Es ist bekannt einen Kältemittelkreislauf für eine Fahrzeugklimaanlage mit einer 2-Verdampferanlage zu realisieren, nämlich mit einem Frontverdampfer und einem Heckanlagenverdampfer. Elektrifizierte Fahrzeuge benötigen neben dem Frontverdampfer (auch Klima-Verdampfer genannt) als mindestens einen Innenraumverdampfer einen separaten Wärmeübertrager zur Kühlung einer Batterie oder einer weiteren Elektronik. Dieser Wärmeübertrager kann als Chiller einem Kühlwasserkreislauf oder als kältemittelbetriebener Batte- riekühler (Direktverdampfer) ausgebildet sein.

Eine Fahrzeugklimaanlage ist aus der DE 198 39 477 A1 bekannt, bei welcher nach einem Kältemittel kondensator und einem Flüssigkeitssammler eine erste Verzweigung des Kältemittelkreislaufes vorgesehen ist, an der das Kältemittel in einen ersten Kältemittelstrom und einen zweiten Kältemittelstrom verzweigt wird. Der erste Kältemittelstrom fließt über ein erstes Expansionsorgan einem Verdampfer als Wärmeübertrager zu, während ein zweiter Kältemittelstrom über ein zweites Expansionsorgan einem zusätzlichen Wärmeübertrager zufließt, der von einer HV (Hochvolt)-Batterie beheizt wird.

Solche zusätzlichen Wärmeübertrager für eine Hochvoltbatterie befinden sich in der Regel aus Gründen einer optimalen geometrischen und funktionalen Anordnung (Package) im Hinterwagen des Fahrzeugs. Das jeweilige tempe- raturgeregelte Expansionsorgan ist dabei zumeist zusammen mit dem Verdampfer bzw. dem zusätzlichen Wärmeübertrager untergebracht oder in direkter Nähe zu dem Verdampfer bzw. dem zusätzlichen Wärmeübertrager verbaut. Die Regelung des Kältemittels über die Verdichterdrehzahl des Kältemittelverdichters erfolgt über die Austrittstemperatur der Luft am Verdampfer. Hierbei ergeben sich ungenügende Kälteleistungen zur Kühlung der Hochvoltbatterie, insbesondere in Betriebspunkten mit niedriger Kälteleistung des Luftverdampfers und hohen Leistungen des Batteriekühlers im Kombinationsbetrieb, da die Luftaustrittstemperatur die Leistung des Verdichters regelt.

Der Vollständigkeit halber sei noch auf die DE 102 18 539 A1 und die DE 10 2008 027 293 A1 verwiesen.

Die DE 102 18 539 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Kühlung eines Batteriesatzes für ein Fahrzeug, die eine Quelle für kühlendes Gas, eine Pumpe bzw. ein Kompressor zur Kompression des kühlenden Gases sowie ein Hochdruck-Leitungssystem, welches in Fluidverbindung mit der Pumpe steht und das komprimierte kühlende Gas dem Batteriesatz zuführt, ein Expansionsventil, welches in Fluidverbindung mit dem Hochdruck-Leitungssystem steht und eine Dekompression des kühlenden Gases bewirkt und ein Niederdruck-Leitungssystem, welches in Fluidverbindung mit dem Expansionsventil steht, umfasst. Mittels des Niederdruck-Leitungssystems wird das kühlende Gas durch den gesamten Batteriesatz geführt und derselbe dadurch schnell ungleichmäßig gekühlt.

Die DE 10 2008 027 293 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einer Fahr- zeugbatterie, die eine Mehrzahl von elektrischen Speicherelementen und einen Kühlkörper mit Kanälen zur Durchströmung mit einem Fluidkörper umfasst. Die Speicherelemente stehen mit dem Kühlkörper in thermischem Kontakt, wodurch Wärme der Speicherelemente auf das Fluid übertragen wird. Es ist Aufgabe der Erfindung eine Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf anzugeben, welcher einen ersten Kältekreis zur Innen- raumklimatisierung des Fahrzeugs und einen zweiten Kältekreis mit einem zur Kopplung mit einer Wärmequelle vorgesehenen Wärmeübertrager mit zugeordnetem Expansionsorgan aufweist und gegenüber dem Stand der Technik eine erhöhte Kühlleistung für den Wärmeübertrager zur Kühlung der Wärmequelle, bspw. einer Hochvoltbatterie bereitstellt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 .

Eine solche Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf um- fasst:

- einen ersten Kältekreis zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs mit einem Kältemittel Verdichter, einem Kondensator oder Gaskühler und einem Verdampfer mit zugeordnetem Expansionsorgan,

- einen zweiten Kältekreis mit einem zur Kopplung mit einer Wärmequelle vorgesehenen Wärmeübertrager mit zugeordnetem Expansionsorgan, und

- einen dem Kondensator oder Gaskühler stromaufwärts nachgeschalteten Kältemittelleitungsabschnitt zum Verbinden des ersten Kältekreises mit dem zweiten Kältekreis mit einer Verzweigungseinrichtung, welche ausgebildet ist einen ersten Teilmassenstrom vom Kältemittel für den zweiten Kältekreis mit einem dem Kältemittelleitungsabschnitt folgenden Strömungsverlauf abzuzweigen.

Zusätzlich kann diese Kälteanlage einen inneren Wärmeübertrager sowie einen Kältemittelsammler aufweisen.

Mit einer solchen erfindungsgemäßen Verzweigungseinrichtung wird eine Anschlussgeometrie geschaffen, mit welcher der Kältemittelverlauf zugunsten des zweiten Kältekreises bevorzugt wird, so dass ein ausreichender Massenstrom zur Kühlung der Wärmequelle zur Verfügung steht. Diese von der Verzweigungseinrichtung realisierte erfindungsgemäße Anschlussgeometrie besteht darin, dass der durch den Kältemittelleitungsabschnitt vorgegebene Strömungsverlauf für den ersten Teilmassenstrom beibehalten wird und damit keine Umlenkung aus der von dem Kältemittelleitungsabschnitt vorgegebenen Richtung stattfindet. Dies reduziert den Strömungswiderstand des ersten Teilmassenstromes mit der Folge der Bevorzugung des Kältemittelverlaufs zugunsten des zur Kühlung der Wärmequelle vorgesehenen Wärmeübertragers.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch für die erfindungsgemäße Kälteanlage eine verdampfergesteuerte Regelung des Kältemittel Verdichters realisierbar ist, was insbesondere für Hybrid-Fahrzeuge oder Elektrofahrzeu- ge relevant ist.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Verzweigungseinrichtung ausgebildet, einen zweiten Teilmassenstrom vom Kältemittel für den Klima-Verdampfer durch Umlenken aus der Richtung des Kältemittellei- tungsabschnittes abzuzweigen. Bei diesem derart erzeugten zweiten Teilmassenstrom des Kältemittels besteht im Vergleich zu dem ersten Teilmassenstrom ein erhöhter Strömungswiderstand, so dass auch damit der Strömungsverlauf des Kältemittels in Richtung des zweiten Kältekreises bevorzugt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn weiterbildungsgemäß der Kältemittelleitungsabschnitt einen geraden oder bogenförmigen Verlauf aufweist. Damit wird der Strömungsverlauf des Kältemittels in Richtung des zweiten Kältekreises im Wesentlichen nicht behindert.

Des Weiteren sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Verzweigungseinrichtung als 3-Wegeverbindungsanordung ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die Verzweigungseinrichtung einen Einlassabschnitt und einen mit demselben fluchtenden Auslassabschnitt sowie einen mit dem Einlass- und Auslassabschnitt nichtfluchtenden Verzweigungsabschnitt auf. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Druckverlustop- timierung dadurch erreicht, dass eine Rücklaufleitung des Wärmeübertragers zwischen dessen Austritt und einem zwischen dem Klima-Verdampfer und dem Kaltem ittel Verdichter liegenden Verbindungspunkt mit wenigstens dem gleichen Querschnitt oder einem größeren Querschnitt im Vergleich zu dem Querschnitt der Leitungsabschnitte des Verdampferzweiges zwischen der Verzweigungseinrichtung und dem Verbindungspunkt ausgebildet ist.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einem durch die Priorisierung des Kältemittelleitungsabschnittes hervorgerufenen Kältemitteldefizit im Klima-Verdampfer in Abhängigkeit eines mittels eines Temperatursensors erfassten Temperaturwertes die Leistung des Kältemittelverdichters unabhängig vom Zustand des Wärmeübertragers erhöht wird.

Nach einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Rücklaufleitungen des Klima-Verdampfers und des Wärmeübertragers gleiche Druckverluste auf, dies wird weiterbildungsgemäß dadurch erreicht, dass mindestens ein gleicher Querschnitt verwendet wird. Eine detaillierte Ab- Stimmung kann über die jeweilige Länge der Leitungsabschnitte nach den Verdampfern bis zum Verbindungsstück und den zu erwartenden Massenstrom des Kältemittels erfolgen. Ziel ist es aber, dass der Druckverlust bei beiden Leitungen in der gleichen Größenordnung liegt, um am Verdampferaustritt beider Wärmeübertrager die gleiche Verdampfungstemperatur reali- sieren zu können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen

Kälteanlage, und Figur 2 eine perspektivische Detaildarstellung I einer Leitungsverzweigung der Kälteanlage nach Figur 1 zwischen dem Klima-Verdichter und dem zur Kühlung der Wärmequelle vorgesehenen Wärmeübertra- ger.

Die Kälteanlage 10 eines Fahrzeugs nach Figur 1 besteht aus einem Kältemittelkreislauf 1 mit einem ersten Kältekreis 1 .1 und einem zweiten Kältekreis 1 .2.

Der erste Kältekreis 1 .1 dient zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs und umfasst einen Kältemittelverdichter 2, einen Kondensator oder Gaskühler 3, einen Kältemittelsammler 7 und einen Klima-Verdampfer 4 mit vorgeschaltetem Expansionsorgan 4.1 , wobei diese Komponente in der aufgeführ- ten Reihenfolge von einem Kältemittel durchströmt werden. Im Kältebetrieb der Kälteanlage 10 wird ein dem Fahrzeuginnenraum zugeführter Zuluftstrom L2 mittels des Klima-Verdampfers 4 entfeuchtet und/oder gekühlt und die dabei aufgenommene Wärme über den Kondensator oder Gaskühler 3 an einen Umgebungsluftstrom L1 abgeführt.

Der Klima-Verdampfer 4 befindet sich zusammen mit dessen Expansionsorgan 4.1 in einem zwischen einer Verzweigungseinrichtung 6 und einem Verzweigungspunkt P verlaufenden Verdampferzweig 4.0, wobei mittels eines in diesem Verdampferzweig 4.0 angeordneten Abschaltventils 4.2 der Kältemit- telfluss durch den Klima-Verdampfer 4 abgeschaltet werden kann.

Mit einem Drucksensor 8 wird der Druck des Kältemittels am Eintritt des Kondensators oder Gaskühlers 3 erfasst. Ein Temperatursensor 9 im Bereich des Zuluftstroms L2 dient der Erfassung der Lufttemperatur am Ausgang des Klima-Verdampfers 4. Der Klima-Verdampfer 4 ist gegebenenfalls mit weiteren Komponenten in einem Klimagerät des Fahrzeugs angeordnet. In einem Kombinationsbetrieb ist mit dem ersten Kältekreis 1 .1 ein zweiter Kältekreis 1 .2 verbunden, um eine Wärmequelle 5.0 mittels eines in dem zweiten Kältekreis 1 .2 angeordneten Wärmeübertragers 5 zu kühlen. Diese Wärmequelle 5.0 stellt bspw. eine Hochvoltbatterie (HV-Batterie) dar, mit welcher bspw. eine elektrische Antriebsmaschine eines Hybrid-Fahrzeugs oder eines reinen Elektrofahrzeugs angetrieben wird. Auch eine zu kühlende Leistungselektronik oder eine sonstige zu kühlende elektrische Komponente des Fahrzeugs stellt eine solche Wärmequelle 5.0 dar. Dieser zweite Kältekreis 1 .2 besteht aus einer Zulaufleitung 1 .21 , welche die Verzweigungseinrichtung 6 über ein Abschaltventil 5.2 mit einem Eintritt E des Wärmeübertragers 5 mit dessen zugeordneten Expansionsorgan 5.1 verbindet. Eine Rücklaufleitung 1 .20 des zweiten Kältekreises 1 .2 verbindet einen Austritt A des Wärmeübertragers 5 mit dem Verbindungspunkt P.

Die Verzweigungseinrichtung 6 ist in einem Leitungsabschnitt 1 .0 des Kältemittelkreislaufs 1 angeordnet, welchem über einen mit dem Kondensator oder Gaskühler 3 und dem Kältemittelsammler 7 verbundenen Leitungsabschnitt 1 .10 ein Massenstrom mo als Gesamtmassenstrom des Kältemittels zugeführt wird. Aus diesem Massenstrom mo wird mittels der Verzweigungseinrichtung 6 zum einen ein erster Teilmassenstrom im , welcher über die Zulaufleitung 1 .21 bei geöffnetem Abschaltventil 5.2 mittels des Expansionsorgans 5.1 in den Wärmeübertrager 5 expandiert wird, und zum anderen ein zweiter Teilmassenstrom nri2, welcher bei geöffnetem Abschaltventil 4.2 mit- tels des Expansionsorgans 4.1 in den Klima-Verdampfer 4 entspannt wird, abgezweigt.

Die Verzweigungseinrichtung 6 ist hierbei derart eingerichtet, dass der Strömungsverlauf des ersten Teilmassenstroms mi dem Verlauf des Kältemittel- leitungsabschnittes 1 .0 folgt, wie dies nachfolgend anhand des Details I nach Figur 2 näher erläutert wird. Diese Figur 2 zeigt den Kältemittelleitungsabschnitt 1 .0 mit der Verzweigungseinrichtung 6, an welche der Verdampferzweig 4.0 angebunden ist. Die Verzweigungseinrichtung 6 verbindet einen Leitungsabschnitt 1 .100 der Verbindungsleitung 1 .10 mit einem Leitungsabschnitt 1 .210 der Zulaufleitung 1 .21 des Wärmeübertragers 5.

Die Verzweigungseinrichtung 6 besteht aus einem Einlassabschnitt 6.1 , einem Auslassabschnitt 6.2 und einem Verzweigungsabschnitt 6.3. Hierbei sind der Einlass- und Auslassabschnitt 6.1 und 6.2 derart fluchtend zueinan- der ausgerichtet, dass der von dem Massenstrom mo abgezweigte erste Teilmassenstrom im dem Verlauf der beiden Leitungsabschnitte 1 .100 und 1 .210 folgt. Dies führt zu einem kontinuierlichen Strömungsverlauf bzw. Strömungsweg des ersten Teilmassenstroms m1 aus der Verbindungsleitung 1 .10 in die Zulaufleitung 1 .21 . Verlaufen die beiden Leitungsabschnitte 1 .100 und 1 .210 geradlinig, führt dies auch zu einem geradlinigen Strömungsverlauf bzw. Strömungsweg. Bilden die beiden Leitungsabschnitte 1 .100 und 1 .210 einen bogenförmigen Verlauf, ist auch der Strömungsverlauf bzw. Strömungsweg des ersten Teilmassenstroms mi an diesen kontinuierlichen bogenförmigen Verlauf angepasst.

Der erste Teilmassenstrom nm wird also aus der durch die Richtung der beiden Leitungsabschnitte 1 .100 und 1 .210 vorgegebenen Verlauf durch die Verzweigungseinrichtung 6 nicht umgelenkt. Dagegen wird der zweite Teilmassenstrom nri2 aus dieser vorgegebenen Strömungsrichtung mittels der Verzweigungseinrichtung 6 umgelenkt. Hierzu ist diese Verzweigungseinrichtung 6 derart ausgeführt, dass entsprechend von Figur 2 der zweite Teilmassenstrom nri2 durch eine zweifache 90°-Umlenkung aus dem Massenstrom mo abgezweigt wird und in den Verdampferzweig 4.0 strömt. Mit dieser Verzweigungsgeometrie im Bereich des Kältemittelleitungsabschnittes 1 .0 wird der Kältemittelverlauf in die Zulaufleitung 1 .21 zugunsten des Wärmeübertragers 5 bevorzugt, d. h. priorisiert, mit der Folge dass bei ansonsten identischen Betriebsbedingungen ein größerer erster Teilmassen- strom mi in den Wärmeübertrager 5 strömt, als im umgekehrten Fall, wenn der Auslassabschnitt 6.2 mit dem Verdampferzweig 4.0 und der Verzweigungsabschnitt 6.3 mit der Zulaufleitung 1 .21 des Wärmeübertragers 5 fluid- verbunden wäre.

Ferner werden mit dieser Verzweigungsgeometrie im Bereich des Kältemittelleitungsabschnittes 1 .0 die Druckverlustverhältnisse zwischen dem ersten Kältekreis 1 .1 und dem zweiten Kältekreis 1 .2 angepasst, infolgedessen auf der Saugseite des Kältemittelverdichters 2 ähnliche Drücke vorliegen, die zu gleichen Verdampfungsdrücken und damit auch zu gleichen Verdampfungstemperaturen an dem Klima-Verdampfer 4 und dem Wärmeübertrager 5 führen. Wird von dem Kältemittelverdichter 2 zu wenig Massenstrom mo geliefert, führt die Regelung über die Verdampfer-Austrittstemperatur dazu, dass die Verdichterdrehzahl angehoben und damit mehr Kältemittel umgewälzt wird. Dies bedeutet, dass bei einem durch die Priorisierung des Kältemittelleitungsabschnittes 1 .0 (d. h. Priorisierung des Kältemittelverlaufs in die Zulauf- leitung 1 .21 ) hervorgerufenen Kältemitteldefizit im Klima-Verdampfer 4 in Abhängigkeit eines mittels des Temperatursensors 9 erfassten Temperaturwertes die Leistung des Kältemittelverdichters 2 unabhängig vom Zustand des Wärmeübertragers 5 erhöht wird, d. h. der Regelung liegen keine Informationen des Wärmeübertragers 5 vor.

Damit steht nicht nur mehr Kältemittel im Klima-Verdampfer 4 zur Verfügung, sondern gleichzeitig erhält auch der Wärmeübertrager 5 mehr Kältemittel. Im Falle einer niedriger Außentemperatur, wenn also die Kühlleistung für den Fahrzeuginnenraum gering ist, wird mit der erfindungsgemäßen Verzwei- gungsgeometrie im Bereich des Kältemittelleitungsabschnittes 1 .0 aufgrund der dadurch erreichten Priorisierung des Kältemittelverlaufs in die Zulauflei- tung 1 .21 ausreichend Kältemittel dem Wärmeübertrager 5 zur Kühlung der Wärmequelle 5.0 zur Verfügung gestellt.

Wird das Expansionsorgan 4.1 des Klima-Verdampfers 4 als thermisches Expansionsventil (TXV) oder elektrischen Expansionsorgan (EXV) ausgeführt, wird dieses bei einer erhöhten Überhitzung geöffnet.

Da sich der Wärmeübertrager 5 in der Regel im Hinterwagen des Fahrzeugs befindet, wird zur weiteren Optimierung der Druckverluste in dem ersten und zweiten Kältekreis 1 .1 und 1 .2 die Rücklaufleitung 1 .20 des Wärmeübertragers 5 an die Leitungsquerschnitte des Verdampferzweiges 4.0 angepasst, indem der Leitungsquerschnitt der Rücklaufleitung 1 .20 zumindest gleich groß oder größer als derjenige des Verdampferzweiges 4.0 gewählt wird, wodurch dessen Strömungswiderstand trotz der langen Verbindungsleitun- gen in den Hinterwagen reduziert und dadurch die Priorisierung des Kältemittelverlaufs in den zweiten Kältekreis 1 .2 noch verstärkt und dadurch eine verbesserte Kühlleistung des Wärmeübertragers 5 erreicht wird. Bei einer Ausführung mit gleichem Querschnitt können Probleme hinsichtlich der Ölrückführung vermieden werden.

Es ist auch vorgesehen, die Rücklaufleitung des Klima-Verdampfers 4 und die Rücklaufleitung 1 .20 des Wärmeübertragers 5 so auszuführen, dass dort gleiche Druckverluste herrschen, dies wird dadurch erreicht, dass mindestens ein gleicher Querschnitt verwendet wird. Eine detaillierte Abstimmung kann über die jeweilige Länge der Leitungsabschnitte nach den Verdampfern bis zum Verbindungsstück und den zu erwartenden Massenstrom des Kältemittels erfolgen. Ziel ist es aber, dass der Druckverlust bei beiden Leitungen in der gleichen Größenordnung liegt, um am Verdampferaustritt beider Wärmeübertrager die gleiche Verdampfungstemperatur realisieren zu kön- nen. Bezugszeichen

1 Kältem ittel kreislauf

1 .0 Kältemittelleitungsabschnitt des Kältemittelkreislaufs 1

1 .1 erster Kältekreislauf

1 .10 Verbindungsleitung des ersten Kältekreislaufs 1 .1

1 .100 Leitungsabschnitt der Verbindungsleitung 1 .10 1 .2 zweiter Kältekreislauf

1 .20 Rücklaufleitung des Wärmeübertragers 5

1 .21 Zulaufleitung des Wärmeübertragers 5

1 .210 Leitungsabschnitt der Zulaufleitung 1 .21 2 Kältemittelverdichter

3 Kondensator oder Gaskühler

4 Klima-Verdampfer

4.0 Verdampferzweig

4.1 Expansionsorgan des Klima-Verdampfers 4

4.2 Abschaltventil

5 Wärmeübertrager

5.0 Wärmequelle

5.1 Expansionsorgan des Wärmeübertragers 5

5.2 Abschaltventil

6 Verzweigungseinrichtung

6.1 Einlassabschnitt der Verzweigungseinrichtung 6 6.2 Auslassabschnitt der Verzweigungseinrichtung 6

6.3 Verzweigungsabschnitt der Versorgungseinrichtung 6 7 Kältemittelsammler

8 Drucksensor

9 Temperatursensor 10 Kälteanlage

L1 Luftstrom

L2 Zuluftstrom mo Massenstrom des Kältemittels

mi erster Teilmassenstrom des Massenstroms mo nri2 zweiter Teilmassenstrom des Massenstroms mo

P Verbindungspunkt