DE102017215018A1

DE102017215018A1 - Wärme-/Kältesystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017215018A1
Application number: DE102017215018.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Demmer; Dana Nicgorski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2017-08-28
Publication date: 2019-02-28
Also published as: CN109421471A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest die folgenden Komponenten, einen Verdichter (10),ein erstes Ventil (60), ein zweites Ventil (70) und ein drittes Ventil (80),einen ersten Wärmeübertrager (20), der ausgebildet ist, einen ersten Luftstrom zu erwärmen, einen zweiten Wärmeübertrager (30), der ausgebildet ist, einen zweiten Luftstrom zu kühlen und/oder zu trocknen, einen dritten Wärmeübertrager (40), der ausgebildet ist eine Komponente des Antriebs des Kraftfahrzeugs zu kühlen, einen vierten Wärmeübertrager (50), der ausgebildet ist, Wärmeenergie mit der Umgebung des Kraftfahrzeugs auszutauschen. Es wird vorgeschlagen, dass die einzelnen Komponenten des Wärme-/Kältesystems (1) über einen Fluidkreislauf (5), in dem ein Wärmeträgermedium zirkuliert, zusammenwirken, insbesondere verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärme-/Kältesystem für ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 18.
Stand der Technik
Es ist aus Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor bekannt eine Vielzahl von Fluidkreisläufen einzusetzen um eine Kühlung/Erwärmung des Fahrgastinnenraums und eine Kühlung der Komponenten des Antriebs zu ermöglichen. Insbesondere gibt es einen Fluidkreislauf zur Kühlung oder Erwärmung des Motors und einen Fluidkreislauf zur Kühlung oder Erwärmung des Fahrgastinnenraums. Weiter gibt es elektrische Zusatzheizungen zur Erwärmung des Fahrgastinnenraums. Die bekannten Aufbauten benötigen eine Vielzahl an Komponenten, wodurch die Fehleranfälligkeit und das Gewicht des Fahrzeugs entsprechend erhöht sind. Ferner benötigen solche Aufbauten zum Betrieb sehr viel Energie.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es ein Wärme-/Kältesystem bereitzustellen, welche eine verbesserte Energienutzung und einen in der Anzahl der Komponenten minimierten Aufbau aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem erfindungsgemäßen Wärme-/Kältesystem gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren zum Betreiben eines solchen Wärme-/Kältesystems gemäß Anspruch 18.
Besonders vorteilhaft ist, dass die einzelnen Komponenten des Wärme-/Kältesystems über einen Fluidkreislauf, in dem ein Wärmeträgermedium zirkuliert, zusammenwirken. Die einzelnen Komponenten des Wärme-/Kältesystems sind über einen Fluidkreislauf miteinander verbunden. Ferner wirkt das System vorteilhaft wie beispielsweise eine Wärmepumpe bzw. eine Kältemaschine. Vorteilhaft ist, dass durch den Einsatz die Abwärme oder ungewollte Kühlenergie einzelner Komponenten des Kraftfahrzeugs anderen Komponenten zugeführt werden kann. Es erfolgt somit ein wiederverwerten von Wärme- und/oder Kälteenergie. Auch ist vorteilhaft, dass überflüssige Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben werden kann. Und das Wärmeenergie aus der Umgebung entnommen und dem System zugeführt werden kann. Vorteilhaft ist, dass ein erfindungsgemäßes System somit weniger elektrische oder Energie aus fossilen oder synthetischen Brennstoffen benötigt. Ferner ist das Wärme-/Kältesystem derart ausgebildet, dass mittels dem Schalten der Ventile ein Wechsel zwischen mindestens zwei Betriebszuständen möglich ist.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
Besonders vorteilhaft ist, dass die einzelnen Komponenten des Wärme-/Kältesystems über nur einen einzigen Fluidkreislauf zusammenwirken, insbesondere miteinander verbunden sind. Die einzelnen Komponenten des Wärme-/Kältesystems sind Teil eines einzigen Fluidkreislaufs. Die Verwendung eines einzigen Fluidkreislaufs, der alle Komponenten verbindet, bewirkt eine weitere Optimierung des System, insbesondere bezogen auf die Umverteilung der Wärmeenergie (Enthalpie), zwischen den einzelnen Komponenten des Wärme-/Kältesystems.
Vorteilhaft ist, dass in einem ersten Betriebszustand die Ventile derart geschalten sind, dass ein gleichzeitiges Betreiben des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Wärmeübertragers möglich sind. Das gleichzeitige Betreiben des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Wärmeübertragers erlaubt eine Trocknung der Luft im Kraftfahrzeuginnenraum durch den zweiten Wärmeübertrager, eine Erwärmung der Luft im Kraftfahrzeuginnenraum durch den ersten Wärmeübertrager und eine Kühlung der Komponente des Antriebs, insbesondere des Fahrzeugantriebs, unter Verwendung der Wärmeenergie aus der Umgebung. Das System ermöglicht die gleichzeitige Versorgung einer Vielzahl von Komponenten.
Als vorteilhaft ist anzusehen, dass in einem zweiten Betriebszustand die Ventile derart geschalten sind, dass nur eine Erwärmung der Luft im Kraftfahrzeuginnenraum, insbesondere unter Verwendung der Wärmeenergie aus der Umgebung, erfolgt. Die Entnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung bewirkt eine Verringerung des elektrischen oder chemischen Energiebedarfs.
Von Vorteil ist, dass in einem dritten Betriebszustand die Ventile so geschalten sind, dass ein Abkühlen und/oder Trocknung des Kraftfahrzeuginnenraums, insbesondere unter Abgabe der Wärmeenergie an die Umgebung des Kraftfahrzeugs, erfolgt.
Vorteilhaft ist, dass das erste Ventil drei Wege aufweist, wobei das erste Ventil ausgebildet ist, gleichzeitig abhängig von seiner Ventilschaltstellung als Expansionsventil und/oder als Wegeventil zu fungieren. Hierdurch ergibt sich größtmögliche Flexibilität. Vorzugsweise arbeitet das Ventil in einer ersten Ventilschaltstellung, insbesondere in dem ersten Betriebszustand, derart, dass ein erster Weg als Expansions- und ein zweiter Weg als Wegeventil ausgebildet ist. In einer zweiten Ventilschaltstellung, insbesondere in dem zweiten Betriebszustand, arbeitet das Ventil derart, dass ein erster Weg als Expansionsventil und ein zweiter Weg als Sperrventil ausgebildet ist. In einer dritten Ventilschaltstellung, insbesondere in dem dritten Betriebszustand, arbeitet das Ventil als Wegeventil.
Besonders vorteilhaft ist, dass das zweite Ventil drei Wege aufweist, wobei das zweite Ventil ausgebildet ist, gleichzeitig abhängig von seiner Ventilschaltstellung die Expansion für einen ersten Weg und/oder die Expansion für einen zweiten Weg zu regeln.
Vorteilhaft ist, dass der erste Wärmeübertrager so ausgebildet ist, dass der ihn durchströmende erste Luftstrom den Kraftfahrzeuginnenraum erwärmt, wobei in dem dritten Betriebszustand das Durchströmen des Wärmeübertragers mit Luft unterbrechbar ist. Vorzugsweise kann mittels des Luftstroms, welcher den Wärmeübertrager durchströmt die Entnahme von Wärmeenergie reguliert werden. Abhängig von der entnommenen Wärmeenergie die dem Luftstrom zugeführt ist, erfolgt die Erwärmung des Fahrgastinnenraums mittels dem Luftstrom, der insbesondere in den Fahrzeuginnenraum geleitet wird.
Von Vorteil ist, dass der erste Wärmeübertrager so ausgebildet ist, dass der Aggregatzustand des Wärmeträgermediums sich von gasförmig zu flüssig ändern, und hierbei Wärmeenergie an die ihn durchströmende oder umströmende Luft abgeben wird. Hierdurch kann der Fahrgastinnenraum erwärmt werden.
Vorteilhaft ist, dass der zweite Wärmeübertrager als Verdampfer ausgebildet ist. Der Verdampfer ändert unter Erzeugung von Kälteenergie den Aggregatzustand des Wärmeträgermediums von flüssig zu gasförmig. Der zweite Wärmeübertrager ist derart ausgebildet, dass er den ihn durchströmende zweite Luftstrom mittels der erzeugten Kälteenergie abkühlt und/oder trocknet. Mit dem getrockneten Luftstrom kann anschließend die Luft im Fahrgastinnenraum getrocknet werden. Mit dem gekühlten Luftstrom kann die Luft im Fahrgastinnenraum gekühlt werden.
Von Vorteil ist, dass der zweite Wärmeübertrager und der dritte Wärmeübertrager parallel zueinander geschalten sind, und dass die Durchströmung des zweiten und des dritten Wärmeübertragers durch das zweite Ventil regulierbar ist. Hierdurch kann die Kühlleistung der beiden Wärmeübertrager bestmöglich geregelt werden. Auch kann die Kühlleistung optimal verteilt werden.
Vorteilhaft ist, dass der Verdichter, der erste Wärmeübertrager und das erste Ventil innerhalb des Fluidkreislaufs derart angeordnet sind, dass das von dem Verdichter verdichtete Wärmeträgermedium den ersten Wärmeübertrager durchströmt bevor es das erste Ventil durchströmt.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Durchströmung des vierten Wärmeübertragers und der Aggregatzustand des Wärmeträgermediums, welches den vierten Wärmeträger durchströmt, mittels des ersten Ventils in Abhängigkeit der Ventilschaltstellung regelbar ist.
Von Vorteil ist, dass das dritte Ventil als Zweiwege-Niederdruckventil ausgebildet ist, welches abhängig vom Druck des den vierten Wärmeübertragers verlassenden Wärmeträgermediums, einen Bypassleitung zum Verdichter freigibt oder sperrt.
Vorteilhaft ist, dass ein viertes Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil, vorgesehen ist. Das vierte Ventil ist zwischen dem vierten Wärmeübertrager und dem zweiten Ventil angeordnet. Das vierte Ventil verhindert, dass das von dem ersten Ventil zum zweiten Ventil strömende Wärmeträgermedium zu dem vierten Wärmeübertrager strömt.
Als vorteilhaft anzusehen ist, dass ein Speicher vorgesehen ist. Der Speicher ist in dem Fluidkreislauf so angeordnet, dass das Wärmeträgermedium zuerst den Speicher und anschließend den Verdichter durchströmt. Der Speicher ist derart ausgebildet, dass er die gasförmigen und flüssigen Anteile des Wärmeträgermediums trennt. Der Speicher führt die gasförmigen Anteile des Wärmeträgermediums dem Verdichter zu.
Vorteilhaft ist, dass der zweite Wärmeübertrager und der dritte Wärmeübertrager parallel zueinander und seriell zu dem Speicher und/oder dem Verdichter angeordnet sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Wärme-/Kältesystem für ein Kraftfahrzeug, welches die folgenden Schritte aufweist:

• Verdichten eines Wärmeträgermediums
• Durchströmen eines ersten Wärmeübertragers,
• Auswahl eines Betriebszustands,
• Schalten eines ersten Ventils und eines zweiten Ventils in Abhängigkeit von dem ausgewählten Betriebszustand,
• Entnahme von Wärmeenergie aus der Umgebung und Zuführung der Wärmeenergie in das Wärmeträgermedium oder Abgabe der Wärmeenergie von dem Wärmeträgermedium mittels eines vierten Wärmeübertragers.

Vorteilhaft umfasst das Verfahren, dass die Ventile derart geschalten werden können, dass in einem ersten Betriebszustand eine Trocknung der Luft im Kraftfahrzeuginnenraum durch den zweiten Wärmeübertrager und eine Erwärmung der Luft im Kraftfahrzeuginnenraum durch den ersten Wärmeübertrager durchgeführt wird, und dass eine Kühlung der Komponente des Antriebs durch den dritten Wärmeübertrager durchgeführt wird, und dass Wärmeenergie aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels des vierten Wärmeübertragers entnommen und an das Wärmeträgermedium abgeben wird.
Vorteilhaft umfasst das Verfahren, dass die Ventile derart geschalten werden können, dass in einem zweiten Betriebszustand das Wärmeträgermedium in dem ersten Ventil expandiert und dem vierten Wärmeübertrager zuführt wird, und dass mittels dem ersten Wärmeübertrager der erste Luftstrom erwärmt wird, und dass der erste Luftstrom dem Fahrzuginnenraum zugeführt wird, und dass Wärmeenergie aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels des vierten Wärmeübertragers entnommen und an das Wärmeträgermedium abgeben wird.
Vorteilhaft umfasst das Verfahren, dass die Ventile derart geschalten werden können, dass in einem dritten Betriebszustand das verdichtete Wärmeträgermedium mittels dem ersten Ventil zum vierten Wärmeüberträger geleitet wird, und dass das Wärmeträgermedium nach Durchströmung des vierten Wärmeübertragers, und der Abgabe von Wärmeenergie dem zweiten Ventil zugeführt wird, welches das Wärmeträgermedium expandiert und expandiert dem zweiten und dritten Wärmeübertrager zuführt.
Vorteilhaft umfasst das Verfahren, dass ein erster Luftstrom geregelt werden kann, wobei Abhängig von der Regelung der Luftstroms Wärmeenergie mittels des ersten Wärmeübertrager von dem Wärmeträgermedium entnommen wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

• 1 zeigt die Topologie eines erfindungsgemäßen Wärme-/Kältesystem für ein Kraftfahrzeug,
• 2 zeigt das Wärme-/Kältesystem in einem ersten Betriebszustand,
• 3 zeigt das Wärme-/Kältesystem in einem zweiten Betriebszustand,
• 4 zeigt das Wärme-/Kältesystem in einem dritten Betriebszustand und
• 5 zeigt das Verfahren zum Betrieb des Wärme-/Kältesystems.

In 1 ist die Topologie eines erfindungsgemäßen Wärme-/Kältesystems dargestellt. Das erfindungsgemäße Kältesystem weist eine Vielzahl von Komponenten auf, wie beispielsweise einen Verdichter 10, einen ersten Wärmeübertragung 20, einen zweiten Wärmeübertragung 30, einen dritten Wärmeübertragung 40, einen vierten Wärmeübertragung 50, ein erstes Dreiwegeventil 60, ein zweites Dreiwegeventil 70, ein drittes Ventil 80, ein viertes Ventil 90 und optional einen Speicher 95 auf.
Der Verdichter 10 weist einen Eingang 12 und einen Ausgang 14 auf. Der Verdichter 10 ist eine Fluidenergiemaschine, die zum Komprimieren bzw. Verdichten von Gasen verwendet wird. Vorzugsweise wird der Verdichter 10 von einem elektrischen Antrieb insbesondere einem Bürstenmotor oder einem EC Antrieb angetrieben. Der Verdichter 10 wird auch als Kompressor bezeichnet. Bei dem Verdichtungsvorgang wird das Wärmeträgermedium verdichtet, wodurch das Volumen verkleinert und der Druck erhöht wird. Während des Verdichtungsvorgangs steigt die Temperatur des gasförmigen Wärmeträgermediums. Der Verdichter 10 bewirkt somit eine Verringerung des Volumens des Wärmeträgermediums, eine Erhöhung des Drucks und eine Erhöhung der Temperatur des Wärmeträgermediums. Das Wärmeträgermedium wird über den Eingang 12 dem Verdichter zugeführt.
Der erste Wärmeübertrager 20 wird von dem Wärmeträgermedium, welches von dem Verdichter 10 kommt durchströmt. Der Wärmeübertrager 20 ist insbesondere ein Wärmetauscher. Der erste Wärmeübertrager 20 bewirkt, dass ein ihn durchströmender Luftstrom Wärmeenergie von dem Wärmeträgermedium entnimmt und hierdurch erwärmt wird. Der den Wärmeübertrager 20 durchströmende Luftstrom wird insbesondere mittels der Ansteuerung eines Lüftermotors reguliert. Ist kein Luftstrom durch den Wärmeübertrager 20 vorhanden, so wird nur eine geringe, insbesondere vernachlässigbare Wärmemenge aus dem Wärmeträgermedium entnommen. Insbesondere wird nur die in dem Wärmeübertrager 20 gespeicherte Luft erwärmt. Es erfolgt somit keine bzw. nur eine vernachlässigbar kleine Abkühlung des Wärmeträgermediums beim Durchströmen des Wärmeübertragers 20.
Der Wärmeübertrager 20 weist insbesondere eine Vielzahl von wärmeleitenden Platten auf. Die wärmeleitenden Platten werden umströmt von der Luft. Die Luft nimmt Wärmeenergie von den wärmeleitenden Platten auf. Die wärmeleitenden Platten bewirken eine Angleichung der Temperatur des Wärmeträgermediums an die Temperatur der die wärmeleitenden Platten umströmenden Luft, und umgekehrt. Vorzugsweise zirkuliert das Wärmeträgermedium innerhalb des Wärmeübertragers 20 in einem beispielsweise mäanderförmigen Rohrsystem.
Die wärmeleitenden Platten führen zu einer Erhöhung der Oberfläche des Rohrsystems, durch welches das Wärmeträgermedium fließt. Dem ersten Wärmeübertrager 20 wird das Wärmeträgermedium gasförmig und unter hohem Druck zugeführt. Das Wärmeträgermedium verlässt, abhängig von der entnommenen Wärmeenergie den ersten Wärmeüberträger 20 flüssig und mit geringer Temperatur.
Das erste Ventil 60 ist als Dreiwegeventil ausgebildet. Das erste Ventil 60 weist einen Eingang 62, einen ersten Ausgang 64 und einen zweiten Ausgang 66 auf. Das erste Ventil 60 ist derart ausgebildet, dass es entsprechend eines Expansionsventil und/oder eines Dreiwegeventils fungiert. Der Eingang 62 des ersten Ventils 60 ist mit dem Ausgang des ersten Wärmeübertragers 20 verbunden.
Das erste Ventil 60 bewirkt in einer ersten Ventilschaltstellung, dass an seinem ersten Ausgang 64 das Wärmeträgermedium mit einem geringeren Druck, insbesondere einer geringeren Temperatur, aber dafür einem erhöhten Volumen ausströmt. Das Ventil 60 fungiert somit in einer ersten Ventilschaltstellung zwischen dem Eingang 62 und dem Ausgang 64 als Expansionsventil. Gleichzeitig leitet das erste Ventil 60 in der ersten Ventilschaltstellung das Wärmeträgermedium ohne eine Veränderung des Drucks oder des Volumens an seinen zweiten Ausgang 66 weiter. Das Wärmeträgermedium ist überwiegend flüssig.
Das erste Ventil 60 ist derart ausgebildet, dass es in einer zweiten Ventilschaltstellung entsprechend eines Expansionsventils wirkt. Das an dem ersten Ausgang 64 das erste Ventil 60 verlassende Wärmeträgermedium weist einen niedrigeren Druck auf und ist überwiegend flüssig, teilweise gasförmig. Der Zweite Ausgang 66 ist gesperrt. Es wird kein Wärmeträgermedium vom Eingang 62 zum Ausgang 66 geleitet.
Das erste Ventil 60 ist so ausgebildet, dass es in einer dritten Ventilschaltstellung das Wärmeträgermedium ohne eine Veränderung des Drucks oder des Volumens an den ersten Ausgang 64 weiterleitet. Gleichzeitig ist in der dritten Ventilschaltstellung der zweite Ausgang 66 gesperrt. Das Wärmeträgermedium strömt somit in der zweiten Ventilschaltstellung durch das erste Ventil 60, ohne eine Veränderung des Drucks, von dem Eingang 62 zu dem ersten Ausgang 64.
Der zweite Wärmeübertrager 30 ist insbesondere als Verdampfer ausgebildet. Vorzugsweise ist der zweite Wärmeübertrager 30 als Luftverdampfer ausgebildet. Das kalte, überwiegende gasförmige Wärmeträgermedium wird dem Verdampfer zugeführt und geht durch die Aufnahme von Wärme aus der ihn durchströmenden Luft in den gasförmigen Zustand über. Hierbei kühlt der Verdampfer die ihn durchströmende Luft ab. Die Aufnahme der Wärmeenergie aus der Luft führt in dem Verdampfer zu einer Änderung des Aggregatzustands des Wärmeträgermediums von überwiegend flüssig und teilweise gasförmig zu überwiegend gasförmig und teilweise flüssig. Es erfolgt somit eine Wärmeübertragung von der Luft, die den Verdampfer durchströmt, in das Wärmeträgermedium.
Der Wärmeübertrager 30 weist eine möglichst große Oberfläche auf, die es ihm erlaubt eine bestmögliche Menge an Wärmeenergie der hindurchströmenden Luft zu entnehmen und dem Wärmeträgermedium zuzuführen. Die, den zweiten Wärmeübertrager 30 durchströmende Luft kann, insbesondere als gekühlte Luft, dem Kraftfahrzeuginnenraum zugeführt werden. Ferner kann der zweite Wärmeübertrager 30 verwendet werden, um die ihn durchströmende Luft zu trocknen. Wird die Luft abgekühlt, so sinkt die Aufnahmefähigkeiten von Wasser der Luft. Das in der Luft enthaltene Wasser kondensiert aus. Entsprechend wird die Luft Trockner.
Der dritte Wärmeübertrager 40 ist insbesondere als Verdampfer ausgebildet. der dritte Wärmeübertrager 40 weist eine möglichst große Oberfläche auf, die es ermöglicht Wärmeenergie aufzunehmen. Die Funktionsweise des Verdampfers ist hierbei gleich wie bei dem zweiten Wärmeübertrager 30, wenn dieser als Verdampfer ausgebildet ist. Der Wärmeübertragung 40 wirkt mit einer Komponente des Antriebs des Kraftfahrzeugs zusammen.
Unter einer Komponente des Antriebs des Kraftfahrzeugs wird insbesondere der, vorzugsweise elektrische, Antriebsmotor, der Inverter zur Ansteuerung des Antriebsmotors und oder die Batterie, welche insbesondere zur Versorgung des Antriebsmotors verwendet wird eingesetzt, verstanden. Ferner kann auch eine Komponente des Antriebs ein Verbrennungsmotor und die zum Betrieb eines Verbrennungsmotors benötigten Komponenten verstanden werden. Auch können mehrere Komponenten hier unter einer Komponente verstanden werden.
Der dritte Wärmeübertrager 40 ist ausgebildet Wärme von der Komponente des Antriebs an das zu verdampfen Wärmeübertragungsmedium zu übertragen. Die Wärme bzw. die Wärmeenergie der Komponente des Antriebstrangs führt zu einer Erwärmung des Wärmeübertragungsmediums und damit zu einer Verdampfung des Wärmeübertragungsmediums. Das Wärmeübertragungsmedium wechselt beim Durchströmen des Verdampfers zumindest teilweise seinen Aggregatzustand von überwiegend flüssig in überwiegend gasförmig.
Ein zweites Ventil 70 ist insbesondere als Dreiwegeventil ausgebildet. Das zweite Ventil weist einen Eingang 72, einen ersten Ausgang 74 und einen zweiten Ausgang 76 auf. Das zweite Ventil 70 ist über den Eingang 72 und die Leitung 67 mit dem zweiten Ausgang 66 des ersten Ventils 60 verbunden. Das zweite Ventil 70 ist mit dem ersten Ausgang 74 über die Leitung 75 mit dem dritten Wärmeübertrager 40 verbunden. Das zweite Ventil 70 ist über den zweiten Ausgang 76 über die Leitung 77 dem zweiten Wärmeübertrager 30 verbunden.
Das zweite Ventil 70 arbeitet entsprechend eines Expansionsventils. In einer ersten und einer dritten Schaltstellung expandiert es die Wärmeträgermedium und leitet das expandierte Wärmeträgermedium zum zweiten und dritten Wärmeübertrager 30, 40. Hierbei wir das Wärmeträgermedium von flüssig zu überwiegend flüssig umgewandelt. Gleichzeitig werden auch der Druck und die Temperatur gesenkt.
Ein vierter Wärmeübertrager 50 ist insbesondere als Verdampfer und/oder Wärmetauscher ausgebildet. Der vierte Wärmeübertrager 50 befindet sich vorteilhaft im Frontbereich des Kraftfahrzeugs. Der vierte Wärmeübertrager 50 wird umströmt bzw. durchströmt von Luft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs. Insbesondere wird die Durchströmung mit Luft durch den Fahrtwind oder durch einen Kraftfahrzeuglüfter erzeugt. Der vierte Wärmeübertrager 50 weist insbesondere die gleiche Funktionsweise wie der erste Wärmeübertrager 20 bzw. der zweite Wärmeübertragung 30 auf. Insbesondere wird der vierte Wärmeübertrager 50 von dem Wärmeträgermedium durchströmt. Es wird abhängig von der Temperatur, dem Druck und dem Aggregatzustand des Wärmeträgermediums und der Temperatur der Luft, die den Wärmeübertrager 50 durchströmt oder umströmt Luft abgekühlt oder erwärmt. Liegt an dem Eingang des vierten Wärmeübertragers 50 das Wärmeträgermedium gasförmige, sehr warm und unter hohem Druck stehend an, so wandelt der vierte Wärmeübertrager 50 das Wärmeträgermedium in flüssiges, kälteres und unter niedrigerem Druck stehendes Wärmeträgermedium um. Dies ist insbesondere im dritten Betriebszustand der Fall. Hierbei wird Wärme an die Umgebung abgeben. Liegt dagegen überwiegend gasförmiges, kaltes Wärmeträgermedium an, wird das Wärmeträgermedium unter Erwärmung, der den vierten Wärmeübertrager 50 umgebenden Luft, überwiegend gasförmig. Hierbei sinken auch der Druck und die Temperatur steigt an.
Ist die Luft kälter als das Wärmeträgermedium, so wird das Wärmeträgermedium erwärmt. Ist die Luft wärmer als das Wärmeträgermedium, so wird Wärmeenergie von dem Wärmeträgermedium an die Luft abgegeben.
Der vierte Wärmeübertrager 50 wirkt mit dem ersten Ventil 60 über die Leitung 65 zusammen. Der der vierte Wärmeübertrager 50 ist über den ersten Ausgang 64 des ersten Ventils 60 und die Leitung 65 mit dem ersten Ventil 60 verbunden.
Ein Speicher 95 ist optional vorgesehen. Der Speicher weist einen Speichertank auf, in dem das Wärmeträgermedium gespeichert ist. Der Speicher 95 ist so ausgebildet, dass der gasförmige Teil des Wärmeträgermediums an den Eingang 12 des Verdichters 10 weitergeleitet wird. Der Speicher 95 ist für die Weiterleitung über die Leitung 96 mit dem Verdichter 10 verbunden.
Ein drittes Ventil 80 ist als Zweiwege-Niederdruckventil ausgebildet. Das dritte Ventil 80 ist so ausgebildet, dass das Wärmeträgermedium das Ventil 80 nur bei einem niedrigen Druck durchströmen kann. Das dritte Ventil 80 ist in einer Bypassleitung 81 zwischen dem vierten Wärmeübertrager 50 und dem Verdichter 10 bzw. dem Speicher 95 angeordnet. Insbesondere weist das Wärmeträgermedium im dritten Betriebszustand einen zu hohen Druck auf und wird nicht über das dritte Ventil 80 geleitet. Im zweiten Betriebszustand dagegen ist der Druck gering genug. Auch kann das dritte Ventil 80 so ausgebildet sein, dass es nur dem gasförmigen Anteil des Wärmeträgermediums passieren lässt.
Ein viertes Ventil 90 ist als Rückschlagventil ausgebildet. Das vierte Ventil 90 ist zwischen dem vierten Wärmeübertrager 50 und dem Eingang 74 des zweiten Ventils 72 angeordnet. Das vierte Ventil ist über die Leitung 51 mit dem vierten Wärmeübertrager verbunden. Die Leitung 51 teilt sich zu dem dritten Ventil 80 und dem vierten Ventil 90 auf. Das vierte Ventil 90 verhindert, dass das von dem ersten Ventil 60 zum zweiten Ventil 70 strömende Wärmeträgermedium zu dem vierten Wärmeübertrager 50 strömt. Das vierte Ventil 90 lässt lediglich die Strömungsrichtung von dem vierten Wärmeübertrager 50 zu dem zweiten Ventil 70 zu. Das vierte Ventil 90 ist über die Leitung 91 mit dem Eingang 74 des zweiten Ventils 70 und dem zweiten Ausgang 66 des ersten Ventils 60 verbunden.
Der zweite Wärmeübertrager 30 und der dritte Wärmeübertrager 40 sind bezogen auf den Fluidkreislauf parallel zueinander angeordnet. Die parallel angeordneten Wärmeübertrager 30, 40 sind seriell gegenüber dem Speicher 95 bzw. dem Verdichter zehn angeordnet. Das aus den Wärmeübertrager 30, 40 strömende Wärmeträgermedium strömt über die Leitungen 31, 41 in den Speicher 95 bzw. in den Verdichter 10.

In den 2 bis 4 sind die einzelnen Betriebszustände offenbart. Die Leitungen sind hierbei entsprechend des Zustands des darin strömenden Wärmeträgermediums verschieden dargestellt. Ist die Linie gepunktet dargestellt, so ist das darin geführte Wärmeträgermedium gasförmig und weist den höchsten Druck und die Höchste Temperatur auf. Bei einer gestrichelten Linie ist das Wärmeträgermedium flüssig und weist einen geringeren Druck und eine geringere Temperatur auf. Bei einer mit Strichpunkt dargestellten Linie ist das Wärmeträgermedium überwiegend gasförmig und teilweise flüssig. Ferner ist der Druck am geringsten, die Temperatur ist niedriger als bei den beiden Fällen zuvor. Bei einer mit Strichpunktpunktlinie darstellten Linie ist die Wärmeträgermedium überwiegende flüssig, teilweise gasförmig. Die Temperatur ist hier am geringsten, der Druck ist höher als bei der Strichpunktlinie, jedoch geringer als bei einer gepunkteten oder gestrichelten Linie. In der folgenden Tabelle ist eine Übersicht gegeben (4 = höchster Wert, 1 = geringster Wert). Durchgezogene dünne schwarze Linien werden nicht aktiv durchströmt.

	Aggregatzustand	Volumen	Druck	Temp.
gepunktet	Gasförmig	2	4	4
gestrichelt	Flüssig	1	3	3
Strichpunkt	Überwiegend gasförmig	4	1	2
Strichpunktpunkt	Überwiegend flüssig, teilweise gasförmig	3	2	1

2 offenbart einen ersten Betriebszustand des erfindungsgemäßen Wärme-/Kältesystems. Bei diesem Betriebszustand ist es vorteilhaft möglich, den Kraftfahrzeuginnenraum zu erwärmen und gleichzeitig den Kraftfahrzeuginnenraum zu trocknen und die Komponente des Antriebs zu kühlen. Ferner wird in diesem Betriebszustand Wärmeenergie aus der das Kraftfahrzeug umgebenden Luft entnommen.
Der Verdichter 10 verdichtet das Wärmeträgermedium, so dass dieses vollständig gasförmig ist und eine hohe Temperatur und Druck aufweist. Über die Verbindungsleitung 11 wird das Wärmeträgermedium dem ersten Wärmeübertrager 20 zugeführt. In dem ersten Wärmeübertrager 20 wird dem Wärmeträgermedium Wärmeenergie entzogen und der ihn durchströmenden Luft zugeführt. Hierbei wird das Wärmeträgermedium vollständig flüssig. Die durchströmende Luft wird anschließend in den Kraftfahrzeuginnenraum geleitet um diesen zu erwärmen.
Das den ersten Wärmeübertrager 20 verlassende Wärmeträgermedium ist größtenteils flüssig und weist eine verringerte Temperatur und Druck auf. Das erste Ventil 60 ist in der ersten Ventilschaltstellung geschaltet. Über die Leitung 65 wird dem vierten Wärmeübertrager 50 ein Teil des Wärmeträgermediums, welches durch das erste Ventil 60 strömt, zugeführt. Das erste Ventil 60 arbeitet zwischen dem Eingang 62 und dem Ausgang 64 entsprechend eines Expansionsventils. Das dem vierten Wärmeübertrager 50 zugeführte Wärmeträgermedium ist sehr kalt und überwiegend flüssig, teilweise gasförmig. Das dem vierten Wärmeübertrager 50 zugeführte Wärmeträgermedium wird in dem vierten Wärmeübertrager 50 durch die hindurchströmende Luft erwärmt. Anschließend wird es über die Leitung 51, dem dritten Ventil 80 und die Leitung 81 dem Speicher 95 zugeführt. Nach Verlassen des vierten Wärmeübertragers 50 ist das Wärmeträgermedium überwiegend gasförmig, teilweise flüssig. Die Temperatur ist erhöht. Das Wärmeträgermedium hat Wärmeenergie aus der Umgebung aufgenommen.
Eine Teilmenge des dem ersten Ventils 60 zugeführten Wärmeträgermediums wird ohne Änderung des Drucks des Volumens oder der Temperatur durch das erste Ventil 60 zum zweiten Ventil 70 geleitet. Das vierte Ventil 90 verhindert, dass das Wärmeträgermedium, welches vom ersten Ventil 60 zum zweiten Ventil 70 geleitet wird, in die Leitung 51 oder 81 einströmt. Ferner erfolgt durch den hohen Druck des Wärmeträgermediums in der Leitung 91, also zwischen dem vierten Ventil 90 und dem zweiten Ventil 70, gegenüber dem Druck des Wärmeträgermediums in der Leitung 51, also zwischen dem vierten Wärmeübertrager 50 und dem dritten Ventil 80, kein durchströmen des vierten Ventils 90.
Das zweite Ventil 70 ist in der ersten Ventilschaltstellung geschaltet, wenn das Wärme-/Kältesystem in dem ersten Betriebszustand betrieben wird. In dieser Stellung wirkte das zweite Ventil 70 wie zwei Expansionsventile. Ein erstes Expansionsventil ist zwischen dem Eingang 72 und dem ersten Ausgang 74 ausgebildet. Ein zweites Expansionsventil 72 ist zwischen dem Eingang 72 dem zweiten Ausgang 76 ausgebildet. Das Ventil 70 bewirkt, dass das Wärmeträgermedium sein Volumen vergrößert, abgekühlt wird und überwiegend flüssig wird. Nachdem das Wärmeträgermedium den zweiten Wärmeübertrager 30 bzw. den dritten Wärmeübertrager 40 passiert hat, ist es überwiegend gasförmig und hat seine Temperatur erhöht, aber den Druck gesenkt.
In 3 ist ein zweiter Betriebszustand dargestellt. Die Verdichtung in dem Verdichter bewirkt, dass das Wärmeträgermedium gasförmig wird und eine hohe Temperatur annimmt. Das gasförmige Wärmeträgermedium wird über die Leitung 11 dem ersten Wärmeübertrager 20 zugeführt. Dieser entnimmt dem Wärmeträgermedium Wärmeenergie und führt es der ihn durchströmende bzw. umströmenden Luft zu. Die erwärmte Luft wird anschließend in den Kraftfahrzeuginnenraum geleitet, wo sie zu einer Erwärmung des Kraftfahrzeuginnenraums führt. Das Wärmeträgermedium wird bei der Durchströmung des ersten Wärmeübertragers 20 von gasförmig zu flüssig. Das erste Ventil 60 ist in die zweite Ventilschaltstellung geschaltet. In der zweiten Ventilschaltstellung wirkt das erste Ventil 60 wie ein Expansionsventil zwischen dem Eingang 62 und im ersten Ausgang 64. Die Expansion in dem ersten Ventil 60 bewirkt, dass sich das Wärmeträgermedium entspannt und dabei abkühlt sowie überwiegend flüssig, teilweise gasförmig ausgebildet ist. Das überwiegend flüssige Wärmeträgermedium wird dem vierten Wärmeübertrager 50 zugeführt. Dieser bewirkt, dass das Wärmeträgermedium sich erwärmt und überwiegend gasförmig und teilweise flüssig wird. Hierbei wird Wärmeenergie aus der Umgebung aufgenommen. Das kalte gasförmige Wärmeträgermedium wird anschließend über das dritte Ventil 80 und dem Speicher 95 dem Verdichter 10 wieder zugeführt.
In 4 ist ein dritter Betriebszustand gezeigt. Die Verdichtung in dem Verdichter 10 bewirkt, dass das Wärmeträgermedium gasförmig wird und eine hohe Temperatur annimmt. Das Wärmeträgermedium wird über die Leitung 11 dem ersten Wärmeübertrager 20 zugeführt. Der erste Wärmeübertrager 20 wird hier nicht von einem Luftstrom durchströmt, wodurch dem Wärmeträgermedium keine, insbesondere nennenswerte, Wärmeenergie entzogen oder zugeführt wird. Das erste Ventil 60 ist in der dritten Ventilschaltstellung geschaltet. In der dritten Ventilschaltstellung leitet das erste Ventil 60 das Wärmeträgermedium vom ersten Eingang zum ersten Ausgang, ohne dass das Wärmeträgermedium expandiert wird. Es liegt somit im Wesentlichen das Wärmeträgermedium so wie es von dem Verdichter 10 ausgegeben wird an dem vierten Wärmeübertrager 50 an.
In dem vierten Wärmeübertrager 50 erfolgt eine Abgabe eines Teils der Wärmeenergie an die den vierten Wärmeübertrager 50 durchströmende Umgebungsluft. Dabei kondensiert das Wärmeträgermedium zu einer Flüssigkeit.
Das Wärmeträgermedium weist einen so hohen Druck auf, dass das dritte Ventil 80 den Bypass 88 nicht frei gibt. Das Wärmeträgermedium welches den vierten Wärmeübertrager 50 verlässt, weist einen so hohen Druck auf, das es vollständig an dem Eingang des zweiten Ventils 70 anliegt.
Das zweite Ventil 70 ist in der dritten Ventilschaltstellung geschaltet. In dieser Ventilschaltstellung wirkt es wie ein Expansionsventil zwischen dem Eingang 72 dem ersten Ausgang 74 sowie wie ein Expansionsventil zwischen dem Eingang 72 und dem zweiten Ausgang 76. Durch die Expansion nimmt der Druck des Wärmeträgermediums ab und der Aggregatzustand wird überwiegend flüssig. Nach dem Durchströmen des zweiten Wärmeüberträgers 30 und des dritten Wärmeübertrager 40 ist das Wärmeträgermedium überwiegend gasförmig und weist eine erhöhte Temperatur auf.
In 5 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 zum Betreiben eines Wärme-/Kältesystems eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Das Verfahren 100 umfasst eine Vielzahl von Schritten, die in ihrer Reihenfolge beliebig ausgetauscht werden können.
In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird das Wärmeträgermedium verdichtet. Die Verdichtung erfolgt hierbei durch den Verdichter 10.
In einem zweiten Verfahrensschritt 120 durchströmt das Wärmeträgermedium den ersten Wärmeübertrager 20.
In einem dritten Verfahrensschritt 130 erfolgt die Auswahl des Betriebszustands. Vorzugsweise weist das Wärme-/Kältesystem mindestens drei Betriebszustände auf, die ausgewählt werden können. Die Auswahl erfolgt hierbei in Abhängigkeit von der benötigten Anforderung. Zuvor wird die Anforderung erfasst.
In dem ersten Betriebszustand erfolgt das Erwärmen des Fahrgastinnenraums bei gleichzeitiger Trocknung der Luft im Fahrgastinnenraum und Kühlung der Komponente des Antriebs. Die Trocknung erfolgt mittels des zweiten Wärmeübertragers 30. Die Erwärmung des Fahrgastinnenraums erfolgt mittels des ersten Wärmeübertrager 20. Der zweite Wärmeübertrager 30 erzeugt bei der Trocknung kalte Luft. Die Wärmeenergie der kalten Luft muss kleiner sein als die Wärmeenergie der warmen Luft, ansonsten würde sich der Fahrgastraum abkühlen. Diese wird durch die Ausbildung der Ventile 60, 70, 80, 90 sichergestellt. Die Ventile 60, 70, 80, 90 sind so ausgebildet, dass in einer ersten Ventilschaltstellung der Fahrgastinnenraum erwärmt wird. Ferner wird aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs Wärmeenergie entnommen und dem Kraftfahrzeug zugeführt. In 2 und der dazugehörigen Beschreibung ist die Ventilschaltstellung der einzelnen Ventile 60, 70, 80, 90 gezeigt und die Funktionsweise des ersten Betriebszustands gezeigt.
In dem zweiten Betriebszustand erfolgt nur das Erwärmen des Fahrgastinnenraums durch den ersten Wärmeübertrager 20. In diesem Betriebszustand wird Wärmeenergie aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs entnommen. In 3 und der dazugehörigen Beschreibung ist die Ventilschaltstellung der einzelnen Ventile 60, 70, 80, 90 gezeigt und die Funktionsweise des zweiten Betriebszustands gezeigt.
In dem dritten Betriebszustand erfolgt keine oder eine vernachlässigbare Erwärmung des Fahrgastinnraums durch die ersten Wärmeüberträger 20. Es erfolgt eine Kühlung der Komponente des Antriebs durch den dritten Wärmeüberträger 40 und eine Kühlung und/oder Trocknung des Fahrgastinnenraums durch den zweiten Wärmeüberträger 30. In 4 und der dazugehörigen Beschreibung ist die Ventilschaltstellung der einzelnen Ventile 60, 70, 80, 90 gezeigt und die Funktionsweise des dritten Betriebszustands gezeigt.
In einem vierten Verfahrensschritt 140 werden das erste Ventil 60 und das zweite Ventil 70 in eine erste bzw. zweite bzw. dritte Ventilschaltstellung geschalten. Das Schalten der Ventile 60, 70 erfolgt hierbei in Abhängigkeit von dem ausgewählten Betriebszustand. In dem ersten Betriebszustand wird die erste Ventilschaltstellung ausgewählt. In dem zweiten Betriebszustand wird die zweite Ventilschaltstellung ausgewählt. In dem dritten Betriebszustand wird die dritte Ventilschaltstellung ausgewählt.
In dem ersten Betriebszustand werden die Ventile 60, 70 derart geschaltet, dass eine Trocknung der Luft im Kraftfahrzeuginnenraum durch den zweiten Wärmeübertrager 30 und eine Erwärmung der Luft im Kraftfahrzeuginnenraum durch den ersten Wärmeübertrager 20 durchgeführt wird. Weiter wird eine Kühlung der Komponente des Antriebs durch den dritten Wärmeübertrager 40 durchgeführt. Ferner wird Wärmeenergie aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels des vierten Wärmeübertragers 50 entnommen und an das Wärmeträgermedium abgegeben.
In dem zweiten Betriebszustand werden die Ventile 60, 70 derart geschaltet, dass das Wärmeträgermedium in dem ersten Ventil 60 expandiert und in dem vierten Wärmeübertrager 50 zugeführt wird. Mittels dem vierten Wärmeübertrager 50 wird Wärmeenergie von der Umgebungsluft des Fahrzeugs aufgenommen.
In dem dritten Betriebszustand werden die Ventile derart geschaltet, dass das Wärmeträgermedium zum vierten Wärmeübertrager 50 geleitet wird. Es erfolgt keine Abkühlung oder Erwärmung oder Änderung des Aggregatszustands des Wärmeträgermediums in dem ersten Wärmeübertrager 20. In dem vierten Wärmeübertrager 50 wird Wärmeenergie an die Umgebungsluft abgegeben. Hierdurch ändert sich der Aggregatzustand von gasförmig in flüssig. Das flüssige Wärmeträgermedium wird dem zweiten Ventil 70 zugeführt. In dem zweiten Ventil 70 wird das Wärmeträgermedium expandiert. Die Expansion bewirkt, dass das Wärmeträgermedium überwiegend flüssig wird. Das Wärmeträgermedium wird anschließend dem zweiten Wärmeübertrager 30 und dem dritten Wärmeübertrager 40 zugeführt.
Weitere Detaillierung zu den Betriebszuständen und den Ventilschaltstellungen, den Aggregatzuständen des Wärmeträgermediums oder die Funktionsweise der einzelnen Komponenten, sowie das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten können aus den Beschreibungsteilen zu den 1 bis 4 entnommen werden.
Bei dem Wärmeträgermedium handelt es sich um ein Fluid, welches innerhalb des Fluidkreislaufs zirkuliert. Insbesondere handelt es sich bei dem Wärmeträgermedium um ein natürliches Kältemittel wie z.B. Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffdioxid, Ammoniak, Propan, Butan, Propen, Wasser oder ein synthetisches Kältemittel, wie z.B. Fluorchlorkohlenwasserstoffe, teilhalogenierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe sowie Fluorkohlenwasserstoffe und teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe.

Claims

Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest die folgenden Komponenten, einen Verdichter (10), ein erstes Ventil (60), ein zweites Ventil (70) und ein drittes Ventil (80), einen ersten Wärmeübertrager (20), der ausgebildet ist, einen ersten Luftstrom zu erwärmen, einen zweiten Wärmeübertrager (30), der ausgebildet ist, einen zweiten Luftstrom zu kühlen und/oder zu trocknen, einen dritten Wärmeübertrager (40), der ausgebildet ist eine Komponente des Antriebs des Kraftfahrzeugs zu kühlen, einen vierten Wärmeübertrager (50), der ausgebildet ist, Wärmeenergie mit der Umgebung des Kraftfahrzeugs auszutauschen, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Komponenten des Wärme-/Kältesystems (1) über einen Fluidkreislauf (5), in dem ein Wärmeträgermedium zirkuliert, zusammenwirken, insbesondere verbunden sind.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Komponenten des Wärme-/Kältesystems (1) über nur einen einzigen Fluidkreislauf (5) zusammenwirken, insbesondere miteinander verbunden sind.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebszustand die Ventile (60, 70) zu geschalten sind, dass ein gleichzeitiges Betreiben des ersten, zweiten, dritten und vierten Wärmeübertragers (20, 30, 40, 50) möglich ist, wodurch eine Trocknung der Luft im Kraftfahrzeuginnenraum durch den zweiten Wärmeübertrager (30), eine Erwärmung der Luft im Kraftfahrzeuginnenraum durch den ersten Wärmeübertrager (20) und eine Kühlung der Komponente des Antriebs unter Verwendung der Wärmeenergie aus der Umgebung erfolgt.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Betriebszustand die Ventile (60, 70) derart geschalten sind, dass nur eine Erwärmung der Luft im Kraftfahrzeuginnenraum, insbesondere unter Verwendung der Wärmeenergie aus der Umgebung, erfolgt.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Betriebszustand die Ventile (60, 70) derart geschalten sind, dass nur eine Abkühlen und/oder Trocknung des Kraftfahrzeuginnenraums und eine Kühlung der Komponente des Antriebs, insbesondere unter Abgabe der Wärmeenergie an die Umgebung, erfolgt.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (60) drei Wege aufweist, wobei das erste Ventil (60) ausgebildet ist, gleichzeitig abhängig von seiner Ventilschaltstellung als Expansionsventil und/oder als Wegeventil zu fungieren.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil (70) drei Wege aufweist, wobei das zweite Ventil (70) ausgebildet ist, gleichzeitig abhängig von seiner Ventilschaltstellung die Expansion für einen ersten Weg und/oder die Expansion für einen zweiten Weg zu regeln.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeübertrager (20) derart ausgebildet ist, dass der ihn durchströmende erste Luftstrom den Kraftfahrzeuginnenraum erwärmt, wobei in dem dritten Betriebszustand das Durchströmen des ersten Wärmeübertragers (20) mit Luft unterbrechbar ist.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmeübertrager (20) derart ausgebildet ist, dass der Aggregatzustand des Wärmeträgermediums sich von gasförmig zu flüssig ändert, und hierbei Wärmeenergie an die ihn durchströmende oder umströmende Luft abgeben wird.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeübertrager (30) als Verdampfer ausgebildet ist, wobei der Verdampfer unter Erzeugung von Kälteenergie den Aggregatzustand des Wärmeträgermediums von flüssig zu gasförmig ändert und wobei der zweite Wärmeübertrager (30) derart ausgebildet ist, dass er den ihn durchströmende zweite Luftstrom mittels der erzeugten Kälteenergie abkühlt und/oder trocknet.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeübertrager (30) und der dritte Wärmeübertrager (40) parallel zueinander geschalten sind, und dass die Durchströmung des zweiten Wärmeübertragers (30) und des dritten Wärmeübertragers (40) durch das zweite Ventil (70) regelbar ist.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (10), der erste Wärmeübertrager (20) und das erste Ventil (60) innerhalb des Fluidkreislaufs (5) derart angeordnet sind, dass das von dem Verdichter (10) verdichtete Wärmeträgermedium den ersten Wärmeübertrager (20) durchströmt bevor es das erste Ventil (60) durchströmt.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmung des vierten Wärmeübertragers (50) und der Aggregatzustand des Wärmeträgermediums, welches den vierten Wärmeträger (50) durchströmt, mittels des ersten Ventils (60) in Abhängigkeit der Ventilschaltstellung regelbar ist.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Ventil (80) als Zweiwege-Niederdruckventil ausgebildet ist, welches abhängig vom Druck des den vierten Wärmeübertragers (50) verlassenden Wärmeträgermediums, ein Bypassleitung (81) zum Verdichter (10) freigibt oder sperrt.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein viertes Ventil (90), insbesondere ein Rückschlagventil, vorgesehen ist, welches zwischen dem vierten Wärmeübertrager (50) und dem zweiten Ventil (70) angeordnet ist, und verhindert, dass das von dem ersten Ventil (60) zum zweiten Ventil (70) strömende Wärmeträgermedium zu dem vierten Wärmeübertrager (50) strömt.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher (95) vorgesehen ist, wobei der Speicher (95) in dem Fluidkreislauf (5) derart angeordnet ist, dass das Wärmeträgermedium zuerst den Speicher (95) vor dem Verdichter (10) durchströmt, und wobei der Speicher (95) derart ausgebildet ist, dass er die gasförmigen und flüssigen Anteile des Wärmeträgermediums trennt, und die gasförmigen Anteile des Wärmeträgermediums dem Verdichter zuführt.
Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmeübertrager (30) und der dritte Wärmeübertrager (40) parallel zueinander und seriell zu dem Speicher (95) und/oder dem Verdichter (10) angeordnet sind.
Verfahren (100) zum Betreiben eines Wärme-/Kältesystem (1) für ein Kraftfahrzeug mit Komponenten, insbesondere gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend die Schritte, • Verdichten (110) eines Wärmeträgermediums • Durchströmen (120) eines ersten Wärmeübertragers (20), • Auswahl (130) eines Betriebszustands, • Schalten (140) eines ersten Ventils (60) und eines zweiten Ventils (70) in Abhängigkeit von dem ausgewählten Betriebszustand, • Entnahme (150) von Wärmeenergie aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs und Zuführung der Wärmeenergie in das Wärmeträgermedium oder Abgabe (150) der Wärmeenergie von dem Wärmeträgermedium mittels eines vierten Wärmeübertragers (50) an die Umgebung des Kraftfahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch die Schritte, • Schalten der Ventile (60, 70) derart, dass in einem ersten Betriebszustand eine Trocknung der Luft im Kraftfahrzeuginnenraum durch den zweiten Wärmeübertrager (30) und eine Erwärmung der Luft im Kraftfahrzeuginnenraum durch den ersten Wärmeübertrager (20) durchgeführt wird, und dass eine Kühlung der Komponente des Antriebs durch den dritten Wärmeübertrager (40) durchgeführt wird, und dass Wärmeenergie aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels des vierten Wärmeübertragers (50) entnommen und an das Wärmeträgermedium abgeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 19, gekennzeichnet durch die Schritte, • Schalten der Ventile (60, 70) derart, dass in einem zweiten Betriebszustand das Wärmeträgermedium in dem ersten Ventil (60) expandiert und dem vierten Wärmeübertrager (50) zuführt wird, und dass mittels dem zweiten Wärmeübertrager (20) der erste Luftstrom erwärmt wird, und dass der erste Luftstrom dem Fahrzuginnenraum zugeführt wird, und dass Wärmeenergie aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs mittels des vierten Wärmeübertragers (50) entnommen und an das Wärmeträgermedium abgeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, gekennzeichnet durch die Schritte, • Schalten der Ventile (60, 70) derart, dass in einem dritten Betriebszustand das verdichtete Wärmeträgermedium mittels dem ersten Ventil (60) zum vierten Wärmeüberträger (50) geleitet wird, und dass das Wärmeträgermedium nach Durchströmung des vierten Wärmeübertragers (50), und nach der Abgabe von Wärmeenergie dem zweiten Ventil (70) zugeführt wird, welches das Wärmeträgermedium expandiert und expandiert dem zweiten Wärmeübertrager (30) und dritten Wärmeübertrager (40) zuführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, gekennzeichnet durch die Schritte, • Regeln (160) eines ersten Luftstroms, wobei Abhängig von der Regelung der Luftstroms Wärmeenergie mittels des ersten Wärmeübertrager (20) von dem Wärmeträgermedium entnommen wird.