DE60112279T2

DE60112279T2 - Fahrzeug- temperaturregulierungssystem mit wärmepumpe

Info

Publication number: DE60112279T2
Application number: DE60112279T
Authority: DE
Inventors: Manuel Amaral
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: FR2808738B1; ATE300442T1; DE60112279D1; FR2808738A1; WO2001087653A1; BR0110825A; JP2004515394A; US20040050089A1; EP1282532B1; EP1282532A1; BR0110825B1; US6895773B2; JP4718745B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Temperaturregelungssystem mit Wärmepumpe für ein Kraftfahrzeug.
Sie ist insbesondere auf die Klimatisierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs und/oder auf die Temperaturregelung eines Organs dieses Fahrzeugs anwendbar.
Nach dem Stand der Technik, insbesondere gemäß der FR-2 697 210 ist bereits ein Kraftfahrzeug-Temperaturregelungssystem mit

– einer Wärmepumpe mit einem Kältemittel-Kompressionshauptkreislauf, welcher Kalorien aus einer Kältequelle entnimmt, um sie zu einer Wärmequelle zu übermitteln,
– wobei die Kältequelle einen ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher aufweist, welcher den Kältemittel-Hauptkreislauf mit einem ersten, selektiv an mindestens zwei Wärmetauscher anschließbaren Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf thermisch koppelt,
– wobei die Wärmequelle einen zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher aufweist, welcher den Kältemittel-Hauptkreislauf mit einem zweiten, selektiv an mindestens zwei Wärmetauscher anschließbaren Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf thermisch koppelt,

Der Kompressionskreislauf umfasst üblicherweise einen Verdampfer für den Wärmeaustausch mit der Kältequelle und einen Kondensator für den Wärmeaustausch mit der Wärmequelle, wobei diese Elemente durch einen Kompressor und ein Druckminderventil miteinander verbunden sind. Das Kältemittel verdampft in dem Verdampfer und entnimmt dabei Wärme aus der Kältequelle. Der Kompressor saugt das verdampfte Kältemittel ein und fördert es in den abgekühlten Kondensator (durch Wärmeaustausch mit der Wärmequelle), in dem es kondensiert. Das Druckminderventil lässt das flüssige Kältemittel zu dem Verdampfer unter Herabsetzung dessen Drucks durch.
Eine Wärmepumpe kann entweder zum Erwärmen eines Raums oder eines Organs oder zum Kühlen dieses Raums oder dieses Organs verwendet werden.
In der FR-2 697 210 können die Nebenkreisläufe selektiv über geeignete Ventile an einen externen, in dem Motorraum des Fahrzeugs angeordneten Wärmetauscher und an einen internen, in dem Fahrzeuginnenraum angeordneten Wärmetauscher angeschlossen sein. Durch Einwirkung auf die Ventile lässt sich die Wärmepumpe entweder zur Kühlung des Innenraums einer Fahrzeugs (in diesem ersten Fall ist die Wärmequelle der externe Wärmetauscher, und die Kältequelle ist der interne Wärmetauscher) oder zum Erwärmen des Innenraums (in diesem zweiten Fall ist die Wärmequelle der interne Wärmetauscher, und die Kältequelle ist der externe Wärmetauscher) einsetzen.
In diesem letzten Fall ist anzumerken, dass die Leistungen der Wärmepumpe durch die Temperatur der Außenluft begrenzt sind. In der kalten Jahreszeit ist die Lufttemperatur nämlich nicht ausreichend, um einen ausreichenden Wirkungsgrad der Wärmepumpe zu erzielen, wenn diese zum Heizen des Innenraums benutzt wird. Im Übrigen kann die Vereisung der Kältequelle in der kalten Jahreszeit die Arbeitsleistungen der Wärmepumpe beeinträchtigen.
Ferner führt die Umkehrbarkeit des externen und des internen Tauschers (wobei jeder entweder als Wärmequelle oder als Kältequelle benutzt wird) hauptsächlich zu den zwei folgenden Nachteilen:

1) die Leistungsfähigkeit jedes Tauschers ist dadurch begrenzt, dass sie nicht für eine spezifische Funktionsweise des Tauschers als Wärmequelle oder als Kältequelle optimiert werden kann;
2) die Feuchtigkeitsmessung der Luft in der Umgebung des internen Wärmetauschers ist schwer zu kontrollieren.

Der zweite Nachteil zeigt sich ganz besonders bei der Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums in der Übergangszeit. In diesem Fall kann der interne Wärmetauscher ein häufiges Wechseln seiner Betriebsmodi – Kühlung und Heizung des Innenraums – erfahren. So lädt sich der interne Wärmetauscher im Kühlmodus mit Wasser. Wenn dieser in den Heizmodus übergeht, wird das im Kühlmodus angesammelte Wasser im Innenraum durch Verdunstung abgeführt. In der FR-2 697 210 wird vorgeschlagen, diesen Nachteil mittels eines Hilfswärmetauscher zu beheben, welcher in der Nähe des internen Wärmetauschers angeordnet ist. Dieser Hilfstauscher funktioniert in manchen Fällen jedoch nicht, insbesondere bei Übergangszeittemperaturen um 15°C.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Leistungen eines Temperaturregelungssystems mit Wärmepumpe zu optimieren, insbesondere wenn es zum Erwärmen oder zum Kühlen des Innenraums eines Kraftfahrzeugs oder wenn es für die Temperaturregelung eines Organs dieses Fahrzeugs eingesetzt wird.
Gegenstand der Erfindung ist hierzu ein Kraftfahrzeug-Temperaturregelungssystem der eingangs genannten Art, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nebenkreislauf selektiv an einen so genannten externen Wärmetauscher und an einen so genannten kalten Wärmetauscher angeschlossen werden kann und dass der zweite Nebenkreislauf selektiv an den externen Tauscher und an einen so genannten warmen Wärmetauscher angeschlossen werden kann.
Gemäß weiteren Merkmalen verschiedener Ausführungsformen dieses Systems

– sind der kalte Tauscher und der warme Tauscher in einem Innenraum des Fahrzeugs angeordnet;
– ist der externe Tauscher ein Wärmetauschflüssigkeit-/Luft-Tauscher;
– ist der kalte Tauscher ein Wärmetauschflüssigkeit-/Luft-Tauscher;
– ist der warme Tauscher ein Wärmetauschflüssigkeit-/Luft-Tauscher;
– umfasst der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf ein Drei-Wege-Ventil, welches an den Ausgang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers der Kältequelle, an den Eingang des externen Tauschers und an den Eingang des kalten Tauschers angeschlossen ist;
– umfasst der zweite Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf ein Drei-Wege-Ventil, welches an den Ausgang des zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Tauschers der Wärmequelle, an den Eingang des externen Tauschers und an den Eingang des warmen Tauschers angeschlossen ist;
– umfassen der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf und der zweite Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf ein gemeinsames Drei-Wege-Ventil, welches an den Eingang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers der Kältequelle, an den Eingang des zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers der Wärmequelle und an den Ausgang des externen Tauschers angeschlossen ist;
– kann der erste Nebenkreislauf selektiv an einen zusätzlichen externen Wärmetauscher angeschlossen werden;
– ist der zusätzliche externe Tauscher ein Tauscher zwischen Wärmetauschflüssigkeit und Träger von Kalorien, welche unmittelbar oder mittelbar aus einem Gas, insbesondere einem Abgas eines Motors des Fahrzeugs, aus einer Flüssigkeit, insbesondere einer Kühlflüssigkeit des Motors des Fahrzeugs, oder aus einem Festkörper, insbesondere mindestens einem elektrischen oder elektronischen Bauteil des Fahrzeugs stammen, wobei dieser Kalorienträger derart ausgewählt ist, dass der zusätzliche externe Tauscher gegenüber der in dem ersten Nebenkreislauf fließenden Wärmetauschflüssigkeit eine Kältequelle bildet, welche wärmer ist, als der externe Tauscher;
– umfasst der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf ein zusätzliches Drei-Wege-Ventil, welches an den Ausgang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers der Kältequelle, an den Eingang des externen Tauschers und an den Eingang des zusätzlichen externen Tauschers angeschlossen ist;
– ist der warme Tauscher an einen Zweig eines Kreislaufs mit einer Kühlflüssigkeit eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs angeschlossen, wobei das strömungsabwärts gelegene Ende des Zweigs an einen Eintritt der Wärmetauschflüssigkeit des warmen Tauschers und das strömungsaufwärts gelegene Ende des Zweigs an einen Austritt der Wärmetauschflüssigkeit des warmen Tauschers angeschlossen sind;
– umfasst das Temperaturregelungssystem einen Hilfswärmetauscher, welcher mit einem thermisch zu regelnden Organ des Fahrzeugs Wärme austauscht und parallel zu dem kalten Tauscher und zu dem warmen Tauscher angeschlossen ist;
– umfasst der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf ein Drei-Wege-Hilfsventil, welches an den Ausgang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers der Kältequelle, an den Eingang des Hilfstauschers und an den Eingang des kalten Tauschers angeschlossen ist;
– umfasst der zweite Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf ein Drei-Wege-Hilfsventil, welches an den Ausgang des zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Tauschers der Wärmequelle, an den Eingang des Hilfstauschers und an den Eingang des warmen Tauschers angeschlossen ist;
– umfassen der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf und der zweite Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf ein gemeinsames Drei-Wege-Hilfsventil, welches an den Eingang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers der Kältequelle, an den Eingang des zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers der Wärmequelle und an den Ausgang des Hilfstauschers angeschlossen ist;
– besteht der Kältemittel-Hauptkreislauf mit den beiden Wärmetauschern, in denen das Kältemittel fließt, aus mehreren Abschnitten, welche in ein einziges Modul zusammengefasst sind, in dem das Kältemittel fließt und welches dazu bestimmt ist, mit den Wärmetauschflüssigkeits nebenkreisläufen über die Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher verbunden zu werden, wobei die Abschnitte bevorzugt durch Schweißen miteinander verbunden sind;
– ist die Wärmetauschflüssigkeit mindestens eines von dem ersten Nebenkreislauf und von dem zweiten Nebenkreislauf ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel.

Die Erfindung wird anhand der folgenden, lediglich als Beispiel angegebenen Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen besser verständlich. Es zeigen:
1 bis 3 schematische Ansichten jeweils eines Kraftfahrzeug-Temperaturregelungssystems in drei verschiedenen Einsatzkonfigurationen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 bis 6 Ansichten ähnlich den vorigen Figuren eines Kraftfahrzeug-Temperaturregelungssystems gemäß einer zweiten, einer dritten beziehungsweise einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
7 eine schematische Ansicht einer Wärmepumpe, welche Kohlendioxyd als Kältemittel verwendet, mit welchem ein Temperaturregelungssystem gemäß einer beliebigen der Ausführungsformen versehen werden kann.
In den 1 bis 3 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 angegebenes Kraftfahrzeug-Temperaturregelungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Nachfolgend werden zwei Organe als untereinander thermisch gekoppelt bezeichnet, wenn sie untereinander Wärme mittels eines geeigneten Wärmetauschers tauschen.
Das Temperaturregelungssystem 10 umfasst eine Wärmepumpe 12 mit einem Kältemittel-Kompressionshauptkreislauf 14, welcher Kalorien aus einer Kältequelle 16 entnimmt, um sie zumindest teilweise zu einer Wärmequelle 18 zu übermitteln.
Die Kältequelle 16 und Wärmequelle 18 sind über einen (elektrischen oder mechanischen) Kompressor 20 und ein Druckminderventil 22 miteinander verbunden. Das Kältemittel verdampft und entnimmt dabei Wärme aus der Kältequelle 16. Der Kompressor 20 saugt das verdampfte Mittel ein und fördert es zu der Wärmequelle, wo es beim Abkühlen kondensiert. Das Druckminderventil 22 lässt das flüssige Kältemittel zu der Kältequelle 16 durchströmen und setzt dabei dessen Druck herab. Die Strömungsrichtung des Kältemittels in dem Kreislauf 14 ist in der 1 mit Pfeilen angegeben.
Die Kältequelle 16 weist einen ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher 24 auf, welcher den Kältemittel-Hauptkreislauf 14 mit einem ersten Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 26 koppelt. Dieser weist eine Pumpe 28 zur Umwälzung der Wärmetauschflüssigkeit auf, welche an den Eingang des ersten Wärmetauschers 24 angeschlossen ist.
Der erste Nebenkreislauf 26 kann selektiv an einen so genannten externen Wärmetauscher 30 und einen so genannten kalten Wärmetauscher 32 angeschlossen sein.
In dem in den 1 bis 3 veranschaulichten Beispiel ist der externe Tauscher 30 ein Wärmetauschflüssigkeit-/Luft-Tauscher, welcher in dem Motorraum M des Fahrzeugs angeordnet ist, und der kalte Tauscher 32 ist ein Wärmetauschflüssigkeit-/Luft-Tauscher, welcher in dem Innenraum H des Fahrzeugs angeordnet ist.
Die Wärmequelle 18 weist einen zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher 34 auf, welcher den Kältemittel-Hauptkreislauf 14 mit einem zweiten Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 36 thermisch koppelt. Dieser weist eine Pumpe 38 zur Umwälzung der Wärmetauschflüssigkeit auf, welche an den Eingang des zweiten Wärmetauschers 34 angeschlossen ist.
Der zweite Nebenkreislauf 36 kann selektiv an den externen Tauscher 30 und an einen so genannten warmen Wärmetauscher 39 angeschlossen sein.
In dem in den 1 bis 3 veranschaulichten Beispiel ist der warme Tauscher 39 ein Wärmetauschflüssigkeit-/Luft-Tauscher, welcher in dem Innenraum H des Fahrzeugs angeordnet ist.
Ein in den Fig. nicht dargestelltes herkömmliches Gebläse ermöglicht die Umwälzung eines Luftstroms durch den kalten Tauscher 32 und den warmen Tauscher 39.
Die an den ersten und an den zweiten Wärmetauscher 24, 34 angeschlossene Wärmepumpe 12 ist beispielsweise in dem Motorraum des Fahrzeugs angeordnet.
Das in dem Hauptkreislauf strömende Kältemittel ist herkömmlicher Art. Dieses Kältemittel ist beispielsweise unter einem Fluorchlorderivat des Methans oder des Ethans (Freon), einem Kohlenwasserstoff, Ammoniak oder Kohlendioxid gewählt.
Im Fall der Verwendung von Kohlendioxid ist die Wärmepumpe 12 mit den für diese Verwendung spezifischen herkömmlichen Organen anzupassen. In 7 ist die für die Verwendung von Kohlendioxid angepasste Wärmepumpe 12 dargestellt. In diesem Fall weist der Kreislauf 14 einen Akkumulator A, welcher an den Ausgang des ersten Wärmetauschers 24 (auch als Verdampfer bezeichnet) angeschlossen ist, und einen (von dem Kompressor 20 kommenden) Ölabscheider S, welcher zwischen dem Kompressor 20 und dem zweiten Wärmetauscher 34 (auch als Gaskühler bezeichnet) angeschlossen ist, auf. Der Kohlendioxidkreislauf 14 weist ferne einen internen Tauscher I auf, welcher einen Zweig des den zweiten Wärmetauscher 34 mit dem Druckminderventil 22 verbindenden Kreislaufs 14 und einen Zweig des den Akkumulator A mit dem Kompressor 20 verbindenden Kreislaufs thermisch koppelt. Der Akkumulator A, der Abscheider S und der interne Tauscher I sind herkömmliche Organe, welche üblicherweise in Wärmepumpen vorgesehen sind, die Kohlendioxid als Kältemittel verwenden.
Die in dem ersten Nebenkreislauf 26 oder in dem zweiten Nebenkreislauf 36 strömende Wärmetauschflüssigkeit ist bevorzugt ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel (Glykol).
Das Anschließen der zwei Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreisläufe 26, 36 an den externen Tauscher 30, an den kalten Tauscher 32 beziehungsweise an den warmen Tauscher 39 erfolgt mittels eines Drei-Wege-Ventils 40 des ersten Nebenkreislaufs, eines Drei-Wege-Ventils 42 des zweiten Nebenkreislaufs und eines Drei-Wege-Ventils 44, welches den zwei Nebenkreisläufen gemeinsam ist.
Das Drei-Wege-Ventil 40 des ersten Nebenkreislaufs 26 ist an den Ausgang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers 24 der Kältequelle, an den Eingang des externen Tauschers 30 und an den Eingang des kalten Tauschers 32 angeschlossen.
Das Drei-Wege-Ventil 42 des zweiten Nebenkreislaufs 36 ist an den Ausgang des zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers 34 der Wärmequelle, an den Eingang des externen Tauschers 30 und an den Eingang des warmen Tauschers 39 angeschlossen.
Das Drei-Wege-Ventil 44, das dem ersten Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 26 und dem zweiten Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 36 gemeinsam ist, ist an den Eingang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers 24 der Kältequelle, an den Eingang des zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers 34 der Wärmequelle und an den Ausgang des externen Tauschers 30 angeschlossen.
Die Ventile 40 bis 44 werden durch herkömmliche elektrische Mittel gesteuert.
1 veranschaulicht die Konfiguration des Temperaturregelungssystems 10 im Kühlmodus des Fahrzeuginnenraums. In diesem Fall sind die Ventile 40 bis 44 derart eingestellt, dass der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 26 an den kalten Tauscher und der zweite Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 36 an den externen Tauscher 30 angeschlossen werden.
Über den kalten Tauscher 32 entnimmt die Wärmetauschflüssigkeit des ersten Nebenkreislaufs 26 Kalorien aus dem Innenraum und gibt sie dem verdampften Kältemittel über den ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher 24 zurück.
Über den zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher 34 entnimmt die Wärmetauschflüssigkeit des zweiten Nebenkreislaufs 36 Kalorien aus dem kondensierten Kältemittel und führt sie nach außerhalb des Fahrzeugs über den externen Tauscher 30 ab.
2 veranschaulicht das System 10 in einer Konfiguration zum Heizen des Innenraums. In diesem Fall sind die Ventile 40 bis 44 derart eingestellt, dass der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 26 an den externen Tauscher 30 und der zweite Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 36 an den warmen Tauscher 39 angeschlossen werden.
Über den externen Tauscher 30 entnimmt die Wärmetauschflüssigkeit des ersten Nebenkreislaufs 26 Kalorien außerhalb des Fahrzeugs und gibt sie dem verdampften Kältemittel über den ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher 24 zurück.
Über den zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher 34 entnimmt die Wärmetauschflüssigkeit des zweiten Nebenkreislaufs 36 Kalorien aus dem kondensierten Kältemittel und gibt sie in dem Innenraum über den warmen Tauscher 39 zurück.
3 veranschaulicht das System 10 in einer Konfiguration, in der die beiden Nebenkreisläufe 26, 36 gleichzeitig an den kalten Tauscher 32 und an den warmen Tauscher 39 durch eine geeignete Einstellung der Ventile 40 bis 44 angeschlossen sind. Durch diese Konfiguration kann beispielsweise das Heizen des Innenraums beschleunigt werden, während der relative Feuchtigkeitsgehalt in diesem kontrolliert wird.
In den 4 bis 6 ist das Temperaturregelungssystem 10 gemäß einer zweiten, einer dritten und einer vierten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In diesen 4 bis 6 sind die Elemente, die denen der vorigen Figuren entsprechen, mit identischen Bezugszeichen angegeben.
In der zweiten, in der 4 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung kann der erste Nebenkreislauf 26 selektiv an den kalten Wärmetauscher 32, an den externen Wärmetauscher 30 und an einen zusätzlichen externen Wärmetauscher 30A angeschlossen werden. Der Letztere ist ein Tauscher zwischen Wärmetauschflüssigkeit und Träger von Kalorien, welche unmittelbar oder mittelbar aus einem Gas, insbesondere dem Abgas des Motors des Fahrzeugs, aus einer Flüssigkeit, insbesondere der Kühlflüssigkeit des Motors des Fahrzeugs, oder aus einem Festkörper, insbesondere mindestens einem elektrischen oder elektronischen Bauteil des Fahrzeugs stammen. Dieser Kalorienträger ist derart ausgewählt, dass der zusätzliche externe Tauscher 30A gegenüber der in dem ersten Nebenkreislauf 26 strömenden Wärmetauschflüssigkeit eine Kältequelle bildet, welche wärmer ist, als der externe Tauscher 30.
Der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 26 umfasst ein zusätzliches Drei-Wege-Ventil 46, welches an den Ausgang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers 24 der Kältequelle 16, an den Eingang des externen Tauschers 30 und an den Eingang des zusätzlichen externen Tauschers 30A angeschlossen ist.
Durch dieses zusätzliche Ventil 46 kann der erste Nebenkreislauf 26 selektiv an den externen Wärmetauscher 30 und den zusätzlichen externen Wärmetauscher 30A angeschlossen werden. In der kalten Jahreszeit wird somit, wenn das System 10 zum Heizen konfiguriert ist, bevorzugt der erste Nebenkreislauf 26 eher an den zusätzlichen externen Tauscher 30A als an den externen Tauscher 30 angeschlossen, um die Vereisung des Letzteren zu vermeiden. Der zusätzliche externe Tauscher 30A bildet nämlich gegenüber der in dem ersten Nebenkreislauf 26 strömenden Wärmetauschflüssigkeit eine Kältequelle, welche wärmer ist, als der externe Tauscher 30.
Es ist anzumerken, dass durch den zusätzlichen externen Tauscher 30A sich die durch die unterschiedlichen Organe der Kraftfahrzeugs abgegebenen und meist verlorenen Kalorien vorteilhafterweise rückgewinnen lassen.
In der dritten, in 5 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung kann der warme Tauscher 39 dem Innenraum Kalorien wiedergeben, die aus der Kühlflüssigkeit des Fahrzeugmotors stammen.
Hierzu ist der warme Tauscher 39 an einen Zweig 48 eines Kreislaufs mit einer Kühlflüssigkeit eines Verbrennungsmotors 50 des Fahrzeugs angeschlossen. Dieser ist selbstverständlich in dem Raum M angeordnet. Das strömungsabwärts gelegene Ende des Zweigs 48 ist an einen Eintritt der Wärmetauschflüssigkeit des warmen Tauschers 39 angeschlossen. Das strömungsaufwärts gelegene Ende des Zweigs 48 ist an einen Austritt der Wärmetauschflüssigkeit des warmen Tauschers 39 angeschlossen. Gegebenenfalls ermöglicht ein Ventil 52 die Regelung der Durchflussmenge der in dem warmen Tauscher 39 strömenden und aus dem strömungsaufwärts gelegenen Ende des Zweigs 48 kommenden Kühlflüssigkeit.
Die dritte Ausführungsform der Erfindung ermöglicht es, den Innenraum mittels aus dem Kühlungskreislauf des Motors stammender Kalorien unter Verwendung des warmen Tauschers 39 zu heizen, ohne auf einen zusätzlichen für den Kühlungskreislauf spezifischen Tauscher zurückzugreifen.
Das erfindungsgemäße Temperaturregelungssystem kann für die Regelung der Temperatur eines anderen Raums des Fahrzeugs als des Innenraums oder eines beliebigen Organs des Fahrzeugs verwendet werden.
Diese letzte Möglichkeit ist Gegenstand der vierten, in 6 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung.
In diesem Fall umfasst das Temperaturregelungssystem 10 einen Hilfswärmetauscher 54, welcher mit einem thermisch zu regelnden Organ des Fahrzeugs, beispielsweise einem in dem Innenraum angeordneten Organ wie einem elektronischen Gehäuse, Wärme austauscht. Dieser Hilfswärmetauscher 54 ist parallel zu dem kalten Tauscher 32 und zu dem warmen Tauscher 39 mit Hilfe der nachfolgend beschriebenen Mittel angeschlossen.
Der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 26 umfasst ein Drei-Wege-Hilfsventil 56, welches an den Ausgang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers 24 der Kältequelle, an den Eingang des Hilfstauschers 54 und an den Eingang des kalten Tauschers 32 angeschlossen ist.
Der zweite Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 36 umfasst ein Drei-Wege-Hilfsventil 58, welches an den Ausgang des zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Tauschers 34 der Wärmequelle, an den Eingang des Hilfstauschers 54 und an den Eingang des warmen Tauschers 39 angeschlossen ist.
Der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 26 und der zweite Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf 36 umfassen ein gemeinsames Drei-Wege-Hilfsventil 60, welches an den Eingang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers 24 der Kältequelle, an den Eingang des zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers 34 der Wärmequelle und an den Ausgang des Hilfstauschers 54 angeschlossen ist.
Durch die Einstellung der Drei-Wege-Ventile 58 bis 60 kann die Temperatur des thermisch zu regelnden Organs kontrolliert werden, indem die Durchflussmengen der aus den Nebenkreisläufen 26 und 36 stammenden und den Hilfstauscher 54 durchströmenden Wärmetauschflüssigkeiten kontrolliert werden.
Zu den Vorteilen der Erfindung ist zu erwähnen, dass der kalte Wärmetauscher 32 und der warme Wärmetauscher 39 spezifische Funktionen haben, wobei der eine zum Kühlen und der andere zum Heizen dient. Dadurch kann deren Funktionsweise optimiert werden.
Ferner besteht der Kältemittel-Hauptkreislauf 14, welcher insbesondere die beiden Wärmetauscher 24, 34, in denen das Kältemittel strömt, den Kompressor 20 und das Druckminderventil 22 aufweist, aus mehreren Abschnitten, welche vorteilhafterweise in ein einziges Modul zusammengefasst sind, in dem das Kältemittel strömt. Die Abschnitte sind bevorzugt durch Schweißen miteinander verbunden, um feste und dichte Anschlüsse zu bilden, die hohen Drücken standhalten können, welche beispielsweise 100 Bar (10⁷ Pa) übersteigen können, insbesondere wenn das Kältemittel durch Kohlendioxid gebildet ist.
Das durch den Kältemittelkreislauf gebildete Modul kann vor seinem Einbau in das Fahrzeug zusammengesetzt und mit Kältemittel gefüllt werden. Beim Einbau in das Fahrzeug wird das Modul mit den Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreisläufen 26, 36 über die Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher 24, 34 verbunden.
Das vorteilhafterweise in den Motorraum des Fahrzeugs eingebaute Modul ist von dem Innenraum isoliert, wodurch die Gefahr einer Kühlmittelleckage in diesem Innenraum vermieden und dieser vor Lärmbelästigung geschützt werden kann.

Claims

Kraftfahrzeug-Temperaturregelungssystem mit: – einer Wärmepumpe (12) mit einem Kältemittel-Kompressionshauptkreislauf (14), welcher Kalorien aus einer Kältequelle (16) entnimmt, um sie zu einer Wärmequelle (18) zu übermitteln, – wobei die Kältequelle (16) einen ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher (24) aufweist, welcher den Kältemittel-Hauptkreislauf (14) mit einem ersten, selektiv an mindestens zwei Wärmetauscher anschließbaren Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf (26) thermisch koppelt, – die Wärmequelle (18) einen zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher (34) aufweist, welcher den Kältemittel-Hauptkreislauf (14) mit einem zweiten, selektiv an mindestens zwei Wärmetauscher anschließbaren Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf (36) thermisch koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nebenkreislauf (26) selektiv an einen so genannten externen Wärmetauscher (30) und an einen so genannten kalten Wärmetauscher (32) angeschlossen werden kann und dass der zweite Nebenkreislauf (36) selektiv an den externen Tauscher (30) und an einen so genannten warmen Wärmetauscher (39) angeschlossen werden kann.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kalte Tauscher (32) und der warme Tauscher (39) in einem Innenraum des Fahrzeugs angeordnet sind.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der externe Tauscher (30) ein Wärmetauschflüssigkeit-/Luft-Tauscher ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kalte Tauscher (32) ein Wärmetauschflüssigkeit-/Luft-Tauscher ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der warme Tauscher (39) ein Wärmetauschflüssigkeit-/Luft-Tauscher ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf (26) ein Drei-Wege-Ventil (40) umfasst, welches an den Ausgang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers (24) der Kältequelle, an den Eingang des externen Tauschers (30) und an den Eingang des kalten Tauschers (32) angeschlossen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf (36) ein Drei-Wege-Ventil (42) umfasst, welches an den Ausgang des zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Tauschers (34) der Wärmequelle, an den Eingang des externen Tauschers (30) und an den Eingang des warmen Tauschers (39) angeschlossen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf (26) und der zweite Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf (36) ein gemeinsames Drei-Wege-Ventil (44) umfassen, welches an den Eingang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers (24) der Kältequelle, an den Eingang des zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers (34) der Wärmequelle und an den Ausgang des externen Tauschers (30) angeschlossen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nebenkreislauf (26) selektiv an einen zusätzlichen externen Wärmetauscher (30A) angeschlossen werden kann.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche externe Tauscher (30A) ein Tauscher zwischen Wärmetauschflüssigkeit und Träger von Kalorien ist, welche unmittelbar oder mittelbar aus einem Gas, insbesondere einem Abgas eines Motors des Fahrzeugs, aus einer Flüssigkeit, insbesondere einer Kühlflüssigkeit des Motors des Fahrzeugs, oder aus einem Festkörper, insbesondere mindestens einem elektrischen oder elektronischen Bauteil des Fahrzeugs stammen, wobei dieser Kalorienträger derart ausgewählt ist, dass der zusätzliche externe Tauscher (30A) gegenüber der in dem ersten Nebenkreislauf (26) fließenden Wärmetauschflüssigkeit eine Kältequelle bildet, welche wärmer ist, als der externe Tauscher (30).
System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf (26) ein zusätzliches Drei-Wege-Ventil (46) umfasst, welches an den Ausgang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers (24) der Kältequelle, an den Eingang des externen Tauschers (30) und an den Eingang des zusätzlichen externen Tauschers (30A) angeschlossen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der warme Tauscher (39) an einen Zweig (48) eines Kreislaufs mit einer Kühlflüssigkeit eines Verbrennungsmotors (50) des Fahrzeugs angeschlossen ist, wobei das strömungsabwärts gelegene Ende des Zweigs (48) an einen Eintritt der Wärmetauschflüssigkeit des warmen Tauschers (39) und das strömungsaufwärts gelegene Ende des Zweigs (48) an einen Austritt der Wärmetauschflüssigkeit des warmen Tauschers (39) angeschlossen sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Hilfswärmetauscher (54) umfasst, welcher mit einem Organ des thermisch zu regelnden Fahrzeugs Wärme austauscht und parallel zu dem kalten Tauscher (32) und zu dem warmen Tauscher (39) angeschlossen ist.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf (26) ein Drei-Wege-Hilfsventil (56) umfasst, welches an den Ausgang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers (24) der Kältequelle, an den Eingang des Hilfstauschers (54) und an den Eingang des kalten Tauschers (32) angeschlossen ist.
System nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf (36) ein Drei-Wege-Hilfsventil (58) umfasst, welches an den Ausgang des zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Tauschers (34) der Wärmequelle, an den Eingang des Hilfstauschers (54) und an den Eingang des warmen Tauschers (39) angeschlossen ist.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf (26) und der zweite Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreislauf (36) ein gemeinsames Drei-Wege-Hilfsventil (60) umfassen, welches an den Eingang des ersten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers (24) der Kältequelle, an den Eingang des zweiten Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauschers (34) der Wärmequelle und an den Ausgang des Hilfstauschers (54) angeschlossen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittel-Hauptkreislauf (14) mit den beiden Wärmetauschern (24, 34), in denen das Kältemittel fließt, aus mehreren Abschnitten besteht, welche in ein einziges Modul zusammengefasst sind, in dem das Kältemittel fließt und welches dazu bestimmt ist, mit den Wärmetauschflüssigkeitsnebenkreisläufen (26, 36) über die Kältemittel-/Wärmetauschflüssigkeit-Wärmetauscher (24, 34) verbunden zu werden, wobei die Abschnitte bevorzugt durch Schweißen miteinander verbunden sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschflüssigkeit mindestens eines von dem ersten Nebenkreislauf und von dem zweiten Nebenkreislauf (26, 36) ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel.