DE102006026359B4

DE102006026359B4 - Klimaanlage für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102006026359B4
Application number: DE102006026359A
Authority: DE
Inventors: Roman Dr.-Ing. Heckt; Marc Dipl.-Ing. Graaf; Tobias Dipl.-Ing. Haas
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2026-06-01
Also published as: DE102006026359A1; US9170038B2; JP4587108B2; US20070283703A1; JP2007327740A

Abstract

Klimaanlage (1) für den kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenbetrieb, umfassend:
a. einen Primärkreislauf mit einem Kompressor (5), einen bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager (2) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, ein bidirektional durchströmbares Drosselorgan (11) sowie einen bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager (3) zur Wärmezufuhr von der zu konditionierenden Luft des Fahrzeuginnenraums an das Kältemittel,
b. eine aus zwei Abschnitten bestehende Sekundärpassage (15, 16), deren erster Abschnitt (15) sich, ausgehend von einem zwischen dem Kompressor (5) und dem Wärmeübertrager (2) platzierten Abzweigpunkt (6), bis zu einem zwischen dem Wärmeübertrager (3) und dem Kompressor (5) platzierten Mündungspunkt (14) erstreckt und einen Wärmeübertrager (4) zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Luft des Fahrzeuginnenraums sowie ein sich daran anschließendes zweites Drosselorgan (12) aufweist, und deren zweiter Abschnitt (16) sich, ausgehend von einem zwischen dem Wärmeübertrager (2) und dem Kompressor (5) platzierten Abzweigpunkt (13), bis zu einem zwischen dem Wärmeübertrager (3) und dem...

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Klimaanlage für Fahrzeuge. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine Klimaanlage für den kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenbetrieb für Fahrzeuge zum Heizen, Kühlen und Entfeuchten der zu konditionierenden Luft des Fahrzeuginnenraums sowie ein Verfahren zum Betrieb hierzu.
Zur Konditionierung der einem Fahrzeuginnenraum zuzuführenden Luft werden im Stand der Technik Klimaanlagen mit einer Kälteanlage zum Kühlen und mit einem Glykol-Luft-Wärmeübertrager zur Heizung der Luft sowie Glykol-Luft-Wärmepumpen und Luft-Luft-Wärmepumpen eingesetzt.
Klimaanlagen mit einem Glykol-Luft-Wärmeübertrager haftet der Nachteil an, dass bei niedrigen Umgebungstemperaturen unter 10°C die Kühlwasser- bzw. Glykoltemperatur bei effizienten Verbrennungsmotoren nicht mehr das für eine komfortable Aufheizung des Fahrzeuginnenraums erforderliche Temperaturniveau erzielt werden kann. Vor dem Hintergrund des zunehmenden Einsatzes von Fahrzeugantriebssystemen mit nur geringer Abwärme, wie z. B. Elektroantrieb oder Brennstoffzellenantrieb, ist die Verwendung von zusätzlichen Heizern notwendig.
Den Glykol-Luft-Wärmepumpen ist immanent, dass das Kühlwasser des Verbrennungsmotors als Wärmequelle genutzt wird. Der Wärmeentzug aus dem Kühlwasser führt jedoch dazu, dass der Verbrennungsmotor längere Zeit bei niedrigen Temperaturen betrieben wird, was sich nachteilig auf den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission auswirkt.
Bei der Verwendung von Luft-Luft-Wärmepumpen als Heizung ist bei bestimmten Temperaturen eine Vereisung des Gaskühlers bzw. des Kondensators zu verzeichnen. Mittels einer intelligenten Regelung wird diese Vereisung zwar vermieden, doch führt dies zu einer Reduzierung der Heizleistung der Wärmepumpe. Falls jedoch eine Vereisung des Gaskühlers bzw. des Kondensators zugelassen wird, kann die Wärmepumpe durch einen kurzzeitigen Betrieb des Kältemittelkreislaufs als Klimaanlage aktiv abgetaut werden. Auch diese Maßnahme führt zu einer Verringerung der mittleren Heizleistung der Wärmepumpe.
Wärmepumpensysteme, die ihre Leistung an die Luft abgeben, können häufig nicht die dem Fahrzeuginnenraum zuzuführende Luft gleichzeitig entfeuchten und aufheizen. Dies hat zur Folge, dass die Klimaanlage eines Fahrzeugs nicht mit Umluft, respektive rezirkulierende Luft aus dem Fahrzeuginnenraum, betrieben werden kann. Die mangelnde Entfeuchtungsfunktion führt schließlich zu einem unerwünschten Scheibenbeschlag. Wärmepumpensysteme, die ihre Leistung an den Motorkühlkreislauf abgeben, weisen hingegen häufig eine unzureichende Dynamik sowie eine geringe Effizienz auf.
Aus der DE 102 40 795 A1 gehen eine Wärmeübertrageranordnung und ein Heiz-/Kühlkreislauf für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs sowie ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des Kreislaufes der Klimaanlage hervor. Die Wärmeübertrageranordnung umfasst einen ersten von einem Kühlmittel primärseitig beaufschlagten Wärmeübertrager sowie einen zweiten, in zwei Teilelemente aufgeteilten, von einem Kältemittel primärseitig beaufschlagten Wärmeübertrager, die sekundärseitig in einem Luftströmungskanal angeordnet sind.
In der US 52 99 431 A wird ein Kältemittelkreislauf-System zum Kühlen, Heizen und Entfeuchten von Luft offenbart, das unterkritisch betrieben wird. Zum Umschalten zwischen den unterschiedlichen Betriebsmodi beziehungsweise zum Zu- und Abschalten von Wärmeübertragerfunktionen sind diverse Klappen, ein 4-Wege-Ventil sowie ein Gebläsesystem mit zu- und abschaltbaren Lüftern vorgesehen.
Aus der DE 101 63 607 A1 ist eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge mit einer integrierten Wärmepumpe zum Kühlen und Heizen vorbekannt, in der das Kältemittel in einem Kreislauf umgewälzt wird und welche eine Wärmeübertragung mit der Innenraumluft des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Zum einen wird mittels der integrierten Wärmepumpe Wärme direkt in den Luftstrom für die Fahrzeugkabine eingebracht. Dies erfolgt unter Verwendung von im Klimakasten des Fahrzeugs platzierter kältemitteldurchströmter Wärmetauscher, in dem zum Heizen das Kältemittel abgekühlt und gegebenenfalls kondensiert und in dem zum Kühlen das Kältemittel verdampft wird. Zum anderen wird mittels der integrierten Wärmepumpe Wärme indirekt über Wärmeträgerflüssigkeiten in den Luftstrom für die Fahrzeugkabine eingebracht. Dies erfolgt unter Verwendung von im Klimakasten des Fahrzeugs platzierter Flüssigkeits-/Luft-Wärmetauscher, in dem zum Heizen des Luftstroms das Kältemittel abgekühlt wird und in dem zum Kühlen des Luftstroms das Kältemittel aufgewärmt wird. Nachteilig an dieser Erfindung ist zum einen, dass im Wärmepumpenbetrieb der interne Wärmeübertrager auf der Hochdruckseite nicht durchströmt wird und/oder sehr viele Bauteile benötigt werden.
Die DE 101 26 257 A1 offenbart einen Heiz-/Kühlkreislauf für Kraftfahrzeuge. Der Heiz-/Kühlkreislauf umfasst hierbei einen Verdampfer zur Abkühlung der einem Innenraum zuzuführenden Luft, einen Heizwärmetauscher zur Aufheizung der dem Innenraum zuzuführenden Luft, einen Außenwärmetauscher mit einem Kompressor zum Fördern von Kältemittel, ein dem Verdampfer zugeordnetes erstes Expansionsorgan, ein dem Außenwärmetauscher zugeordnetes zweites Expansionsorgan sowie diese vorgenannten Komponenten miteinander verbindende Kältemittelleitungen. Kennzeichnend für diese Erfindung sind Mittel zur Einstellung des Drucks des Kältemittels im Außenwärmetauscher zwischen dem höchsten und dem tiefsten Systemdruck, um in den Betriebsarten Kühlen, Heizen und Nachheizen eine effektive und dem Bedarf angepasste Entfeuchtung der Luft zu realisieren. Das Beaufschlagen des Außenwärmetauschers mit einem mittleren Druck führt jedoch zu einer Verringerung der Leistung des Außenwärmetauschers bzw. Verringerung der Effektivität des Heiz-/Kühlkreislaufs.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Klimaanlage für den kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenbetrieb für Fahrzeuge sowie ein Verfahren zum Betrieb vorzuschlagen, mit der in konstruktiv einfacher Weise die zur Aufheizung des Fahrzeuginnenraums erforderliche Leistung verringert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Klimaanlage für den kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenbetrieb für Fahrzeuge mit einem Primärkreislauf und einer Sekundärpassage gelöst. Der Primärkreislauf umfasst hierbei die aus einer klassischen Kompressionskältemaschine vorbekannten Bauteile, nämlich einen Kompressor, einen Wärmeübertrager – respektive erster Gaskühler – zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die Umgebung, ein Drosselorgan sowie einen Wärmeübertrager – respektive Verdampfer – zur Wärmezufuhr von der zu konditionierenden Luft des Fahrzeuginnenraums an das Kältemittel. Die erfindungsgemäße Sekundärpassage weist zwei Abschnitte auf, wobei der erste Abschnitt, ausgehend von einem zwischen dem Kompressor und dem Wärmeübertrager platzierten Abzweigpunkt, sich bis zu einem zwischen dem Wärmeübertrager und dem Kompressor platzierten Mündungspunkt erstreckt. Im ersten Abschnitt sind ein Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Luft des Fahrzeuginnenraums sowie ein sich daran anschließendes zweites Drosselorgan platziert. Der zweite Abschnitt der Sekundärpassage erstreckt sich, ausgehend von einem zwischen dem Wärmeübertrager und dem Kompressor platzierten weiteren Abzweigpunkt, bis zu einem zwischen dem Wärmeübertrager und dem Kompressor platzierten weiteren Mündungspunkt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der zusätzliche Wärmeübertrager der Sekundärpassage als zweiter Gaskühler ausgebildet, in welchem die als Umluft oder Frischluft vorliegende und zu konditionierende Luft des Fahrzeuginnenraums aufgeheizt wird. Damit steht neben dem als ersten Gaskühler ausgebildeten Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die Umgebung ein separater zweiter Gaskühler im Wärmepumpenbetrieb zur Verfügung. Außerdem ist der zur Wärmezufuhr von der zu konditionierenden Luft des Fahrzeuginnenraums an das Kältemittel vorgesehene Wärmeübertrager als Verdampfer ausgebildet.
Durch Verwendung von den an späterer Stelle beschriebenen Mitteln zur Kältemittelführung ermöglicht die kontinuierlich betreibbare Klimaanlage mit einer reduzierten Komplexität im Wärmepumpenbetrieb eine Aufheizung des Fahrzeuginnenraums im Umluftbetrieb.
Durch eine optimierte Betriebsweise der erfindungsgemäßen Klimaanlage wird zum einen ein nachteiliges Vereisen des im Primärkreislauf platzierten Gaskühlers vermieden und andererseits ist ein intermittierender Betrieb zur Vermeidung der Vereisung des Gaskühlers oder ein aktives Abtauen nicht erforderlich. Als weiterer Vorteil der Erfindung ist die Tatsache zu nennen, dass keine Abkühlung der Motorflüssigkeit, wie z. B. in Glykol-Luft-Wärmpumpen, zu verzeichnen ist, welche ursächlich für erhöhte Emissions- und Kraftstoffverbrauchswerte zu nennen ist.
Zur Vergrößerung der Kälteleistung durch zusätzliche Überhitzung und Unterkühlung des Kältemittels der erfindungsgemäßen Klimaanlage ist ein Wärmeübertrager vorgesehen, der sowohl hochdruckseitig als auch niederdruckseitig im Wärmepumpenbetrieb und im Kälteanlagenbetrieb vom Kältemittel durchströmt wird.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist niederdruckseitig zwischen dem Mündungspunkt und dem Wärmeübertrager zum Zwecke des Abscheidens und der Speicherung von Kältemittelflüssigkeit ein Flüssigkeitsabscheider angeordnet. Aus Gründen der Bauraumreduzierung der Klimaanlage können der Wärmeübertrager und der Abscheider auch als einteiliges Kombinationsbauteil ausgebildet sein.
Die erwähnten Mittel zur Kältemittelführung ermöglichen ein Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten Wärmepumpenbetrieb und Kälteanlagenbetrieb der Klimaanlage. Dabei sind bevorzugt zumindest ein Abzweigpunkt als aktives Umschaltventil und ein Mündungspunkt als passives Umschaltventil ausgebildet. Anstelle des aktiven Umschaltventils könnten jedoch auch zwei einzelne Abschaltventile vorgesehen sein. Ebenso kann auch anstelle des passiven Umschaltventils alternativ z. B. eine Weiche eingesetzt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Ausbildung des ersten Drosselorgans als zweiseitig durchströmbares Drosselventil mit zwei gegenläufig vom Kältemittel beaufschlagbaren Strömungspfaden. Da die Strömungsrichtung des Kältemittels im Wärmepumpenbetrieb entgegengesetzt derer des Kälteanlagenbetrieb ist, kann unter Verwendung des als zweiseitig durchströmbaren Drosselventils auf ein zusätzliches zweites Drosselorgan verzichtet werden. Dem Erfindungsgedanken steht auch nicht entgegen, wenn trotz der immensen Vorteile, die ein derartiges Drosselventil mit zwei gegenläufig vom Kältemittel beaufschlagbaren Strömungspfaden bietet, zwei separate Drosselorgane Verwendung finden.
Das zur Erzeugung eines Mitteldrucks vorgesehene zweite Drosselorgan ist im Querschnitt fix – respektive als Feststelldrossel – oder bevorzugt regelbar ausgebildet. Durch eine aktive Regelung des Querschnitts des vorzugsweise als Drosselventil ausgebildeten Drosselorgans wird ein Vereisen des Verdampfers sowie das Auftreten von plötzlichem Scheibenbeschlag durch Beheizung eines Verdampfers, wodurch das auf der Oberfläche befindliche Kondenswasser schlagartig verdampft, vermieden.
Das Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Klimaanlage für den kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenbetrieb unter Verwendung der genannten Vorrichtungsmerkmale ist dadurch gekennzeichnet, dass im Kälteanlagenbetrieb der Klimaanlage nur der Primärkreislauf und im Wärmepumpenbetrieb sowohl die Sekundärpassage als auch der Primärkreislauf mit Kältemittel durchströmt werden. Die zu konditionierende Luft des Fahrzeuginnenraums wird dabei im Verdampfer abgekühlt und entfeuchtet und nachfolgend in dem als zweiten Gaskühler ausgebildeten Wärmeübertrager aufgeheizt. Dieses Aufheizen erfolgt in Abhängigkeit der Parameter Umlufttemperatur und Kältemitteldurchsatz durch das dem zweiten Gaskühler nachgeschaltete zweite, im Querschnitt regelbar ausgebildete Drosselorgan und damit auch in Abhängigkeit des kältemittelseitigen Temperaturniveaus im Verdampfer.
Im Wärmepumpenbetrieb werden der als Verdampfer ausgebildete Wärmeübertrager, das erste Drosselorgan, der Wärmeübertrager und der als erster Gaskühler ausgebildete Wärmeübertrager jeweils vom Kältemittel gegenläufig durchströmt. Das heißt, dieser die vorgenannten Komponenten aufweisende Abschnitt des Primärkreislaufs wird im Wärmepumpenbetrieb in entgegengesetzter Richtung gegenüber dem Kälteanlagenbetrieb durchströmt.
Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:

• gleichzeitige Entfeuchtung und Beheizung der Luft des Fahrzeuginnenraums,
• Reduzierung der erforderlichen maximalen Heizleistung für die Wärmepumpe durch Ermöglichung eines Umluftbetriebs; die Lufttemperatur vor dem zweiten Gaskühler wird nach dem Einschalten der Wärmepumpe sehr schnell wärmer,
• bessere Dynamik und/oder geringere Komplexität gegenüber anderen Zuheizsystemen mit vergleichbarer Funktionalität,
• während des optionalen Einsatzes eines elektrischen Verdichters steht die Heizleistung unabhängig vom Verbrennungsmotor zur Verfügung,
• Verringerung des Kraftstoffverbrauchs des Fahrzeugs durch Nutzung von ”kostenloser” Umgebungswärme und
• die geringe Anzahl von aktiven Bauteilen (Kompressor, aktives Umschaltventil sowie zwei extern regelbare Expansionsventile) führt zu einer Kostenersparnis bei der Fertigung der Klimaanlage.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erschließen sich dem Fachmann des Weiteren aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform im Hinblick auf die anliegende Zeichnung; in dieser zeigt:
1: Schaltungsanordnung einer Klimaanlage für den kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenbetrieb für Fahrzeuge mit einem Primärkreislauf- und einer Sekundärpassage.
Die 1 illustriert eine Schaltungsanordnung einer Klimaanlage 1 für den kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenbetrieb für Fahrzeuge mit einem Primärkreislauf- und einer Sekundärpassage.
Im Primärkreislauf sind in Strömungsrichtung des Kältemittels – im Kälteanlagenbetrieb als Strich-Strich-Pfeil dargestellt – folgende Bauteile nacheinander platziert und miteinander gekoppelt: ein Kompressor 5, ein aktives Umschaltventil 6, ein als erster Gaskühler ausgebildeter Wärmeübertrager 2, ein Wärmeübertrager 9, ein als zweiseitig durchströmbares Drosselventil ausgebildetes erstes Drosselorgan 11, ein als Verdampfer ausgebildeter Wärmeübertrager 3, ein passives Umschaltventil 7 sowie ein Abscheider 8.
Im klassischen Kälteanlagenbetrieb wird nur der Primärkreislauf der Klimaanlage 1 vom Kältemittel durchströmt. Zunächst wird zum Abkühlen der dem Fahrzeuginnenraum zugeführten Luft das Kältemittel im Kompressor 5 verdichtet und nachfolgend mittels des aktiven Umschaltventils 6 dem als ersten Gaskühler ausgebildeten Wärmeübertrager 2 zugeleitet. Im Gaskühler gibt das Kältemittel Wärme an die Umgebung ab. Anschließend wird das abgekühlte Kältemittel durch den Wärmeübertrager 9 geführt, in welchem der Ausgangspunkt vor der sich daran anschließenden Drosselung des Kältemittels in Richtung tieferer Temperatur gelegt wird, wodurch die Kälteleistung der Klimaanlage 1 vergrößert wird. Nachfolgend wird das Kältemittel unter Verwendung des ersten Drosselorgans 11 auf das in dem als Verdampfer ausgebildeten Wärmeübertrager 3 vorherrschende Druckniveau expandiert. Dabei entsteht ein Zwei-Phasengemisch. Das Zwei-Phasengemisch wird anschließend in dem als Verdampfer ausgebildeten Wärmeübertrager 3 verdampft, wodurch die dem Fahrzeuginnenraum zugeführte Luft auf die gewünschte Temperatur abgekühlt wird. Nach Verlassen des Verdampfers strömt das Kältemittel über das passive Umschaltventil 7 bis zum Abscheider 8, in welchem die bei unvollständiger Verdampfung noch vorhandene Kältemittelflüssigkeit abgeschieden und gespeichert wird. Schließlich wird das den Abscheider 8 verlassende Kältemittel im Wärmeübertrager 9 erhitzt und letztlich wieder vom Kompressor 5 angesaugt und verdichtet. Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht ferner darin, den Wärmeübertrager 9 und den Abscheider 8 als einteiliges Kombinationsbauteil 10 zu fertigen, was zu einer Bauraumreduzierung und Kostensenkung bei der Herstellung desselben führt. Im Kälteanlagenbetrieb durchströmt das Kältemittel gemäß der Schaltungsanordnung nach 1 den Primärkreislauf folglich entgegen dem Uhrzeigersinn.
Die Sekundärpassage umfasst zwei Abschnitte 15, 16, wobei der erste Abschnitt 15 der Sekundärpassage sich, ausgehend vom aktiven Umschaltventil 6, bis zu einem Mündungspunkt 14 des Primärkreislaufs, der zwischen dem als Verdampfer ausgebildeten Wärmeübertrager 3 und dem passiven Umschaltventil 7 platziert ist, erstreckt. In diesem ersten Abschnitt 15 der Sekundärpassage sind in Strömungsrichtung des Kältemittels nach dem aktiven Umschaltventil 6 ein als Gaskühler ausgebildeter Wärmeübertrager 4 und nachfolgend ein zweites Drosselorgan 12 platziert. Der zweite Abschnitt 16 der Sekundärpassage erstreckt sich ergänzend dazu ausgehend von einem zwischen dem als erster Gaskühler ausgebildeten Wärmeübertrager 2 und dem aktiven Umschaltventil 6 platzierten Abzweigpunkt 13 bis zu dem passiven Umschaltventil 7.
Im Wärmepumpenbetrieb werden sowohl die beiden Abschnitte 15, 16 der Sekundärpassage als auch der Primärkreislauf der Klimaanlage 1 vom Kältemittel – als Normal-Pfeil dargestellt – durchströmt. Zunächst wird zum Erwärmen der dem Fahrzeuginnenraum zugeführten Luft das Kältemittel im Kompressor 5 verdichtet und nachfolgend mittels des aktiven Umschaltventils 6 über den ersten Abschnitt der Sekundärpassage 15 dem als zweiten Gaskühler ausgebildeten Wärmeübertrager 4 zugeleitet. Im zweiten Gaskühler wird, im Gegensatz zum ersten Gaskühler, die Wärme nicht an die Umgebung abgegeben, sondern zur Erwärmung der Luft des Fahrzeuginnenraums genutzt. In dem an den zweiten Gaskühler sich anschließenden zweiten Drosselorgan 12 wird das Kältemittel vom Kompressordruckniveau auf ein Mitteldruckniveau expandiert, wodurch in der Regel ein Zwei-Phasengemisch entsteht. Mittels dieses Mitteldruckniveaus wird das kältemittelseitige Temperaturniveau im Verdampfer 3 geregelt. Einerseits darf zur Verhinderung des Vereisens des Verdampfers 3 das Temperaturniveau im Verdampfer 3 nicht unter 0°C gesenkt werden, falls die Lufttemperatur vor dem Verdampfer über 0°C liegt. Andererseits darf zur Verhinderung von plötzlich auftretendem Scheibenbeschlag das Temperaturniveau im Verdampfer 3 nicht über 0°C liegen, falls die Lufttemperatur vor dem Verdampfer unter 0°C liegt. In dem als Verdampfer 3 ausgebildeten Wärmeübertrager 3 wird das Kältemittel teilweise verdampft, wobei die dem Fahrzeuginnenraum zugeführte Luft abgekühlt und entfeuchtet wird. Die nunmehr entfeuchtete Luft überströmt dabei den als zweiten Gaskühler ausgebildeten Wärmeübertrager 4 und wird somit auf ein zur Beheizung des Fahrzeuginnenraums erforderliches Temperaturniveau aufgeheizt. Das teilweise im Verdampfer 3 verdampfte Kältemittel wird in dem als zweiseitig durchströmbaren Drosselventil ausgebildeten Drosselorgan 11 auf das in dem als ersten Gaskühler ausgebildeten Wärmeübertrager 2 vorherrschende Druckniveau expandiert. Das zweiseitig durchströmbare Drosselventil wird hierbei bezüglich des Kälteanlagenbetriebs der Klimaanlage in entgegengesetzter Richtung durchströmt. In dem als Gaskühler ausgebildeten Wärmeübertrager 2 wird das Kältemittel weiter verdampft. Mit Erreichen des Abzweigpunkts 13 durchströmt das Kältemittel nun den zweiten Abschnitt der Sekundärpassage 16, die sich bis zum passiven Umschaltventil 7 erstreckt. Nach dem Passieren des passiven Umschaltventils 7 durchströmt das Kältemittel denjenigen Abschnitt des Primärkreislaufs, der den Abscheider 8, den Wärmeübertrager 9 sowie den Kompressor 5 umfasst.
Im Wärmepumpenbetrieb durchströmt das Kältemittel gemäß der Schaltungsanordnung nach 1 die beiden Abschnitte 15, 16 der Sekundärpassage im Uhrzeigersinn. Der Abschnitt des Primärkreislaufs mit den Bauteilen Verdampfer 3, zweiseitig durchströmbares Drosselventil 11, Wärmeübertrager 9 und erster Gaskühler 2 wird ebenso im Uhrzeigersinn und der Abschnitt des Primärkreislaufs mit den Bauteilen Abscheider 8, Wärmeübertrager 9 und Kompressor 5 entgegen dem Uhrzeigersinn vom Kältemittel durchströmt.

1: Klimaanlage
2: Wärmeübertrager, Gaskühler
3: Wärmeübertrager, Verdampfer
4: Wärmeübertrager, Gaskühler
5: Verdichter, Kompressor
6: Abzweigpunkt
7: Mündungspunkt
8: Abscheider
9: Wärmeübertrager
10: Kombinationselement
11: erstes Drosselorgan
12: zweites Drosselorgan
13: Abzweigpunkt
14: Mündungspunkt
15: erster Abschnitt der Sekundärpassage
16: zweite Abschnitt der Sekundärpassage

Claims

Klimaanlage (1) für den kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenbetrieb, umfassend: a. einen Primärkreislauf mit einem Kompressor (5), einen bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager (2) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, ein bidirektional durchströmbares Drosselorgan (11) sowie einen bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager (3) zur Wärmezufuhr von der zu konditionierenden Luft des Fahrzeuginnenraums an das Kältemittel, b. eine aus zwei Abschnitten bestehende Sekundärpassage (15, 16), deren erster Abschnitt (15) sich, ausgehend von einem zwischen dem Kompressor (5) und dem Wärmeübertrager (2) platzierten Abzweigpunkt (6), bis zu einem zwischen dem Wärmeübertrager (3) und dem Kompressor (5) platzierten Mündungspunkt (14) erstreckt und einen Wärmeübertrager (4) zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Luft des Fahrzeuginnenraums sowie ein sich daran anschließendes zweites Drosselorgan (12) aufweist, und deren zweiter Abschnitt (16) sich, ausgehend von einem zwischen dem Wärmeübertrager (2) und dem Kompressor (5) platzierten Abzweigpunkt (13), bis zu einem zwischen dem Wärmeübertrager (3) und dem Kompressor (5) platzierten Mündungspunkt (7) erstreckt.
Klimaanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste bidirektional durchströmbare Drosselorgan (11) als Drosselventil ausgebildet ist.
Klimaanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abzweigpunkt (6) als aktives Umschaltventil ausgebildet ist.
Klimaanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mündungspunkt (7) als passives Umschaltventil ausgebildet ist.
Klimaanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (4) als Gaskühler ausgebildet ist.
Klimaanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeübertrager (9) zur Wärmeübertragung zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite des Primärkreislaufes vorgesehen ist.
Klimaanlage (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass niederdruckseitig zwischen dem Mündungspunkt (7) und dem Wärmeübertrager (9) zum Zwecke des Abscheidens und der Speicherung von Kältemittelflüssigkeit ein Abscheider (8) angeordnet ist.
Klimaanlage (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (9) und der Abscheider (8) als einteiliges Kombinationsbauteil (10) ausgebildet sind.
Klimaanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Erzeugung eines Mitteldrucks vorgesehene zweite Drosselorgan (12) im Querschnitt regelbar ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage (1) für den kombinierten Kälteanlagen- und Wärmepumpenbetrieb mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, Folgendes umfassend: – Durchströmen des Primärkreislaufes mit Kältemittel im Kälteanlagenbetrieb und im Wärmepumpenbetrieb sowie – Durchströmen der Sekundärpassage (15, 16) mit Kältemittel nur im Wärmepumpenbetrieb, unter gegenläufigem Durchströmen des als Verdampfer (3) ausgebildeten Wärmeübertragers (3), des ersten Drosselorgans (11) und des Wärmeübertragers (2) mit Kältemittel je nach Betriebsmodus, wobei der Wärmepumpenbetrieb folgende Schritte umfasst: – Abkühlen und Entfeuchten der zu konditionierenden Luft des Fahrzeuginnenraums im Verdampfer (3) und – nachfolgendes Aufheizen im Wärmeübertrager (4), unter Regelung des kältemittelseitigen Temperaturniveaus im Verdampfer (3) mittels Steuerung des Strömungsquerschnitts des in Strömungsrichtung des Kältemittels direkt nach dem Wärmeübertrager (4) angeordneten zweiten Drosselorgans (12), wobei das Kältemittel auf einen Mitteldruck expandiert wird.