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Title:
THERMAL REGULATION DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/030957
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a thermal regulation device for a motor vehicle, comprising a refrigerant circuit of an air conditioning installation, said circuit having a refrigerant compressor (3), a refrigerant condenser (4), a refrigerant expansion valve (5), in addition to a refrigerant evaporator (6) for transmitting heat to the refrigerant, said refrigerant evaporator (6) being configured as a refrigerant/liquid heat exchanger, via which heat can be exchanged with a second liquid circuit. The secondary circuit is configured as a refrigerant circuit for the internal combustion engine with a first liquid/air heat exchanger for exchanging heat with the interior air that is supplied to the motor vehicle.

Inventors:
CAESAR ROLAND (DE)
GAERTNER JAN (DE)
WERTENBACH JUERGEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2003/010460
Publication Date:
April 15, 2004
Filing Date:
September 19, 2003
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
CAESAR ROLAND (DE)
GAERTNER JAN (DE)
WERTENBACH JUERGEN (DE)
International Classes:
B60H1/00; F25B13/00; F25B25/00; F25B40/00; (IPC1-7): B60H1/00; B60H1/20
Foreign References:
DE19937949A12001-02-22
EP0816143A21998-01-07
US20010052238A12001-12-20
DE19629114A11998-01-22
Attorney, Agent or Firm:
Kocher, Klaus-peter (Intellectual Property Management IPM - C106, Stuttgart, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Wärmemanagementvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem Kältemittelkreislauf (2) einer Klimatisierungsanlage, der einen Kältemittelkompressor (3) zur Komprimierung von im wesentlichen gasförmigem Kältemittel, einen Kältemittelkühler (4) zur Wärmeabfuhr aus dem Kältemittel, insbesondere einen Umgebungsluftwärmetauscher, ein Kältemittelexpansionsventil (5) zur Entspannung von im wesentlichen flüssigem Kältemittel, sowie einen Kältemittelverdampfer (6) zur Übertragung von Wärme an das Kältemittel aufweist, wobei der Kältemittelverdampfer (6) derart als Kältemittel/Flüssigkeitswärmetauscher ausgebildet ist, daß über den Kältemittelverdampfer (6) Wärme mit einem zweiten Flüssigkeitskreislauf austauschbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Flüssigkeitskreislauf als Kühlkreislauf für die Brennkraftmaschine mit einem ersten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher zum Wärmeaustausch mit der Innenraumzuluft des Kraftfahrzeuges ausgebildet ist.
2. Wärmemanagementvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Flüssigkeitskreislauf ein zweiter Flüssigkeit/Luftwärmetauscher vorgesehen ist, über den Wärme mit der Innenraumzuluft austauschbar ist.
3. Wärmemanagementvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Flüssigkeitskreislauf derart ausgebildet ist, daß über den zweiten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher parallel zum ersten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher oder alternativ zum ersten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher Wärme mit der Innenraumzuluft austauschbar ist.
4. Wärmemanagementvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kältemittelkreislauf derart ausgebildet ist, daß über den ersten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher alternativ Wärme zwischen dem Kältemittelkreislauf und der Innenraumzuluft oder zwischen der Brennkraftmaschine und der Innenraumzuluft transferierbar ist.
5. Wärmemanagementvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Flüssigkeitskreislauf in zwei getrennte Teilkreiläufe aufteilbar ist, über die zugleich Wärme zwischen dem Kältemittelkreislauf und der Innenraumzuluft sowie zwischen der Brennkraftmaschine und der Innenraumzuluft austauschbar ist.
6. Wärmemanagementvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Flüssigkeitskreislauf Kühlmittel mit einer Wärmekapazität umgewälzt wird, die größer ist als diejenige von Wasser, so dass der zweite Flüssigkeitskreislauf als Wärmespeicher während Stillstandsphasen der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges nutzbar ist.
7. Wärmemanagementvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Flüssigkeit/Luftwärmetauscher und der zweite Flüssigkeit/Luftwärmetauscher in einem gemeinsamen, von der Innenraumzuluft durchströmbaren Klimakasten angeordnet sind.
8. Verfahren zum Betrieb einer Wärmemanagementvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer Wärmemanagementvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem über einen Kältemittelkreislauf (2) einer Klimatisierungsanlage die Zuluft zum Innenraum des Kraftfahrzeuges beheizt und/oder gekühlt wird und bei dem der Kältemittelkreislauf über einen Kältemittelverdampfer (4) Wärme an einen zweiten Flüssigkeitskreislauf abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Flüssigkeitskreislauf zwei Flüssig keit/Luftwärmetauscher angeordnet sind, über die alternativ oder gleichzeitig Wärme mit der Innenraumzuluft ausgetauscht wird und daß mittels des zweiten Flüssigkeitskreislaufs Wärme aus der Brennkraftmaschine abführbar ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Flüssigkeitskreislauf Kühlmittel mit einer Wärmekapazität umgewälzt wird, die größer ist als diejenige von Wasser, so dass der zweite Flüssigkeitskreislauf als Wärmespeicher während Stillstandsphasen der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges nutzbar ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Flüssigkeitskreislauf in zwei getrennte Teilkreisläufe aufteilbar ist, über die zugleich Wärme zwischen dem Kältemittelkreislauf und der Innenraumzuluft sowie zwischen der Brennkraftmaschine und der Innenraumzuluft ausgetauscht wird.
Description:
Wärmemanagementvorrichtung für ein Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft eine Wärmemanagementvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und zum anderen ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Wärmemanagementvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Aus der Offenlegungsschrift DE 32 12 329 AI ist eine Kühlanlage zum Kühlen eines fließfähigen Mediums mittels eines ein Kältemittel führenden Schaltungskreises bekannt.

Der das Kältemittel führende Schaltungskreis weist nacheinander geschaltet einen Kompressor, einen Kondensator und ein Expansionsventil auf. Das Expansionsventil ist abhängig von der Temperatur des zu kühlenden Mediums (Öl) in seinem Durchsatz steuerbar. Der niederdruckseitige Verdampfer ist als Kältemittel-/Öl-Wärmetauscher gestaltet und ermöglicht einen Wärmetransfer vom Kältemittel zum Öl.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmemanagementvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die ein für Kraftfahrzeug-Anwendungen angepasstes, besonders flexibles und sicheres Wärmemanagement sowie eine Vermeidung von Feuchtigkeitseintrag in die Innenraumzuluft ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Wärmemanagementvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Die erfindungsgemäße Wärmemanagementvorrichtung zeichnet sich durch einen zweiten Flüssigkeitskreislauf aus, der als Kühlkreislauf für die Brennkraftmaschine mit einem ersten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher zum Wärmeaustausch mit der Innenraumzuluft des Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. Dabei ist der erste Kältemittelkreislauf sowohl als Kältemaschine als auch als Wärmepumpe betreibbar. Der zweite Flüssigkeits- kreislauf stellt hierzu ein sogenanntes"Second-Loop-System" für den Kältemittelkreislauf dar. Durch ein derartiges "Second-Loop-System"wird vermieden, daß der Kältemittel- verdampfer, der hierzu vorzugsweise als Flüssigkeit/Flüssigkeitwärmetauscher ausgebildet ist, direkt von der Innenraumzuluft beaufschlagt wird. Ferner wird sichergestellt, dass der Kältemittelverdampfer nicht mit der Innenraumzuluft in Berührung kommt. Die vorgesehene Anordnung ist besonders einfach im Aufbau, wobei ein bestehender Kühlmittelkreis der Brennkraftmaschine bzw. dessen Komponenten genutzt werden können und eine Doppelfunktion (einerseits Wärmetauscher zwischen Kältemittelkreislauf und Innenraumzuluft, andererseits Wärmetauscher zwischen Brennkraftmaschinenkühlkreislauf und Innenraumzuluft) erhalten. In den zweiten Flüssigkeitskreislauf lässt sich auch ein als Flüssigkeit/Flüssigkeitwärmetauscher ausgebildeter Kältemittelkühler einschalten.

In Ausgestaltung der Erfindung ist in dem zweiten Flüssigkeitskreislauf ein zweiter Flüssigkeit/Luftwärmetauscher vorgesehen, über den Wärme mit der Innenraumzuluft austauschbar ist. Damit sind zwei (innerhalb des zweiten Flüssigkeitskreislaufes) parallel oder seriell betreibbare Wärmetauscher zwischen dem zweiten Flüssigkeitskreislauf und der Innenraumzuluft verfügbar. Es ergibt sich eine vergrößerte Wärmeübertragungsfläche, wenn beide Wärmetauscher zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittelkreislauf und der Innenraumzuluft herangezogen werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Flüssigkeitskreislauf derart ausgebildet, daß über den zweiten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher parallel zum ersten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher oder alternativ zum ersten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher Wärme mit der Innenraumzuluft austauschbar ist. Vorzugsweise erfolgt eine parallele Ansteuerung derart, daß der erste Flüssigkeit/Luftwärmetauscher mit dem Kältemittelkreislauf und der zweite Flüssigkeit/Luftwärmetauscher mit der Brennkraftmaschine thermisch gekoppelt sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Kältemittelkreislauf derart ausgebildet, daß über den ersten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher alternativ Wärme zwischen dem Kältemittelkreislauf und der Innenraumzuluft oder zwischen der Brennkraftmaschine und der Innenraumzuluft transferierbar ist. Dabei ist der erste Wärmetauscher vorzugsweise dann zum Wärmetransfer zwischen Kältemittelkreislauf und Innenraumzuluft heranzuziehen, wenn dieser eine Temperatur oberhalb des Taupunktes der Umgebungsluft aufweist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Flüssigkeitskreislauf in zwei getrennte Teilkreisläufe aufteilbar, über die zugleich Wärme zwischen dem Kältemittelkreislauf und der Innenraumzuluft sowie zwischen der Brennkraftmaschine und der Innenraumzuluft austauschbar ist. Dadurch lässt sich ein sogenannter"Reheat-Betrieb"der Klimatisierungsanlage realisieren, bei dem die Innenraumzuluft nacheinander gekühlt und erwärmt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird in dem zweiten Flüssigkeitskreislauf Kühlmittel mit einer Wärmekapazität umgewälzt, die größer ist als diejenige von Wasser, so dass der zweite Flüssigkeitskreislauf als Wärmespeicher während Stillstandsphasen der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges nutzbar ist. Vorzugsweise wird als Kühlmittel Glykol verwendet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Flüssigkeit/Luftwärmetauscher und der zweite Flüssig- keit/Luftwärmetauscher in einem gemeinsamen, von der Innenraumzuluft durchströmbaren Klimakasten angeordnet. Es ist eine platzsparende, gekapselte Bauweise möglich, bei der ein großer Teil des zweiten Flüssigkeitskreislaufes in den Klimakastenintegriert ist. Dabei ist der Kältemittel- verdampfer vorzugsweise außerhalb des Klimakastens angeordnet, so dass kein Eintrag von Kondenswasser in den Klimakasten erfolgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch einen zweiten Flüssigkeitskreislauf aus, in dem zwei Flüssig- keit/Luftwärmetauscher angeordnet sind, über die alternativ oder gleichzeitig Wärme mit der Innenraumzuluft ausgetauscht wird und dadurch, daß mittels des zweiten Flüssigkeits- kreislaufs Wärme aus der Brennkraftmaschine abführbar ist.

Der zweite Flüssigkeitskreislauf nimmt dabei vorzugsweise eine Doppelfunktion wahr : Einerseits wird über die Flüssig- keit/Luftwärmetauscher Wärme aus dem Kältemittelkreislauf auf die Innenraumzuluft übertragen, und andererseits wird Wärme aus der Brennkraftmaschine an die Innenraumzuluft übertragen.

Ferner entkoppelt der zweite Flüssigkeitskreislauf die Innenraumzuluft vom Kältemittelkreislauf, wobei zugleich eine Zwischenspeicherung von Wärme bzw. Kälte in dem zweiten Flüssigkeitskreislauf (bzw. einem Teil davon) erfolgt.

In Ausgestaltung des Verfahrens wird in dem zweiten Flüssigkeitskreislauf Kühlmittel mit einer Wärmekapazität umgewälzt, die größer ist als diejenige von Wasser, so dass der zweite Flüssigkeitskreislauf als Wärmespeicher während Stillstandsphasen der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges nutzbar ist. In der Flüssigkeit des zweiten Flüssigkeitskreislaufes erfolgt eine Zwischenspeicherung von Wärme bzw. Kälte. Dies kann auch nur in einem Teilkreis des zweiten Flüssigkeitskreislaufes stattfinden.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist der zweite Flüssigkeitskreislauf in zwei getrennte Teilkreisläufe aufteilbar, über die zugleich Wärme zwischen dem Kältemittelkreislauf und der Innenraumzuluft sowie zwischen der Brennkraftmaschine und der Innenraumzuluft ausgetauscht wird. Dadurch ist die Innenraumzuluft besonders effektiv temperierbar und trockenbar.

Der vorgeschlagene Kältemittelkreislauf ist vorzugsweise sowohl als Kälteprozess als auch als Wärmepumpe zu betreiben, wobei durch den zweiten Flüssigkeitskreislauf Nachteile beim Wechsel der Betriebsart (z. B. Kondensation im Kältemittelverdampfer sowie schnelles Verdampfen von Kondensat im Kältemittelverdampfer bei Wärmepumpenbetrieb) vermieden werden.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Wärmemanagementvorrichtung mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines zweiten Flüssigkeits- kreislaufes und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines zweiten Flüssigkeitskreislaufes zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Wärmemanagementvorrichtung.

In Fig. 1 ist schematisch eine Wärmemanagementvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt, die einen Kältemittel- kreislauf 2 mit an sich bekannten Komponenten in Form von Kältemittelkompressor bzw.-verdichter 3, Kältemittelkühler 4, Kältemittelexpansionsventilen 5a, 5b sowie Verdampfer 6a, 6b aufweist. Ergänzend sind zur Verbesserung des Wirkungsgrades und der Prozessführung ein innerer Wärmetauscher 9a, 9b sowie ein Kältemittel-Sammler 10 in den Kältemittelkreislauf 2 geschaltet. Als Kältemittel kommen alle gebräuchlichen Kältemittel wie R134a oder CO2 in Frage.

Der Kältemittelkühler 4 ist als Kältemittel/Umgebungsluft- Wärmetauscher ausgebildet und ist von Umgebungsluft durchströmbar, so daß er in der Lage ist, Wärme an die Umgebung abzugeben. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist er als Kältemittel/Flüssigkeitswärmetauscher ausgebildet und in einen zweiten Flüssigkeitskreislauf, z. B. einen Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine eingeschaltet.

Die Expansionsventile 5a, 5b sind in ihrem Durchsatz und Druckgefälle mittels einer Steuerungs-/Regelungsvorrichtung 11 steuerbar, wobei jeweils parallel zu den Expansionsventilen 5a, 5b Rückschlagventile 7a, 7b derart in den Kreislauf geschaltet sind, daß zu den Expansionsventilen jeweils ein entgegen ihrer üblichen Durchströmungsrichtung passierbarer Bypass gebildet ist. Die Steuerungs-/Regelungs- vorrichtung 11 ist im übrigen zur Ansteuerung nicht nur der Expansionsventile (eine Steuerleitung 8 ist beispielhaft gezeichnet), sondern auch der Schaltventile, des Verdichters und der Wärmetauscher vorsehbar.

Der Kältemittelverdampfer 6a, 6b ist als Kältemittel/Flüs- sigkeitswärmetauscher ausgebildet und weist einen ersten, vom Kältemittel durchströmten Abschnitt 6a sowie einen zweiten, von einer Wärmeübertragerflüssigkeit durchströmten Abschnitt 6b auf, der einem zweiten Flüssigkeitskreislauf 10 zugeordnet ist.

Der zweite Flüssigkeitskreislauf 10 ist Bestandteil des Kühl- systems der Brennkraftmaschine 12 des Kraftfahrzeuges, wobei eine Wärmeübertragerflüssigkeit umgewälzt wird, beispielsweise eine Mischung aus Glykol und Wasser oder reines Glykol oder ähnliches. Die Wärmekapazität der Flüssigkeit ist bevorzugt größer als diejenige von Wasser.

In dem zweiten Flüssigkeitskreislauf 10 ist ein erster Teilabschnitt 10a vorgesehen, in dem neben der Brennkraft- maschine 12, eine erste Umwälzpumpe 13 sowie ein erster Flüssigkeit/Luftwärmetauscher 14 in Form eines Heizungs- wärmetauschers angeordnet sind. Ein zweiter Teilabschnitt 10b des zweiten Flüssigkeitskreislaufes 10 umfasst eine zweite Umwälzpumpe 18, ein Absperrventil 19 sowie einen zweiten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher 15, der dem ersten Flüs- sigkeit/Luftwärmetauscher 14 parallel geschaltet ist und gemeinsam mit diesem in einem sogenannten Klimakasten 20 untergebracht ist. Der Klimakasten 20 ist in nicht dargestellter Weise derart von der Innenraumzuluft durchströmt, daß die beiden Flüssigkeit/Luftwärmetauscher 14, 15 gleichzeitig und ggf. räumlich versetzt Wärme mit der Innenraumzuluft austauschen können. Weiterhin sind die beiden Teilabschnitte des zweiten Flüssigkeitskreislaufs 10 über zwei vorzugsweise mit Hilfe der Steuerungs- /Regelungsvorrichtung 11 absperrbare, entgegengesetzt wirkende Rückschlagventile 16,17 miteinander verbunden.

Ein dritter Teilabschnitt des zweiten Flüssigkeitskreislaufes 10 umfasst in nicht dargestellter Weise einen Motorkühler, über den Motorabwärme insbesondere an die Umgebungsluft abführbar ist.

Eine wesentliche Grundfunktion der Wärmemanagementvorrichtung 1, nämlich der Kälteprozess zur Abkühlung der Innenraumzu- luft, wird im folgenden idealisiert beschrieben : Das Kälte-mittel wird im Kältemittelkompressor 3 von Nieder- druck auf Hochdruck verdichtet. Das durch die Kompression er- hitzte Kälte-mittel gibt über den Kältemittelkühler 4 isobar Wärme an die Umgebung ab. Anschließend durchströmt das Kälte- mittel das Rückschlagventil 7b und den inneren Wärmetauscher 9a, über den es isobar Wärme an das im Niederdruckbereich zwischen Verdampfer und Verdichtereintritt entgegenströmende Kältemittel abgibt (Wärmetauscherteil 9b). Durch das Kälte- mittelexpansionsventil 5a wird das Kältemittel nachfolgend i- senthalp von Hochdruck auf Niederdruck entspannt. Die Tempe- ratur sinkt. Das Kältemittel befindet sich im 2-Phasen- Zustand und passiert den Kältemittelverdampferteil 6a. Über dessen Wandungen nimmt es isobar Wärme aus dem Kältemittel- verdampferteil 6b auf, wodurch Wärme aus dem zweiten Flüssig- keitskreislauf 10 abgezogen wird.

Über ein Schaltventil 21 wird das Kältemittel zum Kältemit- telsammler 10 (Akkumulator) geführt, in dem nicht am Prozess teilnehmendes Kältemittel gespeichert wird. Das Kältemittel wird danach durch den inneren Wärmetauscher 9b geleitet, in dem es überhitzt wird. Im Anschluss saugt der Verdichter 3 das Käl- temittel wieder an und der Kälteprozess wird erneut durchlau- fen.

Die im zweiten Flüssigkeitskreislauf befindliche Flüssigkeit wird mittels der Pumpe 18 umgewälzt und, bei abgesperrtem Rückschlagventil 17, über den zweiten Flüssigkeit/Luft- wärmetauscher 15 geleitet, an dem es der Innenraumzuluft Wär- me entzieht. Optional kann bei stillgelegter Pumpe 13 durch ein Öffnen des Rückschlagventils 17 auch eine parallele Be- aufschlagung des ersten Flüssigkeit/Luftwärmetauschers 14 mit kalter Flüssigkeit erfolgen, so daß eine effizientere Wärme- übertragung im Klimakasten stattfindet.

Ferner ist bei abgesperrten Rückschlagventilen 16,17 ein so- genannter"Reheat-Betrieb"realisierbar, indem die über den Kälteprozess im Kältemittelkreislauf 2 abgekühlte Flüssigkeit ausschließlich über den zweiten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher 15 geführt wird, während von der Brennkraftmaschine 12 er- wärmte Flüssigkeit über den ersten Flüssig- keit/Luftwärmetauscher 14 transportiert wird. Der Flüssig- keitskreislauf ist hierbei in zwei separate Teilkreisläufe aufgeteilt, in denen die Flüssigkeit unabhängig voneinander umgewälzt wird. Dabei kann somit die Innenraumzuluft im Kli- makasten zunächst abgekühlt (und ggf. getrocknet) und an- schließend wieder erwärmt werden.

Beim Wärmepumpenprozess wird das Kältemittel im Kältemittel- kompressor 3 von Niederdruck auf Hochdruck verdichtet. Das durch die Kompression erhitzte Kältemittel passiert das Schaltventil 22, über das es zum Kältemittelverdampfer 6a, 6b geleitet wird, der beim Wärmepumpenprozess als Kühler fun- giert. Das Kältemittel gibt über den Verdampfer 6a, 6b isobar Wärme an die dem Innenraum zugeführte Luft ab. Nachfolgend durchströmt das Kältemittel das Bypassrückschlagventil 7a und dann den inneren Wärmetauscher 9a. Über ihn gibt es isobar Wärme an das im Niederdruckbereich 9b zwischen Kältemittel- kühler und Verdich-tereintritt entgegenströmende Kältemittel ab. Durch das Kältemittelexpansionsventil 5b wird das Kälte- mittel isenthalp von Hochdruck auf Niederdruck entspannt. Die Temperatur sinkt. Das Kältemittel befindet sich im 2-Phasen- Zustand und passiert den Kältemittelkühler 4, der als Ver- dampfer fungiert. Über die Wandungen des Kältemittelkühlers 4 nimmt es isobar Wärme aus der Umgebung auf. Über die Schalt- ventile 23,21 wird das Kältemittel zum Akkumulator 10 ge- führt, in dem nicht am Prozess teilnehmendes Kältemittel ge- speichert wird. Das Kältemittel wird weiter durch den inneren Wärmetauscher 9b geleitet, in dem es überhitzt wird. Im An- schluss saugt der Kältemittelverdichter 3 das Kältemittel wieder an.

Die im zweiten Flüssigkeitskreislauf befindliche Flüssigkeit wird im Wärmepumpenbetrieb mittels der Pumpe 18 umgewälzt und, bei abgesperrtem Ventil 19, über den ersten Flüssig- keit/Luftwärmetauscher 14 geleitet, an dem es Wärme an die Innenraumzuluft abgibt. Insbesondere nach vorhergegangenem Kältebetrieb (A/C-Betrieb), bei dem am zweiten Flüssig- keit/Luftwärmetauscher 15 Feuchtigkeit, insbesondere Kondens- wasser abgeschieden worden sein kann, wird durch die Nutzung des ersten Wärmetauschers 14 zur Wärmeübertragung an die In- nenraumzuluft vermieden, daß das Kondenswasser beim Anfahr- vorgang rasch verdampft und in den Innenraum des Kraftfahr- zeuges gelangt. Dabei wird also der in bekannten Systemen be- reits eingesetzte Heizungswärmetauscher zur Wärmeübertragung an die Innenraumzuluft genutzt, während der (noch kalte) zweite Wärmetauscher 15 stillgelegt-bleibt. Gleichzeitig oder alternativ kann durch eine Aktivierung der Pumpe 13 erwärmte Flüssigkeit aus der Brennkraftmaschine über den Flüssig- keit/Luftwärmetauscher 14 gefördert werden.

Optional kann durch ein Öffnen des Schaltventils 19 auch eine parallele Beaufschlagung von erstem Flüssigkeit/Luftwärme- tauschers 14 und zweitem Flüssigkeit/Luftwärmetauscher 15 mit erwärmter Flüssigkeit erfolgen, so daß eine effizientere Wär- meübertragung im Klimakasten stattfindet.

In einem modifizierten Ausführungsbeispiel sind den Flüssig- keit/Luftwärmetauschern 14,15 ein oder mehrere Latentwärme- speicher zugeordnet, die bei Betriebstemperatur der Wärmema- nagementvorrichtung einen Phasenwechsel durchführen und somit Temperaturschwankungen der Wärmeübertragerflüssigkeit im zweiten Flüssigkeitskreislauf dämpfen. Die genannten Latent- wärmespeicher sind vorzugsweise als Hüllen um die Flüssig- keit/Luftwärmetauscher oder als separate Wärmetauscher im Klimakasten ausführbar.

In Fig. 2 ist ein Teil eines weiteren Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Wärmemanagementvorrichtung 1 darge- stellt, wobei gleichwirkenden Komponenten im allgemeinen gleiche Bezugszeichen wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.

1 zugeordnet sind.

Der Kältemittelkreislauf 2 ist im wesentlichen wie beim ers- ten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gestaltet und daher nicht mehr näher dargestellt. In Fig. 2 ist im wesentlichen der zweite Flüssigkeitskreislauf 10dargestellt, an den über den Kältemittelverdampfer 6a, 6b Wärme transferierbar ist. Der zweite Flüssigkeitskreislauf 10 ist gegenüber dem zweiten Flüssigkeitskreislauf 10 nach Fig. 1 insbesondere durch eine geänderte Verschaltung modifiziert.

Kern des modifizierten zweiten Flüssigkeitskreislaufes 10 ist ein 6/4-Wege-Ventil 24, über das Brennkraftmaschine 12, erster Flüssigkeit/Luftwärmetauscher 14, zweiter Flüssig- keit/Luftwärmetauscher 15 sowie Flüssig- keit/Flüssigkeitswärmetauscher 6a, 6b zusammengeschaltet sind. Das 6/4-Wege-Ventil 24 weist dabei sechs Anschlusslei- tungen 25-30 auf, die in vier verschiedenen Schaltungen miteinander verbindbar sind.

In einer ersten Schaltung a des Ventils 24 sind die An- schlussleitungen 25 mit 30 sowie 27 mit 28 zusammengeschal- tet, so daß sich eine Reihenschaltung aller Komponenten des zweiten Flüssigkeitskreislaufes 10 ergibt. Die Flüssigkeit im zweiten Flüssigkeitskreislauf 10 wird dann in Fig. 2 ent- gegen dem Uhrzeigersinn von den Pumpen 18 und 13 umgewälzt, wobei der im Wärmepumpenmodus arbeitende Kältemittelkreislauf 2 über den Kältemittel/Flüssigkeitswärmetauscher 6a, 6b Wärme an den zweiten Flüssigkeitskreislauf 10 transferieren kann.

Ebenso wird über die Brennkraftmaschine 12 Wärme in den zwei- ten Flüssigkeitskreislauf 10 eingetragen. Der zweite Flüs- sigkeitskreislauf 10 kann diese Wärme ggf. nur teilweise an die durch den Klimakasten strömende Innenraumzuluft abgeben, so daß sich diese Schaltung insbesondere eignet für Einsatz- bedingungen des Kraftfahrzeuges mit besonders tiefen Umge- bungstemperaturen (insbesondere niedriger als-10°C) und/oder für extreme Kaltstartbedingungen des Kraftfahrzeuges.

In einer zweiten Schaltung b des Ventils 24 sind die An- schlussleitungen 25 mit 29 sowie 27 mit 28 zusammengeschal- tet. Dabei ist der zweite Flüssigkeit/Luftwärmetauscher 15 (Innenraumwärmetauscher) gegenüber Schaltung a aus dem Kreis- lauf entfernt. Auch in Schaltung b kann der im Wärmepumpenmo- dus arbeitende Kältemittelkreislauf 2 über den Kältemit- tel/Flüssigkeitswärmetauscher 6a, 6b Wärme an den zweiten Flüssigkeitskreislauf 10 transferieren. Ebenso wird über die Brennkraftmaschine 12 Wärme in den zweiten Flüssigkeitskreis- lauf 10 eingetragen. Die im zweiten Flüssigkeitskreislauf 10 vorhandene Wärme kann ggf. teilweise über den ersten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher 14 (Heizungswärmetauscher) an die Innenraumzuluft abgegeben werden, wobei der zweite Flüs- sigkeit/Luftwärmetauscher praktisch stillgelegt ist. Diese Schaltung eignet sich insbesondere für Einsatzbedingungen des Kraftfahrzeuges mit Temperaturen unterhalb des Taupunkts der Umgebungsluft (insbesondere niedriger als +10°C) und/oder für Kaltstartbedingungen des Kraftfahrzeuges, bei denen ein feuchter Kältemittelverdampfer 6a, 6b vorliegt oder zu be- fürchten ist.

In einer dritten Schaltung c des Ventils 24 sind die An- schlussleitungen 25 mit 27 sowie 28 mit 30 zusammengeschal- tet. Dadurch ist der zweite Flüssigkeitskreislauf 10 in zwei voneinander getrennte, separate Teilkreisläufe unterteilt, in denen die Wärmeübertragungsflüssigkeit mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten umgewälzt werden kann. Dabei ist der Kälte- mittelkreislauf 2 gemäß Fig. 1 vorzugsweise als Kälteprozeß betreibbar, wobei über den Kältemittel/Flüssigkeits- wärmetauscher 6a, 6b Wärme aus dem zweiten Flüssigkeits- kreislauf 10 entnehmbar und der zweite Flüssigkeit/Luft- wärmetauscher 15 abkühlbar ist. Entsprechend wird die an dem zweiten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher 15 entlanggeführte In- nenraumzuluft abgekühlt und ggf. getrocknet. Der erste Flüs- sigkeit/Luftwärmetauscher 14 lässt sich über die Förderpumpe 13 mit über die Abwärme der Brennkraftmaschine 12 erwärmter Flüssigkeit beaufschlagen, wodurch je nach Bedarf eine Erwär- mung (Reheat) der Innenraumzuluft realisierbar ist. Bei hohen Außentemperaturen und trockener Umgebungsluft kann die Pumpe 13 ausgeschaltet werden.

Diese Schaltung ermöglicht einerseits eine Temperierung (Er- wärmung oder Abkühlung) der Innenraumzuluft über den zweiten Flüssigkeit/Luftwärmetauscher 15, der mit dem Kältemittel- kreislauf 2 gekoppelt ist, sowie andererseits eine Erwärmung der Innenraumzuluft über den ersten Flüssigkeit/Luft- wärmetauscher 14, der mit der Brennkraftmaschine 12 gekoppelt ist. Beide Temperierungsmöglichkeiten können additiv oder al- ternativ genutzt werden, somit eignet sich diese Schaltung für nahezu alle Temperaturbereiche.

In einer vierten Schaltung d des Ventils 24 sind die An- schlussleitungen 26 mit 30 sowie 27 mit 28 zusammengeschal- tet. Dadurch sind in dem zweiten Flüssigkeitskreislauf 10 die Flüssigkeit/Luftwärmetauscher 14,15 in Reihe geschaltet und über den Kältemittel/Flüssigkeitswärmetauscher 6a, 6b mit dem Kältemittelkreislauf 2 gekoppelt. Dadurch sind beide Wär- metauscher zur Wärmeübertragung eingesetzt, die Wärme- übertragungsleistung an den Wärmetauschern ist somit gegen- über einer Schaltung mit nur einem Wärmetauscher gesteigert.

Durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele einer Wärme- managementvorrichtung mit einem zweiten Flüssigkeitskreislauf sind Sensoren zur Detektion von Kältemittel im Klimakasten bzw. im Innenraumzuluftstrom überflüssig. Ferner sind Sicher- heitsvorkehrungen zur Vermeidung eines Eintrittes von Kälte- mittel in den Innenraumzuluftstrom bzw. in den Innenraum des Kraftfahrzeuges reduzierbar.

Der zweite Flüssigkeitskreislauf dient nicht nur zur räumli- chen und energetischen Entkopplung von Kältemittelkreislauf und Innenraumzuluft, sondern auch zur Wärmespeicherung, zur Verbesserung der Dynamik des Wärmetransfers und zum Insassen- schutz.