömungsrichtung der Luft nach dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7 sowie an Einlässen in einen ersten Kaltluft-Strömungspfad 10 und einen zweiten Kaltluft-Strömungspfad 11 ist eine Luftleiteinrichtung 12 zum Leiten und Aufteilen der Luft in die Kaltluft-Strömungspfade 10, 11 angeordnet. Der in den ersten Strömungskanal eingeleitete und über den Verdampfer 7 geführte Luftmassenstrom kann dabei in Anteilen von 0 % bis 100 % auf die Kaltluft-Strömungspfade 10, 11 aufgeteilt werden. Mittels der Luftleiteinrichtung 12 kann ein bestimmter Anteil des beim Überströmen des Verdampfers 7 konditionierten Luftmassenstroms durch den ersten Kaltluft-Strömungspfad 10 aus dem Klimatisierungssystem 1 beziehungsweise aus dem Klimagerät 2 in die Umgebung abgeführt werden. Der erste Kaltluft-Strömungpfad 10 wird auch als Abluftkanal bezeichnet.
    Die in den zweiten Kaltluft-Strömungpfad 11 eingeleitete Luft wird zu einem Verbindungselement 13 der Strömungskanäle 4, 5 geführt, welche in das Verbindungselement 13 einmünden. Der durch den zweiten Strömungskanal 5 geförderte Luftmassenstrom wird unverändert, das heißt ohne Änderung des Zustandes, am Verdampfer 7 vorbei in das Verbindungselement 13 geleitet. Der zweite Strömungkanal 5 wird auch als Bypass zum Verdampfer 7 bezeichnet. Der als ein luftbeauschlagter Wärmeübertrager ausgebildete Verdampfer 7 nimmt den gesamten Strömungsquerschnitt des ersten Strömungskanals 4 ein.
  • Das einen im Vorderwagen des Kraftfahrzeugs angeordneten ersten Teil des Klimagerätes 2 mit einem im Inneren des Kraftfahrzeugs angeordneten zweiten Teil des Klimagerätes 2 koppelnde Verbindungselement 13 ist einerseits zur Aufnahme und zum Vermischen der durch die Strömungskanäle 4, 5 hindurch geleiteten Luftmassenströme sowie andererseits zum Aufteilen und Leiten von Luftmassenströmen in verschiedene Zonen des Klimagerätes 2 ausgebildet. Dabei kann ein erster Luftmassenstrom durch eine geöffnete erste Luftleiteinrichtung 14 in eine erste Zone des Klimagerätes 2 geführt werden, während ein zweiter Luftmassenstrom durch eine geöffnete zweite Luftleiteinrichtung 15 in eine zweite Zone des Klimagerätes 2 geleitet wird. Die Luftleiteinrichtungen 14, 15, welche auch als Temperaturklappen bezeichnet werden, sind zwischen zwei Endstellungen „vollständig geöffnet“ und vollständig geschlossen“ stufenlos verstellbar.
  • Die bei geöffneten Luftleiteinrichtungen 14, 15 aus dem Verbindungselement 13 in die Zonen des Klimagerätes 2 ausströmenden Luftmassenströme, welche auf einem abgekühlten und/oder entfeuchteten, einem unkonditionierten oder einer Mischung daraus basieren, werden zum möglichen Erwärmen jeweils zu einem Heizwärmeübertrager 16 geleitet. Der als ein luftbeauschlagter Wärmeübertrager ausgebildete Heizwärmeübertrager 16 ist innerhalb von Strömungskanälen der Zonen angeordnet und nimmt jeweils den gesamten Strömungsquerschnitt des Strömungskanals ein.
    Nach dem Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des Heizwärmeübertragers 16 werden die konditionierten Luftmassenströme durch Luftauslässe 17, 18a, 18b, 19a, 19b in den Fahrgastraum eingeleitet. Dabei werden beispielsweise der durch den ersten Luftauslass 17 ausströmende Luftmassenstrom zur Frontscheibe, ein durch einen der zweiten Luftauslässe 18a, 18b ausströmender Luftmassenstrom durch das Armaturenbrett direkt zu einem Insassen des Fahrgastraums und ein durch einen der dritten Luftauslässe 19a, 19b ausströmender Luftmassenstrom durch einen Luftauslass zum Fußraum geleitet. Zudem kann jeder Luftauslass 17, 18a, 18b, 19a, 19b mit einer elektrischen Widerstandsheizung zum bedarfsweisen Nachheizen des hindurchströmenden Luftmassenstroms ausgebildet sein.
  • Die Luftleiteinrichtungen 8, 12, 14, 15 sind je nach Bedarf in verschiedenen Positionen zwischen „vollständig geöffnet“ bis „vollständig geschlossen“ angeordnet.
  • Aus 1b geht das Klimagerät 2 des Klimatisierungssystems 1 nach 1a mit einem Kältemittelkreislauf 20 hervor. Der Kältemittelkreislauf 20 weist in Strömungsrichtung des Kältemittels einen Verdichter 21, einen als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 sowie eine Abzweigstelle 24 auf. Zwischen dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 und der Abzweigstelle 24 ist ein innerer Wärmeübertrager 23, insbesondere die Hochdruckseite des inneren Wärmeübertragers 23, angeordnet.
    Zwischen der Abzweigstelle 24 und einer Mündungsstelle 25 erstrecken sich jeweils ein erster Kältemittelpfad 26 und ein zweiter Kältemittelpfad 27. Der erste Kältemittelpfad 26 ist mit einem als Expansionsvorrichtung betreibbaren ersten Expansionsorgan 28, insbesondere einem Expansionsventil, dem innerhalb des Gehäuses 3 des Klimagerätes 2 angeordneten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7, dem inneren Wärmeübertrager 23, insbesondere der Hochdruckseite des inneren Wärmeübertragers 23, sowie einem Rückschlagventil 29 ausgebildet. Der zwischen der Abzweigstelle 24 und der Mündungsstelle 25 parallel zum ersten Kältemittelpfad 26 angeordnete zweite Kältemittelpfad 27 ist mit einem als Expansionsvorrichtung betreibbaren zweiten Expansionsorgan 30, insbesondere einem Expansionsventil, sowie einem als Verdampfer betriebenen zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 ausgebildet. Das Rückschlagventil 29, welches auch als Abschaltventil ausgebildet sein kann, verhindert ein Rückströmen von Kältemittel in den mit dem ersten Expansionsorgan 28 geschlossenen ersten Kältemittelpfad 26, wenn das Kältemittel ausschließlich durch den zweiten Kältemittelpfad 27 geleitet wird. Der innere Wärmeübertrager 23 dient insbesondere der Steigerung der Effizienz beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 20 im Kälteanlagenmodus.
    Der Strömungsrichtung des Kältemittels folgend weist der Kältemittelkreislauf 20 im Anschluss an die Mündungsstelle 25 einen niederdruckseitig angeordneten Akkumulator 32 auf. Der Verdichter 21 saugt das gasförmige Kältemittel aus dem Akkumulator 32 an. Der Kältemittelkreislauf 20 ist geschlossen. Nach einer alternativen Ausführungsform ist anstelle des Akkumulators in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 ein hochdruckseitig angeordneter Sammler ausgebildet, welcher auch innerhalb des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 22 integriert sein kann.
  • In 1c ist ein erster Kühlmittelkreislauf 40 zum Temperieren von Komponenten eines Antriebsstrangs 42 und einer Batterie 48 sowie mit dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 als thermische Verbindung zum Kältemittelkreislauf 20 dargestellt, während 1d einen zweiten Kühlmittelkreislauf 60 mit dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 als thermische Verbindung zum Kältemittelkreislauf 20 und dem Heizwärmeübertrager 16 zum Erwärmen von Zuluft für den Fahrgastraum zeigt. Aus 2 geht das Klimatisierungssystem 1 mit dem Klimagerät 2 und dem Kältemittelkreislauf 20 nach 1b sowie den Kühlmittelkreisläufen 40, 60 nach den 1c und 1d hervor.
  • Der erste Kühlmittelkreislauf 40, welcher auch als Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf bezeichnet wird, weist eine erste Fördervorrichtung 41 eines Primärkreislaufs, insbesondere eine Pumpe, zum Fördern des Kühlmittels zwischen den Komponenten des Antriebsstrangs 42 und einem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 auf. Der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 wird mit Umgebungsluft beaufschlagt.
    Um das Kühlmittel am ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 vorbei zu leiten und derart den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 nicht mit Kühlmittel zu beaufschlagen, ist ein Bypass 44 ausgebildet, welcher sich von einer Abzweigstelle 45 bis zu einer Mündungsstelle 46 erstreckt. Die als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildete Abzweigstelle 45 ist in Strömungsrichtung des Kühlmittels unmittelbar vor dem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 angeordnet, während die Mündungsstelle 46 unmittelbar nach dem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 und damit zwischen dem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 und der Fördervorrichtung 41 ausgebildet ist. Die Fördervorrichtung 41 saugt das Kühlmittel je nach Betriebsmodus aus dem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 oder durch den Bypass 44 aus Wärmeübertragern der Komponenten des Antriebsstrangs 42 an. Mittels der als Drei-Wege-Ventil ausgebildeten Abzweigstelle 45 kann der Massenstrom des Kühlmittels jeweils zwischen 0 % und 100 % aufgeteilt werden.
    In Strömungsrichtung des Kühlmittels ist zwischen der Fördervorrichtung 41 und den Wärmeübertragern der Komponenten des Antriebsstrangs 42 jeweils eine Abzweigstelle 53 und eine Mündungsstelle 56 als Verbindung zu einem Sekundärkreislauf ausgebildet.
  • Der Sekundärkreislauf weist ebenfalls eine Fördervorrichtung 47, insbesondere eine Pumpe, zum Fördern des Kühlmittels zwischen dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 und einem Batterie-Wärmeübertrager 48 auf. Innerhalb des Sekundärkreislaufs ist zudem ein Zusatzheizelement 52, beispielsweise eine elektrische Widerstandsheizung, vorgesehen, um das Kühlmittel je nach Bedarf zu erwärmen.
    Um das Kühlmittel am Batterie-Wärmeübertrager 48 vorbei zu leiten und derart den Batterie-Wärmeübertrager 48 nicht mit Kühlmittel zu beaufschlagen, ist ein Bypass 49 ausgebildet, welcher sich von einer Abzweigstelle 50 bis zu einer Mündungsstelle 51 erstreckt. Die als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildete Abzweigstelle 50 ist in Strömungsrichtung des Kühlmittels unmittelbar vor dem Batterie-Wärmeübertrager 48 angeordnet, während die Mündungsstelle 51 unmittelbar nach dem Batterie-Wärmeübertrager 48 und damit zwischen dem Batterie-Wärmeübertrager 48 und der Fördervorrichtung 47 ausgebildet ist. Die Fördervorrichtung 47 saugt das Kühlmittel je nach Betriebsmodus aus dem Batterie-Wärmeübertrager 48 oder durch den Bypass 49 an. Mittels der als Drei-Wege-Ventil ausgebildeten Abzweigstelle 50 kann der Massenstrom des Kühlmittels jeweils zwischen 0 % und 100 % aufgeteilt werden.
    In Strömungsrichtung des Kühlmittels ist zwischen dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 und der Abzweigstelle 50 des Bypasses 49 um den Batterie-Wärmeübertrager 48 jeweils eine Abzweigstelle 55 und eine Mündungsstelle 54 als Verbindung zum Primärkreislauf, insbesondere zur Abzweigstelle 53 und zur Mündungsstelle 56 des Primärkreislaufs, vorgesehen. Die Abzweigstellen 53, 55 sind jeweils vorteilhaft als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildet.
  • Der zweite Kühlmittelkreislauf 60 nach 1d, welcher auch als Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf bezeichnet wird, weist eine Fördervorrichtung 61, insbesondere eine Pumpe, zum Fördern des Kühlmittels zwischen dem als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 und dem Heizwärmeübertrager 16 einerseits sowie einem zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 andererseits auf. Der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 wird mit Umgebungsluft beaufschlagt.
    Dabei sind der Heizwärmeübertrager 16 in einem ersten Kühlmittelpfad 64 und der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 in einem zweiten Kühlmittelpfad 65 angeordnet. Die Kühlmittelpfade 64, 65 erstrecken sich jeweils von einer Abzweigstelle 62 zu einer Mündungsstelle 63 und können parallel mit Kühlmittel beaufschlagt werden.
    Die Abzweigstelle 62 ist gemäß 1d in Strömungsrichtung des Kühlmittels nach der Fördervorrichtung 61 und damit zwischen der Fördervorrichtung 61 und dem Heizwärmeübertrager 16 beziehungsweise dem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 angeordnet, während die Mündungsstelle 63 in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 und damit zwischen dem Heizwärmeübertrager 16 beziehungsweise dem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 und dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 angeordnet ist. Nach 2 kann die Abzweigstelle 62 in Strömungsrichtung des Kühlmittels auch nach dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 und damit zwischen dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 und dem Heizwärmeübertrager 16 beziehungsweise dem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 angeordnet sein, während die Mündungsstelle 63 in Strömungsrichtung des Kühlmittels vor der Fördervorrichtung 61 und damit zwischen dem Heizwärmeübertrager 16 beziehungsweise dem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 und der Fördervorrichtung 61 angeordnet ist.
    Mittels der als Drei-Wege-Ventil ausgebildeten Abzweigstelle 62 kann der Massenstrom des Kühlmittels durch die Kühlmittelpfade 64, 65 jeweils zwischen 0 % und 100 % aufgeteilt werden. Die Fördervorrichtung 61 saugt das Kühlmittel aus dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 an. Der Kühlmittelkreislauf 60 ist geschlossen.
  • Die Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43, 66 der Kühlmittelkreisläufe 40, 60 sind in Strömungsrichtung der Umgebungsluft in Reihe nacheinander derart angeordnet, dass die Umgebungsluft den ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 anströmt und anschließend der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 mit der Umgebungsluft beaufschlagt wird.
  • Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1 im Kälteanlagenmodus, das heißt dem Abkühlen der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft, sowie mit aktiver Kühlung der Batterie 48 und mit Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs 42 nach 3a sind der Kältemittelkreislauf 20, der erste Kühlmittelkreislauf 40 und der zweite Kühlmittelkreislauf 60 aktiv. Der Primärkreislauf und der Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 werden getrennt voneinander betrieben, beide Fördervorrichtungen 41, 47 des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 sind in Betrieb.
    Bei der Darstellung verschiedener Betriebsmodi des Klimatisierungssystems 1 sind mit Kältemittel oder Kühlmittel beaufschlagte Leitungen des Kältemittelkreislaufs beziehungsweise der Kühlmittelkreisläufe 40, 60 mit durchgezogenen Linien gekennzeichnet, während nicht mit Kältemittel oder Kühlmittel beaufschlagte Leitungen anhand von gestrichelten Linien gekennzeichnet sind.
  • Die Luftleiteinrichtung 8 des Klimagerätes 2 ist derart ausgerichtet, dass der vom Gebläse 6 in das Gehäuse 3 geförderte Luftmassenstrom in Strömungsrichtung 70 vollständig in den ersten Strömungskanal 4 eingeleitet wird und der zweite Strömungskanal 5 geschlossen ist. Die beim Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7 abgekühlte und/oder entfeuchtete Luft wird zur weiteren Verteilung vollständig in das Verbindungselement 13 eingeleitet. Die Luftleiteinrichtung 12 ist den ersten Kaltluft-Strömungspfad 10 vollständig verschließend ausgerichtet, während der zweite Kaltluft-Strömungspfad 11 vollständig geöffnet ist.
  • Die im Verdampfer 7 des Kältemittelkreislaufs 20 vom Kältemittel aufgenommene Wärme wird im als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 an das im zweiten Kühlmittelkreislauf 60 zirkulierende Kühlmittel übertragen. Das vom Verdichter 21 angesaugte und verdichtete Kältemittel wird zur Abgabe von Wärme durch den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 und die Hochdruckseite des inneren Wärmeübertragers 23 geleitet. An der Abzweigstelle 24 wird das Kältemittel auf den ersten Kältemittelpfad 26 und den zweiten Kältemittelpfad 27 aufgeteilt. Der beim Durchströmen des ersten Expansionsorgans 28 entspannte erste Kältemittelteilmassenstrom wird zur Aufnahme von Wärme aus der Zuluft für den Fahrgastraum durch den Verdampfer 7 und zum Überhitzen durch die Niederdruckseite des inneren Wärmeübertragers 23 hindurch zur Mündungsstelle 25 geleitet. Der beim Durchströmen des zweiten Expansionsorgans 30 entspannte zweite Kältemittelteilmassenstrom wird zur Aufnahme von Wärme aus dem Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 durch den als Verdampfer betriebenen zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 hindurch zur Mündungsstelle 25 geleitet.
    Die im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 an das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufs 60 übertragene Wärme wird im zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 an die Umgebungsluft abgegeben. Das Kühlmittel wird dabei durch den zweiten Kühlmittelpfad 65 geleitet, der erste Kühlmittelpfad 64 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 62, geschlossen. Der Heizwärmeübertrager 16 wird nicht mit Kühlmittel beaufschlagt.
  • Im Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 wird das Kühlmittel von der Fördervorrichtung 47 durch das Zusatzheizelement 52, welches nicht aktiv ist, zur Abgabe von Wärme an das Kältemittel durch den zweiten als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 und zur Aufnahme von Wärme aus der Batterie durch den Batterie-Wärmeübertrager 48 geleitet. Die im Batterie-Wärmeübertrager 48 vom Kühlmittel aufgenommene Wärme wird im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 an das Kältemittel abgegeben. Der Bypass 49 der Batterie 48 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 50, geschlossen. Die Abzweigstellen 53, 55 des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 sind derart eingestellt, dass der Primärkreislauf und der Sekundärkreislauf voneinander getrennt betrieben werden.
    Der als Verdampfer des Kältemittels betriebene und das Kältemittel als Wärmesenke nutzende Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 zur Abfuhr von Wärme von elektronischen beziehungsweise elektrischen Komponenten, wie der Batterie 48 oder Komponenten des Antriebsstrangs 42 des Kraftfahrzeugs, wird auch als Chiller bezeichnet.
    Im Primärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 wird das Kühlmittel von der Fördervorrichtung 41 zur Aufnahme von Wärme durch Wärmeübertrager der Komponenten des Antriebsstrangs 42 und zur Abgabe von Wärme durch den ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 geleitet. Die in den Wärmeübertragern der Komponenten des Antriebsstrangs 42 an das Kühlmittel übertragene Wärme wird im ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 an die Umgebungsluft abgegeben. Der Bypass 44 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 45, geschlossen.
  • Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1 im Kälteanlagenmodus, das heißt dem Abkühlen der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft, sowie mit Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs 42 nach 3b sind der Kältemittelkreislauf 20, der erste Kühlmittelkreislauf 40 und der zweite Kühlmittelkreislauf 60 aktiv. Der Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 wird nicht von Kühlmittel durchströmt, lediglich die Fördervorrichtung 41 des Primärkreislaufs ist in Betrieb. Damit liegen die Unterschiede zum Betrieb des Klimatisierungssystems 1 nach 3a in der aktiven Kühlung der Batterie 48.
    Da der Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 und damit auch der als thermische Verbindung zum Kältemittelkreislauf 20 im zweiten Kältemittelpfad 27 des Kältemittelkreislaufs 20 angeordnete zweite Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 nicht von Kühlmittel beaufschlagt werden, wird auch der zweite Kältemittelpfad 27 des Kältemittelkreislaufs 20 nicht von Kältemittel durchströmt. Das zweite Expansionsorgan 30 ist geschlossen.
    Zum Betrieb mit dem Abkühlen der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft sowie der Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs 42 wird auf die Ausführungen zu 3a verwiesen.
  • Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1 mit aktiver Kühlung der Batterie 48 sowie mit Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs 42 nach 3c, beispielsweise während des Ladevorgangs der Batterie 48 und ohne Insassen im Fahrgastraum, sind der Kältemittelkreislauf 20, der erste Kühlmittelkreislauf 40 und der zweite Kühlmittelkreislauf 60 aktiv. Der Primärkreislauf und der Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 werden getrennt voneinander betrieben, beide Fördervorrichtungen 41, 47 des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 sind in Betrieb. Durch das Klimagerät 2 wird keine Luft gefördert oder die Zuluft für den Fahrgastraum wird nicht konditioniert. Der Verdampfer 7 des Kältemittelkreislaufs 20 wird nicht von Kältemittel durchströmt. Damit liegen die Unterschiede zum Betrieb des Klimatisierungssystems 1 nach 3a beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 20 im Kälteanlagenmodus.
    Da der als Verdampfer betriebene, im ersten Kältemittelpfad 26 angeordnete Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7 des Kältemittelkreislaufs 20 nicht von Kältemittel beaufschlagt wird, wird auch der erste Kältemittelpfad 26 des Kältemittelkreislaufs 20 nicht von Kältemittel durchströmt. Das erste Expansionsorgan 28 ist geschlossen. Das Rückschlagventil 29 verhindert ein Rückströmen von Kältemittel in den ersten Kältemittelpfad 26, insbesondere in den inneren Wärmeübertrager 23. Der innere Wärmeübertrager 23 ist nicht aktiv.
    Zum Betrieb mit der aktiven Kühlung der Batterie 48 sowie mit der Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs 42 wird auf die Ausführungen zu 3a verwiesen.
  • Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1 im Nachheizmodus, beispielsweise zum Trocknen der Zuluft für den Fahrgastraum mit folgendem Nachheizen, sowie mit passiver Kühlung der Batterie 48 und Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs 42 nach 4a sind der Kältemittelkreislauf 20, der erste Kühlmittelkreislauf 40 und der zweite Kühlmittelkreislauf 60 aktiv. Der Primärkreislauf und der Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 werden als ein gemeinsamer Kreislauf betrieben, wobei die erste Fördervorrichtung 41 und/oder die zweite Fördervorrichtung 47 in Betrieb sind.
  • Die Luftleiteinrichtung 8 des Klimagerätes 2 ist derart ausgerichtet, dass der vom Gebläse 6 in das Gehäuse 3 geförderte Luftmassenstrom in Strömungsrichtung 70 vollständig in den ersten Strömungskanal 4 eingeleitet wird und der zweite Strömungskanal 5 geschlossen ist. Die beim Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7 abgekühlte und/oder entfeuchtete Luft wird zur weiteren Verteilung vollständig in das Verbindungselement 13 eingeleitet. Die Luftleiteinrichtung 12 ist den ersten Kaltluft-Strömungspfad 10 vollständig verschließend ausgerichtet, während der zweite Kaltluft-Strömungspfad 11 vollständig geöffnet ist.
    Der aus dem Verbindungselement 13 austretende Luftmassenstrom wird beim Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des Heizwärmeübertragers 16 erwärmt. Die über die Wärmeübertragungsfläche des als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7 geleitete Luft dient als Wärmequelle für das durch den Heizwärmeübertrager 16 geleitete Kühlmittel, wobei die Wärme vom Kühlmittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft übertragen wird.
  • Die im Verdampfer 7 des Kältemittelkreislaufs 20 vom Kältemittel aufgenommene Wärme wird im als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 an das im zweiten Kühlmittelkreislauf 60 zirkulierende Kühlmittel übertragen. Das vom Verdichter 21 angesaugte und verdichtete Kältemittel wird zur Abgabe von Wärme durch den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22, die Hochdruckseite des inneren Wärmeübertrager 23 und durch den ersten Kältemittelpfad 26 geleitet. Der beim Durchströmen des ersten Expansionsorgans 28 entspannte erste Kältemittelteilmassenstrom wird zur Aufnahme von Wärme aus der Zuluft für den Fahrgastraum durch den Verdampfer 7 und zum Überhitzen durch die Niederdruckseite des inneren Wärmeübertragers 23 hindurch zur Mündungsstelle 25 geleitet. Der zweite Kältemittelpfad 27 des Kältemittelkreislaufs 20 wird nicht von Kältemittel durchströmt. Das zweite Expansionsorgan 30 ist geschlossen.
    Die im ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 an das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufs 60 übertragene Wärme wird je nach Bedarf im Heizwärmeübertrager 16 an die Zuluft für den Fahrgastraum beziehungsweise im zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 an die Umgebungsluft abgegeben, dabei wird das Kühlmittel an der Abzweigstelle 62 auf den ersten Kühlmittelpfad 64 beziehungsweise den zweiten Kältemittelpfad 65 aufgeteilt. Die im Heizwärmeübertrager 16 nicht an die Zuluft für den Fahrgastraum abgeführte Wärme wird folglich im Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 an die Umgebungsluft übertragen.
  • Im ersten Kühlmittelkreislauf 40 wird das Kühlmittel von mindestens einer der Fördervorrichtungen 41, 47 zur Aufnahme von Wärme aus der Batterie durch den Batterie-Wärmeübertrager 48 sowie anschließend durch das Zusatzheizelement 52 und den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31, welche nicht aktiv sind, geleitet. Der Bypass 49 der Batterie 48 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 50, geschlossen. Die Abzweigstellen 53, 55 des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 sind derart eingestellt, dass der Primärkreislauf und der Sekundärkreislauf als ein gemeinsamer Kreislauf betrieben werden.
    Das beim Durchströmen des Batterie-Wärmeübertragers 48 erwärmte Kühlmittel wird zur Aufnahme von Wärme durch Wärmeübertrager der Komponenten des Antriebsstrangs 42 und zur Abgabe von Wärme durch den ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 geleitet. Die im Batterie-Wärmeübertrager 48 und in den Wärmeübertragern der Komponenten des Antriebsstrangs 42 an das Kühlmittel übertragene Wärme wird im ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 an die Umgebungsluft abgegeben. Der Bypass 44 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 45, geschlossen.
  • Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1 im Nachheizmodus sowie mit aktiver Kühlung der Batterie 48 und Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs 42 nach 4b sind der Kältemittelkreislauf 20, der erste Kühlmittelkreislauf 40 und der zweite Kühlmittelkreislauf 60 aktiv. Der Primärkreislauf und der Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 werden als ein gemeinsamer Kreislauf, ähnlich dem Betriebsmodus nach 4a, betrieben, wobei die erste Fördervorrichtung 41 und/oder die zweite Fördervorrichtung 47 in Betrieb sind.
  • Die Luftleiteinrichtung 8 des Klimagerätes 2 ist derart ausgerichtet, dass der vom Gebläse 6 in das Gehäuse 3 geförderte Luftmassenstrom in Strömungsrichtung 70 in einen ersten Teilmassenstrom und einen zweiten Teilmassenstrom aufgeteilt in den ersten Strömungskanal 4 und den zweiten Strömungskanal 5 geleitet wird. Der durch den ersten Strömungskanal 4 geförderte, beim Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7 abgekühlte und/oder entfeuchtete erste Teilluftmassenstrom wird zum Vermischen und/oder zur weiteren Verteilung vollständig in das Verbindungselement 13 eingeleitet. Die Luftleiteinrichtung 12 ist den ersten Kaltluft-Strömungspfad 10 vollständig verschließend ausgerichtet, während der zweite Kaltluft-Strömungspfad 11 vollständig geöffnet ist. Der durch den zweiten Strömungskanal 5 geförderte zweite Teilluftmassenstrom wird unkonditioniert in das Verbindungselement 13 eingeleitet.
    Der aus dem Verbindungselement 13 austretende, aus den Teilluftmassenströmen vermischte Luftmassenstrom wird beim Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des Heizwärmeübertragers 16 erwärmt. Die über die Wärmeübertragungsfläche des als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7 geleitete Luft dient als erste Wärmequelle für das durch den Heizwärmeübertrager 16 geleitete Kühlmittel, wobei die Wärme vom Kühlmittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft übertragen wird.
  • Die im Verdampfer 7 des Kältemittelkreislaufs 20 vom Kältemittel aufgenommene Wärme wird im als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 an das im zweiten Kühlmittelkreislauf 60 zirkulierende Kühlmittel übertragen. Das vom Verdichter 21 angesaugte und verdichtete Kältemittel wird zur Abgabe von Wärme durch den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 und die Hochdruckseite des inneren Wärmeübertragers 23 geleitet. An der Abzweigstelle 24 wird das Kältemittel auf den ersten Kältemittelpfad 26 und den zweiten Kältemittelpfad 27 aufgeteilt. Der beim Durchströmen des ersten Expansionsorgans 28 entspannte erste Kältemittelteilmassenstrom wird zur Aufnahme von Wärme aus dem ersten, durch den ersten Strömungskanal 4 geleiteten Teilluftmassenstrom der Zuluft für den Fahrgastraum durch den Verdampfer 7 und zum Überhitzen durch die Niederdruckseite des inneren Wärmeübertragers 23 hindurch zur Mündungsstelle 25 geleitet. Der beim Durchströmen des zweiten Expansionsorgans 30 entspannte zweite Kältemittelteilmassenstrom wird zur Aufnahme von Wärme aus dem ersten Kühlmittelkreislauf 40 durch den als Verdampfer betriebenen zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 hindurch zur Mündungsstelle 25 geleitet. Das Kühlmittel des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 dient als zweite Wärmequelle für das durch den Heizwärmeübertrager 16 geleitete Kühlmittel, wobei die Wärme vom Kühlmittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft übertragen wird. Speziell bei geringerer Temperatur der Umgebungsluft kann derart die Abwärme aus den Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs 42 und der Batterie 48 zusätzlich genutzt werden, um die nötige Heizleistung für die Zuluft für den Fahrgastraum bereitzustellen.
    Das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufs 60 wird dabei durch den ersten Kühlmittelpfad 64 geleitet, der zweite Kühlmittelpfad 65 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 62, geschlossen. Der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 wird nicht mit Kühlmittel beaufschlagt.
  • Im ersten Kühlmittelkreislauf 40 wird das Kühlmittel von mindestens einer der Fördervorrichtungen 41, 47 zur Aufnahme von Wärme aus der Batterie durch den Batterie-Wärmeübertrager 48 sowie anschließend durch das Zusatzheizelement 52, welches nicht aktiv ist, geleitet. Der Bypass 49 der Batterie 48 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 50, geschlossen. Anschließend wird das Kühlmittel zur Abgabe von Wärme an das Kältemittel durch den zweiten als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 und zur Aufnahme von Wärme durch Wärmeübertrager der Komponenten des Antriebsstrangs 42 geleitet. Die Abzweigstellen 53, 55 des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 sind derart eingestellt, dass der Primärkreislauf und der Sekundärkreislauf als ein gemeinsamer Kreislauf betrieben werden.
    Die im Batterie-Wärmeübertrager 48 und in den Wärmeübertragern der Komponenten des Antriebsstrangs 42 an das Kühlmittel übertragene Wärme wird ausschließlich im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 an das Kältemittel abgegeben, während der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 nicht mit Kühlmittel beaufschlagt wird. Der Bypass 44 um den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 ist geöffnet, sodass der gesamte Kühlmittelmassenstrom um den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 herum geleitet wird.
  • Wenn im Vergleich zum Betriebsmodus nach 4b die Temperatur der Außenluft geringer ist beziehungsweise aus der Batterie 48 keine Abwärme abgeführt wird, wird als zusätzliche Wärmequelle die Umgebungsluft oder die bereits erwärmte Innenraumluft genutzt.
    Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1 im Wärmepumpenmodus mit Luft als Wärmequelle sowie mit Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs 42 nach 5a sind der Kältemittelkreislauf 20, der Primärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 und der zweite Kühlmittelkreislauf 60 aktiv.
  • Die Luftleiteinrichtung 8 des Klimagerätes 2 ist derart ausgerichtet, dass der vom Gebläse 6 in das Gehäuse 3 geförderte Luftmassenstrom in Strömungsrichtung 70 in einen ersten Teilmassenstrom und einen zweiten Teilmassenstrom aufgeteilt in den ersten Strömungskanal 4 und den zweiten Strömungskanal 5 geleitet wird. Der in den ersten Strömungskanal 4 geförderte, beim Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7 abgekühlte und/oder entfeuchtete erste Teilluftmassenstrom wird durch den ersten Kaltluft-Strömungspfad 10 vollständig in die Umgebung verbracht. Die Luftleiteinrichtung 12 ist den zweiten Kaltluft-Strömungspfad 11 vollständig verschließend ausgerichtet, während der erste Kaltluft-Strömungspfad 10 vollständig geöffnet ist. Der durch den zweiten Strömungskanal 5 geförderte zweite Teilluftmassenstrom wird unkonditioniert in das Verbindungselement 13 eingeleitet.
    Da das Gebläse 6 Frischluft aus der Umgebung, Umluft aus dem Fahrgastraum oder einer Mischung aus Frischluft und Umluft in die Strömungskanäle 4, 5 fördern kann, kann Umgebungsluft oder bereits erwärmte Luft aus dem Inneren des Fahrgastraums als Wärmequelle dienen.
    Der aus dem Verbindungselement 13 austretende zweite Teilluftmassenstrom wird beim Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des Heizwärmeübertragers 16 erwärmt. Die über die Wärmeübertragungsfläche des als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7 geleitete Luft dient als Wärmequelle für das durch den Heizwärmeübertrager 16 geleitete Kühlmittel, wobei die Wärme vom Kühlmittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft übertragen wird.
  • Der Kältemittelkreislauf 20 wird gemäß dem Betriebsmodus des Klimatisierungssystems 1 nach 4a betrieben, sodass auf die dazugehörigen Ausführungen verwiesen wird.
    Das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufs 60 wird durch den ersten Kühlmittelpfad 64 geleitet, der zweite Kühlmittelpfad 65 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 62, geschlossen. Der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 wird nicht mit Kühlmittel beaufschlagt.
  • Im Primärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 wird das Kühlmittel von der Fördervorrichtung 41 zur Aufnahme von Wärme durch Wärmeübertrager der Komponenten des Antriebsstrangs 42 geleitet. Dabei wird einerseits das Kühlmittel erwärmt, während andererseits die Temperaturen der Komponenten des Antriebsstrangs 42 vergleichmäßigt werden. Sowohl das Kühlmittel als auch die Komponenten des Antriebsstrangs 42 werden als Wärmespeicher genutzt. Der Bypass 44 um den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 ist geöffnet, sodass der gesamte Kühlmittelmassenstrom um den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 herum geleitet wird. Der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 wird nicht mit Kühlmittel beaufschlagt.
    Je nach Anstieg der Temperatur des Kühlmittels beziehungsweise der Komponenten des Antriebsstrangs 42 kann die in den Wärmeübertragern der Komponenten des Antriebsstrangs 42 an das Kühlmittel übertragene Wärme zumindest teilweise im ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 an die Umgebungsluft abgegeben werden. Dabei wird der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 vom Kühlmittel durchströmt, der Bypass 44 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 45, geschlossen.
    Die Abzweigstelle 53 des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 ist derart eingestellt, dass der Sekundärkreislauf nicht von Kühlmittel durchströmt wird.
  • Zudem kann neben der durch das Gehäuse 3 geförderten Luft als erste Wärmequelle auch die Abwärme der Komponenten des Antriebsstrangs 42 beziehungsweise der Batterie 48 als Wärmequellen genutzt werden.
    Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1 im Wärmepumpenmodus mit Luft als Wärmequelle sowie mit aktiver Kühlung der Batterie 48 und Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs 42 als Wärmequellen für das Kältemittel nach 5b sind der Kältemittelkreislauf 20, der erste Kühlmittelkreislauf 40 und der zweite Kühlmittelkreislauf 60 aktiv.
    Das Klimagerät 2 wird dabei gemäß dem Betriebsmodus des Klimatisierungssystems 1 nach 4a betrieben, sodass auf die dazugehörigen Ausführungen verwiesen wird.
    Der Kältemittelkreislauf 20 wird gemäß dem Betriebsmodus des Klimatisierungssystems 1 nach 5a und der erste Kühlmittelkreislauf 40 sowie der zweite Kühlmittelkreislauf 60 werden jeweils gemäß dem Betriebsmodus des Klimatisierungssystems 1 nach 4b betrieben, sodass auf die dazugehörigen Ausführungen verwiesen wird.
  • Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1 im Wärmepumpenmodus mit aktiver Kühlung der Batterie 48 sowie mit Kühlung der Komponenten des Antriebsstrangs 42 als Wärmequellen für das Kältemittel nach 5c sind der Kältemittelkreislauf 20, der erste Kühlmittelkreislauf 40 und der zweite Kühlmittelkreislauf 60 aktiv.
  • Die Luftleiteinrichtung 8 des Klimagerätes 2 ist derart ausgerichtet, dass der vom Gebläse 6 in das Gehäuse 3 geförderte Luftmassenstrom in Strömungsrichtung 70 vollständig durch den zweiten Strömungskanal 5 unkonditioniert in das Verbindungselement 13 geleitet wird und der erste Strömungskanal 4 geschlossen ist. Der im ersten Strömungskanal 4 angeordnete Verdampfer 7 ist nicht aktiv und wird weder mit Luft noch mit Kältemittel beaufschlagt. Der aus dem Verbindungselement 13 austretende Luftmassenstrom wird beim Überströmen der Wärmeübertragungsfläche des Heizwärmeübertragers 16 erwärmt. Die Wärme wird vom Kühlmittel an die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft übertragen.
  • Im Verdampfer 31 des Kältemittelkreislaufs 20 vom Kältemittel aufgenommene Wärme wird im als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22 an das im zweiten Kühlmittelkreislauf 60 zirkulierende Kühlmittel übertragen. Das vom Verdichter 21 angesaugte und verdichtete Kältemittel wird zur Abgabe von Wärme durch den ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 22, die Hochdruckseite des nicht aktiven inneren Wärmeübertragers 23 und durch den zweiten Kältemittelpfad 27 geleitet. Das beim Durchströmen des zweiten Expansionsorgans 30 entspannte Kältemittel wird zur Aufnahme von Wärme aus dem ersten Kühlmittelkreislauf 40 durch den Verdampfer 31 hindurch zur Mündungsstelle 25 geleitet. Da der als Verdampfer betriebene, im ersten Kältemittelpfad 26 angeordnete Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7 des Kältemittelkreislaufs 20 nicht von Kältemittel beaufschlagt wird, wird auch der erste Kältemittelpfad 26 des Kältemittelkreislaufs 20 nicht von Kältemittel durchströmt. Das erste Expansionsorgan 28 ist geschlossen. Das Rückschlagventil 29 verhindert ein Rückströmen von Kältemittel in den ersten Kältemittelpfad 26, insbesondere in den inneren Wärmeübertrager 23.
    Das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufs 60 wird durch den ersten Kühlmittelpfad 64 geleitet, der zweite Kühlmittelpfad 65 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 62, geschlossen. Der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 66 wird nicht mit Kühlmittel beaufschlagt.
  • Im ersten Kühlmittelkreislauf 40 wird das Kühlmittel von mindestens einer der Fördervorrichtungen 41, 47 zur Aufnahme von Wärme aus der Batterie durch den Batterie-Wärmeübertrager 48 sowie anschließend durch das Zusatzheizelement 52, welches nicht aktiv ist, geleitet. Der Bypass 49 der Batterie 48 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 50, geschlossen. Anschließend wird das Kühlmittel zur Abgabe von Wärme an das Kältemittel durch den zweiten als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 und zur Aufnahme von Wärme durch Wärmeübertrager der Komponenten des Antriebsstrangs 42 geleitet. Die Abzweigstellen 53, 55 des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 sind derart eingestellt, dass der Primärkreislauf und der Sekundärkreislauf als ein gemeinsamer Kreislauf betrieben werden.
    Je nach im Batterie-Wärmeübertrager 48 und in den Wärmeübertragern der Komponenten des Antriebsstrangs 42 an das Kühlmittel übertragener Wärme beziehungsweise der Temperatur des Kühlmittels am Austritt der Wärmeübertrager der Komponenten des Antriebsstrangs 42 sowie der Temperatur der Umgebungsluft wird das Kühlmittel zur weiteren Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft durch den ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 geleitet. Wenn die Temperatur der Umgebungsluft höher ist als die Temperatur des Kühlmittels am Austritt der Wärmeübertrager der Komponenten des Antriebsstrangs 42 kann das Kühlmittel Wärme aus der Umgebung aufnehmen. Der Bypass 44 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 45, geschlossen. Die vom Kühlmittel aufgenommene Wärme wird im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 vollständig an das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 20 übertragen.
    Wenn die Temperatur des Kühlmittels am Austritt der Wärmeübertrager der Komponenten des Antriebsstrangs 42 höher ist als die Temperatur der Umgebungsluft kann auch Wärme vom Kühlmittel an die Umgebung übertragen werden. Die vom Kühlmittel aufgenommene Wärme wird dann sowohl im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 an das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 20 als auch im Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 an die Umgebungsluft übertragen.
  • Nach einem alternativen nicht dargestellten Betriebsmodus, kann das Kühlmittel an der Abzweigstelle 45 in einen Teilmassenstrom durch den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 und einen Teilmassenstrom durch den Bypass 44 um den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 herum geleitet werden, um die Anteile der an das Kältemittel und die Umgebungsluft zu übertragenen Wärmen einzustellen. Dabei könnte auch die gesamte vom Kühlmittel aufgenommene Wärme im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 an das Kältemittel abgegeben werden, während der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 nicht mit Kühlmittel beaufschlagt wird. Der Bypass 44 um den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 ist geöffnet, sodass der gesamte Kühlmittelmassenstrom um den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 herum geleitet wird.
  • Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1 im Wärmepumpenmodus mit dem Zusatzheizelement 52 als Wärmequelle zum Erwärmen der Batterie 48 und als Wärmequelle für das Kältemittel sowie mit Temperierung der Komponenten des Antriebsstrangs 42 nach 5d sind der Kältemittelkreislauf 20, der erste Kühlmittelkreislauf 40 und der zweite Kühlmittelkreislauf 60 aktiv.
    Das Klimagerät 2, der Kältemittelkreislauf 20 und der zweite Kühlmittelkreislauf 60 werden jeweils gemäß dem Betriebsmodus des Klimatisierungssystems 1 nach 5c betrieben, sodass auf die dazugehörigen Ausführungen verwiesen wird.
  • Im Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 wird das Kühlmittel von der Fördervorrichtung 47 zur Aufnahme von Wärme durch das Zusatzheizelement 52, welches in Betrieb ist, und zur Abgabe von Wärme an das Kältemittel durch den zweiten als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 sowie an Batterie durch den Batterie-Wärmeübertrager 48 geleitet. Das Zusatzheizelement dient folglich als Wärmequelle für das Kältemittel, damit für das im zweiten Kühlmittelkreislauf 60 zirkulierende Kühlmittel und die Zuluft für den Fahrgastraum, sowie zum Heizen der Batterie 48. Der Bypass 49 der Batterie 48 ist, insbesondere an der Abzweigstelle 50, geschlossen. Die Abzweigstellen 53, 55 des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 sind derart eingestellt, dass der Primärkreislauf und der Sekundärkreislauf voneinander getrennt betrieben werden.
    Im Primärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 wird das Kühlmittel von der Fördervorrichtung 41 zur Aufnahme von Wärme durch Wärmeübertrager der Komponenten des Antriebsstrangs 42 geleitet. Dabei wird einerseits das Kühlmittel erwärmt, während andererseits die Temperaturen der Komponenten des Antriebsstrangs 42 vergleichmäßigt werden. Sowohl das Kühlmittel als auch die Komponenten des Antriebsstrangs 42 werden als Wärmespeicher genutzt. Der Bypass 44 um den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 ist geöffnet, sodass der gesamte Kühlmittelmassenstrom um den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 herum geleitet wird. Der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 wird nicht mit Kühlmittel beaufschlagt.
  • Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1 im Wärmepumpenmodus mit dem Zusatzheizelement 52 als Wärmequelle zum schnellen Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum sowie mit Temperierung der Komponenten des Antriebsstrangs 42 nach 5e sind der Kältemittelkreislauf 20, der erste Kühlmittelkreislauf 40 und der zweite Kühlmittelkreislauf 60 aktiv.
    Das Klimagerät 2, der Kältemittelkreislauf 20, der zweite Kühlmittelkreislauf 60 und der Primärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 werden jeweils gemäß dem Betriebsmodus des Klimatisierungssystems 1 nach 5d betrieben, sodass auf die dazugehörigen Ausführungen verwiesen wird.
  • Im Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 wird das Kühlmittel von der Fördervorrichtung 47 zur Aufnahme von Wärme durch das Zusatzheizelement 52, welches in Betrieb ist, und zur Abgabe der Wärme an das Kältemittel durch den zweiten als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 geleitet. Das Zusatzheizelement dient folglich als Wärmequelle für das Kältemittel, damit für das im zweiten Kühlmittelkreislauf 60 zirkulierende Kühlmittel und die Zuluft für den Fahrgastraum. Der Batterie-Wärmeübertrager 48 wird nicht mit Kühlmittel beaufschlagt. Der Bypass 49 der Batterie 48 ist geöffnet, sodass der gesamte Kühlmittelmassenstrom um den Batterie-Wärmeübertrager 48 herum geleitet wird. Die Abzweigstellen 53, 55 des ersten Kühlmittelkreislaufs 40 sind derart eingestellt, dass der Primärkreislauf und der Sekundärkreislauf voneinander getrennt betrieben werden.
    Mit dem Betriebsmodus nach 5e wird im Vergleich zum Betriebsmodus nach 5d die Heizdynamik im Wärmepumpenmodus, das heißt das Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum, signifikant erhöht. Die Temperatur der Zuluft kann in sehr kurzer Zeit auf das gewünschte Temperaturniveau erhöht werden. Beim Betriebsmodus nach 5d wird die mit dem Zusatzheizelement 52 elektrisch erzeugte Heizenergie aufgrund der großen thermischen Masse der Batterie 48, insbesondere einer Hochvoltbatterie, im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 dem Kältemittel zeitversetzt beziehungsweise auf einem abweichenden Temperaturniveau zur Verfügung gestellt.
  • Das Klimatisierungssystem 1 wird dann im Wärmepumpenmodus mit reinem Heizbetrieb der Zuluft für den Fahrgastraum mit unkonditionierter Luft nach einem der 5a bis 5e betrieben, wenn keine Entfeuchtung der dem Fahrgastraum zuzuführenden Luft erforderlich oder gewünscht ist.
  • Mit dem Klimatisierungssystem 1 kann durch Leiten von Luft durch den ersten Strömungskanal 4 sowie über den darin angeordneten Verdampfer 7 gemäß den Betriebsmodi nach den 5a und 5b Wärme aus der Luft, insbesondere aus der Umgebungsluft, aufgenommen werden. Zudem kann die Wärme im Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43 aus der Umgebungsluft an das im ersten Kühlmittelkreislauf 40 zirkulierende Kühlmittel übertragen werden, wenn das Kühlmittel im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 31 auf einen Wert unterhalb der Temperatur der Umgebungsluft abgekühlt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Klimatisierungssystem
    2
    Klimagerät
    3
    Gehäuse
    4
    erster Strömungskanal
    5
    zweiter Strömungskanal, Bypass
    6
    Gebläse
    7
    Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, Verdampfer
    8
    Luftleiteinrichtung/Klappe zweiter Strömungskanal 5
    9
    Trennwand
    10
    erster Kaltluft-Strömungspfad
    11
    zweiter Kaltluft-Strömungspfad
    12
    Luftleiteinrichtung/Klappe Kaltluft-Strömungspfad 10, 11
    13
    Verbindungselement Strömungskanäle 4, 5
    14
    erste Luftleiteinrichtung
    15
    zweite Luftleiteinrichtung
    16
    Heizwärmeübertrager, Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager
    17
    erster Luftauslass
    18a, 18b
    zweiter Luftauslass
    19a, 19b
    dritter Luftauslass
    20
    Kältemittelkreislauf
    21
    Verdichter
    22
    erster Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager, Kondensator/Gaskühler
    23
    innerer Wärmeübertrager
    24
    Abzweigstelle
    25
    Mündungsstelle
    26
    erster Kältemittelpfad
    27
    zweiter Kältemittelpfad
    28
    erstes Expansionsorgan
    29
    Rückschlagventil
    30
    zweites Expansionsorgan
    31
    zweiter Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager, Verdampfer
    32
    Akkumulator
    40
    erster Kühlmittelkreislauf
    41
    erste Fördervorrichtung
    42
    Komponenten Antriebsstrang
    43
    erster Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager
    44
    Bypass Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 43
    45
    Abzweigstelle Bypass 44
    46
    Mündungsstelle Bypass 44
    47
    zweite Fördervorrichtung, Pumpe
    48
    Batterie, Batterie-Wärmeübertrager
    49
    Bypass Batterie 48
    50
    Abzweigstelle Bypass 49
    51
    Mündungsstelle Bypass 49
    52
    Zusatzheizelement
    53,55
    Abzweigstelle
    54,56
    Mündungsstelle
    60
    zweiter Kühlmittelkreislauf
    61
    dritte Fördervorrichtung, Pumpe
    62
    Abzweigstelle
    63
    Mündungsstelle
    64
    erster Kühlmittelpfad
    65
    zweiter Kühlmittelpfad
    66
    zweiter Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager
    70
    Strömungsrichtung Luftmassenstrom
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012108891 A1 [0011]

Claims (18)

  1. Klimatisierungssystem (1) zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, wobei das Klimatisierungssystem (1) für einen Betrieb im Kälteanlagenmodus, im Wärmepumpenmodus sowie im Nachheizmodus ausgebildet ist, aufweisend - ein Klimagerät (2) mit einem Gehäuse (3) mit einem ersten Strömungskanal (4) und einem zweiten Strömungskanal (5) zum Leiten von Luft, - einen Kältemittelkreislauf (20) mit einem unabhängig vom Betriebsmodus als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (7), welcher innerhalb des Gehäuses (3) des Klimagerätes (2) angeordnet ist, sowie einem unabhängig vom Betriebsmodus als Kondensator/Gaskühler betreibbaren ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (22) und einem unabhängig vom Betriebsmodus als Verdampfer betreibbaren zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (31), welche außerhalb des Gehäuses (3) des Klimagerätes (2) angeordnet sind, - einen ersten Kühlmittelkreislauf (40) mit dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (31) und Wärmeübertragern zum Konditionieren von Komponenten eines Antriebsstrangs (42) und einem Batterie-Wärmeübertrager (48) sowie - einen zweiten Kühlmittelkreislauf (60) mit dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (22) sowie einem innerhalb des Gehäuses (3) des Klimagerätes (2) angeordneten Heizwärmeübertrager (16).
  2. Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Strömungskanal (4) in Strömungsrichtung der Luft nach dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (7) eine Luftleiteinrichtung (12) und ein erster Kaltluft-Strömungspfad (10) ausgebildet sind, sodass ein durch den ersten Strömungskanal (4) hindurchgeleiteter und konditionierter Luftmassenstrom in Teilluftmassenströme aufteilbar ist, wobei ein erster Teilluftmassenstrom durch den ersten Kaltluft-Strömungspfad (10) in die Umgebung des Gehäuses (3) und ein zweiter Teilluftmassenstrom durch einen als zweiten Kaltluft-Strömungspfad (11) ausgebildeten Bereich des ersten Strömungskanals (4) in Richtung des Fahrgastraums leitbar sind.
  3. Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal (5) als ein Bypass um den im ersten Strömungskanal (4) angeordneten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (7) ausgebildet ist, wobei die Strömungskanäle (4, 5) mindestens eine Luftleiteinrichtung (8) zum Öffnen und Verschließen der Strömungsquerschnitte aufweisen, sodass ein von einem Gebläse (6) geförderter Luftmassenstrom in Teilluftmassenströme aufteilbar ist, wobei ein erster Teilluftmassenstrom in den ersten Strömungskanal (4) und ein zweiter Teilluftmassenstrom in den zweiten Strömungskanal (5) leitbar sind.
  4. Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungskanal (4) und der zweite Strömungskanal (5) in ein Verbindungselement (13) zum Durchleiten und/oder Vermischen sowie zum Verteilen von Teilluftmassenströmen einmündend ausgebildet sind.
  5. Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Klimagerät (2) als ein Zweizonen-Klimagerät ausgebildet ist, wobei jede Zone mit einem Strömungskanal ausgebildet ist, welche sich vom Verbindungselement (13) zu Luftauslässen (17, 18a, 18b, 19a, 19b) erstrecken und wobei der Heizwärmeübertrager (16) innerhalb der Strömungskanäle strömungskanalübergreifend angeordnet ist.
  6. Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (20) einen Verdichter (21) sowie einen ersten Kältemittelpfad (26) und einen zweiten Kältemittelpfad (27) aufweist, welche sich jeweils von einer Abzweigstelle (24) bis zu einer Mündungsstelle (25) erstreckend ausgebildet sind, wobei das Kältemittel je nach Betriebsmodus des Klimatisierungssystems (1) in Teilmassenströme durch die Kältemittelpfade (26, 27) aufteilbar ist, und wobei die Abzweigstelle (24) in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (22) und die Mündungsstelle (25) vor dem Verdichter (21) angeordnet sind.
  7. Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kältemittelpfad (26) ein erstes Expansionsorgan (28) und den unabhängig vom Betriebsmodus als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (7) aufweist.
  8. Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kältemittelpfad (27) ein zweites Expansionsorgan (30) und den unabhängig vom Betriebsmodus als Verdampfer betreibbaren zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (31) aufweist.
  9. Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf (20) einen inneren Wärmeübertrager (23) aufweist, welcher hochdruckseitig zwischen dem ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (22) und der Abzweigstelle (24) sowie niederdruckseitig innerhalb des ersten Kältemittelpfads (26) in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (7) angeordnet ist.
  10. Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlmittelkreislauf (40) einen Primärkreislauf und einen Sekundärkreislauf aufweist, welche jeweils mit mindestens einer Fördervorrichtung (41, 47) sowie einer Abzweigstelle (53, 55) und einer Mündungsstelle (54, 56) ausgebildet sind, wobei jeweils eine Abzweigstelle (53, 55) und eine Mündungsstelle (54, 56) über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind.
  11. Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs (40) mit Wärmeübertragern zum Konditionieren von Komponenten des Antriebsstrangs (42) sowie einem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (43) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und Umgebungsluft ausgebildet ist.
  12. Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs (40) einen Bypass (44) um den ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (43) aufweist, welcher sich von einer Abzweigstelle (45) bis zu einer Mündungsstelle (46) erstreckend ausgebildet ist, wobei die Abzweigstelle (45) zwischen den Wärmeübertragern zum Konditionieren von Komponenten des Antriebsstrangs (42) und dem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (43) und die Mündungsstelle (46) zwischen dem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (43) und der Fördervorrichtung (41) angeordnet sind.
  13. Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs (40) mit einem Zusatzheizelement (52), dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (31) und dem Batterie-Wärmeübertrager (48) ausgebildet ist.
  14. Klimatisierungssystem (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärkreislauf des ersten Kühlmittelkreislaufs (40) einen Bypass (49) um den Batterie-Wärmeübertrager (48) aufweist, welcher sich von einer Abzweigstelle (50) bis zu einer Mündungsstelle (51) erstreckend ausgebildet ist, wobei die Abzweigstelle (50) zwischen dem zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (31), insbesondere der Mündungsstelle (54) der Verbindung mit dem Primärkreislauf, und dem Batterie-Wärmeübertrager (48) und die Mündungsstelle (51) zwischen dem Batterie-Wärmeübertrager (48) und der Fördervorrichtung (47) angeordnet sind.
  15. Klimatisierungssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlmittelkreislauf (60) eine Fördervorrichtung (61) sowie einen ersten Kühlmittelpfad (64) mit dem Heizwärmeübertrager (16) und einen zweiten Kühlmittelpfad (65) mit einem zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (66) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kühlmittel und Umgebungsluft aufweist, wobei sich die Kühlmittelpfade (64, 65) jeweils von einer Abzweigstelle (62) bis zu einer Mündungsstelle (63) erstreckend ausgebildet sind und das Kühlmittel je nach Betriebsmodus des Klimatisierungssystems (1) in Teilmassenströme durch die Kühlmittelpfade (64, 65) aufteilbar ist.
  16. Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems (1) für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus zum Kühlen und zum Heizen sowie für einen Nachheizmodus zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs nach einem der voranstehenden Ansprüche, aufweisend folgende Schritte: - Verdichten eines in einem Kältemittelkreislauf (20) zirkulierenden Kältemittels auf ein Hochdruckniveau, - Übertragen von Wärme vom Kältemittel auf Hochdruckniveau an ein in einem zweiten Kühlmittelkreislauf (60) zirkulierendes Kühlmittel beim Durchströmen eines ersten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers (22) sowie Übertragen der Wärme vom Kühlmittel an Umgebungsluft beim Durchströmen eines Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers (66) und/oder an Zuluft für den Fahrgastraum beim Durchströmen eines Heizwärmeübertragers (16), - Entspannen des Kältemittels auf ein Niederdruckniveau und Leiten des Kältemittels durch einen als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (7) zum Aufnehmen von Wärme aus einem Luftmassenstrom, welcher durch einen ersten Strömungskanal (4) eines Klimagerätes (2) geleitet wird, und/oder Entspannen des Kältemittels auf ein Niederdruckniveau und Leiten des Kältemittels durch einen als Verdampfer betreibbaren zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (31) zum Aufnehmen von Wärme aus einem ersten Kühlmittelkreislauf (40).
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betreiben des Klimatisierungssystems (1) mit aktiver Kühlung einer Batterie und/oder Komponenten eines Antriebsstrangs ein Kühlmittel des ersten Kühlmittelkreislaufs (40) durch einen Batterie-Wärmeübertrager (48) und/oder Wärmeübertrager (48) der Komponenten des Antriebsstrangs gefördert wird, wobei Wärme von der Batterie und/oder Wärme von den Komponenten des Antriebsstrangs an das Kühlmittel übertragen wird, welche im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (31) an das im Kältemittelkreislauf (20) zirkulierende Kältemittel und/oder beim Durchströmen eines ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers (43) an Umgebungsluft übertragen wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betreiben des Klimatisierungssystems (1) mit aktiver Beheizung einer Batterie und/oder mit einem Kühlmittel als Wärmequelle für das im Kältemittelkreislauf (20) zirkulierende Kältemittel ein Kühlmittel des ersten Kühlmittelkreislaufs (40) durch ein Zusatzheizelement (52) gefördert wird, wobei Wärme an das Kühlmittel übertragen wird, welche in einem Batterie-Wärmeübertrager (48) an die Batterie und/oder im zweiten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (31) an das im Kältemittelkreislauf (20) zirkulierende Kältemittel übertragen wird.
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