DE102015215955A1

DE102015215955A1 - Air conditioning device for a motor vehicle and method for its operation

Info

Publication number: DE102015215955A1
Application number: DE102015215955.8A
Authority: DE
Inventors: Jan-Christoph Albrecht; Carsten Wachsmuth
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2017-03-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelkreis, umfassend – einen Kompressor (16), mittels dessen gasförmiges Kältemittel komprimierbar ist, – einen dem Kompressor (16) kältemittelseitig nachgeschalteten, als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten Kondensator oder Gaskühler (18), der in thermischem Kontakt zur Luft in einer Fahrgastzelle (12) des Kraftfahrzeugs steht, – ein dem Kondensator oder Gaskühler (18) kältemittelseitig nachgeschaltetes, erstes Expansionsorgan (20), mittels dessen das im Kondensator oder Gaskühler (18) verflüssigte oder gekühlte Kältemittel entspannbar ist, und – einen dem ersten Expansionsorgan (20) kältemittelseitig nachgeschalteten, als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten und im Vorderwagen (14) des Kraftfahrzeugs in thermischem Kontakt zur Außenluft (28) angeordneten ersten Verdampfer (22). Die Erfindung zeichnet sich aus durch einen als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten und sowohl luftseitig als auch kältemittelseitig dem ersten Verdampfer (22) nachgeschalteten und im Vorderwagen (14) des Kraftfahrzeugs angeordneten zweiten Verdampfer (26), wobei kältemittelseitig zwischen dem ersten Verdampfer (22) und dem zweiten Verdampfer (26) ein zweites Expansionsorgan (24) angeordnet ist.The invention relates to an air conditioning device for a motor vehicle having a refrigerant circuit, comprising a compressor (16), by means of which gaseous refrigerant is compressible, a compressor (16) downstream of the compressor, designed as an air / refrigerant heat exchanger condenser or gas cooler ( 18) which is in thermal contact with the air in a passenger compartment (12) of the motor vehicle, - a first expansion element (20) connected downstream of the condenser or gas cooler (18) on the refrigerant side, by means of which the condenser or gas cooler (18) is liquefied or cooled Refrigerant is relaxed, and - a first expansion element (20) downstream of the refrigerant side, designed as air / refrigerant heat exchanger and in the front end (14) of the motor vehicle in thermal contact with the outside air (28) arranged first evaporator (22). The invention is characterized by a designed as air / refrigerant heat exchanger and both the air side and the refrigerant side of the first evaporator (22) downstream and arranged in the front end (14) of the motor vehicle second evaporator (26), wherein the refrigerant side between the first evaporator (22 ) and the second evaporator (26) a second expansion element (24) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelkreis, umfassend

– einen Kompressor, mittels dessen gasförmiges Kältemittel komprimierbar ist,
– einen dem Kompressor kältemittelseitig nachgeschalteten, als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten Kondensator oder Gaskühler, der in thermischem Kontakt zur Luft in einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs steht,
– ein dem Kondensator oder Gaskühler kältemittelseitig nachgeschaltetes, erstes Expansionsorgan, mittels dessen das im Kondensator oder Gaskühler verflüssigte oder gekühlte Kältemittel entspannbar ist, und
– einen dem ersten Expansionsorgan kältemittelseitig nachgeschalteten, als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten und im Vorderwagen des Kraftfahrzeugs in thermischem Kontakt zur Außenluft angeordneten ersten Verdampfer.

The invention relates to an air conditioning device for a motor vehicle with a refrigerant circuit, comprising

A compressor by means of which gaseous refrigerant is compressible,
A condenser or gas cooler connected downstream of the compressor and designed as an air / refrigerant heat exchanger, which is in thermal contact with the air in a passenger compartment of the motor vehicle,
- A condenser or gas cooler downstream of the refrigerant, first expansion means by means of which the liquefied or cooled in the condenser or gas cooler refrigerant is depressurized, and
- A first expansion element downstream of the refrigerant, designed as air / refrigerant heat exchanger and arranged in the front of the vehicle in thermal contact with the outside air first evaporator.

Die Erfindung betrifft weiter verschiedene Verfahren zum Betrieb einer derartigen Klimatisierungsvorrichtung. The invention further relates to various methods for operating such an air conditioning device.

„_Dialoge – das Audi-Technologiemagazin“ Ausgabe 1/2013, Seite 56 beschreibt, zur Heizung eines abwärmearmen Elektrofahrzeugs einen Kältemittelkreis im Wärmepumpen-Modus zu betreiben. Der Kältemittelkreis umfasst in üblicher Weise einen Kompressor, einen Kondensator bzw. Gaskühler, ein Expansionsorgan und einen Verdampfer, die in der genannten Reihenfolge einander kältemittelseitig nachgeschaltet sind. Der Kondensator ist dabei in der Fahrgastzelle bzw. in thermischem Kontakt mit dieser angeordnet, wohingegen der Verdampfer im Vorderwagen und insbesondere im thermischen Kontakt mit der Außenluft angeordnet ist. Im Kompressor verdichtetes und dabei erhitztes Kältemittel durchströmt den Kondensator/Gaskühler, der luftseitig von in die Fahrgastzelle geleiteter Umluft oder Frischluft durchströmt wird. Das Kältemittel wird dabei verflüssigt und/oder abgekühlt. Das verflüssigte/abgekühlte Kältemittel wird im nachgeschalteten Entspannungsorgan entspannt und kann anschließend im Verdampfer wenigstens teilweise verdampft werden. Da der Verdampfer luftseitig von Außenluft durchströmt wird, nimmt das Kältemittel während des Verdampfungsprozesses Wärme aus der Umgebung auf, die dann zusätzlich zur mechanischen Arbeit des Kompressors der Fahrgastzelle zugeführt werden kann. Dabei ist es einerseits erforderlich, dass der Verdampfer möglichst bei einer Arbeitstemperatur, d.h. mit einer räumlich über die Verdampferausgangsfläche gemittelten, luftseitigen Verdampfer-Ausgangstemperatur, betrieben wird, die unterhalb der Außentemperatur liegt. Andererseits ist jedoch der Bedarf nach einer Heizung der Fahrgastzelle insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen gegeben. Daher wird es als günstig angesehen, wenn der Verdampfer bei sehr niedrigen Temperaturen, insbesondere bei Temperaturen unter 0°C betrieben wird. Hieraus resultiert jedoch der Nachteil, dass die in der Außenluft enthaltene Feuchtigkeit und/oder Gischt der Straße und/oder Regen am Verdampfer ausfriert. Geschieht dies, muss der Verdampfer abgetaut werden. Der Abtauprozess ist mit unerwünschtem Energieeinsatz verbunden. Zudem hat der Benutzer des Fahrzeugs während des Abtauvorgangs klimatische Komforteinschränkungen hinzunehmen. Es ist daher wünschenswert, die sogenannten Vereisungsintervalle, d.h. die Zeiträume zwischen zwei Abtauvorgängen, möglichst zu strecken. "_Dialogues - the Audi Technology Magazine" Issue 1/2013, page 56 describes operating a refrigerant circuit in the heat pump mode for heating a low-heat electric vehicle. The refrigerant circuit comprises in a conventional manner a compressor, a condenser or gas cooler, an expansion element and an evaporator, which are connected downstream of one another in the stated sequence on the refrigerant side. The condenser is arranged in the passenger compartment or in thermal contact with this, whereas the evaporator is arranged in the front end and in particular in thermal contact with the outside air. In the compressor compressed and thereby heated refrigerant flows through the condenser / gas cooler, which is flowed through by air in the passenger compartment cell circulating air or fresh air. The refrigerant is liquefied and / or cooled. The liquefied / cooled refrigerant is expanded in the downstream expansion device and can then be at least partially vaporized in the evaporator. Since the evaporator is flowed through by outside air on the air side, the refrigerant absorbs heat from the environment during the evaporation process, which can then be supplied to the passenger compartment in addition to the mechanical work of the compressor. On the one hand, it is necessary for the evaporator to be operated at a working temperature, that is to say with an air-side evaporator outlet temperature averaged spatially over the evaporator outlet surface, which is below the outside temperature. On the other hand, however, the need for a heating of the passenger compartment is given especially at low outdoor temperatures. Therefore, it is considered favorable if the evaporator is operated at very low temperatures, in particular at temperatures below 0 ° C. This, however, has the disadvantage that the moisture and / or spray contained in the outside air freezes the road and / or rain on the evaporator. If this happens, the evaporator must be defrosted. The defrost process is associated with undesirable energy input. In addition, the user of the vehicle during the defrosting has to accept climatic comfort restrictions. It is therefore desirable to stretch the so-called icing intervals, ie the periods between two defrosts, as far as possible.

Für in thermischem Kontakt mit der Fahrgastzelle stehende Verdampfer ist es zur extremen Kühlung der Fahrgastzelle aus der DE 10 2014 207 278 A1 bekannt, zwei Verdampfer luftseitig hintereinander anzuordnen und den vorgeschalteten Verdampfer als Entfeuchtungsverdampfer bei Temperaturen über 0°C und den luftseitig nachgeschalteten Verdampfer als eigentlichen Kühlverdampfer bei Temperaturen unter 0°C zu betreiben. For standing in thermal contact with the passenger compartment evaporator, it is for extreme cooling of the passenger compartment of the DE 10 2014 207 278 A1 known to arrange two evaporators on the air side one behind the other and operate the upstream evaporator as a dehumidifying evaporator at temperatures above 0 ° C and the air side downstream evaporator as the actual cooling evaporator at temperatures below 0 ° C.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung derart weiterzubilden, dass die Vereisungsintervalle verlängert werden können. It is the object of the present invention to develop a generic air conditioning device such that the icing intervals can be extended.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 gelöst durch einen als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten und sowohl luftseitig als auch kältemittelseitig dem ersten Verdampfer nachgeschalteten und im Vorderwagen des Kraftfahrzeugs angeordneten zweiten Verdampfer, wobei kältemittelseitig zwischen dem ersten Verdampfer und dem zweiten Verdampfer ein zweites Expansionsorgan angeordnet ist. This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 1 by a designed as an air / refrigerant heat exchanger and both air side and refrigerant side of the first evaporator downstream and arranged in the front of the vehicle second evaporator, the refrigerant side between the first evaporator and the second evaporator, a second expansion element is arranged.

Weiter werden günstige Betriebsverfahren zum Betrieb einer derartigen Klimatisierungsvorrichtung angegeben. Further, favorable operating methods for operating such an air conditioning device are given.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung folgt zunächst der im Grunde bekannten Idee einer zweistufigen Verdampferanordnung, wobei jedoch die Verdampfereinheiten nicht nur luftseitig, sondern auch kältemittelseitig einander nachgeschaltet sind und wobei mittels eines zwischen den Verdampfereinheiten angeordneten, zusätzlichen Expansionsorgans die Arbeitstemperaturen der einzelnen Verdampfereinheiten sehr genau eingestellt und auf die jeweiligen Erfordernisse des Einzelfalls angepasst werden können. Als besonders vorteilhaft haben sich steuerbare Expansionsventile als Expansionsorgane bewährt. Hierunter seinen im Kontext der vorliegenden Beschreibung sowohl beliebig ansteuerbare, als auch sogenannte thermische Expansionsventile, die eine bauartbedingte, temperaturabhängige Steuerbarkeit enthalten, verstanden. The invention initially follows the basically known idea of a two-stage evaporator arrangement, wherein, however, the evaporator units are downstream not only on the air side, but also on the refrigerant side and wherein arranged by means of an arranged between the evaporator units, additional expansion element, the operating temperatures of the individual evaporator units very accurately and to the respective Requirements of the case can be adjusted. As special Advantageously, controllable expansion valves have proven to be expansive organs. Including his in the context of the present description both arbitrarily controllable, as well as so-called thermal expansion valves, which contain a design-related, temperature-dependent controllability understood.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, dass der erste Verdampfer bei Temperaturen über 0°C betrieben werden kann und die Außenluft bereits entfeuchtet, ohne dass an ihm die Gefahr eines Einfrierens besteht, während der vorentfeuchteten Luft im zweiten, bei unter 0°C betriebenen Verdampfer weitere Wärme entzogen werden kann, die dann nachfolgend zur Aufheizung der Fahrgastzelle genutzt werden kann. Durch die Vorentfeuchtung der Luft friert der zweite Verdampfer deutlich langsamer zu, als dies ein einstufiger, bei Temperaturen unter 0°C betriebener Verdampfer tun würde, sodass die Vereisungsintervalle insgesamt gestreckt und die Anzahl der erforderlichen Abtauprozesse reduziert werden können. Mit anderen Worten wird eine erfindungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung bevorzugt betrieben mittels eines Verfahrens bei dem

– gasförmiges Kältemittel im Kompressor komprimiert wird,
– das komprimierte Kältemittel im Kondensator oder Gaskühler verflüssigt oder gekühlt wird,
– das verflüssigte oder gekühlte Kältemittel im ersten Expansionsventil entspannt wird,
– das entspannte Kältemittel im ersten Verdampfer teilweise verdampft wird,
– das teilweise verdampfte Kältemittel im zweiten Expansionsventil weiter entspannt wird und
– das weiter entspannte Kältemittel im zweiten Verdampfer weiter verdampft wird,

wobei das erste Expansionsventil so eingestellt wird, dass die Arbeitstemperatur des ersten Verdampfers oberhalb 0°C liegt, und das zweite Expansionsventil so eingestellt wird, dass die Arbeitstemperatur des zweiten Verdampfers unterhalb 0°C liegt. The advantage of the arrangement according to the invention is that the first evaporator can be operated at temperatures above 0 ° C and the outside air already dehumidified without the risk of freezing, while the pre-dehumidified air in the second, operated at below 0 ° C. Evaporator further heat can be withdrawn, which can then be used subsequently to heat the passenger compartment. By pre-dehumidifying the air, the second evaporator freezes much slower than a single-stage, operated at temperatures below 0 ° C evaporator would do so that the icing intervals can be stretched as a whole and the number of required defrosting processes can be reduced. In other words, an air conditioning device according to the invention is preferably operated by means of a method in which

- Compresses gaseous refrigerant in the compressor,
- the compressed refrigerant in the condenser or gas cooler is liquefied or cooled,
The liquefied or cooled refrigerant is expanded in the first expansion valve,
- the expanded refrigerant in the first evaporator is partially evaporated,
- The partially evaporated refrigerant is further expanded in the second expansion valve and
The further expanded refrigerant in the second evaporator is further evaporated,

wherein the first expansion valve is adjusted so that the working temperature of the first evaporator is above 0 ° C, and the second expansion valve is set so that the operating temperature of the second evaporator is below 0 ° C.

Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, den ersten Verdampfer bei Temperaturen über 0°C zu betreiben. So hat sich herausgestellt, dass sich in Fällen, in denen die Arbeitstemperatur des Verdampfers die Außentemperatur nur geringfügig unterschreitet ein Einfrieren des Verdampfers erst mit deutlicher Verzögerung erfolgt. So werden zur Streckung der Vereisungsintervalle bekannte, einstufige Verdampferanordnungen oft bei Arbeitstemperaturen betrieben, die nur ca. 2–5°C unter der Außentemperatur liegen. Dies reduziert zwar die Leistung des Wärmepumpenprozesses, verhindert jedoch ein verfrühtes Vereisen des Verdampfers. Bei einer Verfahrensvariante ist daher vorgesehen, die erfindungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung mittels eines Verfahrens zu betreiben, bei dem

– gasförmiges Kältemittel im Kompressor komprimiert wird,
– das komprimierte Kältemittel im Kondensator oder Gaskühler verflüssigt oder gekühlt wird,
– das verflüssigte oder gekühlte Kältemittel im ersten Expansionsventil entspannt wird,
– das entspannte Kältemittel im ersten Verdampfer teilweise verdampft wird,
– das teilweise verdampfte Kältemittel im zweiten Expansionsventil weiter entspannt wird und
– das weiter entspannte Kältemittel im zweiten Verdampfer weiter verdampft wird, wobei bei einer Außentemperatur unterhalb von 8 bis 10°C das erste Expansionsventil so eingestellt wird, dass die Arbeitstemperatur des ersten Verdampfers 2 bis 5 K unterhalb der Außentemperatur liegt, und das zweite Expansionsventil so eingestellt wird, dass die Arbeitstemperatur des zweiten Verdampfers 2 bis 5 K unterhalb der luftseitigen Ausgangstemperatur des ersten Verdampfers liegt.

However, it is not absolutely necessary to operate the first evaporator at temperatures above 0 ° C. Thus, it has been found that in cases where the working temperature of the evaporator, the outside temperature is only slightly below freezing of the evaporator takes place only with considerable delay. Thus, to extend the glacial intervals known, single-stage evaporator arrangements are often operated at operating temperatures that are only about 2-5 ° C below the outside temperature. Although this reduces the performance of the heat pump process, but prevents premature icing of the evaporator. In a variant of the method is therefore intended to operate the air conditioning device according to the invention by means of a method in which

- Compresses gaseous refrigerant in the compressor,
- the compressed refrigerant in the condenser or gas cooler is liquefied or cooled,
The liquefied or cooled refrigerant is expanded in the first expansion valve,
- the expanded refrigerant in the first evaporator is partially evaporated,
- The partially evaporated refrigerant is further expanded in the second expansion valve and
- The further expanded refrigerant in the second evaporator is further evaporated, wherein at an outside temperature below 8 to 10 ° C, the first expansion valve is set so that the operating temperature of the first evaporator 2 to 5 K below the outside temperature, and the second expansion valve so is set, that the operating temperature of the second evaporator is 2 to 5 K below the air-side outlet temperature of the first evaporator.

Dieses Verfahren folgt dem zuvor angedeuteten Ansatz des Betriebs jedes Verdampfers bei einer Arbeitstemperatur, die nur geringfügig unterhalb der Temperatur der ihn durchströmenden Luft liegt, wobei jedoch durch die Zweistufigkeit insgesamt eine größere Temperaturdifferenz zur Außentemperatur hergestellt und daher die Effizienz des Wärmepumpenprozess gegenüber einer einstufigen Verdampferanordnung gesteigert werden kann. This method follows the previously indicated approach of operating each vaporizer at a working temperature only slightly below the temperature of the air flowing through it, but with the two-stage as a whole making a greater temperature difference to the outside temperature and therefore increasing the efficiency of the heat pumping process over a one-stage vaporizer assembly can be.

Allerdings ist auch bei der erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung eine Vereisung wenigstens einer der Verdampfer auf Dauer nicht vermeidbar. Um den Abtauprozess möglichst effizient zu gestalten, wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem

– gasförmiges Kältemittel im Kompressor komprimiert wird,
– das komprimierte Kältemittel im Kondensator oder Gaskühler verflüssigt oder gekühlt wird,
– das verflüssigte oder gekühlte Kältemittel im zweiten Expansionsventil entspannt wird,
– das entspannte Kältemittel im zweiten Verdampfer wenigstens teilweise verdampft wird,

wobei das erste Expansionsventil geöffnet ist, sodass das im Kondensator verflüssigte oder gekühlte Kältemittel im ersten Verdampfer Wärme an die den ersten Verdampfer durchströmende Luft abgibt. However, even with the air conditioning device according to the invention, icing of at least one of the evaporators can not be avoided over the long term. In order to make the defrost process as efficient as possible, a method is proposed in which

- Compresses gaseous refrigerant in the compressor,
- the compressed refrigerant in the condenser or gas cooler is liquefied or cooled,
The liquefied or cooled refrigerant is expanded in the second expansion valve,
The expanded refrigerant in the second evaporator is at least partially evaporated,

wherein the first expansion valve is opened so that the refrigerant liquefied or cooled in the condenser in the first evaporator gives off heat to the air flowing through the first evaporator.

Durch die im Wesentlichen vollständige Öffnung des ersten Expansionsventils erfolgt hier praktisch kein oder nur ein sehr geringer Druckverlust. Der erste Verdampfer wird somit von dem heißen Kältemittel aus dem Kondensator/Gaskühler durchströmt. Der erste Verdampfer wirkt bei diesem Betriebsmodus sozusagen als eine Verlängerung des Kondensators/Gaskühlers, d.h. er wirkt selbst als Kondensator/Gaskühler, der Wärme an die ihr durchströmende Luft abgibt. Durch seine Durchströmung mit heißem Kältemittel wird seine eigene Abtauung bewirkt. Durch Aufheizung der ihn durchströmenden Luft (auf über 0°C) wird der von der erwärmten Luft durchströmte, zweite Verdampfer abgetaut. Dabei ist es günstig, im zweiten Verdampfer durch geeignete Einstellung des zweiten Expansionsventils die Verdampfung des Kältemittels aufrecht zu erhalten, sodass Wärme aus der den zweiten Verdampfer durchströmenden Luft zurückgewonnen werden kann. Due to the substantially complete opening of the first expansion valve takes place here virtually no or only a very small pressure loss. The first evaporator is thus flowed through by the hot refrigerant from the condenser / gas cooler. The first evaporator acts in this mode of operation as it were as an extension of the condenser / gas cooler, ie it acts as a condenser / gas cooler, the heat to her passing through the air. Its flow through with hot refrigerant causes its own defrost. By heating the air flowing through it (to above 0 ° C), the second evaporator, through which the heated air flows, is defrosted. It is favorable to maintain the evaporation of the refrigerant in the second evaporator by suitable adjustment of the second expansion valve, so that heat can be recovered from the air flowing through the second evaporator.

Der Fachmann wird verstehen, dass der genaue Zeitpunkt, zu dem eine solche Verfahrensvariante eingeleitet wird, von unterschiedlichen Kriterien abhängig gemacht werden kann. Insbesondere empfiehlt es sich, den Abtauprozess vorwiegend bei nur geringer Durchströmung der Verdampfer mit kalter Außenluft, d.h. insbesondere bei niedrigen Fahrtgeschwindigkeiten, z.B. unterhalb einer vorgegebenen Grenzgeschwindigkeit, einzuleiten. Eine starke Durchströmung mit kalter Außenluft würde die zur Abtauung erforderliche Zeitspanne unerwünschterweise verlängern. It will be understood by those skilled in the art that the exact time at which such a variant of the method is initiated may be dependent on different criteria. In particular, it is recommended that the defrosting process predominantly with only low flow through the evaporator with cold outside air, i. especially at low speeds, e.g. below a predetermined limit speed to initiate. A strong flow of cold outside air would undesirably increase the time required for defrosting.

In der obigen Beschreibung wird lediglich der Heizfall, auf den die vorliegende Erfindung in der Tat fokussiert ist, erläutert. Es ist jedoch selbstverständlich möglich, die erfindungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung um Elemente zu erweitern, die auch eine Kühlung der Fahrgastzelle ermöglichen. Hierzu sind dem Fachmann etliche Möglichkeiten an die Hand gegeben. So ist es bei einer Weiterbildung der Erfindung möglich, einen dritten Verdampfer vorzusehen, der mit der Luft in der Fahrgastzelle in thermischem Kontakt steht, insbesondere in der Fahrgastzelle angeordnet ist. Dieser kann kältemittelseitig dem zweiten Verdampfer nachgeschaltet sein. Insbesondere in Fällen, in denen zwischen dem zweiten Verdampfer und dem dritten Verdampfer kein separates Entspannungsorgan angeordnet ist, wird der dritte Verdampfer im Wesentlichen bei derselben Arbeitstemperatur wie der zweite Verdampfer betreibbar sein. Er kann dabei als Entfeuchter für die Innenraumluft dienen, die nach Durchströmen des dritten Verdampfers den Kondensator als Gegenheizer durchströmen kann. Durch geeignete Anordnung und Betätigung von Luftleit- und Mischklappen kann auf diese Weise sehr präzise ein gewünschtes Fahrgastzellenklima eingestellt werden. In the above description, only the heating case to which the present invention is actually focused will be explained. However, it is of course possible to expand the air conditioning device according to the invention by elements that also allow cooling of the passenger compartment. For this purpose, a number of possibilities are given to the person skilled in the art. So it is possible in a development of the invention to provide a third evaporator, which is in thermal contact with the air in the passenger compartment, in particular in the passenger compartment is arranged. This can be downstream of the second evaporator on the refrigerant side. In particular, in cases where no separate expansion device is arranged between the second evaporator and the third evaporator, the third evaporator will be operable substantially at the same operating temperature as the second evaporator. He can serve as a dehumidifier for the indoor air, which can flow through the condenser as a counter-heater after flowing through the third evaporator. By suitable arrangement and operation of air guiding and mixing flaps can be adjusted in this way very precisely a desired passenger compartment climate.

Denkbar ist selbstverständlich auch, eine zweistufige Verdampferanordnung in thermischem Kontakt mit der Luft in der Fahrgastzelle, insbesondere in der Fahrgastzelle, anzuordnen. Dies würde im Wesentlichen eine Erweiterung der erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung um eine aus der DE 10 2014 207 278 A1 bekannte Klimatisierungsvorrichtung bedeuten. Es hat sich als günstig erwiesen, diese, hier als Innenverdampfer-Anordnung bezeichnete Anordnung aus einem dritten und einem vierten Verdampfer parallel zu der hier als Außenverdampfer-Anordnung bezeichneten Anordnung aus erstem und zweiten Verdampfer zu schalten. Hierzu verzweigt die Kältemittelleitung hinter dem Kondensator einerseits zum ersten Verdampfer und andererseits zum dritten Verdampfer. Dem dritten Verdampfer kältemittelseitig und luftseitig nachgeschaltet ist der vierte Verdampfer, wobei zwischen drittem und vierten Verdampfer ein zusätzliches Expansionsorgan, insbesondere ein steuerbares Expansionsventil, angeordnet ist. Der kältemittelseitige Ausgang des vierten Verdampfers ist dann, ebenso wie der Ausgang des zweiten Verdampfers, mit dem saugseitigen Eingang des Kompressors verbunden. It is of course also conceivable to arrange a two-stage evaporator arrangement in thermal contact with the air in the passenger compartment, in particular in the passenger compartment. This would essentially be an extension of the air conditioning device according to the invention by one of the DE 10 2014 207 278 A1 mean known air conditioning device. It has proven to be advantageous to switch this arrangement, referred to here as an interior evaporator arrangement, from a third and a fourth evaporator parallel to the arrangement of the first and second evaporators, which is referred to here as an external evaporator arrangement. For this purpose, the refrigerant line branches behind the condenser on the one hand to the first evaporator and on the other hand to the third evaporator. Downstream of the third evaporator on the refrigerant side and on the air side is the fourth evaporator, an additional expansion element, in particular a controllable expansion valve, being arranged between the third and fourth evaporators. The refrigerant side output of the fourth evaporator is then, as well as the output of the second evaporator, connected to the suction-side input of the compressor.

Bezüglich der Kältemittelstrom-Regulierung lassen sich bei dieser Weiterbildung der Erfindung zwei Varianten unterscheiden. Bei einer ersten Variante ist das erste Expansionsorgan vor der erläuterten Verzweigung der Kältemittelleitung einerseits zum ersten Verdampfer und andererseits zum dritten Verdampfer angeordnet. Mit anderen Worten ist vorgesehen, dass das erste Expansionsventil in einem sowohl dem ersten als auch dem dritten Verdampfer kältemittelseitig unmittelbar vorgeschalteten, gemeinsamen Kältemittelleitungsabschnitt angeordnet ist. Bei einer zweiten Variante ist vorgesehen, dass das erste Expansionsventil in einem nur dem ersten Verdampfer kältemittelseitig unmittelbar vorgeschalteten Kältemittelleitungsabschnitt angeordnet ist und ein viertes Expansionsventil in einem nur dem dritten Verdampfer kältemittelseitig unmittelbar vorgeschalteten Kältemittelleitungsabschnitt angeordnet ist. Dies ist zwar apparativ und steuerungstechnisch aufwendiger, erlaubt aber eine unabhängige Steuerung von Außen- und Innenverdampfer-Anordnung. Regarding the refrigerant flow regulation can be distinguished in this development of the invention, two variants. In a first variant, the first expansion element is arranged in front of the explained branching of the refrigerant line on the one hand to the first evaporator and on the other hand to the third evaporator. In other words, it is provided that the first expansion valve in a both the first and the third evaporator refrigerant side immediately upstream, common refrigerant pipe section is arranged. In a second variant, it is provided that the first expansion valve is disposed in a refrigerant line section immediately upstream of the first evaporator only and a fourth expansion valve is arranged in a refrigerant line section immediately upstream of the third evaporator only. Although this is apparatus and control technology consuming, but allows independent control of outdoor and indoor evaporator arrangement.

Der Fachmann wird verstehen, dass die oben für den Heizfall anhand des ersten und zweiten Verdampfers erläuterten Betriebsverfahren mutatis mutandum auch im Kühlfall für den dritten und vierten Verdampfer anwendbar sind. Der Fachmann wird weiter verstehen, dass, wenn hier jeweils von einzelnen „Verdampfern“ die Rede ist, es sich nicht zwingend um voneinander getrennte Geräte handeln muss. Vielmehr können unterschiedlich mit Kältemittel beschickbare, komplexe Bauelemente realisiert sein, die die oben erläuterten Funktionen erfüllen. Insofern ist der Begriff des Verdampfers hier in erster Linie funktional zu verstehen. The person skilled in the art will understand that the operating methods explained above for the heating case with reference to the first and second evaporators are mutatis mutandis also applicable in the case of cooling for the third and fourth evaporators. Those skilled in the art will further understand that, when referring to individual "evaporators", it is not necessary that they are separate devices. On the contrary, complex components which can be charged differently with refrigerant and which fulfill the functions explained above can be realized. In this respect, the term evaporator is primarily functional here.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung, 1 a schematic representation of an air conditioning device according to the invention,

2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung mit Innenraumkühlung in einer ersten Ausführungsform, 2 a schematic representation of an air conditioning device according to the invention with interior cooling in a first embodiment,

3 gemäß einer zweiten Ausführungsform, 3 according to a second embodiment,

4 gemäß einer dritten Ausführungsform. 4 according to a third embodiment.

Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin. Like reference numerals in the figures indicate like or analogous elements.

1 zeigt in stark schematisierter Darstellung die wesentlichen Elemente einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung, die, wie der Fachmann verstehen wird, ohne weiteres um zusätzliche Elemente ergänzbar ist. Verschiedene, um zusätzliche Elemente ergänzte Ausführungsformen sind in den 2 bis 4 dargestellt. 1 shows in a highly schematic representation of the essential elements of an air conditioning device according to the invention, which, as the skilled person will understand, is readily supplemented by additional elements. Various embodiments supplemented with additional elements are disclosed in U.S. Patent Nos. 5,348,355 2 to 4 shown.

Die Klimatisierungsvorrichtung 10 umfasst bestimmte Elemente, die in oder in thermischem Kontakt mit der Fahrgastzelle 12 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs angeordnet sind, sowie Elemente, die im Vorderwagen 14 des Kraftfahrzeugs untergebracht sind. Elemente, die in den 1 bis 4 außerhalb der gestrichelt dargestellten Bereiche 12, 14 gezeigt sind, können beliebig angeordnet sein, wobei der Fachmann bauraumbedingte, akustische, thermische und andere Kriterien zur bevorzugten Standortwahl dieser Elemente heranziehen wird. The air conditioning device 10 includes certain elements that are in or in thermal contact with the passenger compartment 12 a motor vehicle not shown are arranged, as well as elements in the front 14 of the motor vehicle are housed. Elements that are in the 1 to 4 outside the dashed areas 12 . 14 are shown, can be arranged arbitrarily, the skilled person will use space-related, acoustic, thermal and other criteria for the preferred location of these elements.

1 zeigt einen Kältemittelkreis mit einem Kompressor 16, dessen druckseitiges Ende mit einem Kondensator bzw. Gaskühler 18, der in oder im thermischen Kontakt mit der Fahrgastzelle 12 angeordnet ist. Der Kondensator/Gaskühler 18 ist als Luft/Kältemittel-Wärmetauscher ausgebildet. Kältemittelausgangsseitig ist er über ein erstes Expansionsventil 20 mit dem kältemittelseitigen Eingang eines ersten Verdampfers 22 verbunden. Kältemittelausgangsseitig ist der erste Verdampfer 22 über ein zweites Expansionsventil 24 mit dem kältemittelseitigen Eingang eines zweiten Verdampfers 26 Kompressors 16 verbunden ist. Die Verdampfer 22, 26 sind als Luft/Kältemittel-Wärmetauscher ausgebildet und werden – zumindest bei Fahrt des Kraftfahrzeugs – von Außenluft 28 durchströmt. Typischerweise wird die Außenluftdurchströmung durch geeignete Gebläsemittel verstärkt bzw. auch im Stand des Kraftfahrzeugs aufrechterhalten. Geeigneterweise sind dazu die Verdampfer 22, 26 im Vorderwagen angeordnet, wobei dies bevorzugt in Fahrzeugrichtung vor der Vorderachse des Kraftfahrzeugs erfolgt, insbesondere im sogenannten Frontend des Fahrzeugs. Der Kondensator/Gaskühler 18 ist vorliegend in Fahrtrichtung nach den Verdampfern 22, 26 und auch nach der Vorderachse angeordnet. Für die vorliegende Erfindung von besonderer Relevanz ist der Heizfall (gewünscht ist eine Aufheizung der Luft in der Fahrgastzelle 12) bei kalter Außentemperatur. Hierzu durchströmt das im Kompressor 16 durch die dortige Verdichtung aufgeheizte Kältemittel den Kondensator/Gaskühler 18, der im Umluft- oder Frischluftbetrieb von Luft durchströmt wird, die im Anschluss in die Fahrgastzelle 12 gelangt. Bei der Durchströmung des Kondensators/Gaskühlers 18 nimmt die Luft Wärme von dem heißen Kältemittel auf. Entsprechend ergibt sich der gewünschte Heizeffekt in der Fahrgastzelle 12. 1 shows a refrigerant circuit with a compressor 16 , whose pressure-side end with a condenser or gas cooler 18 in or in thermal contact with the passenger compartment 12 is arranged. The condenser / gas cooler 18 is designed as an air / refrigerant heat exchanger. On the refrigerant side, it is via a first expansion valve 20 with the refrigerant side entrance of a first evaporator 22 connected. Refrigerant outlet side is the first evaporator 22 via a second expansion valve 24 with the refrigerant side input of a second evaporator 26 compressor 16 connected is. The evaporators 22 . 26 are designed as air / refrigerant heat exchangers and are - at least when driving the motor vehicle - of outside air 28 flows through. Typically, the outside air flow is amplified by suitable blower means or maintained in the state of the motor vehicle. Suitably, these are the evaporators 22 . 26 arranged in the front end, wherein this preferably takes place in the vehicle direction in front of the front axle of the motor vehicle, in particular in the so-called front end of the vehicle. The condenser / gas cooler 18 is present in the direction of travel after the evaporators 22 . 26 and also arranged after the front axle. For the present invention of particular relevance is the heating case (it is desired to heat the air in the passenger compartment 12 ) at cold outside temperature. For this flows through the compressor 16 by the local compression heated refrigerant the condenser / gas cooler 18 , which is traversed in the recirculation or fresh air mode of air, the subsequent in the passenger compartment 12 arrives. When flowing through the condenser / gas cooler 18 the air absorbs heat from the hot refrigerant. Accordingly, the desired heating effect results in the passenger compartment 12 ,

Gleichzeitig kann der erste Verdampfer 22 bei einer dicht über dem Gefrierpunkt liegenden Temperatur, z.B. bei ca. 2 bis 5°C, insbesondere bei ca. 3°C betrieben werden. Dies lässt sich durch geeignete Einstellung des ersten Expansionsventils 20 bewirken. Das zweite Expansionsventil 24 wird dabei so eingestellt, dass der zweite Verdampfer 26 bei einer Temperatur deutlich unter dem Gefrierpunkt, insbesondere bei ca. –5°C bis –15°C, insbesondere bei ca. –10°C betrieben wird. Der Außenluft, die währenddessen nacheinander erst den ersten Verdampfer 22 und dann den zweiten Verdampfer 26 durchströmt, wird dabei die zur Verdampfung des Kältemittels erforderliche Wärme entzogen. Insbesondere die Durchströmung des zweiten Verdampfers 26, der bei einer sehr niedrigen Arbeitstemperatur betrieben wird, führt zu einem deutlichen Wärmeeintrag in das Kältemittel. Dabei ist die Gefahr eines Einfrierens der Lamellen des zweiten Verdampfers 26 jedoch gegenüber einer einstufigen Verdampfung reduziert, weil die den zweiten Verdampfer 26 durchströmende Außenluft 28 bereits im ersten Verdampfer 22 eine deutliche Entfeuchtung erfahren hat. Selbstverständlich folgt auch im ersten Verdampfer 22 eine gewisse Wärmeentnahme aus der Außenluft 28. Die Hauptaufgabe des ersten Verdampfers 22 ist jedoch die zuvor genannte Luftentfeuchtung. In jedem Fall führt die aus der Außenluft aufgenommene Wärme dazu, dass im Kompressor 16 zur Erreichung eines für die gewünschte Aufheizung erforderlichen Temperaturniveaus geringere mechanische Energie aufgewandt werden muss. At the same time, the first evaporator 22 be operated at a temperature well above freezing, for example at about 2 to 5 ° C, in particular at about 3 ° C. This can be achieved by suitable adjustment of the first expansion valve 20 cause. The second expansion valve 24 is set so that the second evaporator 26 at a temperature well below freezing, in particular at about -5 ° C to -15 ° C, in particular at about -10 ° C is operated. The outside air, which in succession only the first evaporator 22 and then the second evaporator 26 flows through it, the heat required to evaporate the refrigerant is removed. In particular, the flow through the second evaporator 26 , which is operated at a very low operating temperature, leads to a significant heat input into the refrigerant. There is the risk of freezing the fins of the second evaporator 26 However, reduced compared to a single-stage evaporation, because the second evaporator 26 flowing outside air 28 already in the first evaporator 22 has experienced a significant dehumidification. Of course, also follows in the first evaporator 22 a certain heat extraction from the outside air 28 , The main task of the first evaporator 22 however, is the aforementioned dehumidification. In any case, the heat absorbed from the outside air causes the compressor to 16 to achieve a required for the desired heating temperature levels lower mechanical energy must be expended.

Insbesondere bei sehr kalten Außentemperaturen und/oder hoher Luftfeuchtigkeit und/oder Spritzwasser, welches in den Vorderwagen 14 gelangt, kann auf Dauer eine Vereisung des zweiten Verdampfers 26 nicht vollständig vermieden werden, wenngleich der Vereisungszeitpunkt durch die vorliegende Erfindung gegenüber einstufigen Verdampferanordnungen deutlich verzögert wird. Ab einem gewissen Maß der Vereisung des zweiten Verdampfers 26 wird eine Abtauung notwendig. Diese erfolgt vorzugsweise derart, dass das Expansionsventil 26 vollständig geöffnet wird. Das heiße Kältemittel aus dem Kondensator/Gaskühler 18 strömt dann ohne Druckverlust durch den ersten Verdampfer 22, der dadurch als „Verlängerung“ des Kondensators/Gaskühlers 18 wirkt. Insbesondere erfolgt in ihm keine Verdampfung von Kältemittel, die zu einem Entzug von Wärme aus der Außenluft 28 führen würde. Im Gegenteil entnimmt die den ersten Verdampfer 22 durchströmende Außenluft dem Kältemittel Wärme und durchströmt dann den zweiten Verdampfer 26 mit einer über dem Gefrierpunkt liegenden Temperatur. Dies führt zu einer zügigen Abtauung des zweiten Verdampfers, der derweil weiter im Verdampferbetrieb, vorzugsweise jedoch bei einer über dem Gefrierpunkt liegenden Arbeitstemperatur, insbesondere bei ca. 2°C bis 5°C, insbesondere bei ca. 3°C betrieben wird. Dies führt dazu, dass selbst während des Abtauprozesses der Außenluft 28 im zweiten Verdampfer 26 Wärme entzogen und dem Kältemittel zugeführt werden kann, was die Effizienz der erfindungsgemäßen Wärmepumpe nochmals steigert. Especially in very cold outside temperatures and / or high humidity and / or water spray, which in the front 14 can, in the long term icing of the second evaporator 26 can not be completely avoided, although the freezing time is significantly delayed by the present invention over single-stage evaporator arrangements. From a certain extent the icing of the second evaporator 26 a defrost becomes necessary. This is preferably carried out such that the expansion valve 26 is completely opened. The hot refrigerant from the condenser / gas cooler 18 then flows through the first evaporator without pressure loss 22 thus acting as "extension" of the condenser / gas cooler 18 acts. In particular, there is no evaporation of refrigerant in it, leading to a withdrawal of heat from the outside air 28 would lead. On the contrary, it takes the first evaporator 22 Outside air flowing through the refrigerant heat and then flows through the second evaporator 26 with a temperature above freezing. This leads to a rapid defrosting of the second evaporator, which continues to operate in the evaporator mode, but preferably at a working temperature above freezing, in particular at about 2 ° C to 5 ° C, in particular at about 3 ° C. This leads to the fact that even during the defrosting process of the outside air 28 in the second evaporator 26 Heat can be removed and fed to the refrigerant, which further increases the efficiency of the heat pump according to the invention.

Typischerweise sind Klimatisierungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge nicht nur für den Heizfall ausgelegt. Die 2–4 zeigen verschiedene Beispiele von Erweiterungsmöglichkeiten, die neben dem oben erläuterten Heizbetrieb auch einen Kühlbetrieb erlauben, bei dem die Luft in der Fahrgastzelle 12 abgekühlt wird. Bei den Ausführungsformen der 2 und 3 ist in der Fahrgastzelle 12 bzw. wenigstens in thermischem Kontakt mit dieser eine einstufige Verdampferanordnung, nämlich ein dritter Verdampfer 30 vorgesehen. Der dritte Verdampfer 30 ist kältemittelseitig zwischen dem Ausgang des zweiten Verdampfers 26 und dem saugseitigen Eingang des Kompressors 16 geschaltet. Da bei der gezeigten Ausführungsform zwischen dem zweiten Verdampfer 26 und dem dritten Verdampfer 30 kein zusätzliches Expansionsorgan vorgesehen ist, wird der dritte Verdampfer 39 im Wesentlichen bei der gleichen Arbeitstemperatur betrieben wie der zweite Verdampfer 26. Durch geeignete Luftführung in der Fahrgastzelle 12 kann die Luft im Umluft- oder Frischluftbetrieb über den dritten Verdampfer 30 anstatt über den Kondensator 18 geleitet werden, sodass eine Abkühlung der Fahrgastzelle 12 erfolgt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Luft teilweise über je eines der genannten Elemente zu lenken, oder die Luft wenigstens teilweise zur Entfeuchtung durch den dritten Verdampfer 30 und im Anschluss zur Gegenheizung durch den Kondensator/Gaskühler 18 zu leiten. Dem Fachmann sind hier vielfältige Verschaltungs- und Steuermöglichkeiten bekannt. Typically, automotive air conditioning devices are not designed for heating only. The 2 - 4 show various examples of expansion options that allow in addition to the above-mentioned heating operation also a cooling operation in which the air in the passenger compartment 12 is cooled. In the embodiments of the 2 and 3 is in the passenger compartment 12 or at least in thermal contact with this one-stage evaporator arrangement, namely a third evaporator 30 intended. The third evaporator 30 is refrigerant side between the outlet of the second evaporator 26 and the suction inlet of the compressor 16 connected. Since in the embodiment shown between the second evaporator 26 and the third evaporator 30 no additional expansion device is provided, the third evaporator 39 operated at substantially the same operating temperature as the second evaporator 26 , By suitable air flow in the passenger compartment 12 can the air in the recirculation or fresh air mode via the third evaporator 30 instead of the capacitor 18 be routed, allowing a cooling of the passenger compartment 12 he follows. Of course, it is also possible to direct the air partly via each one of said elements, or the air at least partially for dehumidification by the third evaporator 30 and then to the counterheating by the condenser / gas cooler 18 to lead. A person skilled in the art is familiar with a variety of interconnection and control options here.

Bei den Ausführungsformen der 3 und 4 ist die Verdampferanordnung in bzw. in thermischem Kontakt mit der Fahrgastzelle 12 zweistufig ausgelegt. D.h. sie umfasst einen dritten Verdampfer 30 und einen vierten Verdampfer 32, der dem dritten Verdampfer 30 kältemittelseitig über ein drittes Expansionsventil 34 nachgeschaltet ist. Bei den gezeigten Ausführungsformen ist die fahrgastzellenseitige Innenverdampfer-Anordnung 30/32 der vorderwagenseitigen Außenverdampfer-Anordnung 22/26 parallel geschaltet. Dies bedeutet, dass, ausgehend von der Schaltung der 1, der dritte Verdampfer 30 kältemitteleingangsseitig mit der Verbindung zwischen Kondensator/Gaskühler 18 und erstem Verdampfer 22 verbunden und der vierte Verdampfer 32 ausgangsseitig ebenso wie der zweite Verdampfer 26 mit dem saugseitigen Ende des Kompressors 16 verbunden ist. Während bei der Ausführungsform von 3 das erste Expansionsventil 20 sowohl den Druck im ersten Verdampfer 22 als auch im dritten Verdampfer 30 steuert, ist bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ein zusätzliches, viertes Expansionsventil 36 vorgesehen, welches für die Drucksteuerung im dritten Verdampfer 30 zuständig ist, während das erste Expansionsventil 20 allein den Druck im ersten Verdampfer 22 steuert. In the embodiments of the 3 and 4 is the evaporator arrangement in or in thermal contact with the passenger compartment 12 designed in two stages. That is, it includes a third evaporator 30 and a fourth evaporator 32 , the third evaporator 30 on the refrigerant side via a third expansion valve 34 is downstream. In the embodiments shown, the passenger compartment side interior evaporator assembly 30 / 32 the front-side outer evaporator arrangement 22 / 26 connected in parallel. This means that, starting from the circuit of the 1 , the third evaporator 30 refrigerant inlet side with the connection between condenser / gas cooler 18 and first evaporator 22 connected and the fourth evaporator 32 on the output side as well as the second evaporator 26 with the suction end of the compressor 16 connected is. While in the embodiment of 3 the first expansion valve 20 both the pressure in the first evaporator 22 as well as in the third evaporator 30 controls is at the in 4 shown embodiment, an additional, fourth expansion valve 36 provided, which for the pressure control in the third evaporator 30 is responsible while the first expansion valve 20 only the pressure in the first evaporator 22 controls.

Die zweistufige Ausgestaltung der Innenraum-Verdampferanordnung 30/32 ermöglich im Grunde die gleichen Ansteuerungsoptionen, wie oben im Kontext der vorderwagenseitigen Außenverdampfer-Anordnung 22/26 beschrieben, wobei hier jedoch die Wärmeentnahme aus der die Innenverdampfer 30/32 durchströmenden Luft zur Kühlung der Fahrgastzelle genutzt werden kann. Auch das Abtauen des nach gegebener Zeit vereisten vierten Verdampfers 32 kann in zu dem oben beschriebenen analoger Weise erfolgen. The two-stage design of the interior evaporator assembly 30 / 32 basically allows the same drive options as above in the context of the front-end evaporator assembly 22 / 26 described here, but here the heat extraction from the interior evaporator 30 / 32 flowing air can be used to cool the passenger compartment. Also the defrosting of the fourth vaporizer after a certain time 32 can be done in the manner described above analogous manner.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Beispielsweise kann die Form der Lamellen der Außenverdampfer – ebenso wie die Lamellenform der Innenverdampfer – Gegenstand konstruktiver Optimierung durch den Fachmann sein. Bevorzugt ist die Lamellenform des ersten Verdampfers im Hinblick auf maximale Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der den ersten Verdampfer durchströmenden Luft optimiert, während die Lamellenform des zweiten Verdampfers alternativ oder zusätzlich im Hinblick auf minimale Vereisung hin optimiert ist. Letzteres kann z.B. durch Optimierung der Abfuhr (noch) flüssigen Wassers von den Lamellen erreicht werden. Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures represent only illustrative embodiments of the present invention. In the light of the disclosure herein, those skilled in the art will be offered a wide range of possible variations. For example, the shape of the fins of the outer evaporator - as well as the lamella shape of the inner evaporator - be the subject of constructive optimization by a person skilled in the art. Preferably, the lamellar shape of the first evaporator is optimized with regard to maximum heat transfer between the refrigerant and the air flowing through the first evaporator, while the lamellar shape of the second evaporator is alternatively or additionally optimized with regard to minimal icing. The latter can e.g. by optimizing the removal (still) of liquid water from the fins.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Klimatisierungsvorrichtung Air conditioning device
12 12: Fahrgastzelle cabin
14 14: Vorderwagen front end
16 16: Kompressor compressor
18 18: Kondensator/Gaskühler Condenser / gas cooler
20 20: erstes Expansionsventil first expansion valve
22 22: erster Verdampfer first evaporator
24 24: zweites Expansionsventil second expansion valve
26 26: zweiter Verdampfer second evaporator
28 28: Außenluft outside air
30 30: dritter Verdampfer third evaporator
32 32: vierter Verdampfer fourth evaporator
34 34: drittes Expansionsventil third expansion valve
36 36: viertes Expansionsventil fourth expansion valve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014207278 A1 [0004, 0017] DE 102014207278 A1 [0004, 0017]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

„_Dialoge – das Audi-Technologiemagazin“ Ausgabe 1/2013, Seite 56 [0003] "_Dialogues - the Audi Technology Magazine" Issue 1/2013, page 56 [0003]

Claims

Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelkreis, umfassend – einen Kompressor (16), mittels dessen gasförmiges Kältemittel komprimierbar ist, – einen dem Kompressor (16) kältemittelseitig nachgeschalteten, als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten Kondensator oder Gaskühler (18), der in thermischem Kontakt zur Luft in einer Fahrgastzelle (12) des Kraftfahrzeugs steht, – ein dem Kondensator oder Gaskühler (18) kältemittelseitig nachgeschaltetes, erstes Expansionsorgan (20), mittels dessen das im Kondensator oder Gaskühler (18) verflüssigte oder gekühlte Kältemittel entspannbar ist, und – einen dem ersten Expansionsorgan (20) kältemittelseitig nachgeschalteten, als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten und im Vorderwagen (14) des Kraftfahrzeugs in thermischem Kontakt zur Außenluft (28) angeordneten ersten Verdampfer (22), gekennzeichnet durch einen als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten und sowohl luftseitig als auch kältemittelseitig dem ersten Verdampfer (22) nachgeschalteten und im Vorderwagen (14) des Kraftfahrzeugs angeordneten zweiten Verdampfer (26), wobei kältemittelseitig zwischen dem ersten Verdampfer (22) und dem zweiten Verdampfer (26) ein zweites Expansionsorgan (24) angeordnet ist. Air conditioning device for a motor vehicle having a refrigerant circuit, comprising - a compressor ( 16 ), by means of which gaseous refrigerant is compressible, - a compressor ( 16 ) downstream of the refrigerant, formed as an air / refrigerant heat exchanger condenser or gas cooler ( 18 ) in thermal contact with the air in a passenger compartment ( 12 ) of the motor vehicle, - a condenser or gas cooler ( 18 ) downstream of the refrigerant, first expansion element ( 20 ), by means of which in the condenser or gas cooler ( 18 ) liquefied or cooled refrigerant is depressurizable, and - a first expansion organ ( 20 ) downstream of the refrigerant side, designed as an air / refrigerant heat exchanger and in the front end ( 14 ) of the motor vehicle in thermal contact with the outside air ( 28 ) arranged first evaporator ( 22 ), characterized by a designed as air / refrigerant heat exchanger and both the air side and the refrigerant side, the first evaporator ( 22 ) downstream and in the front ( 14 ) of the motor vehicle arranged second evaporator ( 26 ), wherein the refrigerant side between the first evaporator ( 22 ) and the second evaporator ( 26 ) a second expansion organ ( 24 ) is arranged.

Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Expansionsorgan als ein steuerbares, erstes Expansionsventil (20) und/oder das zweite Expansionsorgan als ein steuerbares, zweites Expansionsventil (24) ausgebildet ist. Air-conditioning device according to claim 1, characterized in that the first expansion element as a controllable, first expansion valve ( 20 ) and / or the second expansion element as a controllable, second expansion valve ( 24 ) is trained.

Klimatisierungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten, dritten Verdampfer (30), der in thermischem Kontakt zur Luft in der Fahrgastzelle (12) des Kraftfahrzeugs steht und dem zweiten Verdampfer (26) kältemittelseitig nachgeschaltet ist. Air-conditioning device according to one of the preceding claims, characterized by a third evaporator designed as an air / refrigerant heat exchanger ( 30 ) in thermal contact with the air in the passenger compartment ( 12 ) of the motor vehicle and the second evaporator ( 26 ) downstream of the refrigerant side.

Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Verdampfer (30) dem Kondensator oder Gaskühler (18) luftseitig vorgeschaltet ist. Air-conditioning device according to claim 3, characterized in that the third evaporator ( 30 ) the condenser or gas cooler ( 18 ) upstream on the air side.

Klimatisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch einen als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten, dritten Verdampfer (30) und einen dem dritten Verdampfer (30) sowohl luftseitig als auch kältemittelseitig nachgeschalteten, von diesem durch ein drittes Expansionsventil (34) getrennten, als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten, vierten Verdampfer (32), der in thermischem Kontakt zur Luft in der Fahrgastzelle (12) des Kraftfahrzeugs steht, wobei der dritte Verdampfer (30) und der vierte Verdampfer (32) dem ersten Verdampfer (22) und dem zweiten Verdampfer (15) kältemittelseitig parallel geschaltet sind, indem der dritte Verdampfer (30) dem Kondensator oder Gaskühler (18) kältemittelseitig nachgeschaltet und der vierte Verdampfer (32) dem Kompressor (16) kältemittelseitig vorgeschaltet ist. Air conditioning device according to one of claims 1 to 2, characterized by a designed as an air / refrigerant heat exchanger, third evaporator ( 30 ) and a third evaporator ( 30 ) downstream of both the air side and the refrigerant side, from this by a third expansion valve ( 34 ) separate, designed as an air / refrigerant heat exchanger, fourth evaporator ( 32 ) in thermal contact with the air in the passenger compartment ( 12 ) of the motor vehicle, wherein the third evaporator ( 30 ) and the fourth evaporator ( 32 ) the first evaporator ( 22 ) and the second evaporator ( 15 ) are connected in parallel on the refrigerant side by the third evaporator ( 30 ) the condenser or gas cooler ( 18 ) downstream of the refrigerant side and the fourth evaporator ( 32 ) the compressor ( 16 ) upstream of the refrigerant side.

Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Expansionsventil (20) in einem sowohl dem ersten als auch dem dritten Verdampfer (22) kältemittelseitig unmittelbar vorgeschalteten, gemeinsamen Kältemittelleitungsabschnitt angeordnet ist. Air conditioning device according to claim 5, characterized in that the first expansion valve ( 20 ) in both the first and third evaporators ( 22 ) is arranged on the refrigerant side immediately upstream, common refrigerant line section.

Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Expansionsventil (20) in einem nur dem ersten Verdampfer (22) kältemittelseitig unmittelbar vorgeschalteten Kältemittelleitungsabschnitt angeordnet ist und ein viertes Expansionsventil (36) in einem nur dem dritten Verdampfer (30) kältemittelseitig unmittelbar vorgeschalteten Kältemittelleitungsabschnitt angeordnet ist. Air conditioning device according to claim 6, characterized in that the first expansion valve ( 20 ) in one only the first evaporator ( 22 ) refrigerant side immediately upstream refrigerant line section is arranged and a fourth expansion valve ( 36 ) in only the third evaporator ( 30 ) is arranged on the refrigerant side immediately upstream refrigerant line section.

Verfahren zum Betrieb einer Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei dem – gasförmiges Kältemittel im Kompressor (16) komprimiert wird, – das komprimierte Kältemittel im Kondensator oder Gaskühler (18) verflüssigt oder gekühlt wird, – das verflüssigte oder gekühlte Kältemittel im ersten Expansionsventil (20) entspannt wird, – das entspannte Kältemittel im ersten Verdampfer (22) teilweise verdampft wird, – das teilweise verdampfte Kältemittel im zweiten Expansionsventil (24) weiter entspannt wird und – das weiter entspannte Kältemittel im zweiten Verdampfer (26) weiter verdampft wird, wobei das erste Expansionsventil (20) so eingestellt wird, dass die Arbeitstemperatur des ersten Verdampfers (22) oberhalb 0°C liegt, und das zweite Expansionsventil (24) so eingestellt wird, dass die Arbeitstemperatur des zweiten Verdampfers (26) unterhalb 0°C liegt. Method for operating an air-conditioning device according to claim 2, in which - gaseous refrigerant in the compressor ( 16 ) - the compressed refrigerant in the condenser or gas cooler ( 18 ) is liquefied or cooled, - the liquefied or cooled refrigerant in the first expansion valve ( 20 ), - the expanded refrigerant in the first evaporator ( 22 ) is partially evaporated, - the partially evaporated refrigerant in the second expansion valve ( 24 ) is further relaxed and The further expanded refrigerant in the second evaporator ( 26 ) is further evaporated, wherein the first expansion valve ( 20 ) is adjusted so that the working temperature of the first evaporator ( 22 ) is above 0 ° C, and the second expansion valve ( 24 ) is adjusted so that the working temperature of the second evaporator ( 26 ) is below 0 ° C.

Verfahren zum Betrieb einer Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei dem – gasförmiges Kältemittel im Kompressor (16) komprimiert wird, – das komprimierte Kältemittel im Kondensator oder Gaskühler (18) verflüssigt oder gekühlt wird, – das verflüssigte oder gekühlte Kältemittel im ersten Expansionsventil (20) entspannt wird, – das entspannte Kältemittel im ersten Verdampfer (22) teilweise verdampft wird, – das teilweise verdampfte Kältemittel im zweiten Expansionsventil (24) weiter entspannt wird und – das weiter entspannte Kältemittel im zweiten Verdampfer (26) weiter verdampft wird, wobei bei einer Außentemperatur unterhalb von 8 bis 10°C das erste Expansionsventil (20) so eingestellt wird, dass die Arbeitstemperatur des ersten Verdampfers (22) 2 bis 5 K unterhalb der Außentemperatur liegt, und das zweite Expansionsventil (24) so eingestellt wird, dass die Arbeitstemperatur des zweiten Verdampfers (26) 2 bis 5 K unterhalb der luftseitigen Ausgangstemperatur des ersten Verdampfers (22) liegt. Method for operating an air-conditioning device according to claim 2, in which - gaseous refrigerant in the compressor ( 16 ) - the compressed refrigerant in the condenser or gas cooler ( 18 ) is liquefied or cooled, - the liquefied or cooled refrigerant in the first expansion valve ( 20 ), - the expanded refrigerant in the first evaporator ( 22 ) is partially evaporated, - the partially evaporated refrigerant in the second expansion valve ( 24 ) is further relaxed and - the further expanded refrigerant in the second evaporator ( 26 ) is further evaporated, wherein at an outside temperature below 8 to 10 ° C, the first expansion valve ( 20 ) is adjusted so that the working temperature of the first evaporator ( 22 ) Is 2 to 5 K below the outside temperature, and the second expansion valve ( 24 ) is adjusted so that the working temperature of the second evaporator ( 26 ) 2 to 5 K below the air-side outlet temperature of the first evaporator ( 22 ) lies.

Verfahren zum Betrieb einer Klimatisierungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei dem – gasförmiges Kältemittel im Kompressor (16) komprimiert wird, – das komprimierte Kältemittel im Kondensator oder Gaskühler (18) verflüssigt oder gekühlt wird, – das verflüssigte oder gekühlte Kältemittel im zweiten Expansionsventil (24) entspannt wird, – das entspannte Kältemittel im zweiten Verdampfer (26) wenigstens teilweise verdampft wird, wobei das erste Expansionsventil (20) geöffnet ist, sodass das im Kondensator oder Gaskühler (18) verflüssigte oder gekühlte Kältemittel im ersten Expansionsventil (20) keine Entspannung erfährt. Method for operating an air-conditioning device according to claim 2, in which - gaseous refrigerant in the compressor ( 16 ) - the compressed refrigerant in the condenser or gas cooler ( 18 ) is liquefied or cooled, - the liquefied or cooled refrigerant in the second expansion valve ( 24 ), - the expanded refrigerant in the second evaporator ( 26 ) is at least partially vaporized, wherein the first expansion valve ( 20 ) is open, so that in the condenser or gas cooler ( 18 ) liquefied or cooled refrigerants in the first expansion valve ( 20 ) experiences no relaxation.