Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmepumpenkreislauf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der EP 1 983 095 A2 ist ein Wäschetrockner mit einem Wärmepumpenkreislauf bekannt, in dem eine Heizung angeordnet ist. Der Wärmepumpenkreislauf weist - in Strömungsrichtung des den Wärmepumpenkreislauf durchströmenden Kältemittels betrachtet - einen Kompressor, einen Kondensator, einen Zusatzwärmetauscher, einen Verdampfer und eine Heizung auf. Die Heizung ist zwischen einem Ausgang des Verdampfers und einem Sauganschluss des Kompressors, d.h. seriell im Wärmepumpenkreislauf angeordnet. Die Heizung ist dazu vorgesehen, zu Beginn des Trocknungsvorgangs die Temperatur im Wärmepumpenkreislauf anzuheben bzw. in Betriebsphasen, in denen die Gefahr besteht, dass der Kompressor flüssiges Kältemittel ansaugt, das Kältemittel dampfförmig zu halten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmepumpenkreislauf zu schaffen, der auch für andere Technologiebereiche geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ausgangspunkt der Erfindung ist der Gedanke, ein Fahrzeug, d.h. den Fahrgastraum eines Fahrzeugs und/oder Fahrzeugkomponenten, wie z.B. einen Hochvoltspeicher o.a., die temperiert werden müssen, mittels einer Wärmepumpenanordnung zu heizen. Bekanntlich ist der Wirkungsgrad einer Wärmepumpenanordnung von der Temperatur der als Wärmequelle verwendeten Umgebungsluft abhängig. Bei niedrigen Außentemperaturen, wie z.B. im Winter, ist der Wirkungsgrad bzw. die Leistungsziffer eines herkömmlichen Wärmepumpensystems so gering, dass ein Einsatz eines Wärmepumpensystems relativ unwirtschaftlich ist.

Ein zentraler Gedanke der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug mit einem Wärmepumpenkreislauf auszustatten, der im Unterschied zu herkömmlichen Wärmepumpenkreisläufen zusätzlich eine elektrische Heizeinrichtung aufweist, mittels der dem den Wärmepumpenkreislauf durchströmenden Kältemittel Wärme zuführbar ist. Durch "Vorwärmen" des Kältemittels kann somit auch bei niedrigen Umgebungslufttemperaturen ein hinreichend hoher Wirkungsgrad bzw. eine hinreichend hohe Leistungszahl erreicht werden, die einen Einsatz in Fahrzeugen sinnvoll erscheinen lässt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Wärmepumpenkreislauf zwei von Kältemittel durchströmte Kältemittelzweige auf, nämlich einen ersten Kältemittelzweig und einen dazu parallel angeordneten bzw. "geschalteten" zweiten Kältemittelzweig.

Ein Wärmepumpenkreis gemäß der Erfindung weist einen Kältemittelverdichter mit einem Druckausgang auf, der über eine Kältemitteleitung mit einem Eingang eines ersten Wärmeübertragers in Fluidverbindung steht. Der erste Wärmeübertrager ist dazu vorgesehen, Wärme vom Kältemittel an den Fahrgastraum und/oder die zu beheizende Fahrzeugkomponente (wie z.B. einen Hochvoltspeicher) abzugeben. in Strömungsrichtung des Kältemittels betrachtet nach dem ersten Wärmeübertrager ist im Fluidsystem des Wärmepumpenkreislaufs eine

„Verzweigungsstelle" vorgesehen, an der sich der Wärmepumpenkreislauf in die beiden oben erwähnten Kältemittelzweige verzweigt.

In einem ersten der beiden Kältemittelzweige kann ein zweiter Wärmeübertrager vorgesehen sein. Im Wärmepumpenbetrieb fungiert der zweite Wärmeübertrager als Verdampfer. In der Umgebungsluft bzw. im Fahrtwind enthaltene Wärme wird über den zweiten Wärmeübertrager an das den zweiten Wärmeübertrager durchströmende kühlere Kältemittel abgegeben.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die elektrische Heizeinrichtung in dem zum ersten Kältemittelzweig parallel angeordneten zweiten Kältemittelzweig angeordnet, was ein ganz zentraler Unterschied gegenüber der eingangs erwähnten EP 1 983 095 A2 ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der zweite Kältemittelzweig ein von Kältemittel durchströmtes Kältemrrtelrohr oder eine andersartig gestaltete, von Kältemittel durchströmte Komponente aufweist, welche durch die elektrische Heizeinrichtung beheizbar ist.

Jedem der beiden Kältemittelzweige kann ein Absperrorgan zugeordnet sein, über das der betreffende Kältemittelzweig abgesperrt werden kann. Bei sehr niedrigen Außentemperaturen, bei denen ein signifikanter Wärmeeintrag über den zweiten Wärmeübertrager nicht möglich ist, kann der erste Kältemittelzweig über das zugeordnete Absperrorgan abgesperrt werden, so dass das gesamte umlaufende Kältemittel den zweiten Kältemittelzweig durchströmt.

Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass beide Kältemittelzweige parallel von Kältemittel durchströmt werden. In einem weiteren Betriebsmodus kann vorgesehen sein, dass der zweite Kältemittelzweig über das zugeordnete Absperrorgan abgesperrt ist und der gesamte Wärmeeintrag über den zweiten Wärmeübertrager, d.h. über die in der Umgebungslutt enthaltene Wärme, erfolgt.

Zwischen einem Ausgang des ersten Wärmeübertragers einerseits und dem zweiten Wärmeübertrager und der Heizeinrichtung andererseits ist mindestens ein Expansionsorgan angeordnet. Vorzugsweise ist in jedem der beiden Kältemittelzweige jeweils ein Expansionsorgan angeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass im ersten Kältemittelzweig vor dem zweiten Wärmeübertrager ein erstes Expansionsorgan und im zweiten Kältemittelzweig vor der Heizeinrichtung ein zweites Expansionsorgan angeordnet ist.

Alternativ dazu kann auch nur ein einziges Expansionsorgan vorgesehen sein, das vor der „Verzweigungsstelle", an der sich der Wärmepumpenkreislauf in die beiden Kältemittelzweige verzweigt, angeordnet ist.

Wie bereits erwähnt, ist der zweite Wärmeübertrager so im Fahrzeug angeordnet, dass er von Luft bzw. vom Fahrtwind um- bzw. durchströmt wird. Es kann z. B. ein Elektrolüfter vorgesehen sein, der aktiv Luft durch den zweiten Wärmeübertrager bläst. Im Unterschied dazu kann vorgesehen sein, dass der zweite Kältemittelzweig bzw. dessen Komponenten nicht oder zumindest nicht unmittelbar vom Fahrtwind um- oder durchströmt ist bzw. sind, sondern geschützt im Fahrzeug, insbesondere im Motorraum des Fahrzeugs angeordnet ist bzw. sind.

Mit einem Wärmepumpenkreislauf gemäß der Erfindung kann im Vergleich zu herkömmlichen Wärmepumpenkreisläufen (ohne Heizeinrichtung) bei ansonsten unverändert dimensionierten Kreislaufkomponenten eine signifikante Leistungssteigerung erreicht werden. Dies ermöglicht einen wirtschaftlichen Einsatz in Fahrzeugen und zwar auch in der kalten Jahreszeit, d.h. bei niedrigen Umgebungslufttemperaturen. Die Anordnung der elektrischen

Heizeinrichtung in einem "Bypass zum zweiten Wärmeübertrager" ist konstruktiv sehr einfach umsetzbar, z. B. als "elektrisch beheiztes Kältemittelrohr".

Die Erfindung ist insbesondere auch für Hybrid- oder reine Elektrofahrzeuge geeignet. Hier kann die Wärmepumpenanordnung zum Beheizen von Hochvoltkomponenten, wie z.B. eines Hochvoltspeichers oder einer Leistungselektronik, verwendet werden. Zu temperierende Hochvoltkomponenten können somit an beliebiger Stelle im Fahrzeug angeordnet werden. Sie müssen nicht unbedingt im Fahrzeuginnenraum angeordnet werden.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur 1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung in schematischer Darstellung.

Figur 1 zeigt einen Wärmepumpenkreislauf 1 mit einem Kältemittelverdichter 2, der über eine Fluidleitung 3 mit einem Eingang 4 eines ersten Wärmeübertragers 5 verbunden ist. Vom Kältemittelverdichter 2 verdichtetes und entsprechend erwärmtes Kältemittel durchströmt den ersten Wärmeübertrager 5 und gibt dabei Wärme an einen Fahrgastraum eines hier nicht näher dargestellten Fahrzeugs oder an eine zu beheizende Fahrzeugkomponente (nicht dargestellt) des Fahrzeugs ab, was durch einen Pfeil 6 symbolisiert ist.

Ein Ausgang 7 des ersten Wärmeübertragers 5 ist über eine Kältemittelleitung 8 mit einer Verzweigungsstelle 9 verbunden, an der sich der Wärmepumpenkreislauf 1 in einen ersten Kältemittelzweig 10 und einen zweiten Kältemittelzweig 1 1 verzweigt. Der erste Kältemittelzweig 10 weist ein erstes Expansionsorgan 12 auf, in dem das vom ersten Wärmeübertrager 5 kommende Kältemittel entspannt und abgekühlt wird. Das vom ersten Expansionsorgan 12 kommende abgekühlte Kältemittel durchströmt einen zweiten Wärmeübertrager 13, der Wärme aus der Umgebungsluft aufnimmt, was durch Pfeile 14 symbolisiert ist. Der zweite Wärmeübertrager 13 kann so im Fahrzeug angeordnet sein, dass er unmittelbar vom Fahrtwind um- oder durchströmt wird. Ein Ausgang 15 des zweiten Wärmeübertragers 13 steht über eine Fluidleitung 16 und einen Sammler 17 mit einem Sauganschluss des Kältemittelverdichters 2 in Fluidverbindung.

Der zweite Kältemittelzweig 11 ist parallel zum ersten Kältemittelzweig 10 angeordnet und weist in Strömungsrichtung des Kältemittels betrachtet, ein zweites Expansionsorgan 19 und eine von einer elektrischen Heizeinrichtung 20 beheizbare, von Kältemittel durchströmte Komponente 21 auf. Bei der Komponente 21 kann es sich beispielsweise um ein einfaches, von Kältemittel durchströmtes Kältemittelrohr oder ebenfalls um einen Wärmeübertrager handeln.

Alternativ zu dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann auch nur ein einziges Expansionsorgan vorgesehen sein. Es kann - in Strömungsrichtung des Kältemittels betrachtet - vor der Verzweigungsstelle 9 angeordnet sein.

Zusätzlich kann in jedem der beiden Kältemittelzweige 10, 1 1 ein Absperrorgan vorgesehen sein, z.B. im Bereich zwischen der Verzweigungsstelle 9 und dem ersten bzw. zweiten Expansionsorgan 12, 19. Alternativ dazu können die Expansionsorgane 12, 19 auch als absperrbare Expansionsorgane ausgeführt sein. Auf diese Weise können prinzipiell drei verschiedene Betriebszustände "gefahren" werden, nämlich:

Ein erster Betriebszustand, in dem die beiden Kältemittelzweige 10, 1 1 parallel von Kältemittel durchströmt werden. Ein zweiter Betriebszustand, bei dem der zweite Kältemittelzweig 11 abgesperrt ist und der gesamte Kältemittelstrom durch den ersten

Kältemittelzweig 10 strömt, was z.B. bei hohen Umgebungslufttemperaturen (Obergangsjahreszeit bzw. Sommerbetrieb) sinnvoll sein kann.

Einen dritten Betriebszustand, in dem der erste Kältemittelzweig 10 abgesperrt und der gesamte Kältemittelvolumenstrom durch den zweiten Kältemittelzweig 1 1 strömt, was z.B. bei niedrigen Umgebungslufttemperaturen (Winterbetrieb) sinnvoll sein kann. In diesem Fall kann das Kältemittel über die elektrische Heizeinrichtung 20 (vor-)gewärmt werden.