Die Erfindung betrifft ein Wärmepumpensystem zur Klimatisierung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, mit einem Klimagerät, das einen Klima-Verdampfer und einen Heizungswärmetauscher aufweist, zur Klimatisierung eines Fahrgastraums des Fahrzeugs, mit einem Kondensator, zur Übertragung von Wärme von einem Kältekreis in einen Kühlmittelkreislauf, mit einem Chiller, zur Übertragung von Wärme vom Kühlmittelkreislauf in den Kältekreis, wobei der Kühlmittelkreislauf stromab eines NT-Kühlers zwei zueinander parallele Zweige aufweist, nämlich einen absperrbaren Heizzweig, in welchem der Kondensator sowie der Heizungswärmetauscher angeordnet sind, und einen Kühlzweig, in welchem der Chilier und zumindest eine Fahrzeugkomponente angeordnet sind.

Ein entsprechendes Wärmepumpensystem ist in der auf die Anmelderin zurückgehenden, unveröffentlichten Anmeldung DE 10 2014 217 960 beschrieben.

Allgemein ergibt sich bei Elektrofahrzeugen oder auch Hybridfahrzeugen das Problem, dass ein durchgängig Wärme produzierender Verbrennungsmotor und ein dazugehöriger Hochtemperaturkühlkreis zumeist nicht vorhanden sind und die zum Erwärmen von Kühlmittel benötigte Wärme zwecks Heizen des Fahrgastraums des Fahrzeugs aus einer anderen Quelle entnommen werden muss. Das auf diese Weise erwärmte Kühlmittel weist zumeist jedoch ein zu geringes Temperaturniveau auf, sodass häufig zusätzlich ein Wärmepumpensystem verwendet werden muss, um das Kühlmittel auf ein hinreichendes

Temperaturniveau zu befördern. Als Wärmequellen bieten sich insbesondere elektrische Leistungskomponenten an _» die üblicherweise im Kühlmittelkreislauf, d.h. insbesondere einem Niedertemperaturkreis oder auch einfach nur Kühlkreislauf angeordnet sind, beispielsweise eine elektrische Antriebsmaschine, d.h. ein Elektromotor, oder auch elektrische Leistungskomponenten, wie beispielsweise Wechselrichter, Gleichstromwandler, Ladeelektronik oder dergleichen. Unter Umständen ist auch eine Nutzung von Abwärme eines Hochvoltspeichers, d.h. einer Batterie zur Versorgung der Antriebsmaschine des Fahrzeuges möglich.

Die verschiedenen Wärmequellen müssen jedoch typischerweise jeweils separat eingebunden werden, wodurch sich eine komplexe Verschattung ergibt. Um dann den Fahrgastraum bedarfsgerecht zu heizen oder zu kühlen und gleichzeitig eine oder mehrere der Leistungskomponenten zu kühlen, ist nachteilig eine komplexe Verschattung nötig, oftmals unter Einsatz einer Vielzahl an Leitungen und Ventilen, insbesondere teuren Schaltventilen. Besonders unter dem Aspekt der Innenraumklimatisierung bedingen üblicherweise verschiedene Betriebszustände entsprechende Einstellungen, in welchen die Wärme jeweils unterschiedlich entweder in den Innenraum und/oder an die Umgebung geleitet werden soll, wodurch wiederum eine Vielzahl an Ventilen, insbesondere komplexen Ventilen benötigt wird sowie eine aufwändige Steuerung. Dies führt besonders bei Elektrofahrzeugen zu einem hohen Aufwand, da hier, wie oben beschrieben, insgesamt weniger Wärme zur Verfügung steht, deren effiziente Verteilung dann umso kritischer ist.

ADer Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Elektro- oder Hybhdfahrzeug anzugeben, welches möglichst einfach und insbesondere kostengünstig aufgebaut ist und ein Kühlen sowie ein Heizen eines Fahrgastraums des Fahrzeugs ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wärmepumpensystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 17, Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche, Die im Zusammenhang mit dem Wärmepumpensystem genannten Weiterbildungen und Vorteile gelten dabei sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.

Das Wärmepumpensystem ist zur Klimatisierung eines Fahrzeugs ausgebildet, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, und weist ein Klimagerät auf, das wiederum einen Klima-Verdampfer und einen Heizungswärmetauscher aufweist, zur Klimatisierung eines Fahrgastraums des Fahrzeugs, Das Wärmepumpensystem weist weiterhin einen Kondensator oder alternativ einen Gaskühler auf, zur Übertragung von Wärme von einem Kältekreis in einen Kühlmittelkreislauf, sowie einen Chiller, zur Verdampfung von Kältemittel und zur Übertragung von Wärme vom Kühlmittelkreislauf in den Kältekreis. Der Kühlmittelkreislauf weist einen NT-Kühler auf und stromab desselben zwei zueinander parallele Zweige, nämlich einen absperrbaren Heizzweig, in welchem der Kondensator sowie der Heizungswärmetauscher angeordnet sind, und einen Kühlzweig, in welchem der Chilier und mindestens eine zu kühlende Fahrzeugkomponente angeordnet sind. Dabei sind der NT-Kühler, der Kondensator und der Heizungswärmetauscher zueinander in Serie, d.h. hintereinander geschaltet.

Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht insbesondere darin, dass aufgrund der speziellen Verschaltung der diversen Komponenten des Wärmepumpensystems untereinander ein besonders effizienter Aufbau realisiert ist. Das erfindungsgemäße Wärmepumpensystem beansprucht besonders wenig Bauraum; des Weiteren sind Gewicht und Kosten deutlich reduziert. Wesentlich ist hierbei insbesondere die Serienschaltung des Heizungswärmetauschers und des Kondensators im Heizzweig in Kombination mit einer Serienschaltung bezüglich des NT-Kühlers, In dieser Konfiguration wird der Heizungswärmetauscher insbesondere permanent von Kühlmittel durchströmt, welches mittels des Kondensators erwärmt wird, sodass ein üblicherweise teures Umschaltventil zur Umleitung des Kühlmittels zum Heizungswärmetauscher nicht benötigt wird und daher vorzugsweise auf ein solches auch verzichtet wird. Zur Beheizung des Fahrgastraums mittels des Heizungswärmetauschers wird der Heizzweig üblicherweise abgesperrt und nur dann geöffnet, wenn im Fahrzeug ein Wärmeüberschuss vorliegt, d.h. im Kühlmittelkreis mehr Wärme vorhanden ist, als zur Innenraumbeheizung benötigt wird. In diesem Fall erfolgt eine zusätzliche Wärmeabfuhr über den NT-Kühler, indem Kühlmittel des Heizzweiges über den NT-Kühler geführt wird. Liegt kein Wärmeüberschuss vor, wird der Heizzweig abgesperrt betrieben, sodass die Wärmeabfuhr ausschließlich am Heizungswärmetauscher zum Zweck der Innenraumbeheizung erfolgt.

Weitere Vorteile ergeben sich insbesondere aus der Parallelschaltung der beiden Zweige des Kühlmittelkreislauf. Zum Einen ist bei abgesperrtem Heizzweig weiterhin eine Zirkulation von Kühlmittel zur Kühlung der Fahrzeugkomponente gewährleistet. Zum Anderen ermöglicht die Parallelschaltung eine parallele Anordnung des Kondensators und des Chiliers, sodass insbesondere letzterer von einer im Vergleich zu einer seriellen Anordnung reduzierten Menge an Kühlmittel durchströmt wird. Insbesondere ist die Menge an Kühlmittelvolumenstrom in dieser Konfiguration in etwa halbiert gegenüber einer Konfiguration, in welcher der Chilier nicht in einem Parallelzweig angeordnet ist. Dadurch wird auf vorteilhafte Weise ein typischerweise am Chilier auftretender Druckverlust bezüglich des Kühlmittels deutlich reduziert, insbesondere auf ungefähr ein Viertel gegenüber einer nicht parallelen Anordnung, wodurch wiederum eine größere Menge an Kühlmittel pro Zeit durch den Kühlzweig förderbar ist. Dies führt dann insgesamt zu einer verbesserten Kühlung der ebenfalls im Kühlzweig angeschlossenen Fahrzeugkomponenten. Des Weiteren wird der Chilier vorzugsweise entsprechend gering dimensioniert ausgelegt, beispielsweise für eine Fördermenge von bis zu 1000 l/h, und ist dann kostengünstiger. Weiterhin ergibt sich durch die Anordnung des Heizungswärmetauschers in Reihe mit dem Kondensator und dem ΝΪ- Kühier sowie der Einsparung eines Umschaltventils eine einfachere und betriebssicherere Regelstrategie, mitteis welcher ein stabilerer und insbesondere akustisch unauffälligerer Betrieb des Wärmepumpensystem im Fahrzeug möglich ist.

Der Kühlmittelkreislauf ist ein Kühlkreis, in welchem ein Kühlmittel zirkuliert beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch . Im Kühlmittelkreislauf, insbesondere im Kühlzweig liegt je nac Betriebsmodus und Umgebungsbedingungen eine Temperatur von beispielsweise etwa -25 bis +70 oder sogar bis +90 °C vor. Im Heizzweig liegt je nach Betriebsmodus eine Temperatur beispielsweise ebenfalls im Bereich von -25 bis +90 °C vor, wobei sich zu einem gegebenen Zeitpunkt die Temperatur im Heizzweig regelmäßig von der Temperatur im übrigen Kühlmittelkreislauf unterscheidet, besonders im Fahrbetrieb des Fahrzeugs.

Der Kühlmittelkreislauf umfasst somit mehrere, insbesondere drei Abschnitte, die an zwei Verzweigungen miteinander verbunden sind. Auf dem ersten Abschnitt ist der NT-Kühler angeordnet. Der zweite Abschnitt umfasst den Heizzweig, welcher über einen Vorlauf und einen Rücklauf mit dem ersten Abschnitt verbunden ist. Der Vorlauf und der Rücklauf sind hierbei insbesondere ebenfalls Teile des zweiten Abschnitts. Der dritte Abschnitt ist der Kühlzweig für Fahrzeugkomponenten. Stromab des ersten Abschnitts ist dann eine der Verzweigungen als erste Verzweigung angeordnet. An dieser ersten Verzweigung beginnen der Vorlauf des Heizzweigs und der Kühlzweig. Stromab der beiden Zweige werden der Kühlzweig und der Rücklauf des Heizzweigs an der anderen Verzweigung als zweite Verzweigung zusammengeführt und münden gemeinsam in den ersten Abschnitt.

Im Kältekreis ist ein Verdichter angeordnet, zum Verdichten von Kältemittel, wodurch dieses auf ein höheres Temperaturniveau gebracht wird. Dabei ist der Verdichter stromab des Klima-Verdampfers und des Chiliers angeordnet sowie stromauf des Kondensators, Der Verdichter ist insbesondere ein sogenannter elektrischer Kältemittelverdichter, kurz EKMV.

Je nach verwendetem Kältemittel wird unter Kondensator ganz allgemein ein Wärmetauscher zu Wärmeabgabe aus dem Kältekreis verstanden. Entsprechend wird dann beispielsweise bei Verwendung von C02, auch als R744 bezeichnet, ein Gaskühler anstelle eines herkömmlichen Kondensators verwendet.

Das Klimagerät dient der Innenraumklimatisierung, d.h. dem Beheizen oder Kühlen des Fahrgastraums, und umfasst dazu zwei Wärmetauscher, wobei der eine Wärmetauscher der Heizungswärmetauscher ist und der andere der Klimagerät-Verdampfer. Der Heizungswärmetauscher ist im Heizzweig und somit hier auch im Kühlmittelkreislauf angeordnet und dient insbesondere in einem Heizbetrieb des Wärmepumpensystems der Abgabe von Wärme an den Fahrgastraum. Der Klimagerät-Verdampfer ist im Kältekreis angeordnet und dient insbesondere in einem Kühlbetrieb des Wärmepumpensystems der Aufnahme von Wärme in den Kältekreis. Insbesondere ist im Kältekreis stromauf des Klimagerät-Verdampfers ein Ventil angeordnet, das beim insbesondere reinen Heizbetrieb, d.h. beim ausschließlichen Heizbetrieb geschlossen ist und beim Kühlbetrieb als Expansionsorgan dient.

Insbesondere wird zur Innenraumkühlung je nach Bedarf in einem

Umluftmodus Wärme von Luft aus dem Fahrgastraum entnommen und/oder in einem Außen luftmodus Wärme von Außenluft entnommen, welche dem Fahrgastraum zugeführt wird.

Der Kondensator und der Chilier bilden insbesondere zusammen mit dem Verdichter gemeinsam eine Wärmepumpe, zur Übertragung von Wärme zwischen unterschiedlichen Stellen des Kühlmittelkreislaufes, insbesondere vom Kühlzweig in den Heizzwetg. Auf diese Weise ist im Heizzweig durch die Wärmepumpe eine besonders effiziente Wärmeübertragung zur Versorgung des Heizungswärmetauschers realisiert.

Der Kondensator ist insbesondere als wassergekühlter Kondensator ausgebildet und weist einen Kältemittel-Kondensator und einen Kondensator-Wärmetauscher auf, die miteinander thermisch gekoppelt sind. Dabei ist der Kältemittel-Kondensator an den Kältekreis angeschlossen und der Kondensator-Wärmetauscher an den Kühlmittelkreislauf. Der Chilier weist einen Kältemittel-Verdampfer und einen Chilier-Wärmetauscher auf, die miteinander thermisch gekoppelt sind, wobei der Chüler- Verdampfer an den Kältekreis angeschlossen ist und der Chilier-Wärmetauscher an den Kühlmittelkreislauf, Der Kondensator und der Chüler weisen somit jeweils insbesondere vier Anschlüsse auf, nämlich jeweils zwei Vor- und zwei Rückläufe, wobei jeweils ein Vor- und Rücklauf an den Kühlmittelkreislauf und der andere Vor- und Rücklauf an den Kältekreis angeschlossen sind.

Die Wärmepumpe entnimmt Wärme zweckmäßigerweise über den NT- Kühler aus der Umgebung des Fahrzeugs oder von der Fahrzeugkomponente aus dem Kühlzweig. Dazu sind der NT-Kühler, die zumindest eine Fahrzeugkomponente und der Chilier zueinander in Serie geschaltet, wobei der Chilier vorzugsweise stromab der zu kühlenden Fahrzeugkomponenten und in räumlicher Nähe zu dieser angeordnet ist, um eine möglichst effiziente Wärmeübertragung von der zu kühlenden Fahrzeugkomponente zum Chiiler zu erzielen. Allgemein sind im Falle mehrerer zur kühlender Fahrzeugkomponenten diese vorzugsweise jeweils stromauf des Chiliers und in Serie zu diesem geschaltet sowie möglichst auch in räumlicher Nähe zum Chilier angeordnet. Prinzipiell ist es dabei möglich, die Fahrzeugkomponenten untereinander in Serie und/oder parallel in den Kühlmittelkreis zu integrieren. Die Fahrzeugkomponente ist beispielsweise eine Leistungselektronik, ein Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs oder ein Hochvoltspeicher zur Energieversorgung. Eine jeweilige zu kühlende Fahrzeugkomponente ist üblicherweise über einen geeigneten Wärmetauscher mit dem Kühimittelkreis thermisch gekoppelt, um an das Kühlmittel Wärme abzugeben.

Zur Innenraumbeheizung wird in einer ersten Variante über den NT-Kühler aus der Umgebung Wärme aufgenommen, diese über den Chiiler in den Kältekreis übertragen, mittels des Verdichters das Kältemittel auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, anschließend wird die Wärme mittels des Kondensators wieder in den Kühlmittelkreislauf übertragen und von dort dem Heizungswärmetauscher zugeführt. In dieser Ausgestaltung dient dann insbesondere die Umgebung des Fahrzeugs als Wärmequelle für die Wärmepumpe. Alternativ oder zusätzlich wird Wärme von den zu kühlenden Fahrzeugkomponenten auf diese Weise dem Heizungswärmetauscher zugeführt. Falls beispielsweise aus den Fahrzeugkomponenten keine oder nicht ausreichend Wärme entnommen werden kann, steht vorteilhaft zumindest Abwärme aus der Umgebung zur Verfügung, um über den Chiiler und den wassergekühlten Kältemittel-Kondensator zum Heizungswärmetauscher übertragen zu werden. Zweckmäßigerweise ist der Heizungswärmetauscher stromab des Kondensators angeordnet. Auf diese Weise ist eine besonders effiziente Wärmezufuhr vom Kondensator zum Heizungswärmetauscher gewährleistet. Dabei weist dann auch das Kühlmittel am Vorlauf des Kondensators eine möglichst niedrige Temperatur auf, wodurch die Effizienz des Kondensators verbessert wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind zudem der Heizungswärmetauscher und der Kondensator in räumlicher Nähe zueinander im Fahrzeug untergebracht, d.h. beispielsweise gemeinsam im vorderen oder im hinteren Bereich des Fahrzeugs, wodurch die Länge einer Leitung zum Verbinden der beiden Komponenten besonders kurz ist, beispielsweise geringer als 1 m.

Zum Absperren des Heizzweigs ist vorzugsweise ein Absperrventil angeordnet, welches insbesondere gegenüber einem Schalt- oder Umschaltventil deutlich kostengünstiger ist. Das Absperrventil weist insbesondere lediglich zwei Schaltzustände auf, nämlich offen und geschlossen, d.h. abgesperrt. Im offenen Zustand ist dann entsprechend auch der Heizzweig geöffnet, im geschlossenen Zustand ebenfalls geschlossen, d.h. abgesperrt.

Das Absperrventil ist im Vorlauf oder im Rücklauf zum Heizzweig angeordnet und zwar beispielsweise stromauf des Kondensators und des Heizungswärmetauschers oder stromab von diesen. Dabei ist eine Anordnung des Absperrventils stromauf des Kondensators, d.h. im Vorlauf, besonders bevorzugt. Im abgesperrten Zustand und insbesondere im Heizbetrieb, besteht die Gefahr, dass an den beiden Verzweigungen ein Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel aus dem übrigen Kühlmittelkreislauf, d.h. ein Austausch des Kühlmittels selbst erfolgt. Da das Kühlmittel im Heizzweig typischerweise wärmer ist als im übrigen Kühlmittelkreislauf, entsteht hier ein potentieller Wärmeverlust. Dieser ist stromab des NT- Kühlers und an der ersten Verzweigung stromauf des Heizzweigs regelmäßig größer als stromab des Heizzweiges, sodass eine Anordnung des Absperrventils im Vorlauf des Heizzweig stromauf des Kondensators besonders sinnvoll ist, Stromauf des Absperrventils liegt dann die erste Verzweigung, an welcher Kühlmittel vom NT-Kühler kommend auf die beiden Zweige aufgeteilt wird. Durch Absperren im Vorlauf des Heizzweiges wird dann das Kühlmittel vollständig über den Kühlzweig geführt und am Durchströmen des Heizzweigs gehindert.

Um insbesondere in abgesperrtem Zustand des Heizzweigs eine vorzugsweise ständige Zirkulation von Kühlmittel durch den Kondensator und den Heizungswärmetauscher zu realisieren, ist in einer zweckmäßigen Ausgestaltung eine Heizschleife ausgebildet, mit einem Rückführzweig, welcher stromab des Heizungswärmetauschers sowie stromauf des Kondensators vom Heizzweig abzweigt. Somit erfolgt mittels des Rückführzweigs eine Rückführung von Kühlmittel und zwar insbesondere derart, dass an einer ersten Abzweigung stromab des Heizungswärmetauschers der Rückführzweig vom Heizzweig abzweigt und dann stromauf des Kondensators an einer zweiten Abzweigung wieder an den Heizzweig angeschlossen ist. Mittels der Heizschleife ist dann auf besonders einfache Weise eine Umwälzung von Kühlmittel möglich.

Um insbesondere in offenem Zustand des Heizzweigs eine Umleitung von Kühlmittel über den Rückführzweig und somit eine Umgehung des Kondensators und des Heizungswärmetauschers zu vermeiden ist in einer vorteilhaften Weiterbildung im Rückführzweig ein Ventil angeordnet, insbesondere ein besonders kostengünstiges Rückschlagventil. Dadurch wird dann insbesondere eine Bypass-Wirkung des Rückführzweigs ausgeschlossen. Dazu ist das Rückschlagventil derart orientiert, dass lediglich ein Kühlmittelstrom von der ersten Abzweigung zur zweiten Abzweigung hin möglich ist und nicht umgekehrt. Prinzipiell ist auch die Verwendung eines Absperrventils denkbar.

Dadurch, dass im Rückführzweig bevorzugterweise lediglich das Rückschlagventil angeordnet ist, d.h. ansonsten keine weiteren Komponenten, ist der Rückführzweig insgesamt besonders kompakt ausgestaltet und somit besonders einfach zu entlüften. Daher wird zweckmäßigerweise auch auf einen eigenen Ausgleichsbehälter im Heizzweig verzichtet, wodurch das Wärmepumpensystem sowohl in konstruktiver Hinsicht als auch im Betrieb deutlich einfacher ist.

Besondere Vorteile ergeben sich aus der Kombination der Ausgestaltungen mit dem Absperrventil im Heizzweig und dem Rückführzweig mit dem Rückschlagventil. Diese Ausgestaltung ist konstruktiv besonders einfach, da hierbei insgesamt besonders einfache und kostengünstige Ventile verwendet werden. Auf im Vergleich dazu teure Umschalt- und/oder Dosierventile wird vorzugsweise verzichtet.

Ein Einstellen einer bestimmten Temperatur, d.h. einer Zieltemperatur, im Fahrgastraum ist in einer bevorzugten Ausgestaltung insbesondere dadurch vereinfacht, dass das Klimagerät einen Luftkanal aufweist, zur Zuführung von Luft in den Fahrgastraum, wobei der Heizungswärmetauscher im Luftkanal stromab des Klima-Verdampfers angeordnet ist, und wobei der Luftkanal einen Luft-Bypass zur Umgehung des Heizungswärmetauschers aufweist. Im Luftkanal ist dann beispielsweise eine Weiche angeordnet, allgemein eine Mischluftregelung, mittels welcher anströmende Luft vollständig oder teilweise am Heizungswärmetauscher vorbeigeführt wird. Falls der Heizungswärmetauscher kühlmittelseitig von erwärmtem Kühlmittel durchströmt wird, ist dennoch eine Kühlung des Innenraums möglich, indem die in den Fahrgastraum mittels des Luftkanals eingeleitete Luft nicht über den Heizungswärmetauscher geführt wird, sondern über den Luft-Bypass vorbei an diesem. Besonders vorteilhaft ist eine lediglich teilweise Umgehung in Kombination mit einer Luftzuführung über den Klima- Verdampfer, welcher aktiviert oder inaktiv sein kann, wodurch die Temperatur im Fahrgastraum dann insbesondere unabhängig von der Temperatur des Kühlmittels im Heizungswärmetauschers einstellbar ist.

Mittels der Mischluftregelung wird zweckmäßigerweise eine bestimmte Temperatur für die durch den Luftkanal strömende Luft eingestellt, um den Fahrgastraum auf eine entsprechende Temperatur zu bringen. Die Mischluftregelung stellt hierzu ein Mengen- oder Volumenverhältnis zwischen zwei Anteilen der Luft ein, nämlich einem Heißanteil, welcher über den Heizungswärmetauscher geführt wird, und einen Kaltanteil, welcher über den Luft-Bypass geführt wird.

Zum Einstellen eines bestimmten Kühlmittelstroms durch den Heizzweig, d.h. insbesondere zur Förderung von Kühlmittel durch den Heizzweig, ist in diesem geeigneterweise eine Heizkreispumpe angeordnet. Mittels dieser erfolgt auch insbesondere im abgesperrten Zustand eine Umwälzung von Kühlmittel, d.h. eine Förderung entlang der Heizschleife. Insbesondere ist die Heizkreispumpe stromauf des Kondensators angeordnet.

Die Heizkreispumpe ist vorzugsweise nicht im Rückführzweig angeordnet, jedoch in der Heizschleife. Dadurch ist es dann vorteilhaft möglich, je nach Kühlanforderung der Fahrzeugkomponente im Kühlzweig und je nach Heizanforderung am Heizungswärmetauscher im Heizzweig einen jeweils geeigneten Kühlmittelstrom durch den jeweiligen Zweig zu realisieren. Mit anderen Worten: durch den Heizzweig strömt ein erster Volumenstrom und durch den Kühlzweig ein zweiter Volumenstrom und die beiden Volumenströme bilden ein Volumenstromverhältnis, das mittels der Heizkreispumpe bedarfsgerecht eingestellt wird. Insbesondere weist die Heizkreispumpe hierzu eine einstellbare Drehzahl auf, welche geeignet variiert wird.

In einer zweckmäßigen Variante ist im Kühlmitteikreislauf zwischen dem Kondensator und dem Heizungswärmetauscher ein Zuheizer angeordnet Dieser wird zweckmäßigerweise als zusätzliche Wärmequelle zugeschaltet, d.h. aktiviert, falls die über den Kondensator in den Heizzweig eingebrachte Wärme nicht ausreicht, um eine gegebene Heizanforderung hinreichend zu erfüllen. Der Zuheizer ist beispielsweise ein elektrisch betriebener Heizer oder PTC-Heizer oder ein kraftstoffbetriebener Brenner.

Vorzugsweise weist das Wärmepumpensystem eine Steuereinheit auf, die derart ausgebildet ist, dass das Wärmepumpensystem zwischen mehreren Betriebsmodi umgeschaltet wird, nämlich zumindest einem Kühlbetrieb, zur Innenraumkühlung, und einem Heizbetrieb, zur Innenraumbeheizung. Insbesondere öffnet und schließt hierzu die Steuereinheit den Vorlauf oder den Rücklauf zum Heizzweig und schaltet hierzu insbesondere das Absperrventil. Weiterhin schaltet, steuert oder regelt die Steuereinheit eine oder mehrere der folgenden Komponenten: Heizkreispumpe im Heizzweig, Expansionsventil oder Expansionsventile im Kältekreis, Mischluftregelung, Luft-Bypass im Luftkanal, Zuheizer, Verdichter, NT-Kühlerbypass, E-Lüfter zur Luftzufuhr für den NT-Kühler, und berechnet vorzugsweise auch eine Empfehlung für die Ansteuerung einer Kühlmittelpumpe stromauf des NT- Kühlers.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Wärmepumpensystem einen Heizbetrieb auf, der auch als Winterbetrieb bezeichnet wird und in welchem der Heizzweig abgesperrt sowie der Chilier aktiviert ist. Dabei wird unter aktiviertem Chiller insbesondere verstanden, dass ein Expansionsventil, welches dem Chilier im Kältekreis vorgeschaltet ist, zumindest teilweise geöffnet ist und ein Wärmeaustausch zwischen Kühlmitteikreislauf und Kältekreis mittels des Chillers erfolgt. Somit ist insbesondere auch die Wärmepumpe aktiv und führt dem Heizzweig Wärme zu. Diese Wärme wird dann über den Heizungswärmetauscher im Klimagerät an den Fahrgastraum abgegeben, Der Heizbetrieb dient somit zur Beheizung des Fahrgastraums.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist im Kältekreis stromauf des Klima-Verdampfers ein Ventil, insbesondere Expansionsventil angeordnet, zum Einstellen einer Kühlleistung des Klima-Verdampfers, wobei in einem ersten Mischbetrieb sowohl der Klima-Verdampfer als auch der Heizungswärmetauscher aktiviert sind. Darunter wird insbesondere verstanden, dass gleichzeitig zum aktiven Klima-Verdampfer eine Heizanforderung vorliegt. Mit anderen Worten: der Klima-Verdampfer nimmt Wärme auf, d.h. stellt eine bestimmte Kühlleistung bereit, und zugleich gibt der Heizungswärmetauscher Wärme ab, d.h. stellt eine bestimmte Heizleistung bereit. Insbesondere ist hierbei auch der Chiller aktiv, um Wärme für den Heizungswärmetauscher bereitzustellen. Der erste Mischbetrieb ist nun insbesondere dadurch charakterisiert, dass die Kühlleistung typisch erweise gering ist und die Heizleistung hoch und somit insbesondere die Kühlleistung geringer als die Heizleistung ist. Der erste Mischbetrieb stellt somit ausgehend vom Heizbetrieb, d.h. dem Winterbetrieb einen Übergangsbetrieb für vergleichsweise niedrige Außentemperaturen dar, beispielsweise im Bereich von 0 bis 15 °C.

Dabei unterscheidet sich der erste Mischbetrieb vom Heizbetrieb insbesondere durch die zusätzliche Wärmeentnahme mittels des Klima- Verdampfers. Dieser wird hierbei insbesondere dadurch aktiviert, dass das Expansionsventil, welches dem Klima-Verdampfer vorgeschaltet ist, zumindest teilweise geöffnet ist. im ersten Mischbetrieb ist dadurch insbesondere ein Entfeuchtungsbetrieb realisiert, bei dem durch gleichzeitige Heizung und Kühlung die Luft, welche dem Fahrgastraum über den Luftkanal zugeführt wird, entfeuchtet wird. Auf diese Weise wird insbesondere auch ein Beschlagen von Fensterscheiben des Fahrzeugs vorteilhaft verhindert, d.h. eine Beschlagfreihaltung realisiert. Im Klimagerät wird dann die Luft zunächst mittels des Klima-Verdampfers abgekühlt, insbesondere derart, dass Feuchtigkeit, welche in der Luft enthalten ist, kondensiert und insbesondere auch aufgefangen wird. Anschließend wird diese Luft über den Heizungswärmetauschers geleitet und wieder erwärmt, beispielsweise auf eine vom Anwender des Fahrzeugs eingestellte Zieltemperatur.

Im Kältekreis ist stromauf des Chiliers ein Ventil, insbesondere Expansionsventil angeordnet, zum Einstellen der Kältemittelüberhitzung stromauf des Chiliers und somit zum Einstellen des Kältemittelmassenstromes durch den Chilier, d.h. allgemein zum Einstellen der Menge an Wärme, die der Chilier aus dem Kühlmittelkreislauf überträgt.

Vorzugsweise wird in einem zweiten Mischbetrieb die Menge an Wärme gegenüber einer Maximalmenge reduziert, indem der Kältemittelmassenstrom, der durch den Chilier strömt, mittels des dem Chiller zugeordneten Expansionsventils reduziert wird. Das Wärmepumpensystem weist somit einen zweiten Mischbetrieb auf, welcher wie auch der erste Mischbetrieb ein Übergangsbetrieb ist, bei dem nun eine gegenüber dem Heizbetrieb reduzierte Beheizung des Fahrgastraums erfolgt, indem die von der Wärmepumpe an den Heizungswärmetauscher übertragene Wärme reduziert ist. Mit anderen Worten: die Wärmepumpe wird in einem reduzierten Betrieb betrieben, da sonst mehr Wärme zur Abgabe an den Innenraum vorläge, als im vorliegenden Betriebsfall benötigt wird.

Dieser zweite Mischbetrieb wird insbesondere bei höheren Außentemperaturen verwendet oder eingestellt als der erste Mischbetrieb, beispielsweise in einem Bereich von 5 bis 20 °C. Der zweite Mischbetrieb ist dann insbesondere dadurch charakterisiert, dass die Kühlleistung des Klima-Verdampfers typischerweise größer ist als im ersten Mischbetrieb und die Heizleistung des Heizungswärmetauschers niedriger als im ersten Mischbetrieb.

Ein besonderer Vorteil des zweiten Mischbetriebs besteht insbesondere darin, dass während diesem das Absperrventil durchgängig und vollständig geschlossen bleibt und dennoch durch Einstellen des Chillers eine bedarfsgerechte Regulierung der Wärmezufuhr in den Heizzweig gewährleistet ist. Dazu wird das Expansionsventil, welches dem Chilier im Kältekreis zugeordnet ist, insbesondere ausgehend vom Heizbetrieb geöffnet, um eine reduzierte Expansion von Kältemittel und somit eine geringere Wärmeaufnahme aus dem Kühlmittelkreislauf zu erzielen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Wärmepumpensystem einen dritten Mischbetrieb auf, der vorzugsweise aktiv wird, wenn nur noch eine geringe Menge an Wärme über den Heizungswärmetauscher an den Innenraum abgeführt wird und die Gefahr besteht, dass der geschlossene Heizkreis überwärmt wird. In diesem dritten Mischbetrieb wird der Heizzweig zeitweise geöffnet. Über den Vorlauf des Heizzweiges wird kühleres Kühlmittel dem Heizzweig zugeführt und gleichzeitig im Rücklauf wärmeres Kühlmittel dem NT- Kühler zugeführt und somit dem Heizkreis bedarfsgerecht Wärme entnommen und über den NT- Kühler abgeführt. Unter zeitweise geöffnet wird hierbei insbesondere ein Öffnen für einen Zeitraum von einigen oder wenigen Sekunden oder wenigen hundert Millisekunden verstanden.

Die Mischbetriebe stellen jeweils eine Möglichkeit dar, die dem Heizungswärmetauscher zugeführt Menge an Wärme bedarfsgerecht einzustellen. Die drei Mischbetriebe sind zudem insbesondere Übergangsbetriebe zwischen dem Winter - und dem Sommerbetrieb, zur besonders flexiblen Klimatisierung des Fahrzeugs bei besonders vielen, unterschiedlichen Anforderungen, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Außentemperaturen zu unterschiedlichen Jahreszeiten. In einer geeigneten Variante wird zusätzlich noch mittels des oben bereits beschriebenen Zuheizers im Heizbetrieb und/oder in einem oder mehreren der Mischbetriebe ein Wärmedefizit ausgeglichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Wärmepumpensystem einen Kühlbetrieb auf, auch als Sommerbetrieb bezeichnet, in welchem der Heizzweig insbesondere durchgängig geöffnet ist und der Chilier deaktiviert ist. Unter deaktiviertem Chilier wird insbesondere verstanden, dass das Expansionsventil, welches dem Chiller im Kältekreis zugeordnet ist, vollständig geschlossen ist und/oder das Kältemittel nur noch durch den Klima-Verdampfer strömt und dann nicht mehr durch den Chiller, sodass kein Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittelkreislauf und dem Kältekreis mittels des Chiliers erfolgt.

Im Sommerbetrieb erfolgt zudem insbesondere eine Kühlung des Fahrgastraums mittels des Klima-Verdampfers. Die mittels diesem in den Kältekreis aufgenommene Wärme wird dann weiterhin über den Kondensator in den Heizzweig eingebracht. Allerdings ist hierbei durch den geöffneten Heizzweig eine Wärmeabfuhr über den NT-Kühler gewährleistet, während am Heizungswärmetauscher keine wesentliche Menge an Wärme abgegeben wird. Eine ungewollte Beheizung des Fahrgastraums wird insbesondere durch entsprechende Umleitung von Luft über den Luft- Bypass unter Umgehung des Heizungswärmetauschers gewährleistet. Insgesamt wird also im Kühlbetrieb jegliche Wärme im Kühlmittelkreislauf vorteilhafterweise über den NT-Kühler abgeführt. Ein weiterer besonderer Vorteil der speziellen Verschattung des Wärmepumpensystems ergibt sich insbesondere dadurch, dass außer im dritten Mischbetrieb vorzugsweise möglichst auf eine Taktung von Ventilen im Kühlmittelkreislauf verzichtet wird und somit eine üblicherweise störende Geräuschbelastung durch periodisches Schalten vermieden wird,

Der Verdichter ist im Käitekreis zwischen dem Klima-Verdampfer und dem Kondensator angeordnet und führt diesem verdichtetes Kältemittel zur Wärmeabgabe an den Kühlmittelkreislauf zu. Der Chilier, der im Kältekreis als Verdampfer wirkt, und der Klima-Verdampfer sind zueinander parallel geschaltet. Im Kühlbetrieb wird dann zumindest über den Klima-Verdampfer Wärme in den Kältekreis aufgenommen, im Heizbetrieb dagegen überwiegend über den Chilier. Auch eine gleichzeitige Wärmeaufnahme über beide Komponenten ist grundsätzlich denkbar und in den beschriebenen Mischbetrieben möglich sowie vorzugsweise auch gegeben. Der Verdichter weist zudem eine bestimmte Verdächterleistung auf, die vorzugsweise einstellbar ist, wodurch dann zweckmäßigerweise auch der Wärmeaustausch zwischen Kühlmittelkreislauf und Kältekreis eingestellt wird, insbesondere der Wärmeaustausch mittels des Chiliers und/oder des Kondensators.

In einer Variante ist zumindest ein weiterer Verdampfer an den Kältekreis angeschlossen, beispielsweise zur Kühlung eines Hochvoltspeichers des Fahrzeugs, wobei der weitere Verdampfer dann parallel zum Chiiler sowie parallel zum Klima-Verdampfer angeordnet ist, sodass dann drei zueinander parallele Verdampferzweige ausgebildet sind. Jedem Verdampfer ist zudem insbesondere jeweils ein Expansionsventil zugeordnet, um die jeweils übertragene Wärmemenge einzustellen.

Zur Leistungs- und Effizienzsteigerung ist in einer bevorzugten Ausgestaltung im Käitekreis zusätzlich ein innerer Wärmetauscher angeordnet, welcher einen Vorlauf und einen Rücklauf des Chiliers im Kältekreis thermisch miteinander koppelt. Der innere Wärmetauscher überträgt somit Wärme von einer stromauf des Chiliers, d.h. stromauf des entsprechenden Expansionsventils liegenden Hochdruckseite des Kältekreises auf eine stromab des Chiliers liegende Niederdruckseite. Zweckmäßigerweise erfolgt mittels des inneren Wärmetauschers zugleich auf ähnliche Weise auch eine thermische Kopplung eines Vor- und eines Rücklaufs des Klima-Verdampfers, wodurch insbesondere auch die Leistungsfähigkeit des Klima-Verdampfers deutlich verbessert ist. Die oben erwähnte Ausführung, bei welcher Vor- und Rücklauf des Chillers und des Klima-Verdampfers gemeinsam mittels des inneren Wärmetauschers gekoppelt sind eignet sich besonders für ein Fahrzeug, bei welchem der gesamte Kältekreis entweder im vorderen oder im hinteren Bereich des Fahrzeugs angeordnet ist.

Bei einer alternativen Auslegung, bei der ein Teil der Komponenten des Kältekreises im hinteren Bereich des Fahrzeugs angeordnet ist und ein anderer Teil im vorderen Bereich, ergibt sich dann jedoch ein möglicherweise umfangreiches Kältemittelleitungssystem. Um insbesondere auch in diesem Fall eine möglichst kompakte Bauform zu realisieren und Kältemittelleitungen einzusparen, ist bevorzugterweise der Klima- Verdampfer zu dem inneren Wärmetauscher und dem Chiller parallel geschaltet und ein weiterer innerer Wärmetauscher angeordnet, welcher einen Vorlauf und einen Rücklauf des Klima-Verdampfers thermisch miteinander koppelt. Der Chiller und der Klima-Verdampfer sind somit jeweils mit einem separaten inneren Wärmetauscher ausgestattet und sind dann mit deutlich reduziertem Leitungsaufwand an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeugs verbaut. Die beiden inneren Wärmetauscher sind dann an unterschiedlichen Stellen im Fahrzeug sowie räumlich voneinander getrennt untergebracht. Beispielsweise sind dann der Verdichter und der Chilier mit dem inneren Wärmetauscher im hinteren Bereich des Fahrzeugs untergebracht und der Kondensator und der Klima-Verdampfer mit dem weiteren inneren Wärmetauscher im vorderen Bereich,

In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist der Kühlmittelkreislauf einen NT-Kühlerbypass auf, d.h. eine Bypassleitung zur Umgehung des NT- Kühlers, Der NT-Kühlerbypass ist somit insbesondere parallel sowohl zum NT-Kühler als auch zu den beiden Zweigen geschaltet. Im NT-Kühlerbypass ist zu dessen Aktivierung ein Ventil angeordnet, vorzugsweise ein besonders kostengünstiges Absperrventil. Auf ein Umschaltventil zum Umleiten von Kühlmittel entweder über den NT-Kühler oder über den NT- Kühlerbypass wird somit vorteilhaft verzichtet. Dies ist insbesondere dadurch ermöglicht, dass am NT-Kühler ein Druckvertust vorliegt, welcher im Falle eines geöffneten Ventils, d.h. im Falle des aktivierten NT- Kühlerbypass, zu einem deutlich geringeren Volumenstrom durch den NT- Kühler führt. Dies ermöglicht es, im Heizbetrieb und im Misch betrieb Wärme des Kühlmittelkreislaufes für die Beheizung zu bewahren und nicht an die Umgebung zu verlieren. Besonders im Mischbetrieb wird möglicherweise Wärme, die nicht vom Chilier aus dem Kühlmittelkreislauf abgeführt wird, ungewollt über den nachgeschalteten NT-Kühler an die Umgebung des Fahrzeugs abgeführt. Um dies zu verhindern, d.h. um die gerade nicht zum Heizen benötigte Wärme im Fahrzeug zu behalten wird dann der NT- Kühlerbypass geöffnet, um den Kühlmittelvolumenstrom am NT-Kühler vorbei zu leiten.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Figur 1 schematisch ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug.

In Fig. 1 ist ein Wärmepumpensystem 2 für ein nicht näher gezeigtes Fahrzeug dargestellt, insbesondere für ein Elektro- oder ein Hybridfahrzeug. Das Wärmepumpensystem 2 weist einen Kältekreis 4 auf, in dem ein Kältemittel zirkuliert, sowie einen Kühlmittelkreislauf 6, in welchem ein Kühlmittel zirkuliert, beispielsweise ein Wasser/Glykol-Gemisch. Der Kältekreis 4 ist in Fig. 1 mit gestrichelter Linie dargestellt, der Kühlmittelkreislauf 6 mit durchgezogener Linie. Der Kühlmittelkreislauf 6 ist ein Kühlkreis, in welchem das Kühlmittel üblicherweise eine Temperatur zwischen etwa -25 bis +70°C oder sogar bis +90°C aufweist. Das Wärmepumpensystem 2 weist weiterhin ein Klimagerät 8 auf, zur Klimatisierung eines Fahrgastraums 10, d.h. eines Innenraums, des Fahrzeugs. Dazu weist das Klimagerät 8 einen Klima-Verdampfer 12 auf, welcher an den Käitekreis 4 angeschlossen ist, sowie einen Heizungswärmetauscher 14, welcher an den Kühlmitteikreislauf 6 angeschlossen ist. Der Klima-Verdampfer 12 dient dann der Kühlung des Fahrgastraums 10, der Heizungswärmetauscher 14 dient der Beheizung.

Weiterhin umfasst das Klimagerät 8 einen Luftkanal 16 zur Zuleitung von Luft L in den Fahrgastraum 10. Dabei ist der Heizungswärmetauscher 14 bezüglich der einströmenden Luft L stromab des Klima-Verdampfers 12 angeordnet, sodass je nach Betrieb der beiden Komponenten die Luft L erwärmt, gekühlt oder beides wird. Zur Umgehung des Heizungswärmetauschers 14 weist der Luftkanal 16 einen Luft-Bypass 18 auf, über welchen die Luft L stromab des Klima-Verdampfers 12 entweder teilweise oder sogar vollständig am Heizungswärmetauscher 14 vorbeiführbar ist. Zum Aufteilen der Luft L auf den Heizungswärmetauscher 14 und den Luft-Bypass 18 weist der Luftkanal 16 eine Mischluftregelung 20 auf, welche beispielsweise als einstellbare Weiche ausgeführt ist.

Das Wärmepumpensystem 2 ist mittels einer Steuereinheit 22 zunächst zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb umschaltbar. Dabei erfolgt im Heizbetrieb eine Beheizung des Fahrgastraums 10 mittels des Heizungswärmetauschers 14, im Kühlbetrieb erfolgt dagegen eine Kühlung des Fahrgastraums 10 mittels des Klima-Verdampfers 12. Die zur Beheizung verwendete Wärme wird dem Heizungswärmetauscher 14 über den Kühlmittelkreislauf 6 zugeführt. Dazu ist der Heizungswärmetauscher 14 in einem Heizzweig 24 an den Kühlmittelkreislauf 6 angeschlossen. In diesem Heizzweig 24 ist ebenfalls ein Kondensator 26 angeschlossen, zur Übertragung von Wärme vom Kältekreis 4 in den Kühlmittelkreislauf 6. Der Kondensator 26 ist hier als wassergekühlter Kondensator ausgebildet, mit einem geeigneten Wärmetauscher, welcher an den Kühlmittelkreislauf 6 angeschlossen ist. Als weitere Wärmequelle ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel im Heizzweig 24 zusätzlich ein Zuheizer 28 angeordnet, und zwar stromauf des Heizungswärmetauschers 14 und stromab des Kondensators 26. Des Weiteren ist im Heizzweig 24 eine Heizkreispumpe 30 angeordnet, und zwar stromauf des Kondensators 26, zur Förderung von Kühlmittel.

Der Kühlmittelkreislauf 6 umfasst in Fig. 1 drei Abschnitte, die an zwei Verzweigungen V1 , V2 miteinander verbunden sind. Auf einem ersten Abschnitt ist der NT-Kühler 6 angeordnet. Der zweite Abschnitt ist der Heizzweig 24 mit einem Vorlauf 31 und einem nicht näher bezeichneten Rücklauf. Der dritte Abschnitt ist ein Kühlzweig 33. Stromab des ersten Abschnitts ist dann eine der Verzweigungen V1 , V2 als erste Verzweigung V1 angeordnet. An dieser ersten Verzweigung V1 beginnen der Vorlauf 31 des Heizzweigs 24 und der Kühlzweig 33. Stromab der beiden Zweige 24, 33 werden diese an der anderen der beiden Verzweigungen V1 , V2 als zweite Verzweigung V2 zusammengeführt und münden gemeinsam in den ersten Abschnitt.

Um die von dem Kondensator 26 in den Heizzweig 24 eingetragene Wärme optimal zur Beheizung des Fahrgastraums 10 zu verwenden, ist der Heizkreis 24 über ein Absperrventil 32 absperrbar. Dazu ist das Absperrventil 32 hier im Vorlauf 31 des Heizkreises 24 angeordnet. Zusätzlich wird über einen Rückführzweig 34 eine Heizschleife 36 ausgebildet, mittels derer Kühlmittel von einer ersten Abzweigung 38 stromab des Heizungswärmetauschers 14 zu einer zweiten Abzweigung 40 des Heizzweigs 24 stromauf des Kondensators 26 zurückgeführt wird. Der Heizzweig 24 erstreckt sich zwischen der ersten Abzweigung 38 und der zweiten Abzweigung 40. Stromauf der zweiten Abzweigung 40 und stromab der ersten Verzweigung V1 ist der Vorlauf 31 des Heizzweigs 24 angeordnet. Der Vorlauf 31 des Heizzweig 24 ist mittels des Absperrventils 32 absperrbar, sodass die Heizschleife 36 im Wesentlichen unabhängig vom übrigen Kühlmittelkreislauf 6 betreibbar ist Im Heizbetrieb wird dann entsprechend der Heizzweig 24 mittels des Absperrventils 32 abgesperrt, sodass das Kühlmittel in der Heizschleife 36 wiederkehrend über den Kondensator 26, den Zu heize r 28 sowie den Heizungswärmetauscher 14 geführt wird.

Parallel zum Heizzweig 24 weist der Kühlmittelkreislauf 6 den Kühlzweig 33 auf, zur Kühlung mindestens einer Fahrzeugkomponente 42 des Fahrzeugs. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist ohne Beschränkung der Allgemeinheit lediglich eine Fahrzeugkomponente 42 gezeigt. Demnach kommen grundsätzlich auch Ausführungen mit mehreren Fahrzeugkomponenten 42 in Betracht. Die über die Fahrzeugkomponente 42 aufgenommene Wärme wird entweder über einen NT-Kühler 44 im Kühlmittelkreislauf 6 an die Umgebung des Fahrzeugs abgeführt oder mittels eines Chiliers 46 in den Kältekreis 4 übertragen. Dazu ist der Chiller 46 insbesondere stromab der Fahrzeugkomponente 42 im Kühlzweig 33 angeschlossen. Weiterhin weist der Chiller 46 einen Chilier-Verdampfer auf, über welchen der Chiller 46 an den Kältekreis 4 angeschlossen ist. In Kombination mit dem Kondensator 26 bildet der Chiller 46 insbesondere eine Wärmepumpe zur Übertragung von Wärme aus dem Kühlzweig 33 in den Heizzweig 24. Zudem ist es zusätzlich oder alternativ auch möglich, über den NT-Kühler 44 aus der Umgebung Wärme zu entnehmen und dann mittels des Chiilers 46 und des Kondensators 26 zur Beheizung des Fahrgastraums 10 zu verwenden.

Im Kältekreis 4 ist dem Chilier 46 ein Expansionsventil 48 vorgeschaltet. Ebenso ist dem Klima-Verdampfer 12 ein Expansionsventil 48 vorgeschaltet. Weiterhin ist im Kältekreis 4 ein Verdichter 50 angeordnet, nämlich stromauf des Kondensators 26. Mittels der Expansionsventile 48 wird die Menge an jeweils übertragener Wärme vom Kühlmittelkreislauf 6 in den Kältekreis 4 eingestellt. Alternativ oder zusätzlich erfolgt eine solche Einstellung durch Einstellen einer Verdichterleistung des Verdichters 50.

Der Chilier 46 und der Klima- Verdampfer 12 sind im Kältekreis 4 parallel zueinander angeordnet In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist zudem zusätzlich ein weiterer Verdampfer 52 parallel zu dem Klimaverdampfer 12 und dem Chilier 46 an den Kältekreis 4 angeschlossen. Dieser weitere Verdampfer 52 dient beispielsweise der Kühlung eines nicht näher gezeigten Hochvoltspeichers des Fahrzeugs. Auch dem weiteren Verdampfer 52 ist ein Expansionsventil 48 zugeordnet.

Weiterhin sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwei innere Wärmetauscher 54 und 56 an den Kältekreis 4 angeschlossen. Dabei dient der innere Wärmetauscher 54 zur Leistungs- und Effizienzsteigerung des Klima-Verdampfers 12 und der weitere innere Wärmetauscher 56 entsprechend zur Leistungs-und Effizienzsteigerung des Chiilers 46. Die hier gezeigte Ausführungsvariante mit zwei inneren Wärmetauschern 54, 56 eignet sich besonders für ein Fahrzeug, bei welchem die Komponenten des Kältekreises 4 im Fahrzeug verteilt angeordnet sind. In einer nicht gezeigten Alternative ist dagegen lediglich ein innerer Wärmetauscher 54 im Kältekreis 4 vorgesehen, der dann gemeinsam für den Klima-Verdampfer 12 und den Chilier 46 eingesetzt wird, in dieser Ausführungsform sind der Chilier 46 und der Klima-Verdampfer 12 dann in räumlicher Nähe zueinander im Fahrzeug untergebracht, beispielsweise im vorderen Bereich, und weisen einen gemeinsamen Vorlauf und auch Rücklauf, welche dann mittels des inneren Wärmetauschers 54 thermisch gekoppelt sind.

Mittels des in Fig. 1 gezeigten Wärmepumpensystems 2 lässt sich auf besonders flexible Weise und in einer Vielzahl an verschiedenen Situationen eine optimale Klimatisierung des Fahrgastraums 10 erzielen. So wird in einem Heizbetrieb mittels des Heizungswärmetauschers 14 der Luft L Wärme zugeführt. Dazu ist insbesondere das Absperrventil 32 geschlossen und die Heizschleife 36 wird vom übrigen Kühlmittelkreislauf 6 unabhängig betrieben. Als Wärmeübertrager dient vorrangig der Kondensator 26, genauer gesagt die aus dem Kondensator 26, dem Verdichter 50 und dem Chilier 46 gebildete Wärmepumpe, welche Wärme von der Fahrzeugkomponente 42 und/oder mittels des NT-Kühlers 44 aus der Umgebung bereitstellt. Ist die über den Kondensator 26 in die Heizschleife 36 eingebrachte Wärmemenge nicht ausreichend, um eine bestehende Heizanforderung hinreichend zu bedienen, wird im Heizbetrieb entsprechend der Zuheizer 28 zugeschaltet, um die verbleibende Wärme zu erzeugen. Der Heizbetrieb ist insbesondere ein Winterbetrieb und eignet sich vorrangig bei besonders niedrigen Außentemperaturen, beispielsweise bei Minusgraden oder auch bei Plusgraden, falls nicht gleichzeitig eine Kühlung erfolgen soll.

Weiterhin weist das Wärmepumpensystem 2 einen Kühlbetrieb auf, bei welchem mittels des Klima-Verdampfers 12 die in den Fahrgastraum 10 einströmende Luft L gekühlt wird. Der Kühlbetrieb ist somit insbesondere auch ein Sommerbetrieb. Der Heizungswärmetauscher 14 wird im Kühlbetrieb nicht benötigt, und wird vom warmen Kühlmittel ohne Wärmeaustausch im Klimagerät 8 durchströmt. Um die von dem Kondensator 26 in den Heizzweig 24 eingetragene Wärme abzuführen ist im Kühlbetrieb das Absperrventil 32 geöffnet, sodass der Heizzweig 24 mit dem Kühlmittelkreislauf 6 zum Austausch von Kühlmittel verbunden ist. Der Kondensator 26 bildet dann mit dem Heizungswärmetauscher 14 und dem NT-Kühler 44 eine Reihenschaltung, sodass entsprechend über den NT- Kühler 44 Wärme aus dem Heizzweig 24 und der Fahrzeugkomponente an die Umgebung abgegeben wird. Um eine Umgehung des Kondensators 26 und des Heizungswärmetauschers 14 über den Rückführzweig 36 zu vermeiden, ist in diesem ein Rückschlagventil 58 angeordnet, sodass bei geöffnetem Absperrventil 32 das Kühlmittel vollständig den Kondensator 26 passieren muss.

Aufgrund der speziellen Verschaltung des Wärmepumpensystems 2 weist dieses zudem eine Mehrzahl von Mischbetrieben auf, welche als Übergangsbetriebe zwischen dem Heizbetrieb und dem Kühlbetrieb dienen. Die Mischbetriebe ermöglichen somit eine besonders flexible Anpassung an die Anforderungen an das Wärmepumpensystem 2,

So wird in einem ersten Misch betrieb des Wärmepumpensystems 2 ausgehend vom Heizbetrieb noch der Klima-Verdampfer 12 hinzugeschaltet, indem das diesem vorgeschaltete Expansionsventil 48 zumindest teilweise geöffnet wird, sodass die in den Fahrgastraum 10 einströmende Luft L zunächst gekühlt und anschließend über den Heizungswärmetauscher 14 wieder erwärmt wird, Auf diese Weise wird insbesondere eine Entfeuchtung der Luft L erzielt. Der erste Mischbetrieb eignet sich dann insbesondere zur Entfeuchtung und zur Klimatisierung bei relativ niedrigen Außentemperaturen, beispielsweise im Bereich von 0° bis +15°C, bei denen typischerweise noch eine Innenraumbeheizung gewünscht ist, jedoch zusätzlich ein Beschlagen der Fensterscheiben des Fahrzeugs verhindert werden soll.

In einem zweiten Mischbetrieb wird die über den Heizungswärmetauscher 14 bereitgestellte Wärme zur Innenraumbeheizung zurückgefahren, indem die Menge an Wärme, welche vom Chilier 46 in den Kältekreis 4 übertragen wird, reduziert wird. Hierzu wird insbesondere das Expansionsveniii 48, welches dem Chilier 46 zugeordnet ist, zumindest teilweise oder sogar vollständig geschlossen, sodass der Wärmeübertrag vom Kühlmittelkreislauf 6 in den Kältekreis 4 entsprechend reduziert wird. Hierbei ist das Absperrventil 32 typischerweise weiterhin permanent abgesperrt.

Zur Abfuhr der im Heizzweig 24 überschüssigen Wärme wird in einem dritten Mischbetrieb das Absperrventil 32 zeitweise geöffnet.

Als weitere Komponenten umfasst der Kühlmittelkreislauf 6 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einen NT-Kühlerbypass 60, welcher mittels eines Bypass-Ventils 62, das hier als Absperrventil ausgebildet ist, absperrbar ist. Durch Öffnen des Absperrventils 32 wird dann das Kühlmittel am NT-Kühler 44 zumindest teilweise vorbeigeführt. Parallel zum NT- Bypass 60 sowie zum NT-Kühler 44 ist weiterhin ein Ausgleichsbehälter 64 an den Kühlmitteikreisiauf 6 angeschlossen. Des Weiteren ist im Kühlmittelkreislauf 6 eine Pumpe 66 zur Förderung des Kühlmittels angeordnet. Diese ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel stromauf der beiden Zweige 24, 40 und stromab des NT-Kühlers 44 angeschlossen.

Bezugszeichenliste

2 Wärmepumpensystem

4 Kältekreis

6 Kühlmittelkreislauf

8 Klimagerät

10 Fahrgastraum

12 Klima-Verdampfer

14 Heizungswärmetauscher

16 Luftkanal

18 Luft-Bypass

20 Mischluftregelung

22 Steuereinheit

24 Heizzweig

26 Kondensator

28 Zuhetzer

30 Heizkreispumpe

31 Vorlauf (des Heizzweigs)

32 Absperrventil

33 Kühlzweig

34 Rückführzweig

36 Heizschleife

38 erste Abzweigung

40 zweite Abzweigung

42 Fahrzeugkomponente

44 NT-Kühler

46 Chilier

48 Expansionsventil

50 Verdichter

52 weiterer Verdampfer

54 innerer Wärmetauscher

56 weiterer innerer Wärmetauscher

58 Rückschlagventil

60 NT-Kühlerbypass

62 Bypass-Ventil

64 Ausgleichsbehälter

66 Pumpe

L Luft

V1 erste Verzweigung

V2 zweite Verzweigung