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DE102017124814B4 - Air conditioning system for conditioning the air of a passenger compartment of a motor vehicle and method for operating the air conditioning system - Google Patents

Air conditioning system for conditioning the air of a passenger compartment of a motor vehicle and method for operating the air conditioning system Download PDF

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DE102017124814B4
DE102017124814B4 DE102017124814.5A DE102017124814A DE102017124814B4 DE 102017124814 B4 DE102017124814 B4 DE 102017124814B4 DE 102017124814 A DE102017124814 A DE 102017124814A DE 102017124814 B4 DE102017124814 B4 DE 102017124814B4
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Daniel Zens
Gerald Richter
Marc Graaf
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Hanon Systems Corp
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Abstract

Klimatisierungssystem (1a, 1b) zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (2a, 2b), aufweisend:
- einen Verdichter (4), einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft, ein Expansionsorgan (7) sowie einen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum, wobei der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) derart angeordnet ist, dass das Kältemittel stets vollständig hindurch geleitet wird,
- einen Strömungspfad (10), welcher sich von einer Abzweigstelle (12) bis zu einer Mündungsstelle (13) erstreckend und mit einem Wärmeübertrager (11) ausgebildet ist, wobei die Abzweigstelle (12) an einem Austritt des Verdichters (4) und die Mündungsstelle (13) zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) und dem Expansionsorgan (7) derart ausgebildet sind, dass der Wärmeübertrager (11) parallel zum ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) oder anstelle des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers (5) von Kältemittel durchströmbar ist, und einem Klimagerät (20), aufweisend ein Gehäuse zum Leiten und Verteilen der Zuluft für den Fahrgastraum mit
- einem ersten Strömungskanal (21), in welchem der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) angeordnet ist, sowie
- einem zweiten Strömungskanal (22), welcher als ein Bypass um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) ausgebildet ist, wobei
- der innerhalb des Strömungspfades (10) angeordnete Wärmeübertrager (11) als ein Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft ausgebildet und innerhalb des Klimagerätes (20) in Strömungsrichtung (24) der Zuluft nach dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) angeordnet ist oder der innerhalb des Strömungspfades (10) angeordnete Wärmeübertrager (11) als ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager eines Kühlmittelkreislaufs (3) ausgebildet ist, wobei der Kühlmittelkreislauf (3) einen Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (18) zum Erwärmen der Zuluft aufweist, welcher innerhalb des Klimagerätes (20) in Strömungsrichtung (24) der Zuluft nach dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) angeordnet ist,
- das Klimagerät (20) eine Strömungsleiteinrichtung (29) zum Verschließen und Öffnen des ersten Strömungskanals (21) und eine Strömungsleiteinrichtung (23) zum Verschließen und Öffnen des zweiten Strömungskanals (22) aufweist.

Figure DE102017124814B4_0000
Air conditioning system (1a, 1b) for conditioning the air of a passenger compartment of a motor vehicle with a refrigerant circuit (2a, 2b), comprising:
- a compressor (4), a first refrigerant-to-air heat exchanger (5) for heat transfer between the refrigerant and ambient air, an expansion element (7) and a second refrigerant-to-air heat exchanger (8) for conditioning the supply air for the passenger compartment, wherein the second refrigerant-to-air heat exchanger (8) is arranged such that the refrigerant is always passed completely through,
- a flow path (10) extending from a branching point (12) to a mouth point (13) and formed with a heat exchanger (11), wherein the branching point (12) at an outlet of the compressor (4) and the mouth point (13) between the first refrigerant-air heat exchanger (5) and the expansion element (7) are formed such that refrigerant can flow through the heat exchanger (11) parallel to the first refrigerant-air heat exchanger (5) or instead of the first refrigerant-air heat exchanger (5), and an air conditioning unit (20) having a housing for conducting and distributing the supply air for the passenger compartment with
- a first flow channel (21) in which the second refrigerant-air heat exchanger (8) is arranged, and
- a second flow channel (22) which is designed as a bypass around the second refrigerant-air heat exchanger (8), wherein
- the heat exchanger (11) arranged within the flow path (10) is designed as a refrigerant-air heat exchanger for heating the supply air and is arranged within the air conditioning unit (20) in the flow direction (24) of the supply air after the second refrigerant-air heat exchanger (8) is arranged or the heat exchanger (11) arranged within the flow path (10) is designed as a refrigerant-coolant heat exchanger of a coolant circuit (3), wherein the coolant circuit (3) has a coolant-air heat exchanger (18) for heating the supply air, which is arranged within the air conditioning unit (20) in the flow direction (24) of the supply air after the second refrigerant-air heat exchanger (8),
- the air conditioning unit (20) has a flow guiding device (29) for closing and opening the first flow channel (21) and a flow guiding device (23) for closing and opening the second flow channel (22).
Figure DE102017124814B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Klimatisierungssystem zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf und einem Klimagerät. Der Kältemittelkreislauf weist einen Verdichter, einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft, ein Expansionsorgan sowie einen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum sowie einen Strömungspfad mit einem zusätzlichen Wärmeübertrager auf. Das Klimagerät weist ein Gehäuse zum Leiten und Verteilen der Zuluft für den Fahrgastraum mit einem ersten Strömungskanal zur Aufnahme des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers und einem als Bypass des zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers ausgebildeten zweiten Strömungskanal auf.The invention relates to an air conditioning system for conditioning the air of a passenger compartment of a motor vehicle, comprising a refrigerant circuit and an air conditioning unit. The refrigerant circuit comprises a compressor, a first refrigerant-to-air heat exchanger for heat transfer between the refrigerant and ambient air, an expansion element, and a second refrigerant-to-air heat exchanger for conditioning the supply air for the passenger compartment, as well as a flow path with an additional heat exchanger. The air conditioning unit comprises a housing for conducting and distributing the supply air for the passenger compartment, comprising a first flow channel for receiving the second refrigerant-to-air heat exchanger and a second flow channel designed as a bypass of the second refrigerant-to-air heat exchanger.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems.Furthermore, the invention relates to a method for operating the air conditioning system.

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.In prior art motor vehicles, the engine's waste heat is used to heat the air supply to the passenger compartment. The waste heat is transported to the air conditioning system by means of the coolant circulated in the engine coolant circuit, where it is transferred to the air flowing into the passenger compartment via the heating heat exchanger. Known systems with coolant-to-air heat exchangers, which draw their heating power from the coolant circuit of an efficient internal combustion engine in the vehicle's drive system, do not generate enough waste heat to heat the air in the passenger compartment to meet thermal comfort requirements, particularly at low ambient temperatures, or to achieve the level required for comfortable heating of the passenger compartment and to cover the total heat demand of the passenger compartment. The same applies to systems in vehicles with hybrid drives, i.e., vehicles with both electric motor and internal combustion engine drive.

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. Gleiches gilt für Anlagen in rein elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen beziehungsweise Brennstoffzellenfahrzeugen. 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.If the total heat requirement of the passenger compartment cannot be met using heat from the engine coolant circuit, additional heating measures such as electrical resistance heaters (PTC resistors for "Positive Temperature Coefficient - Thermistor") or fuel heaters are required. The same applies to systems in purely electric-powered vehicles or fuel cell vehicles. A more efficient option for heating the air in the passenger compartment is an air conditioning system with a refrigerant circuit with heat pump function, also known as a heat pump, with air as the heat source. In this system, the refrigerant circuit serves both as the sole heating source and as an additional heating source.

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.An air conditioning system with downstream electrical resistance heating is, on the one hand, inexpensive to manufacture and can be used in any motor vehicle, but it has a very high demand for electrical energy, since the supply air for the passenger compartment is first cooled and/or dehumidified when flowing over an evaporator of the refrigerant circuit and then heated by means of the electrical resistance heating, which transfers the heat directly to the supply air or a coolant circuit.

Aus der JP 2016 107979 A geht ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf und einem Kühlmittelkreislauf zum Temperieren eines Antriebsmotors hervor. Der Kühlmittelkreislauf weist zudem einen Heizwärmeübertrager zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum auf. Der Kältemittelkreislauf ist mit einem Verdichter, einem als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme vom Kühlmittel an das Kältemittel, einem als Kondensator betreibbaren Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel sowie einem Expansionsorgan ausgebildet. Der Kältemittelkreislauf weist zudem einen als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme von der Zuluft für den Fahrgastraum an das Kältemittel auf. Der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und der Heizwärmeübertrager sind innerhalb eines Klimagerätes angeordnet.From the JP 2016 107979 A An air conditioning system for a motor vehicle is disclosed, comprising a refrigerant circuit and a coolant circuit for controlling the temperature of a drive engine. The coolant circuit also includes a heating heat exchanger for conditioning the supply air for the passenger compartment. The refrigerant circuit is configured with a compressor, a refrigerant-to-coolant heat exchanger operable as an evaporator for transferring heat from the coolant to the refrigerant, a refrigerant-to-coolant heat exchanger operable as a condenser for transferring heat from the refrigerant to the coolant, and an expansion element. The refrigerant circuit also includes a refrigerant-to-air heat exchanger operable as an evaporator for transferring heat from the supply air for the passenger compartment to the refrigerant. The refrigerant-to-air heat exchanger and the heating heat exchanger are arranged within an air conditioning unit.

In der DE 10 2013 214 267 A1 ist eine Wärmepumpen-Anlage für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einem Kältemittelkreislauf beschrieben. Der Kältemittelkreislauf weist einen Verdichter zum Verdichten des Kältemittels auf ein Hochdruckniveau, einen Hochdruck-Wärmeübertrager zur Abgabe von Wärme des Kältemittels, ein erstes Expansionsorgan in einem Niederdruckpfad zum Entspannen des Kältemittels auf ein Niederdruckniveau, einen Niederdruck-Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme an das Kältemittel, sowie ein zweites Expansionsorgan zum Entspannen des Kältemittels auf ein Zwischendruckniveau für einen ersten Zwischendruck-Wärmeübertrager auf. Dabei ist der Zwischendruck-Wärmeübertrager in einem Zwischendruckströmungspfad zwischen dem Hochdruck-Wärmeübertrager und dem ersten Expansionsorgan sowie an einem Zwischendruckeingang des Verdichters angeordnet.In the DE 10 2013 214 267 A1 A heat pump system for a motor vehicle, in particular for an electric or hybrid vehicle, with a refrigerant circuit is described. The refrigerant circuit has a compressor for compressing the refrigerant to a high-pressure level, a high-pressure heat exchanger for dissipating heat from the refrigerant, a first expansion element in a low-pressure path for expanding the refrigerant to a low-pressure level, a low-pressure heat exchanger for transferring heat to the refrigerant, and a second expansion element for expanding the refrigerant to an intermediate pressure level for a first intermediate-pressure heat exchanger. The intermediate-pressure heat exchanger is arranged in an intermediate-pressure flow path between the high-pressure heat exchanger and the first expansion element and at an intermediate-pressure inlet of the compressor.

In der EP 2 716 478 A1 ist ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Klimagerät und einem Kältemittelkreislauf offenbart. Das Klimagerät weist einen mittels eines Trennelements in einen ersten Strömungsweg und einen zweiten Strömungsweg unterteilten Strömungskanal auf. Der Kältemittelkreislauf ist mit einem ersten, innerhalb des ersten Strömungsweges angeordneten und hauptsächlich zum Heizen konfigurierten Innenwärmeübertrager sowie einem zweiten, innerhalb des zweiten Strömungsweges und hauptsächlich zum Kühlen konfigurierten Innenwärmeübertrager ausgebildet.In the EP 2 716 478 A1 discloses an air conditioning system for a motor vehicle comprising an air conditioning unit and a refrigerant circuit. The air conditioning unit has a flow channel divided into a first flow path and a second flow path by means of a separating element. The refrigerant circuit is configured with a first internal heat exchanger arranged within the first flow path and configured primarily for heating, and a second internal heat exchanger arranged within the second flow path and configured primarily for cooling.

In der KR 10 2005 0 041 435 A ist ein Klimatisierungssystem zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf gezeigt. Der Kältemittelkreislauf weist einen Zusatzwärmeübertrager zum Heizen der Zuluft auf, welcher mit einem Heizwärmeübertrager von der Zuluft nacheinander überströmbar angeordnet ist, um eine schnelle Aufheizung des Fahrgastraums zu ermöglichen. Die von einem Gebläse geförderte Zuluft wird selektiv durch eine in Form einer Klappe ausgebildete Strömungsleiteinrichtung zu dem Heizwärmeübertrager beziehungsweise einem als Verdampfer des Kältemittelkreislaufs betriebenen Wärmeübertrager geleitet.In the KR 10 2005 0 041 435 A An air conditioning system for conditioning the air in a passenger compartment of a motor vehicle with a refrigerant circuit is shown. The refrigerant circuit has an additional heat exchanger for heating the supply air, which is arranged so that the supply air can flow over it in succession with a heating heat exchanger to enable rapid heating of the passenger compartment. The supply air, conveyed by a fan, is selectively directed through a flow guide device in the form of a flap to the heating heat exchanger or to a heat exchanger operated as an evaporator of the refrigerant circuit.

Zum Stand der Technik gehörende Klimatisierungssysteme, welche für den kombinierten Kälteanlagenmodus und Nachheizmodus, auch als Reheat-Betrieb bezeichnet, ausgebildet sind, nehmen die Wärme aus der Zuluft für den Fahrgastraum auf. Dabei wird das Kältemittel durch Aufnahme von Wärme aus der Zuluft verdampft, welche beispielsweise in einem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager direkt an das Kältemittel übertragen wird. Die Zuluft für den Fahrgastraum dient folglich als Wärmequelle für die Verdampfung des Kältemittels. Der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ist dabei innerhalb eines Klimagerätes, insbesondere zum Konditionieren, Leiten und Verteilen der Luft, angeordnet.State-of-the-art air conditioning systems designed for combined refrigeration and reheating modes, also known as reheat operation, absorb heat from the supply air to the passenger compartment. The refrigerant is evaporated by absorbing heat from the supply air, which is then transferred directly to the refrigerant, for example, in a refrigerant-to-air heat exchanger. The supply air to the passenger compartment thus serves as a heat source for the evaporation of the refrigerant. The refrigerant-to-air heat exchanger is arranged within an air conditioning unit, in particular for conditioning, conducting, and distributing the air.

Im sogenannten „Reheat“- beziehungsweise Nachheizmodus wird die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft abgekühlt, dabei entfeuchtet und anschließend zumindest geringfügig wieder aufgeheizt. In diesem Betriebsmodus ist die erforderliche Nachheizleistung meist geringer als die erforderliche Kälteleistung zum Kühlen und Entfeuchten der Luft.In the so-called "reheat" or post-heating mode, the air supplied to the passenger compartment is cooled, dehumidified, and then reheated at least slightly. In this operating mode, the required post-heating power is usually lower than the cooling power required to cool and dehumidify the air.

Speziell bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs besteht die Möglichkeit, auch bei sehr geringen Temperaturen der Umgebungsluft, die Zuluft durch den Betrieb des Kältemittelkreislaufs in einem sogenannten Dreiecksprozess, auch als Heißgasmodus bezeichnet, zu erwärmen. Dabei werden mit dem Verdichter, einem zum Beheizen der Zuluft für den Fahrgastraum als Kondensator/Gaskühler betriebenen Wärmeübertrager und einem Expansionsorgan im Wesentlichen lediglich drei Komponenten des Kältemittelkreislaufs mit Kältemittel beaufschlagt. 1 zeigt die Zustandsänderungen des Kältemittels beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Dreiecksprozess in einem logarithmischen Druck (p) - Enthalpie (h) - Diagramm. Mit dem Umwälzen des Kältemittels im Kältemittelkreislauf dienenden Verdichter wird das Druckniveau des Kältemittels erhöht A, wobei das Kältemittel die im Verdichter entstehende Wärme aufnimmt. Beim Durchströmen des in Strömungsrichtung dem Verdichter nachfolgend angeordneten als Kondensator/Gaskühler betriebenen Wärmeübertragers wird die Wärme auf einem Hochdruckniveau an ein Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs und anschließend in einem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager vom Kühlmittel an die Zuluft für den Fahrgastraum oder direkt an die Zuluft für den Fahrgastraum übertragen B. Der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager ist dabei, wie der als Verdampfer betriebene Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, innerhalb eines Klimagerätes angeordnet.Especially during a cold start of a vehicle, it is possible to heat the supply air, even at very low ambient air temperatures, by operating the refrigerant circuit in a so-called triangular process, also known as hot gas mode. In this case, only three components of the refrigerant circuit are supplied with refrigerant: the compressor, a heat exchanger operating as a condenser/gas cooler to heat the supply air to the passenger compartment, and an expansion device. 1 shows the changes in state of the refrigerant during operation of the refrigerant circuit in the triangular process in a logarithmic pressure (p) - enthalpy (h) diagram. As the refrigerant circulates in the compressor serving as the refrigerant circuit, the pressure level of the refrigerant is increased A, whereby the refrigerant absorbs the heat generated in the compressor. As it flows through the heat exchanger operated as a condenser/gas cooler, which is arranged downstream of the compressor in the direction of flow, the heat is transferred at a high pressure level to a coolant in a coolant circuit and then, in a coolant-to-air heat exchanger, from the coolant to the supply air for the passenger compartment or directly to the supply air for the passenger compartment B. The coolant-to-air heat exchanger is arranged within an air conditioning unit, just like the refrigerant-to-air heat exchanger operated as an evaporator.

Nach dem Austreten aus dem Kondensator/Gaskühler wird das Kältemittel im Expansionsorgan auf ein Niederdruckniveau expandiert C und vom Verdichter angesaugt.After leaving the condenser/gas cooler, the refrigerant is expanded in the expansion device to a low pressure level C and sucked in by the compressor.

Mit dem Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Dreiecksprozess beziehungsweise im Heißgasmodus kann die Zuluft des Fahrgastraums mit ähnlicher Effizienz erwärmt werden, wie mit einer elektrischen Widerstandsheizung, ohne dabei jedoch auf zusätzliche Komponenten angewiesen zu sein.By operating the refrigerant circuit in the triangular process or in hot gas mode, the supply air of the passenger compartment can be heated with similar efficiency as with an electric resistance heater, but without having to rely on additional components.

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.When the refrigerant is liquefied during subcritical operation of the refrigerant circuit, such as with the refrigerant R134a or, under certain ambient conditions, with carbon dioxide, the heat exchanger is referred to as a condenser. Part of the heat transfer takes place at a constant temperature. During supercritical operation, or with supercritical heat dissipation in the heat exchanger, the temperature of the refrigerant decreases continuously. In this case, the heat exchanger is also referred to as a gas cooler. Supercritical operation can occur under certain ambient conditions or operating modes of the refrigerant circuit, for example, with the refrigerant carbon dioxide.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Betriebsmodi eines Kältemittelkreislaufs in einem Dreiecksprozess wird auf der Niederdruckseite entweder kein Wärmeübertrager oder der als Verdampfer für das Kältemittel betriebene Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum mit Kältemittel beaufschlagt, sodass saugseitig entweder kein definiertes Temperaturniveau vorgegeben ist oder das Temperaturniveau von der den Verdampfer beaufschlagenden Zuluft, wie der Umgebungsluft, definiert wird, welches den Saugdruck des im Zwei-Phasen-Gebiet vorliegenden Kältemittels bestimmt.In the operating modes of a refrigerant circuit in a triangular process known from the state of the art, either no heat exchanger is used on the low-pressure side or the refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator for the refrigerant is charged with refrigerant to condition the supply air for the passenger compartment, so that on the suction side either no defined temperature temperature level is predetermined or the temperature level is defined by the supply air acting on the evaporator, such as the ambient air, which determines the suction pressure of the refrigerant present in the two-phase region.

Wenn einerseits während des Betriebs des Kältemittelkreislaufs im Dreiecksprozess auf der Niederdruckseite kein Temperaturniveau und damit auch kein Druckniveau vorgegeben ist oder wenn andererseits das Temperaturniveau und damit das Druckniveau des Kältemittels durch die Temperatur der Zuluft für den Fahrgastraum, speziell der Umgebungsluft mit geringer Temperatur, bestimmt ist, sinkt jeweils insbesondere während des Kaltstarts des Kraftfahrzeugs der Saugdruck pS gemäß 1 sehr stark ab, was das Risiko für einen Schaden des Verdichters, zum Beispiel durch Flüssigkeitsschläge, erhöht. Aus diesem Grund ist die Leistung des Verdichters zu begrenzen, was jedoch zu einer reduzierten Gesamtleistung des Klimatisierungssystems führt. Zudem können sehr geringe Temperaturen der Umgebungsluft, beispielsweise - 20°C und geringer, zu einer derartigen Absenkung des Saugdrucks pS führen, dass der Verdichter aufgrund einer vorgesehenen Saugdruckbegrenzung nicht arbeitet, beispielsweise bei R134a mit 1,34 bar und einer Saugdruckbegrenzung von etwa 1 bar.If, on the one hand, no temperature level and thus no pressure level is specified on the low-pressure side during operation of the refrigerant circuit in the triangular process, or if, on the other hand, the temperature level and thus the pressure level of the refrigerant is determined by the temperature of the supply air for the passenger compartment, especially the ambient air with a low temperature, the suction pressure p S drops in each case, especially during the cold start of the vehicle, according to 1 drops significantly, increasing the risk of compressor damage, for example, due to liquid hammer. For this reason, the compressor's capacity must be limited, which, however, leads to reduced overall performance of the air conditioning system. Furthermore, very low ambient air temperatures, for example -20°C and below, can lead to such a reduction in the suction pressure pS that the compressor does not work due to a suction pressure limitation provided, for example, with R134a at 1.34 bar and a suction pressure limitation of approximately 1 bar.

Zudem sind herkömmliche Klimageräte derart ausgebildet, dass der als Verdampfer betriebene Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager luftseitig nicht abgesperrt werden kann. Der Verdampfer des Kältemittels wird folglich stets mit Luft beaufschlagt. Aus dem Stand der Technik bekannte Klimageräte bieten lediglich die Möglichkeit, einen Teilluftmassenstrom durch einen sogenannten Bypass am Verdampfer vorbeizuleiten.In addition, conventional air conditioning units are designed in such a way that the refrigerant-to-air heat exchanger, which operates as an evaporator, cannot be shut off on the air side. Consequently, the refrigerant evaporator is always exposed to air. State-of-the-art air conditioning units only offer the option of diverting a partial air mass flow past the evaporator through a so-called bypass.

Des Weiteren sind Kältemittelkreisläufe von Klimatisierungssystemen bekannt, bei welchen der Verdampfer kältemittelseitig abgesperrt werden kann. Die Kältemittelkreisläufe weisen dabei einen als Bypass um den Verdampfer ausgebildeten Strömungspfad auf, durch welchen der gesamte Massenstrom des Kältemittels leitbar ist. Der Kältemittelkreislauf weist mit dem Bypass und dazugehöriger Peripherie, wie Ventile und Kältemittelleitungen, jedoch zusätzliche Komponenten auf, insbesondere auch um den Betrieb im Heißgasmodus zu gewährleisten. Die zusätzlichen Komponenten benötigen weiteren Bauraum und verursachen Mehrkosten, insbesondere bei der Herstellung und Montage.Furthermore, refrigerant circuits in air conditioning systems are known in which the evaporator can be shut off on the refrigerant side. These refrigerant circuits feature a flow path designed as a bypass around the evaporator, through which the entire mass flow of the refrigerant can be conducted. However, the refrigerant circuit, with the bypass and associated peripherals such as valves and refrigerant lines, requires additional components, particularly to ensure operation in hot gas mode. These additional components require additional installation space and incur additional costs, particularly during manufacturing and assembly.

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches sowohl im Kälteanlagenmodus, im Wärmepumpenmodus, speziell im Nachheizmodus, sowie im Heißgasmodus effizient betrieben werden kann. Das Klimatisierungssystem, insbesondere der Kältemittelkreislauf, sollen dabei mit einer minimal notwendigen Anzahl an Komponenten konstruktiv einfach aufgebaut sein, beispielsweise ohne Zuheizmaßnahmen, um lediglich minimale Betriebskosten, Herstellungskosten und Wartungskosten zu verursachen sowie einen minimalen Bauraumbedarf aufzuweisen. Der Kältemittelkreislauf soll zudem derart ausgebildet sein, beim Kaltstart des Kraftfahrzeugs mit maximaler Leistung, insbesondere beim Betrieb im Heißgasmodus, vor allem die Zuluft für den Fahrgastraum effizient zu beheizen.The object of the invention is to provide an air conditioning system for a motor vehicle that can be operated efficiently in refrigeration system mode, heat pump mode, especially in reheating mode, and hot gas mode. The air conditioning system, in particular the refrigerant circuit, should be structurally simple with a minimal number of components, for example, without additional heating measures, in order to incur only minimal operating, manufacturing, and maintenance costs, as well as to have a minimal installation space requirement. The refrigerant circuit should also be designed to efficiently heat, above all, the supply air for the passenger compartment during a cold start of the motor vehicle at maximum power, in particular when operating in hot gas mode.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand und das Verfahren mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The problem is solved by the subject matter and the method having the features of the independent patent claims. Further developments are specified in the dependent patent claims.

Die Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf und einem Klimagerät gelöst.The object is achieved by an air conditioning system according to the invention for conditioning the air of a passenger compartment of a motor vehicle with a refrigerant circuit and an air conditioning unit.

Der Kältemittelkreislauf weist einen Verdichter, einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft, ein Expansionsorgan sowie einen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum auf. Der Kältemittelkreislauf weist zudem einen Strömungspfad auf, welcher sich von einer an einem Austritt des Verdichters ausgebildeten Abzweigstelle bis zu einer zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und dem Expansionsorgan ausgebildeten Mündungsstelle erstreckt. Innerhalb des Strömungspfades ist ein weiterer Wärmeübertrager angeordnet.The refrigerant circuit includes a compressor, a first refrigerant-to-air heat exchanger for heat transfer between the refrigerant and ambient air, an expansion element, and a second refrigerant-to-air heat exchanger for conditioning the supply air for the passenger compartment. The refrigerant circuit also includes a flow path extending from a branch point formed at an outlet of the compressor to a mouth point formed between the first refrigerant-to-air heat exchanger and the expansion element. A further heat exchanger is arranged within the flow path.

Das Klimagerät weist ein Gehäuse zum Leiten und Verteilen der Zuluft für den Fahrgastraum mit einem ersten Strömungskanal und einem zweiten Strömungskanal auf. Innerhalb des ersten Strömungskanals ist der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs angeordnet. Der zweite Strömungskanal ist als ein Bypass um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildet.The air conditioning unit has a housing for directing and distributing the supply air for the passenger compartment, with a first flow channel and a second flow channel. The second refrigerant-to-air heat exchanger of the refrigerant circuit is arranged within the first flow channel. The second flow channel is designed as a bypass around the second refrigerant-to-air heat exchanger.

Nach der Konzeption der Erfindung weist das Klimagerät eine Strömungsleiteinrichtung zum Verschließen und Öffnen des ersten Strömungskanals auf, sodass der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum luftseitig vollständig absperrbar ist.According to the concept of the invention, the air conditioning unit has a flow guide device for closing and opening the first flow channel, so that the second refrigerant-air heat exchanger of the refrigerant circuit can be completely shut off on the air side for conditioning the supply air for the passenger compartment.

Die Querschnittsfläche des ersten Strömungskanals des Klimagerätes ist bevorzugt vollständig vom ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs abgedeckt, um Störströmungen zu vermeiden.The cross-sectional area of the first flow channel of the air conditioning unit is preferably completely covered by the first refrigerant-air heat transfer ger of the refrigerant circuit to avoid disruptive flows.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Strömungsleiteinrichtung in Strömungsrichtung der Zuluft für den Fahrgastraum vor dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager angeordnet. Die Strömungsleiteinrichtung ist vorteilhaft als eine Luftklappe ausgebildet. Die Strömungsleiteinrichtung ist zudem bevorzugt zwischen zwei Endstellungen „vollständig geöffnet“ und „vollständig geschlossen“ stufenlos verstellbar.According to a further development of the invention, the flow guide device is arranged upstream of the second refrigerant-to-air heat exchanger in the direction of flow of the supply air for the passenger compartment. The flow guide device is advantageously designed as an air flap. Furthermore, the flow guide device is preferably continuously adjustable between two end positions: "fully open" and "fully closed."

Bei einem ersten konzeptionsgemäßen Klimatisierungssystem ist der sich innerhalb des von der am Austritt des Verdichters ausgebildeten Abzweigstelle bis zur zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und dem Expansionsorgan ausgebildeten Mündungsstelle erstreckenden Strömungspfades des Kältemittelkreislaufs angeordnete Wärmeübertrager als ein Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft ausgebildet. Der Wärmeübertrager ist dabei innerhalb des Klimagerätes in Strömungsrichtung der Zuluft nach dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, insbesondere nach einem Austritt des ersten Strömungskanals, angeordnet.In a first conceptual air conditioning system, the heat exchanger arranged within the flow path of the refrigerant circuit extending from the branch point formed at the compressor outlet to the outlet point formed between the first refrigerant-to-air heat exchanger and the expansion element is designed as a refrigerant-to-air heat exchanger for heating the supply air. The heat exchanger is arranged within the air conditioning unit downstream of the second refrigerant-to-air heat exchanger in the flow direction of the supply air, in particular downstream of an outlet of the first flow channel.

Bei einem zweiten konzeptionsgemäßen Klimatisierungssystem ist der sich innerhalb des von der am Austritt des Verdichters ausgebildeten Abzweigstelle bis zur zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und dem Expansionsorgan ausgebildeten Mündungsstelle erstreckenden Strömungspfades des Kältemittelkreislaufs angeordnete Wärmeübertrager als ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager eines Kühlmittelkreislaufs ausgebildet. Dabei weist der Kühlmittelkreislauf zudem einen Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager auf, welcher innerhalb des mit Zuluft für den Fahrgastraum durchströmbaren Klimagerätes angeordnet ist. Der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager des Kühlmittelkreislaufs ist innerhalb des Klimagerätes in Strömungsrichtung der Zuluft nach dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs, insbesondere nach dem Austritt des ersten Strömungskanals, angeordnet.In a second air conditioning system according to the concept, the heat exchanger arranged within the flow path of the refrigerant circuit extending from the branch point formed at the compressor outlet to the mouth point formed between the first refrigerant-to-air heat exchanger and the expansion element is designed as a refrigerant-to-coolant heat exchanger of a coolant circuit. The coolant circuit also has a coolant-to-air heat exchanger arranged within the air conditioning unit through which supply air for the passenger compartment flows. The coolant-to-air heat exchanger of the coolant circuit is arranged within the air conditioning unit in the flow direction of the supply air downstream of the second refrigerant-to-air heat exchanger of the refrigerant circuit, in particular downstream of the outlet of the first flow channel.

Der innerhalb des Strömungspfades angeordnete Wärmeübertrager ist erfindungsgemäß parallel zum ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft oder anstelle des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers von Kältemittel durchströmbar. Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Abzweigstelle des Strömungspfades des Kältemittelkreislaufs als ein Drei-Wege-Ventil ausgebildet.According to the invention, the heat exchanger arranged within the flow path can be flowed through by refrigerant parallel to the first refrigerant-to-air heat exchanger for heat transfer between the refrigerant and ambient air, or instead of the first refrigerant-to-air heat exchanger. According to a first alternative embodiment of the invention, the branch point of the flow path of the refrigerant circuit is designed as a three-way valve.

Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Abzweigstelle des Strömungspfades des Kältemittelkreislaufs als eine Ventilanordnung mit einem T-Stück, einem ersten Ventil und einem zweiten Ventil ausgebildet. Dabei ist das erste Ventil dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagert, insbesondere zwischen dem T-Stück und dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, angeordnet. Das zweite Ventil ist innerhalb des Strömungspfades, insbesondere dem innerhalb des Strömungspfades ausgebildeten Wärmeübertrager vorgelagert, angeordnet.According to a second alternative embodiment of the invention, the branch point of the flow path of the refrigerant circuit is designed as a valve arrangement with a T-piece, a first valve, and a second valve. The first valve is arranged upstream of the first refrigerant-to-air heat exchanger in the direction of refrigerant flow, in particular between the T-piece and the refrigerant-to-air heat exchanger. The second valve is arranged within the flow path, in particular upstream of the heat exchanger formed within the flow path.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist innerhalb des Kältemittelkreislaufs in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Verdichter ein Akkumulator als Kältemittelspeicher vorgesehen. Zudem oder alternativ kann in Strömungsrichtung des Kältemittels dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager nachgeordnet ein Sammler ausgebildet sein. Ebenso ist eine Ausbildung des Kältemittelkreislaufs ohne Sammler und Akkumulator möglich.According to a further development of the invention, an accumulator is provided as a refrigerant storage device within the refrigerant circuit upstream of the compressor in the direction of refrigerant flow. Additionally or alternatively, a collector can be provided downstream of the first refrigerant-to-air heat exchanger in the direction of refrigerant flow. A refrigerant circuit can also be designed without a collector and accumulator.

Das Klimagerät weist erfindungsgemäß eine Strömungsleiteinrichtung zum Verschließen und Öffnen des als Bypass um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildeten zweiten Strömungskanals auf. Die Strömungsleiteinrichtung des zweiten Strömungskanals ist vorteilhaft als eine Luftklappe ausgebildet und ist zudem bevorzugt zwischen zwei Endstellungen „vollständig geöffnet“ und „vollständig geschlossen“ stufenlos verstellbar.According to the invention, the air conditioning unit comprises a flow guide device for closing and opening the second flow channel, which is designed as a bypass around the second refrigerant-to-air heat exchanger. The flow guide device of the second flow channel is advantageously designed as an air flap and is also preferably continuously adjustable between two end positions: "fully open" and "fully closed."

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf und einem Klimagerät für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus, in einem Wärmepumpenmodus, insbesondere in einem Nachheizmodus, und in einem Heißgasmodus für die zu konditionierende Zuluft des Fahrgastraums gelöst.The object of the invention is also achieved by a method according to the invention for operating an air conditioning system of a motor vehicle with a refrigerant circuit and an air conditioning unit for operation in a refrigeration system mode, in a heat pump mode, in particular in a reheating mode, and in a hot gas mode for the supply air of the passenger compartment to be conditioned.

Der Kälteanlagenmodus dient vor allem dem Kühlen, der Wärmepumpenmodus sowie der Heißgasmodus dem Erwärmen und der Nachheizmodus dem Abkühlen und/oder Entfeuchten sowie dem Nachheizen der Zuluft des Fahrgastraums.The refrigeration system mode is primarily used for cooling, the heat pump mode and the hot gas mode for heating, and the reheating mode for cooling and/or dehumidifying as well as reheating the supply air of the passenger compartment.

Das Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems weist beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Heißgasmodus zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums folgende Schritte auf:

  • - Leiten eines aus einem Verdichter ausströmenden Kältemittels auf einem Hochdruckniveau durch einen Strömungspfad und einen als Kondensator/Gaskühler betriebenen Wärmeübertrager, wobei Wärme vom Kältemittel abgegeben wird,
  • - Leiten des aus dem Wärmeübertrager austretenden Kältemittels durch ein Expansionsorgan, wobei das Kältemittel auf ein Niederdruckniveau entspannt wird,
  • - Leiten des aus dem Expansionsorgan austretenden Kältemittels durch einen in einem ersten Strömungskanal des Klimagerätes angeordneten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und
  • - Ansaugen des Kältemittels durch den Verdichter.
The method for operating the air conditioning system comprises the following steps when operating the refrigerant circuit in hot gas mode to heat the supply air of the passenger compartment:
  • - passing a refrigerant flowing out of a compressor at a high pressure level through a flow path and a heat exchanger operated as a condenser/gas cooler, whereby heat is released from the refrigerant,
  • - Passing the refrigerant leaving the heat exchanger through an expansion device, whereby the refrigerant is expanded to a low pressure level,
  • - guiding the refrigerant emerging from the expansion element through a refrigerant-air heat exchanger arranged in a first flow channel of the air conditioning unit and
  • - Suction of the refrigerant by the compressor.

Dabei ist eine in Strömungsrichtung der Zuluft im ersten Strömungskanal vor dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager angeordnete Strömungsleiteinrichtung vollständig geschlossen und die Zuluft wird vollständig durch einen geöffneten zweiten Strömungskanal um den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager herumgeführt, sodass die im Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager übertragene Wärme Null ist.In this case, a flow guide device arranged in the flow direction of the supply air in the first flow channel upstream of the refrigerant-air heat exchanger is completely closed and the supply air is completely guided around the refrigerant-air heat exchanger through an open second flow channel so that the heat transferred in the refrigerant-air heat exchanger is zero.

Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird im als Kondensator/Gaskühler betriebenen und als ein Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildeten Wärmeübertrager, welcher innerhalb des Klimagerätes zum Leiten und Verteilen der Zuluft für den Fahrgastraum angeordnet ist, Wärme vom Kältemittel an die Zuluft des Fahrgastraums übertragen.According to a first alternative embodiment of the invention, heat is transferred from the refrigerant to the supply air of the passenger compartment in the heat exchanger operated as a condenser/gas cooler and designed as a refrigerant-air heat exchanger, which is arranged within the air conditioning unit for guiding and distributing the supply air for the passenger compartment.

Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird im als Kondensator/Gaskühler betriebenen und als ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildeten Wärmeübertrager Wärme vom Kältemittel an ein Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs übertragen. Die vom Kühlmittel aufgenommene Wärme wird anschließend in einem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, welcher innerhalb des Klimagerätes zum Leiten und Verteilen der Zuluft für den Fahrgastraum angeordnet ist, vom Kühlmittel an die Zuluft des Fahrgastraums übertragen.According to a second alternative embodiment of the invention, heat is transferred from the refrigerant to a coolant of a coolant circuit in the heat exchanger, which operates as a condenser/gas cooler and is designed as a refrigerant-to-coolant heat exchanger. The heat absorbed by the coolant is then transferred from the coolant to the passenger compartment's supply air in a coolant-to-air heat exchanger, which is arranged within the air conditioning unit for directing and distributing the supply air to the passenger compartment.

Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem bietet die Möglichkeit zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums über einen Betrieb des Kältemittelkreislaufs in einem Dreiecksprozess, bei welchem der beim Betrieb in anderen Modi als Verdampfer betriebene zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager luftseitig vollständig abgesperrt werden kann, sodass der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager nicht mit Luft beaufschlagt beziehungsweise überströmt wird. Durch das luftseitige Absperren des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers ist der Saugdruck des Kältemittelkreislaufs während des Betriebs im Dreiecksprozess nicht von der Temperatur der ansonsten den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager überströmenden Luft, insbesondere der Umgebungsluft, abhängig. Folglich kann das Saugdruckniveau des Kältemittelkreislaufs angehoben werden, was zu einer Vergrößerung der Wärmeleistung zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum führt und das Risiko, den Verdichter durch zu geringe Saugdrücke zu beschädigen, verringert werden.The air conditioning system according to the invention offers the possibility of heating the supply air of the passenger compartment by operating the refrigerant circuit in a triangular process, in which the second refrigerant-to-air heat exchanger, which operates as an evaporator during operation in other modes, can be completely shut off on the air side, so that the refrigerant-to-air heat exchanger is not exposed to or overflowed by air. By shutting off the refrigerant-to-air heat exchanger on the air side, the suction pressure of the refrigerant circuit during operation in the triangular process is not dependent on the temperature of the air otherwise flowing over the refrigerant-to-air heat exchanger, in particular the ambient air. Consequently, the suction pressure level of the refrigerant circuit can be raised, which leads to an increase in the heat output for heating the supply air for the passenger compartment and reduces the risk of damaging the compressor due to excessively low suction pressures.

Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums von Kraftfahrzeugen weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:

  • - Klimatisieren, insbesondere Kühlen, Entfeuchten und/oder Heizen der Zuluft des Fahrgastraums mit minimalem Energieeinsatz,
  • - Bereitstellen eines ausreichenden Komforts innerhalb des Fahrgastraums, insbesondere beim Betrieb im Heißgasmodus bei geringen Temperaturen der Umgebungsluft, durch Steigerung der Heizleistung und damit Aufheizen der Luft in sehr kurzer Zeit,
  • - erhöhte Lebensdauer, da auch eine Schädigung des Verdichters durch einen zu geringen Saugdruck vermieden wird,
  • - Kältemittelkreislauf, welcher zum Einsatz in bekannten Schemata und vorhandenen Bauräumen bestehender Kraftfahrzeuge integrierbar ist, sowie
  • - minimale Anzahl von Komponenten im Kältemittelkreislauf, dadurch minimaler Bauraum, minimale Herstellungskosten und Wartungskosten auch durch Verzicht auf zusätzliche Komponenten im Klimatisierungssystem, wie elektrische Widerstandsheizungen.
In summary, the air conditioning system according to the invention for conditioning the air in a passenger compartment of motor vehicles has various advantages:
  • - Air conditioning, in particular cooling, dehumidifying and/or heating the supply air of the passenger compartment with minimal energy consumption,
  • - Providing sufficient comfort within the passenger compartment, particularly when operating in hot gas mode at low ambient air temperatures, by increasing the heating power and thus heating the air in a very short time,
  • - increased service life, as damage to the compressor due to insufficient suction pressure is also avoided,
  • - Refrigerant circuit, which can be integrated into known schemes and existing installation spaces of existing motor vehicles, as well as
  • - minimal number of components in the refrigerant circuit, thus minimal installation space, minimal manufacturing costs and maintenance costs, also by eliminating additional components in the air conditioning system, such as electrical resistance heaters.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, in welchen Klimatisierungssysteme jeweils mit einem Klimagerät, einem Kühlmittelkreislauf und einem Kältemittelkreislauf, aufweisend einen Verdichter, einen ersten und einen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager sowie ein Expansionsorgan dargestellt sind. Es zeigen

  • 2: ein Klimagerät mit dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs und einem Heizwärmeübertrager des Kühlmittelkreislaufs aus dem Stand der Technik sowie
  • 3a und 3b: ein erfindungsgemäßes Klimagerät mit dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs und dem Heizwärmeübertrager des Kühlmittelkreislaufs mit alternativen Ausführungsformen des Kältemittelkreislaufs.
Further details, features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings, in which air conditioning systems are shown, each with an air conditioning unit, a coolant circuit and a refrigerant circuit, comprising a compressor, a first and a second refrigerant-air heat exchanger and an expansion element.
  • 2 : an air conditioning unit with the second refrigerant-air heat exchanger of the refrigerant circuit and a heating heat exchanger of the coolant circuit from the state of the art and
  • 3a and 3b : an air conditioning unit according to the invention with the second refrigerant-air heat exchanger of the refrigerant circuit and the heating heat exchanger of the coolant circuit with alternative embodiments of the refrigerant circuit.

Aus 2 geht ein Klimatisierungssystem 1' mit einem Kältemittelkreislauf 2' und einem Kühlmittelkreislauf 3 sowie einem Klimagerät 20' aus dem Stand der Technik hervor.Out of 2 an air conditioning system 1' with a refrigerant circuit 2' and a coolant circuit 3 as well as an air conditioning unit 20' emerges from the prior art.

Der Kältemittelkreislauf 2' weist einen Verdichter 4, einen ersten, insbesondere als Kondendsator/Gaskühler betreibbaren Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft mit einem Sammler 6 zum Abscheiden und Sammeln von Kältemittelflüssigkeit, ein Expansionsorgan 7 sowie einen zweiten, insbesondere als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum auf. Der Sammler 6 ist hochdruckseitig nach dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 und damit zwischen dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 und dem Expansionsorgan 7 angeordnet.The refrigerant circuit 2' comprises a compressor 4, a first refrigerant-to-air heat exchanger 5, which can be operated in particular as a condenser/gas cooler, for heat transfer between the refrigerant and ambient air, with a collector 6 for separating and collecting refrigerant liquid, an expansion element 7, and a second refrigerant-to-air heat exchanger 8, which can be operated in particular as an evaporator, for conditioning the supply air for the passenger compartment. The collector 6 is arranged on the high-pressure side downstream of the first refrigerant-to-air heat exchanger 5 and thus between the refrigerant-to-air heat exchanger 5 and the expansion element 7.

Der Kältemittelkreislauf 2' ist zudem mit einem Akkumulator 9 zum Abscheiden und Sammeln von Kältemittelflüssigkeit ausgebildet, welcher in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Verdichter 4 und damit niederdruckseitig zwischen dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 und dem Verdichter 4 angeordnet ist. Der Verdichter 4 saugt gasförmiges Kältemittel aus dem Akkumulator 9 an. Der Kältemittelkreislauf 2' kann dabei alternativ entweder mit dem hochdruckseitig angeordneten Sammler 6 oder dem niederdruckseitig angeordneten Akkumulator 9 ausgebildet sein.The refrigerant circuit 2' is also designed with an accumulator 9 for separating and collecting refrigerant liquid, which is arranged upstream of the compressor 4 in the direction of refrigerant flow and thus on the low-pressure side between the second refrigerant-to-air heat exchanger 8 and the compressor 4. The compressor 4 draws gaseous refrigerant from the accumulator 9. The refrigerant circuit 2' can alternatively be designed either with the collector 6 arranged on the high-pressure side or with the accumulator 9 arranged on the low-pressure side.

Der Kältemittelkreislauf 2' weist einen ersten Strömungspfad 10 auf, welcher sich ausgehend von einer Abzweigstelle 12 bis zu einer Mündungsstelle 13 erstreckt. Die Abzweigstelle 12 ist in Strömungsrichtung des Kältemittels am beziehungsweise nach dem Austritt aus dem Verdichter 4 angeordnet. Die Mündungsstelle 13 des ersten Strömungspfades 10 ist dabei zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 und dem Expansionsorgan 7, speziell zwischen dem Sammler 6 und dem Expansionsorgan 7, ausgebildet. Innerhalb des ersten Strömungspfades 10 ist ein insbesondere als ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildeter Wärmeübertrager 11 zum Übertragen von Wärme vom Kältemittel an ein Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs 3 angeordnet. Die Abzweigstelle 12 ist als ein Drei-Wege-Ventil 14, insbesondere als ein 3/2-Wege-Absperrventil, ausgebildet, sodass das Kältemittel je nach Bedarf durch den ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zum Übertragen von Wärme vom Kältemittel an Umgebungsluft und/oder durch den ersten Strömungspfad 10 mit dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 zum Übertragen von Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel in Teilmassenströme aufteilbar ist. Der Massenstrom des Kältemittels kann dabei zwischen 0 und 100 % auf die Wärmeübertrager 5, 11 geteilt werden. Die Teilmassenströme des Kältemittels werden an der Mündungsstelle 13 wieder vermischt.The refrigerant circuit 2' has a first flow path 10, which extends from a branch point 12 to a discharge point 13. The branch point 12 is arranged in the flow direction of the refrigerant at or after the outlet from the compressor 4. The discharge point 13 of the first flow path 10 is formed between the first refrigerant-to-air heat exchanger 5 and the expansion element 7, specifically between the collector 6 and the expansion element 7. Within the first flow path 10, a heat exchanger 11, designed in particular as a refrigerant-to-coolant heat exchanger, is arranged for transferring heat from the refrigerant to a coolant of the coolant circuit 3. The branch point 12 is designed as a three-way valve 14, in particular as a 3/2-way shut-off valve, so that the refrigerant can be divided into partial mass flows as needed by the first refrigerant-to-air heat exchanger 5 for transferring heat from the refrigerant to the ambient air and/or by the first flow path 10 with the refrigerant-to-coolant heat exchanger 11 for transferring heat from the refrigerant to the coolant. The mass flow of the refrigerant can be divided between 0 and 100% between the heat exchangers 5, 11. The partial mass flows of the refrigerant are mixed again at the outlet point 13.

Der Kältemittelkreislauf 2' ist zudem mit einem zweiten Strömungspfad 15 ausgebildet, welcher sich ausgehend von einer Abzweigstelle 16 bis zu einer Mündungsstelle 17 erstreckt. Die Abzweigstelle 16 ist dabei zwischen dem Expansionsorgan 7 und dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 angeordnet und vorteilhaft als ein Drei-Wege-Ventil 16, insbesondere als ein 3/2-Wege-Absperrventil, ausgebildet. Die Mündungsstelle 17 des zweiten Strömungspfades 15 ist zwischen dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 und dem Akkumulator 9 angeordnet. Der zweite Strömungspfad 15 wird je nach Bedarf als ein Bypass um den Verdampfer 8 betrieben, wobei das Kältemittel zumindest in einem Teilmassenstrom um den Verdampfer 8 herumleitbar ist. Das Kältemittel kann durch den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 zum Übertragen von Wärme von der Zuluft für den Fahrgastraum an das Kältemittel und/oder durch den zweiten Strömungspfad 15 in Teilmassenströme aufgeteilt werden. Der Massenstrom des Kältemittels ist dabei zwischen 0 und 100 % aufteilbar. Die Teilmassenströme des Kältemittels werden an der Mündungsstelle 17 wieder vermischt.The refrigerant circuit 2' is also formed with a second flow path 15, which extends from a branch point 16 to a discharge point 17. The branch point 16 is arranged between the expansion element 7 and the second refrigerant-to-air heat exchanger 8 and is advantageously designed as a three-way valve 16, in particular as a 3/2-way shut-off valve. The discharge point 17 of the second flow path 15 is arranged between the second refrigerant-to-air heat exchanger 8 and the accumulator 9. The second flow path 15 is operated as a bypass around the evaporator 8 as required, wherein the refrigerant can be bypassed around the evaporator 8 at least in a partial mass flow. The refrigerant can be divided into partial mass flows by the second refrigerant-to-air heat exchanger 8 for transferring heat from the supply air for the passenger compartment to the refrigerant and/or by the second flow path 15. The refrigerant mass flow can be divided between 0 and 100%. The partial refrigerant mass flows are mixed again at the outlet point 17.

Der Kühlmittelkreislauf 3 weist neben dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11, welcher als eine thermische Verbindung zum Kältemittelkreislauf 2' ausgebildet ist, einen Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 18 zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum, im Weiteren auch als Heizwärmeübertrager 18 bezeichnet, auf. Zudem ist innerhalb des Kühlmittelkreislaufs 3 eine Fördervorrichtung 19, insbesondere eine Pumpe, zum Fördern des Kühlmittels durch den Kühlmittelkreislauf 3 vorgesehen.In addition to the refrigerant-to-coolant heat exchanger 11, which is designed as a thermal connection to the refrigerant circuit 2', the coolant circuit 3 has a coolant-to-air heat exchanger 18 for heating the supply air for the passenger compartment, hereinafter also referred to as a heating heat exchanger 18. Furthermore, a conveying device 19, in particular a pump, is provided within the coolant circuit 3 for conveying the coolant through the coolant circuit 3.

Das Klimagerät 20' des Klimatisierungssystems 1' zum Konditionieren, Leiten und Verteilen der Zuluft für den Fahrgastraum weist ein Gehäuse mit einem ersten Strömungskanal 21 auf. Innerhalb des ersten Strömungskanals 21 ist der als Verdampfer für das Kältemittel betriebene zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 zum Übertragen von Wärme von der Zuluft an das Kältemittel angeordnet. Der Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 18 zum Erwärmen der Zuluft ist innerhalb des Gehäuses des Klimagerätes 20' in Strömungsrichtung 24, 25 der Zuluft nach dem als Verdampfer 8 zum Abkühlen und/oder Entfeuchten der Zuluft, insbesondere nach dem Austritt des ersten Strömungskanals 21, angeordnet. Die Zuluft wird in Strömungsrichtung 26 in den Fahrgastraum eingeleitet.The air conditioning unit 20' of the air conditioning system 1' for conditioning, directing, and distributing the supply air for the passenger compartment has a housing with a first flow channel 21. Arranged within the first flow channel 21 is the second refrigerant-to-air heat exchanger 8, which operates as an evaporator for the refrigerant and transfers heat from the supply air to the refrigerant. The coolant-to-air heat exchanger 18 for heating the supply air is arranged within the housing of the air conditioning unit 20' in the flow direction 24, 25 of the supply air after the evaporator 8 for cooling and/or dehumidifying the supply air, in particular after the outlet of the first flow channel 21. The supply air is introduced into the passenger compartment in the flow direction 26.

Da der erste Strömungskanal 21 mit dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 innerhalb des Klimagerätes 20' luftseitig nicht absperrbar ist, wird der Wärmeübertrager 8 stets mit in Strömungsrichtung 24 strömender Luft, insbesondere Umgebungsluft, angeströmt.Since the first flow channel 21 with the refrigerant-air heat exchanger 8 within the air conditioning unit 20' cannot be shut off on the air side, the heat exchanger 8 is always supplied with air flowing in the flow direction 24, in particular ambient air.

Das Klimagerät 20' weist zudem einen zweiten Strömungskanal 22 auf, welcher als ein Bypass zum ersten Strömungskanal 21 zur Aufnahme eines Teilluftmassenstroms ausgebildet ist. Ein durch den Bypass 22 geleiteter erster Teilluftmassenstrom wird luftseitig am Verdampfer 8 vorbeigeleitet, wobei ein zweiter Teilluftmassenstrom durch den ersten Strömungskanal 21 zum Verdampfer 8 geleitet wird. Der als Bypass ausgebildete zweite Strömungskanal 22 des Klimagerätes 20' ist mittels einer insbesondere als Luftklappe ausgebildeten Strömungsleiteinrichtung 23 vollständig verschließbar, sodass bei geöffneter Luftklappe 23 ein Teilluftmassenstrom durch den Bypass 22 und ein Teilluftmassenstrom über die Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers 8 geleitet werden. Bei geschlossener Luftklappe 23 und damit geschlossenem zweiten Strömungskanal 22 wird der gesamte Luftmassenstrom durch den ersten Strömungskanal 21 und über die Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers 8 geführt.The air conditioning unit 20' also has a second flow channel 22, which is designed as a bypass to the first flow channel 21 for receiving a partial air mass flow. A first partial air mass flow guided through the bypass 22 is guided past the evaporator 8 on the air side, with a second partial air mass flow being guided through the first flow channel 21 to the evaporator 8. The second flow channel 22 of the air conditioning unit 20', designed as a bypass, can be completely closed by means of a flow guide device 23, which is designed in particular as an air flap, so that when the air flap 23 is open, a partial air mass flow is guided through the bypass 22 and a partial air mass flow is guided over the heat transfer surface of the evaporator 8. When the air flap 23 is closed and the second flow channel 22 is thus closed, the entire air mass flow is guided through the first flow channel 21 and over the heat transfer surface of the evaporator 8.

Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2' im Kälteanlagenmodus zum Abkühlen der Zuluft des Fahrgastraums wird die im Verdampfer 8 vom Kältemittel aufgenommene Wärme und im Verdichter 4 aufgenommene Leistung beim Durchströmen des als Kondensator/Gaskühler betriebenen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 5 an die Umgebungsluft und/oder im als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 11 an das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs 3 übertragen. In einem nicht dargestellten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager kann die Wärme anschließend vom Kühlmittel an die Umgebungsluft oder eine andere Wärmesenke abgegeben werden. Der Heizwärmeübertrager 18 wird nicht mit Kühlmittel oder nicht mit Zuluft für den Fahrgastraum beaufschlagt, sodass im Heizwärmeübertrager 18 keine Wärme übertragen wird. Der Bypass 15 des Kältemittelkreislaufs 2' wird nicht mit Kältemittel beaufschlagt.When the refrigerant circuit 2' is operated in refrigeration system mode to cool the supply air to the passenger compartment, the heat absorbed by the refrigerant in the evaporator 8 and the power absorbed by the compressor 4 are transferred to the ambient air as they flow through the first refrigerant-to-air heat exchanger 5, which is operated as a condenser/gas cooler, and/or to the coolant of the coolant circuit 3 in the refrigerant-to-coolant heat exchanger 11, which is operated as a condenser/gas cooler. In a coolant-to-air heat exchanger (not shown), the heat can then be released from the coolant to the ambient air or another heat sink. The heating heat exchanger 18 is not supplied with coolant or with supply air for the passenger compartment, so that no heat is transferred in the heating heat exchanger 18. The bypass 15 of the refrigerant circuit 2' is not supplied with refrigerant.

Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2' im Nachheizmodus zum Abkühlen und/oder Entfeuchten sowie Nachheizen der Zuluft des Fahrgastraums wird die im Verdampfer 8 vom Kältemittel aufgenommene Wärme und im Verdichter 4 aufgenommene Leistung beim Durchströmen des als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 11 an das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs 3 übertragen. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 wird nicht mit Kältemittel durchströmt. Die vom Kühlmittel aufgenommene Wärme wird anschließend im Heizwärmeübertrager 18 an die Zuluft für den Fahrgastraum abgegeben, sodass die zuvor beim Überströmen der Wärmeübertragerfläche des Verdampfers 8 abgekühlte und/oder entfeuchtete Zuluft beim Überströmen der Wärmeübertragerfläche des Heizwärmeübertragers 18 wieder erwärmt wird.When the refrigerant circuit 2' is operated in reheating mode for cooling and/or dehumidifying as well as reheating the supply air of the passenger compartment, the heat absorbed by the refrigerant in the evaporator 8 and the power absorbed by the compressor 4 are transferred to the coolant of the coolant circuit 3 as it flows through the refrigerant-to-coolant heat exchanger 11, which operates as a condenser/gas cooler. No refrigerant flows through the first refrigerant-to-air heat exchanger 5. The heat absorbed by the coolant is then transferred to the supply air for the passenger compartment in the heating heat exchanger 18, so that the supply air, previously cooled and/or dehumidified as it flows over the heat exchanger surface of the evaporator 8, is reheated as it flows over the heat exchanger surface of the heating heat exchanger 18.

Der Bypass 22 um den Verdampfer 8 kann geöffnet sein.The bypass 22 around the evaporator 8 can be open.

Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2' im Heißgasmodus, insbesondere zum schnellen Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums bei sehr geringen Temperaturen der Umgebungsluft, wird das Kältemittel im Verdichter 4 vom Niederdruckniveau auf das Hochdruckniveau A, gemäß 1, verdichtet, wobei das Kältemittel zudem Wärme aufnimmt. Anschließend strömt das Kältemittel durch den ersten Strömungspfad 10 zum als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11, wobei im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 auf dem Hochdruckniveau Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs 3 übertragen wird B. Die Wärme wird anschließend im Heizwärmeübertrager 18 vom Kühlmittel an die Zuluft für den Fahrgastraum abgegeben. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 wird nicht mit Kältemittel beaufschlagt.When operating the refrigerant circuit 2' in hot gas mode, in particular for quickly heating the supply air of the passenger compartment at very low ambient air temperatures, the refrigerant in the compressor 4 is transferred from the low pressure level to the high pressure level A, according to 1 , compressed, whereby the refrigerant also absorbs heat. The refrigerant then flows through the first flow path 10 to the refrigerant-to-coolant heat exchanger 11, which operates as a condenser/gas cooler. In the refrigerant-to-coolant heat exchanger 11, heat is transferred from the refrigerant to the coolant of the coolant circuit 3 at the high pressure level B. The heat is then transferred from the coolant to the supply air for the passenger compartment in the heating heat exchanger 18. The first refrigerant-to-air heat exchanger 5 is not supplied with refrigerant.

Nach dem Austreten aus dem ersten Strömungspfad 10 strömt das Kältemittel durch das Expansionsorgan 7 und wird auf Niederdruckniveau und damit den Saugdruck in das Zwei-Phasengebiet aus Flüssigkeit und Dampf entspannt C. Das niederdruckseitig aus dem Wärmeübertrager 8 beziehungsweise aus dem Bypass 15 ausströmende Kältemittel wird in den Akkumulator 9 geleitet und anschließend im gasförmigen Zustand vom Verdichter 4 angesaugt. Der Kältemittelkreislauf 2' ist geschlossen.After exiting the first flow path 10, the refrigerant flows through the expansion element 7 and is expanded to the low-pressure level and thus the suction pressure into the two-phase region of liquid and vapor C. The refrigerant flowing out of the heat exchanger 8 or from the bypass 15 on the low-pressure side is directed into the accumulator 9 and subsequently sucked in in the gaseous state by the compressor 4. The refrigerant circuit 2' is closed.

Der Kältemittelkreislauf 2' wird bei sehr geringen Temperaturen der Umgebungsluft im Heißgasmodus betrieben, um eine hohe Heizleistung bereitzustellen und damit den Fahrgastraum in sehr kurzer Zeit auf ein komfortables Temperaturniveau aufzuheizen.The refrigerant circuit 2' is operated in hot gas mode at very low ambient air temperatures in order to provide high heating output and thus heat the passenger compartment to a comfortable temperature level in a very short time.

Beim Durchströmen des Kältemittels durch den Bypass 15 um den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 wird auf der Niederdruckseite des Kältemittels kein Wärmeübertrager beaufschlagt, sodass saugseitig kein definiertes Temperaturniveau vorgegeben ist, welches den Saugdruck des im Zwei-Phasen-Gebiet vorliegenden Kältemittels bestimmt. Wenn jedoch auf der Niederdruckseite kein Temperaturniveau und damit auch kein Druckniveau vorgegeben ist, sinkt insbesondere während des Kaltstarts des Kraftfahrzeugs der Saugdruck pS, gemäß 1, sehr stark ab.When the refrigerant flows through the bypass 15 around the refrigerant-to-air heat exchanger 8, no heat exchanger is applied on the low-pressure side of the refrigerant, so that no defined temperature level is specified on the suction side, which determines the suction pressure of the refrigerant present in the two-phase region. However, if no temperature level and thus no pressure level is specified on the low-pressure side, the suction pressure p S drops, particularly during the cold start of the vehicle, according to 1 , very sharply.

Beim Durchströmen des Kältemittels durch den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 wird das Temperaturniveau des Kältemittels von der den Wärmeübertrager 8 beaufschlagenden Zuluft, wie der Umgebungsluft, definiert, welches ebenfalls den Saugdruck des im Zwei-Phasen-Gebiet vorliegenden Kältemittels bestimmt. Wenn das Temperaturniveau und damit das Druckniveau des Kältemittels durch die geringe Temperatur der Umgebungsluft als Zuluft für den Fahrgastraum bestimmt ist, sinkt ebenfalls insbesondere während des Kaltstarts des Kraftfahrzeugs der Saugdruck pS, gemäß 1, sehr stark ab. Durch das starke Absinken des Saugdruck pS wird beispielsweise das Risiko für einen Schaden des Verdichters 4, speziell durch Flüssigkeitsschläge, erhöht. Um dem zu begegnen wird die Leistung des Verdichters 4 begrenzt, was jedoch ebenso die Gesamtleistung des Klimatisierungssystems 1' verringert.When the refrigerant flows through the refrigerant-air heat exchanger 8, the temperature level of the refrigerant is defined by the supply air acting on the heat exchanger 8, such as the ambient air, which also determines the suction pressure of the air present in the two-phase region. If the temperature level and thus the pressure level of the refrigerant is determined by the low temperature of the ambient air used as supply air for the passenger compartment, the suction pressure p S also drops, particularly during the cold start of the vehicle, according to 1 , drops very sharply. The sharp drop in suction pressure p S , for example, increases the risk of damage to compressor 4, especially due to liquid hammer. To counteract this, the performance of compressor 4 is limited, which, however, also reduces the overall performance of the air conditioning system 1'.

In den 3a und 3b wird jeweils ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem 1a, 1b mit einem Kältemittelkreislauf 2a, 2b in alternativen Ausführungsformen und einem Kühlmittelkreislauf 3 sowie einem Klimagerät 20 dargestellt.In the 3a and 3b an air conditioning system 1a, 1b according to the invention with a refrigerant circuit 2a, 2b in alternative embodiments and a coolant circuit 3 as well as an air conditioning unit 20 is shown.

Der Kältemittelkreislauf 2a, 2b weist, wie der Kältemittelkreislauf 2' aus 2, einen Verdichter 4, einen insbesondere als Kondendsator/Gaskühler betreibbaren ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft mit einem Sammler 6, ein Expansionsorgan 7 sowie einen insbesondere als Verdampfer betreibbaren zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum auf. Der Verdichter 4 saugt gasförmiges Kältemittel aus dem Akkumulator 9 an.The refrigerant circuit 2a, 2b, like the refrigerant circuit 2' from 2 , a compressor 4, a first refrigerant-to-air heat exchanger 5, which can be operated in particular as a condenser/gas cooler, for heat transfer between the refrigerant and ambient air, with a collector 6, an expansion element 7, and a second refrigerant-to-air heat exchanger 8, which can be operated in particular as an evaporator, for conditioning the supply air for the passenger compartment. The compressor 4 draws in gaseous refrigerant from the accumulator 9.

Der Kältemittelkreislauf 2a, 2b weist wiederum einen sich von einer Abzweigstelle 12 bis zu einer Mündungsstelle 13 erstreckenden Strömungspfad 10 auf, wobei innerhalb des Strömungspfades 10 ein insbesondere als ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildeter Wärmeübertrager 11 zum Übertragen von Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs 3 angeordnet ist.The refrigerant circuit 2a, 2b in turn has a flow path 10 extending from a branch point 12 to a mouth point 13, wherein a heat exchanger 11, designed in particular as a refrigerant-coolant heat exchanger, is arranged within the flow path 10 for transferring heat from the refrigerant to the coolant of the coolant circuit 3.

Bei der ersten Ausführungsform des Klimatisierungssystems 1a nach 3a ist die Abzweigstelle 12 des Kältemittelkreislaufs 2a als ein Drei-Wege-Ventil 14, insbesondere als ein 3/2-Wege-Absperrventil, ausgebildet.In the first embodiment of the air conditioning system 1a according to 3a the branch point 12 of the refrigerant circuit 2a is designed as a three-way valve 14, in particular as a 3/2-way shut-off valve.

Bei der zur ersten alternativen zweiten Ausführungsform des Klimatisierungssystems 1b nach 3b ist die Abzweigstelle 12 des Kältemittelkreislaufs 2b aus einem T-Stück in Kombination mit einem ersten Ventil 27 und einem zweiten Ventil 28 als eine Ventilanordnung ausgebildet. Dabei ist das erste, insbesondere als ein Absperrventil ausgebildete Ventil 27 in Strömungsrichtung des Kältemittels dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 bevorzugt vorgelagert und damit zwischen dem T-Stück der Abzweigstelle 12 sowie dem Wärmeübertrager 5 angeordnet. Das zweite, insbesondere als ein Absperrventil ausgebildete Ventil 28 ist innerhalb des Strömungspfades 10 in Strömungsrichtung des Kältemittels dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 vorteilhaft vorgelagert und damit zwischen dem T-Stück der Abzweigstelle 12 sowie dem Wärmeübertrager 11 angeordnet.In the second embodiment of the air conditioning system 1b according to the first alternative 3b The branch point 12 of the refrigerant circuit 2b is designed as a valve arrangement from a T-piece in combination with a first valve 27 and a second valve 28. The first valve 27, designed in particular as a shut-off valve, is preferably arranged upstream of the first refrigerant-air heat exchanger 5 in the flow direction of the refrigerant and is thus arranged between the T-piece of the branch point 12 and the heat exchanger 5. The second valve 28, designed in particular as a shut-off valve, is advantageously arranged upstream of the refrigerant-coolant heat exchanger 11 within the flow path 10 in the flow direction of the refrigerant and is thus arranged between the T-piece of the branch point 12 and the heat exchanger 11.

Mit der Ausbildung der Abzweigstelle 12 als ein Drei-Wege-Ventil 14 nach 3a oder als Ventilanordnung nach 3b kann das Kältemittel je nach Bedarf durch den ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 zum Übertragen von Wärme vom Kältemittel an Umgebungsluft und/oder durch den Strömungspfad 10 mit dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 zum Übertragen von Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel in Teilmassenströme aufgeteilt werden. Der Massenstrom des Kältemittels ist dabei zwischen 0 und 100 % auf die Wärmeübertrager 5, 11 aufteilbar.With the design of the branch point 12 as a three-way valve 14 according to 3a or as a valve arrangement according to 3b The refrigerant can be divided into partial mass flows as required by the first refrigerant-to-air heat exchanger 5 for transferring heat from the refrigerant to the ambient air and/or by the flow path 10 with the refrigerant-to-coolant heat exchanger 11 for transferring heat from the refrigerant to the coolant. The mass flow of the refrigerant can be divided between 0 and 100% between the heat exchangers 5, 11.

Im Unterschied zum Kältemittelkreislauf 2' aus 2 weist der Kältemittelkreislauf 2a, 2b aus den 3a und 3b keine als ein Bypass ausgebildete Kältemittelleitung um den als Verdampfer betriebenen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 auf. Damit wird der Kältemittelkreislauf 2a, 2b auch ohne ein Drei-Wege-Ventil als Abzweigstelle und als Einlass in den Bypass sowie den Strömungspfad zum Wärmeübertrager 8 ausgebildet. Der an der Mündungsstelle 13 aus den Teilmassenströmen vermischte Gesamtmassenstrom des Kältemittels wird vollständig durch den Wärmeübertrager 8 geleitet.In contrast to the refrigerant circuit 2' from 2 The refrigerant circuit 2a, 2b consists of the 3a and 3b no refrigerant line designed as a bypass around the second refrigerant-to-air heat exchanger 8, which is operated as an evaporator. Thus, the refrigerant circuit 2a, 2b is designed without a three-way valve as a branch point and as an inlet to the bypass as well as the flow path to the heat exchanger 8. The total mass flow of the refrigerant mixed from the partial mass flows at the outlet point 13 is passed completely through the heat exchanger 8.

Der Kühlmittelkreislauf 3 der Ausführungsformen der Klimatisierungssysteme 1a, 1b gemäß den 3a und 3b entspricht jeweils dem Kühlmittelkreislauf 3 des Klimatisierungssystems 1' nach 3.The coolant circuit 3 of the embodiments of the air conditioning systems 1a, 1b according to the 3a and 3b corresponds to the coolant circuit 3 of the air conditioning system 1' according to 3 .

Das Klimagerät 20 des Klimatisierungssystems 1a, 1b zum Konditionieren, Leiten und Verteilen der Zuluft für den Fahrgastraum weist innerhalb des ersten Strömungskanals 21 den als Verdampfer für das Kältemittel betriebenen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 zum Abkühlen und/oder Entfeuchten der Zuluft und damit zum Übertragen von Wärme von der Zuluft an das Kältemittel sowie in Strömungsrichtung 24, 26 der Zuluft nach dem Verdampfer 8, insbesondere nach dem Austritt des ersten Strömungskanals 21, den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 18 zum Erwärmen der Zuluft auf. Nach dem Passieren des Heizwärmeübertragers 18 wird die Zuluft in Strömungsrichtung 26 in den Fahrgastraum geleitet.The air conditioning unit 20 of the air conditioning system 1a, 1b for conditioning, directing, and distributing the supply air for the passenger compartment has, within the first flow channel 21, the second refrigerant-to-air heat exchanger 8, which operates as an evaporator for the refrigerant, for cooling and/or dehumidifying the supply air and thus for transferring heat from the supply air to the refrigerant, as well as the coolant-to-air heat exchanger 18 for heating the supply air downstream of the evaporator 8 in the flow direction 24, 26 of the supply air, in particular downstream of the exit of the first flow channel 21. After passing through the heat exchanger 18, the supply air is directed into the passenger compartment in the flow direction 26.

Im Vergleich zum Klimagerät 20' des Klimatisierungssystems 1' aus 2 weist das Klimatisierungssystem 1a, 1b der 3a und 3b jeweils eine Strömungsleiteinrichtung 29 auf, welche als Luftklappe ausgebildet in Strömungsrichtung 24 der Luft vor dem Wärmeübertrager 8, insbesondere innerhalb des ersten Strömungskanals 21, angeordnet ist. Mit der in der Anströmung des Wärmeübertragers 8 angeordneten Luftklappe 29 ist der erste Strömungskanal 21 vollständig verschließbar und damit der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 luftseitig vollständig absperrbar. Der erste Strömungskanal 21, in welchem der Wärmeübertrager 8 angeordnet ist, kann mittels der Luftklappe 29 vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen werden. Die Luftklappe 29 ist zwischen den Endstellungen „vollständig geöffnet“ und „vollständig geschlossen“ stufenlos verstellbar.Compared to the air conditioner 20' of the air conditioning system 1' from 2 The air conditioning system 1a, 1b of the 3a and 3b each have a flow guide device 29, which is designed as an air flap in the flow direction 24 of the Air is arranged upstream of the heat exchanger 8, in particular within the first flow channel 21. With the air flap 29 arranged in the inflow to the heat exchanger 8, the first flow channel 21 can be completely closed and thus the refrigerant-air heat exchanger 8 can be completely shut off on the air side. The first flow channel 21, in which the heat exchanger 8 is arranged, can be fully opened or fully closed by means of the air flap 29. The air flap 29 is continuously adjustable between the end positions "fully open" and "fully closed".

Da das Klimagerät 20 zudem einen zweiten Strömungskanal 22 aufweist, welcher als ein Bypass zum Leiten eines Luftmassenstroms um den Wärmeübertrager 8 herum ausgebildet ist, kann der gesamte durch das Klimagerät 20 geleitete Luftmassenstrom durch den Bypass 22 und damit am Wärmeübertrager 8 vorbei und zum Heizwärmeübertrager 18 geführt werden. Der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 8 wird dann nicht mit Luft, speziell mit Zuluft, beaufschlagt.Since the air conditioning unit 20 also has a second flow channel 22, which is designed as a bypass for directing an air mass flow around the heat exchanger 8, the entire air mass flow directed through the air conditioning unit 20 can be guided through the bypass 22 and thus past the heat exchanger 8 and to the heating heat exchanger 18. The second refrigerant-to-air heat exchanger 8 is then not exposed to air, specifically supply air.

Auch innerhalb des zweiten Strömungskanals 22 ist eine insbesondere als eine Luftklappe ausgebildete Strömungsleiteinrichtung 23 vorgesehen, mit welcher der zweite Strömungskanal 22 vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen werden kann.Also provided within the second flow channel 22 is a flow guide device 23, designed in particular as an air flap, with which the second flow channel 22 can be completely opened or completely closed.

Zu den Betriebsweisen des Kältemittelkreislaufs 2a, 2b im Kälteanlagenmodus zum Abkühlen der Zuluft des Fahrgastraums und im Nachheizmodus zum Abkühlen und/oder Entfeuchten sowie Nachheizen der Zuluft des Fahrgastraums wird auf die Ausführungen zu 2 verwiesen.For the operating modes of the refrigerant circuit 2a, 2b in the refrigeration system mode for cooling the supply air of the passenger compartment and in the reheating mode for cooling and/or dehumidifying as well as reheating the supply air of the passenger compartment, please refer to the explanations on 2 referred to.

Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a, 2b im Heißgasmodus, insbesondere zum schnellen Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums bei sehr geringen Temperaturen der Umgebungsluft, wird das Kältemittel im Verdichter 4 vom Niederdruckniveau auf das Hochdruckniveau A, gemäß 1, verdichtet. Dabei nimmt das Kältemittel zudem Wärme auf. Anschließend wird das Kältemittel durch den Strömungspfad 10 und den als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 geleitet, wobei im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 auf dem Hochdruckniveau Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs 3 abgegeben wird B. Die an das Kühlmittel übertragene Wärme wird nachfolgend im Heizwärmeübertrager 18 vom Kühlmittel an die Zuluft für den Fahrgastraum übertragen. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 5 wird vom Kältemittel nicht durchströmt.When operating the refrigerant circuit 2a, 2b in hot gas mode, in particular for quickly heating the supply air of the passenger compartment at very low ambient air temperatures, the refrigerant in the compressor 4 is transferred from the low pressure level to the high pressure level A, according to 1 , compressed. In the process, the refrigerant also absorbs heat. The refrigerant is then passed through the flow path 10 and the refrigerant-coolant heat exchanger 11, which operates as a condenser/gas cooler. In the refrigerant-coolant heat exchanger 11, heat is transferred from the refrigerant to the coolant of the coolant circuit 3 at the high pressure level B. The heat transferred to the coolant is subsequently transferred from the coolant to the supply air for the passenger compartment in the heating heat exchanger 18. The refrigerant does not flow through the first refrigerant-air heat exchanger 5.

Nach dem Austreten aus dem Strömungspfad 10 strömt das Kältemittel durch das Expansionsorgan 7 und wird auf Niederdruckniveau und damit den Saugdruck in das Zwei-Phasengebiet aus Flüssigkeit und Dampf entspannt C. Das auf dem Niederdruckniveau aus dem Expansionsorgan 7 austretende Kältemittel wird vollständig durch den Wärmeübertrager 8 in den Akkumulator 9 geleitet und anschließend im gasförmigen Zustand vom Verdichter 4 angesaugt. Der Kältemittelkreislauf 2a, 2b, welcher insbesondere bei sehr geringen Temperaturen der Umgebungsluft im Heißgasmodus betrieben wird, um eine hohe Heizleistung bereitzustellen und damit den Fahrgastraum in sehr kurzer Zeit auf ein komfortables Temperaturniveau aufzuheizen, ist geschlossen.After exiting the flow path 10, the refrigerant flows through the expansion element 7 and is expanded to a low-pressure level and thus the suction pressure into the two-phase region of liquid and vapor C. The refrigerant exiting the expansion element 7 at the low-pressure level is completely passed through the heat exchanger 8 into the accumulator 9 and then sucked in in the gaseous state by the compressor 4. The refrigerant circuit 2a, 2b, which is operated in hot gas mode particularly at very low ambient air temperatures in order to provide high heating output and thus heat the passenger compartment to a comfortable temperature level in a very short time, is closed.

Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a, 2b im Heißgasmodus sind die in der Strömungsrichtung 24 vor dem Wärmeübertrager 8 angeordnete Luftklappe 29 und damit der erste Strömungskanal 21 geschlossen. Die Zuluft wird vollständig durch den geöffneten zweiten Strömungskanal 22 um den Wärmeübertrager 8 herumgeführt. Damit wird im Wärmeübertrager 8 keine Wärme vom Kältemittel an die Zuluft übertragen, das durch den Wärmeübertrager 8 geleitete Kältemittel wird nicht abgekühlt, was den Saugdruck des Kältemittels absenken würde. Das Kältemittel weist am Eintritt und am Austritt des Wärmeübertragers 8 das gleiche Temperaturniveau und damit das gleiche Druckniveau auf. Die am Wärmeübertrager 8 vorbeigeführte Zuluft für den Fahrgastraum wird direkt zum Heizwärmeübertrager 18 geführt und im Heizwärmeübertrager 18 erwärmt.When the refrigerant circuit 2a, 2b is operated in hot gas mode, the air flap 29 arranged upstream of the heat exchanger 8 in the flow direction 24 and thus the first flow channel 21 are closed. The supply air is completely bypassed around the heat exchanger 8 through the open second flow channel 22. This means that no heat is transferred from the refrigerant to the supply air in the heat exchanger 8, and the refrigerant passed through the heat exchanger 8 is not cooled, which would lower the suction pressure of the refrigerant. The refrigerant has the same temperature level and thus the same pressure level at the inlet and outlet of the heat exchanger 8. The supply air for the passenger compartment, which bypasses the heat exchanger 8, is guided directly to the heating heat exchanger 18 and heated in the heating heat exchanger 18.

Die luftseitige Absperrung des Wärmeübertragers 8 ermöglicht es zudem, das Saugdruckniveau des Kältemittels im Vergleich zum Betrieb des Klimatisierungsystems 1' nach 2 zu erhöhen. Damit kann gleichfalls ein höheres Hochdruckniveau erreicht werden, was aus 1 mit den unterschiedlichen Zustandsverläufen hervorgeht. Der Pfeil bezeichnet dabei das Anheben des Niederdruckniveaus. Der mit der gepunkteten Linie dargestellte Verlauf verdeutlicht den Prozess des Kältemittels ohne luftseitige Absperrung des Wärmeübertragers 8, während der mit der gestrichelten Linie dargestellte Verlauf den Prozess des Kältemittels mit luftseitiger Absperrung des Wärmeübertragers 8 verdeutlicht.The air-side shut-off of the heat exchanger 8 also makes it possible to reduce the suction pressure level of the refrigerant compared to the operation of the air conditioning system 1' after 2 This also allows a higher high pressure level to be achieved, which 1 with the different state curves. The arrow indicates the increase in the low-pressure level. The curve shown with the dotted line illustrates the process of the refrigerant without air-side shut-off of heat exchanger 8, while the curve shown with the dashed line illustrates the process of the refrigerant with air-side shut-off of heat exchanger 8.

Bei einem Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2a, 2b auf höheren Druckniveaus, insbesondere mit höherem Hochdruckniveau, wird eine größere Wärmemenge zum Erwärmen des Kühlmittels im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 11 bereitgestellt, sodass auch eine größere Wärmemenge zum Erwärmen der Zuluft im Heizwärmeübertrager 18 zur Verfügung steht und die Zuluft in kürzerer Zeit auf eine bestimmte Temperatur aufgewärmt werden kann.When the refrigerant circuit 2a, 2b is operated at higher pressure levels, in particular at a higher high pressure level, a larger amount of heat is provided to heat the coolant in the refrigerant-coolant heat exchanger 11, so that a larger amount of heat is also available to heat the supply air in the heating heat exchanger 18 and the supply air can be heated to a certain temperature in a shorter time.

Mit dem Betrieb des Klimatisierungssystem 1a, 1b im Heißgasmodus ist es neben dem Stabilisieren des Saugdruckniveaus sowie dem Einstellen eines bestimmten Niedertemperaturniveaus und damit eines definierten Saugdrucks möglich, auch bei sehr geringen Temperaturen der Umgebungsluft beim Kaltstart des Kraftfahrzeugs eine ausreichend hohe Leistung zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum bereitzustellen und somit die Anforderungen des thermischen Komforts ohne eine zusätzliche elektrische Widerstandsheizung zu erfüllen.By operating the air conditioning system 1a, 1b in hot gas mode, it is possible not only to stabilize the suction pressure level and to set a specific low temperature level and thus a defined suction pressure, but also to provide a sufficiently high power to heat the supply air for the passenger compartment even at very low ambient air temperatures during a cold start of the vehicle and thus to meet the requirements of thermal comfort without an additional electrical resistance heater.

Mit dem Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Heißgasmodus kann die Zuluft des Fahrgastraums mit ähnlicher Effizienz erwärmt werden, wie mit einer elektrischen Widerstandsheizung, ohne dabei jedoch auf zusätzliche Komponenten angewiesen zu sein. Gleichzeitig wird das Risiko, den Verdichter durch zu geringe Saugdrücke zu beschädigen, minimiert.By operating the refrigerant circuit in hot gas mode, the passenger compartment's supply air can be heated with similar efficiency to an electric resistance heater, but without the need for additional components. At the same time, the risk of compressor damage due to insufficient suction pressure is minimized.

Der Kältemittelkreislauf und die Betriebsmodi sind für jedes Kältemittel verwendbar, welches niederdruckseitig einen Phasenübergang von flüssig nach gasförmig durchläuft. Hochdruckseitig gibt das Medium durch Gaskühlung/Kondensation und Unterkühlung die aufgenommene Wärme an eine Wärmesenke ab. Als Kältemittel sind natürliche Stoffe, wie R744, R717 und ähnliche, brennbare Stoffe, wie R290, R600, R600a und ähnliche, chemische Stoffe, wie R134a, R152a, HFO-1234yf, sowie diverse Kältemittelgemische verwendbar.The refrigerant circuit and operating modes are suitable for any refrigerant that undergoes a phase transition from liquid to gas on the low-pressure side. On the high-pressure side, the medium releases the absorbed heat to a heat sink through gas cooling/condensation and subcooling. Suitable refrigerants include natural substances such as R744, R717 and similar; flammable substances such as R290, R600, R600a; and similar chemical substances such as R134a, R152a, HFO-1234yf; as well as various refrigerant blends.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1', 1a, 1b1', 1a, 1b
KlimatisierungssystemAir conditioning system
2', 2a, 2b2', 2a, 2b
KältemittelkreislaufRefrigerant circuit
33
Kühlmittelkreislaufcoolant circuit
44
Verdichtercompressor
55
Wärmeübertrager, erster Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, Kondensator/GaskühlerHeat exchanger, first refrigerant-to-air heat exchanger, condenser/gas cooler
66
Sammlercollector
77
Expansionsorganexpansion organ
88
Wärmeübertrager, zweiter Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, VerdampferHeat exchanger, second refrigerant-air heat exchanger, evaporator
99
Akkumulatoraccumulator
1010
(erster) Strömungspfad(first) flow path
1111
Wärmeübertrager, Kältemittel-Kühlmittel-WärmeübertragerHeat exchanger, refrigerant-to-coolant heat exchanger
1212
AbzweigstelleJunction point
1313
MündungsstelleMouth
1414
Drei-Wege-VentilThree-way valve
1515
zweiter Strömungspfad, Bypasssecond flow path, bypass
1616
Abzweigstelle, Drei-Wege-VentilBranch point, three-way valve
1717
MündungsstelleMouth
1818
Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, HeizwärmeübertragerCoolant-air heat exchanger, heating heat exchanger
1919
Fördervorrichtung, Pumpeconveying device, pump
20', 2020', 20
Klimagerätair conditioner
2121
erster Strömungskanalfirst flow channel
2222
zweiter Strömungskanal, Bypasssecond flow channel, bypass
2323
Strömungsleiteinrichtung, Luftklappe Strömungskanal 22Flow guide device, air flap flow channel 22
2424
Strömungsrichtung Zuluft Anströmung Verdampfer 8Flow direction supply air flow evaporator 8
2525
Strömungsrichtung Zuluft Anströmung Heizwärmeübertrager 18Flow direction supply air flow heating heat exchanger 18
2626
Strömungsrichtung Zuluft FahrgastraumFlow direction supply air passenger compartment
2727
erstes Ventil, Absperrventil Abzweigstelle 12first valve, shut-off valve branch point 12
2828
zweites Ventil, Absperrventil Abzweigstelle 12second valve, shut-off valve branch point 12
2929
Strömungsleiteinrichtung, Luftklappe Anströmung Verdampfer 8Flow guide device, air flap inflow evaporator 8
A, B, CA, B, C
Zustandsänderung KältemittelChange in state of refrigerant

Claims (11)

Klimatisierungssystem (1a, 1b) zum Konditionieren der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (2a, 2b), aufweisend: - einen Verdichter (4), einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und Umgebungsluft, ein Expansionsorgan (7) sowie einen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum, wobei der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) derart angeordnet ist, dass das Kältemittel stets vollständig hindurch geleitet wird, - einen Strömungspfad (10), welcher sich von einer Abzweigstelle (12) bis zu einer Mündungsstelle (13) erstreckend und mit einem Wärmeübertrager (11) ausgebildet ist, wobei die Abzweigstelle (12) an einem Austritt des Verdichters (4) und die Mündungsstelle (13) zwischen dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) und dem Expansionsorgan (7) derart ausgebildet sind, dass der Wärmeübertrager (11) parallel zum ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) oder anstelle des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers (5) von Kältemittel durchströmbar ist, und einem Klimagerät (20), aufweisend ein Gehäuse zum Leiten und Verteilen der Zuluft für den Fahrgastraum mit - einem ersten Strömungskanal (21), in welchem der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) angeordnet ist, sowie - einem zweiten Strömungskanal (22), welcher als ein Bypass um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) ausgebildet ist, wobei - der innerhalb des Strömungspfades (10) angeordnete Wärmeübertrager (11) als ein Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft ausgebildet und innerhalb des Klimagerätes (20) in Strömungsrichtung (24) der Zuluft nach dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) angeordnet ist oder der innerhalb des Strömungspfades (10) angeordnete Wärmeübertrager (11) als ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager eines Kühlmittelkreislaufs (3) ausgebildet ist, wobei der Kühlmittelkreislauf (3) einen Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (18) zum Erwärmen der Zuluft aufweist, welcher innerhalb des Klimagerätes (20) in Strömungsrichtung (24) der Zuluft nach dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) angeordnet ist, - das Klimagerät (20) eine Strömungsleiteinrichtung (29) zum Verschließen und Öffnen des ersten Strömungskanals (21) und eine Strömungsleiteinrichtung (23) zum Verschließen und Öffnen des zweiten Strömungskanals (22) aufweist.Air conditioning system (1a, 1b) for conditioning the air of a passenger compartment of a motor vehicle with a refrigerant circuit (2a, 2b), comprising: - a compressor (4), a first refrigerant-air heat exchanger (5) for heat transfer between the refrigerant and ambient air, an expansion element (7) and a second refrigerant-air heat exchanger (8) for conditioning the supply air for the passenger compartment, wherein the second refrigerant-air heat exchanger (8) is arranged such that the refrigerant is always passed completely through, - a flow path (10) extending from a branching point (12) to a mouth point (13) and is formed with a heat exchanger (11), wherein the branching point (12) is at an outlet of the compressor (4) and the mouth point (13) is between the first refrigerant-air heat exchanger (5) and the Expansion element (7) are designed in such a way that the heat exchanger (11) parallel to the first refrigerant-to-air heat exchanger (5) or instead of the first refrigerant-to-air heat exchanger (5), and an air conditioning unit (20), comprising a housing for conducting and distributing the supply air for the passenger compartment with - a first flow channel (21) in which the second refrigerant-to-air heat exchanger (8) is arranged, and - a second flow channel (22) which is designed as a bypass around the second refrigerant-to-air heat exchanger (8), wherein - the heat exchanger (11) arranged within the flow path (10) is designed as a refrigerant-to-air heat exchanger for heating the supply air and is arranged within the air conditioning unit (20) in the flow direction (24) of the supply air after the second refrigerant-to-air heat exchanger (8) or the heat exchanger arranged within the flow path (10) Heat exchanger (11) is designed as a refrigerant-coolant heat exchanger of a coolant circuit (3), wherein the coolant circuit (3) has a coolant-air heat exchanger (18) for heating the supply air, which is arranged within the air conditioning unit (20) in the flow direction (24) of the supply air after the second refrigerant-air heat exchanger (8), - the air conditioning unit (20) has a flow guide device (29) for closing and opening the first flow channel (21) and a flow guide device (23) for closing and opening the second flow channel (22). Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung (29) in Strömungsrichtung (24) der Zuluft für den Fahrgastraum vor dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) angeordnet ist.Air conditioning system (1a, 1b) according to Claim 1 , characterized in that the flow guiding device (29) is arranged in the flow direction (24) of the supply air for the passenger compartment in front of the second refrigerant-air heat exchanger (8). Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung (29) zum Verschließen und Öffnen des ersten Strömungskanals (21) als eine Luftklappe ausgebildet ist.Air conditioning system (1a, 1b) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the flow guiding device (29) for closing and opening the first flow channel (21) is designed as an air flap. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung (23) zum Verschließen und Öffnen des zweiten Strömungskanals (22) als eine Luftklappe ausgebildet ist.Air conditioning system (1a, 1b) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the flow guiding device (23) for closing and opening the second flow channel (22) is designed as an air flap. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung (29) zum Verschließen und Öffnen des ersten Strömungskanals (21) zwischen zwei Endstellungen „vollständig geöffnet“ und „vollständig geschlossen“ stufenlos verstellbar ausgebildet ist.Air conditioning system (1a, 1b) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the flow guiding device (29) for closing and opening the first flow channel (21) is designed to be continuously adjustable between two end positions “fully open” and “fully closed”. Klimatisierungssystem (1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung (23) zum Verschließen und Öffnen des zweiten Strömungskanals (22) zwischen zwei Endstellungen „vollständig geöffnet“ und „vollständig geschlossen“ stufenlos verstellbar ausgebildet ist.Air conditioning system (1a, 1b) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the flow guiding device (23) for closing and opening the second flow channel (22) is designed to be continuously adjustable between two end positions “fully open” and “fully closed”. Klimatisierungssystem (1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigstelle (12) des Strömungspfades (10) als ein Drei-Wege-Ventil (14) ausgebildet ist.Air conditioning system (1a) according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the branch point (12) of the flow path (10) is designed as a three-way valve (14). Klimatisierungssystem (1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigstelle (12) des Strömungspfades (10) als eine Ventilanordnung mit einem T-Stück, einem ersten Ventil (27) und einem zweiten Ventil (28) ausgebildet ist, wobei - das erste Ventil (27) dem ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (5) in Strömungsrichtung des Kältemittels vorgelagert angeordnet ist und - das zweite Ventil (28) innerhalb des Strömungspfades (10) angeordnet ist.Air conditioning system (1b) according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the branch point (12) of the flow path (10) is designed as a valve arrangement with a T-piece, a first valve (27) and a second valve (28), wherein - the first valve (27) is arranged upstream of the first refrigerant-air heat exchanger (5) in the flow direction of the refrigerant and - the second valve (28) is arranged within the flow path (10). Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems (1a, 1b) eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (2a, 2b) und einem Klimagerät (20) für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus, in einem Wärmepumpenmodus, insbesondere in einem Nachheizmodus, und in einem Heißgasmodus für die zu konditionierende Zuluft des Fahrgastraums nach einem der Ansprüche 2 bis 8, beim Betrieb im Heißgasmodus zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums aufweisend folgende Schritte: - Leiten eines aus einem Verdichter (4) ausströmenden Kältemittels auf einem Hochdruckniveau durch einen Strömungspfad (10) und einen als Kondensator/Gaskühler betriebenen Wärmeübertrager (11), wobei Wärme vom Kältemittel abgegeben wird, - Leiten des aus dem Wärmeübertrager (11) austretenden Kältemittels durch ein Expansionsorgan (7), wobei das Kältemittel auf ein Niederdruckniveau entspannt wird, - Leiten des aus dem Expansionsorgan (7) austretenden Kältemittels durch einen in einem ersten Strömungskanal (21) des Klimagerätes (20) angeordneten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) und - Ansaugen des Kältemittels durch den Verdichter (4), wobei eine in Strömungsrichtung (24) der Zuluft im ersten Strömungskanal (21) vor dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) angeordnete Strömungsleiteinrichtung (29) geschlossen ist und die Zuluft durch einen geöffneten zweiten Strömungskanal (22) um den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) herumgeführt wird, sodass die im Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (8) übertragene Wärme Null ist.Method for operating an air conditioning system (1a, 1b) of a motor vehicle with a refrigerant circuit (2a, 2b) and an air conditioning unit (20) for operation in a refrigeration system mode, in a heat pump mode, in particular in a reheating mode, and in a hot gas mode for the supply air of the passenger compartment to be conditioned according to one of the Claims 2 until 8 , when operated in hot gas mode for heating the supply air of the passenger compartment, comprising the following steps: - guiding a refrigerant flowing out of a compressor (4) at a high pressure level through a flow path (10) and a heat exchanger (11) operated as a condenser/gas cooler, wherein heat is released from the refrigerant, - guiding the refrigerant flowing out of the heat exchanger (11) through an expansion element (7), wherein the refrigerant is expanded to a low pressure level, - guiding the refrigerant flowing out of the expansion element (7) through a refrigerant-air heat exchanger (8) arranged in a first flow channel (21) of the air conditioning unit (20), and - sucking in the refrigerant through the compressor (4), wherein a flow guide device (29) arranged upstream of the refrigerant-air heat exchanger (8) in the flow direction (24) of the supply air in the first flow channel (21) is closed and the Supply air is guided through an open second flow channel (22) around the refrigerant-air heat exchanger (8) so that the heat transferred in the refrigerant-air heat exchanger (8) is zero. Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems (1a, 1b) eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im als ein Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildeten Wärmeübertrager (11), welcher innerhalb des Klimagerätes (20) zum Leiten und Verteilen der Zuluft für den Fahrgastraum angeordnet ist, Wärme vom Kältemittel an die Zuluft des Fahrgastraums übertragen wird.Method for operating an air conditioning system (1a, 1b) of a motor vehicle according to Claim 9 , characterized in that in the heat exchanger (11) designed as a refrigerant-air heat exchanger, which is arranged within the air conditioning unit (20) for guiding and distributing the supply air for the passenger compartment, heat is transferred from the refrigerant to the supply air of the passenger compartment. Verfahren zum Betreiben eines Klimatisierungssystems (1a, 1b) eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im als ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildeten Wärmeübertrager (11) Wärme vom Kältemittel an ein Kühlmittel eines Kühlmittelkreislaufs (3) und in einem Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (18), welcher innerhalb des Klimagerätes (20) zum Leiten und Verteilen der Zuluft für den Fahrgastraum angeordnet ist, Wärme vom Kühlmittel an die Zuluft des Fahrgastraums übertragen wird.Method for operating an air conditioning system (1a, 1b) of a motor vehicle according to Claim 9 , characterized in that in the heat exchanger (11) designed as a refrigerant-coolant heat exchanger, heat is transferred from the refrigerant to a coolant of a coolant circuit (3) and in a coolant-air heat exchanger (18) which is arranged within the air conditioning unit (20) for conducting and distributing the supply air for the passenger compartment, heat is transferred from the coolant to the supply air of the passenger compartment.
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