DE102004023834A1 - Expansion device for a refrigerant - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Expansionseinrichtung (16) für ein Kältemittel, insbesondere Expansionseinrichtung (16) zur Regelung des Hochdruckniveaus eines Kältemittelkreislaufs (10) einer Klimaanlage. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Expansionseinrichtung (16) zumindest ein Expansionsventil (26) und eine Expansionsmaschine (36) umfasst. DOLLAR A Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Klimaanlage, insbesondere eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf (10), der eine solche Expansionseinrichtung (16) aufweist.The invention relates to an expansion device (16) for a refrigerant, in particular expansion device (16) for controlling the high-pressure level of a refrigerant circuit (10) of an air conditioning system. DOLLAR A According to the invention it is proposed that the expansion device (16) comprises at least one expansion valve (26) and an expansion machine (36). DOLLAR A Furthermore, the invention relates to an air conditioner, in particular an air conditioner for a motor vehicle with a refrigerant circuit (10) having such an expansion device (16).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Expansionseinrichtung für ein Kältemittel, insbesondere eine Expansionseinrichtung zur Regelung des Hochdruckniveaus eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Klimaanlage mit einer derartigen Expansionseinrichtung.The The present invention relates to an expansion device for a refrigerant, in particular an expansion device for regulating the high pressure level a refrigerant circuit an air conditioner, according to the preamble of claim 1. The other The present invention relates to an air conditioner with such Expansion device.

Die Standardausführung einer Klimaanlage besteht im allgemeinen aus einem Verdampfer, einem Kondensator bzw. Gaskühler, einem Expansionsventil, einem Verdichter und ggf. aus einem inneren Wärmeübertrager. Wird insbesondere das Kältemittel CO2 verwendet, ist zumindest unter einigen Umgebungsbedingungen eine überkritische Betriebsweise des Kältemittels und des Kältemittelkreislaufs der Klimaanlage erforderlich. Dies bedeutet, dass im Kondensator das Kältemittel nicht kondensiert wird, sondern dass Gas im überkritischen Zustand lediglich abgekühlt wird. Aus diesem Grunde wird der Wärmeübertrager, der in konventionellen Kälteanlagen als Kondensator arbeitet und bezeichnet wird, bei überkritischer Betriebsweise der Kälteanlage auch Gaskühler genannt.The standard version of an air conditioning system generally consists of an evaporator, a condenser or gas cooler, an expansion valve, a compressor and possibly an internal heat exchanger. In particular, when the refrigerant CO 2 is used, at least under some environmental conditions, a supercritical operation of the refrigerant and the refrigerant circuit of the air conditioner is required. This means that in the condenser, the refrigerant is not condensed, but that gas is only cooled in the supercritical state. For this reason, the heat exchanger, which operates as a condenser in conventional refrigeration systems and is called in supercritical operation of the refrigeration system and gas cooler.

In Kälteanlagen mit Kältemitteln, die aufgrund ihrer thermodynamischer Eigenschaften die Wärme im überkritischen Bereich abgeben, kann der Druck bei der Wärmeabgabe unabhängig von der Temperatur eingestellt werden. Um diesen, gegenüber Kältemitteln mit Wärmeabgabe im Nassdampfgebiet, zusätzlichen Freiheitsgrad nutzen zu können, werden typischer Weise regelbare Expansionsventile eingesetzt. So erfolgt bei dem Kältemittel CO2 durch ein solches Expansionsventil eine Regelung des Hochdruckniveaus des Kältekreislaufs, so dass der Wirkungsgrad der Kälteanlage oder die Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs optimal eingestellt werden können.In refrigeration systems with refrigerants which, due to their thermodynamic properties, release the heat in the supercritical range, the pressure during the heat release can be set independently of the temperature. In order to use this, compared to refrigerants with heat in the wet steam area, additional degree of freedom, typically adjustable expansion valves are used. Thus, in the case of the refrigerant CO 2, such an expansion valve regulates the high-pressure level of the refrigeration cycle, so that the efficiency of the refrigeration system or the refrigerating capacity of the refrigerant circuit can be optimally adjusted.

Eine Verbesserungsmöglichkeit der skizzierten Standardausführung einer Kälteanlage besteht beispielsweise darin, das Expansionsventil durch eine arbeitsleistende Expansionseinrichtung, eine sogenannten Expansionsmaschine zu ersetzen. Auf diese Weise soll der Expansionsvorgang des Kältekreislaufs effektiver gestaltet und gleichzeitig Expansionsarbeit zurückgewonnen werden. Die Entspannungsenergie des Kältemittels wird somit in mechanische Arbeit umgewandelt und für andere, nachgeschaltete Prozesse nutzbar gemacht.A Correctional Facility the sketched standard version a refrigeration system For example, it is the expansion valve through a work-performing Expansion device to replace a so-called expansion machine. In this way, the expansion process of the refrigeration cycle is designed to be more effective and at the same time gaining expansion work. The relaxation energy of the refrigerant is thus transformed into mechanical work and for others, downstream processes made usable.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene technische Lösungen bekannt, um eine Expansionsmaschine praktisch zu realisieren.Out the prior art, various technical solutions are known to practically realize an expansion machine.

Die DE 198 41 686 A1 offenbart eine Verdichterkältemaschine bei dem ein Kältemittel auf überkritischen Druck in einem Verdichter komprimiert wird, anschließend durch Wärmeaustausch mit der Luft mittels eines Gaskühlers gekühlt und dann einer Expansionsmaschine zugeführt wird. Als Expansions- bzw. Entspannungsmaschine für das gekühlte Kältemittel, welches sich auf kritischem Druckniveau befindet, wird in der Vorrichtung der DE 198 41 686 A1 ein Zahnradmotor verwendet, der ein Gehäuse mit mindestens zwei gegeneinander rotierbaren Zahnrädern aufweist.The DE 198 41 686 A1 discloses a compressor refrigeration machine in which a refrigerant is compressed to supercritical pressure in a compressor, then cooled by heat exchange with the air by means of a gas cooler and then supplied to an expansion machine. As an expansion or expansion machine for the cooled refrigerant, which is at critical pressure level, is in the device of the DE 198 41 686 A1 a gear motor used, which has a housing with at least two mutually rotatable gears.

Aus der DE 100 13 191 C1 ist eine Klimaanlage, insbesondere eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, deren Kältemittelkreislauf eine Zahnradmaschine mit einer Schrägverzahnung aufweist, die als Expansionsmaschine für das überkritische Kältemittel dient. Durch die Zahnradmaschine wird beim Expansionsvorgang des Kältemittels Energie, u. a. durch Zurückgewinnung der Volumenänderungsarbeit, erzeugt, die wiederum im Kältemittelkreislauf zur Verdichtung des Kältemittels verwendet werden kann. Die Klimaanlage der DE 100 13 191 C1 ist derart ausgestaltet, dass das Kältemittel Kohlendioxid (CO2) im Kältemittelkreislauf aus einem überkritischen Zustand in einen Nassdampfzustand gebracht wird.From the DE 100 13 191 C1 is an air conditioner, in particular an air conditioner for motor vehicles is known, whose refrigerant circuit comprises a gear machine with a helical toothing, which serves as an expansion machine for the supercritical refrigerant. The gear machine generates energy during the expansion process of the refrigerant, inter alia by recovering the volume change work, which in turn can be used in the refrigerant circuit for compressing the refrigerant. The air conditioning of DE 100 13 191 C1 is configured such that the refrigerant carbon dioxide (CO 2 ) in the refrigerant circuit is brought from a supercritical state to a wet steam state.

Unabhängig von der jeweils ausgewählten Technologie stellen die Regelungsanforderungen der Expansionsmaschine eine besondere Herausforderung dar.Independent of the selected technology The regulation requirements of the expansion machine make a special Challenge.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass eine Expansionsmaschine eine Sicherheitsfunktion zu erfüllen hat. Die Expansionsmaschine soll bei zu extremen Belastungen des Systems, ermöglichen, das System in einen stabilen Zustand zurück zu bringen oder gegebenenfalls das System sicher abzuschalten. Diese extremen Bedingungen, die weit von den normalen Betriebszuständen entfernt sind, müssen daher bei der Auslegung der Expansionsmaschine berücksichtigt werden, was eine optimale Auslegung der Expansionsmaschine, insbesondere im Normalbetrieb schwer macht.One Another problem is that an expansion machine a Safety function Has. The expansion machine is said to be at too extreme loads of Systems, enable that System to bring it back to a stable state or, if necessary safely shut down the system. These extreme conditions, the far away from the normal operating conditions, therefore be taken into account in the design of the expansion machine, what a optimal design of the expansion machine, especially in normal operation makes it hard.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Die erfindungsgemäße Expansionseinrichtung für ein Kältemittel, insbesondere eine solche Expansionseinrichtung zur Regelung des Hochdruckniveaus eines Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage, weist zumindest ein Expansionsventil und eine Expansionsmaschine auf. Durch diesen kombinierten Aufbau der Expansionseinrichtung wird ein Teil der schweren Regelungsaufgaben des Expansionsvorgangs, bzw. auch der Sicherheitsaufgaben der Expansionsmaschine von der Maschine auf das Expansionsventil übertragen. Die Expansionsmaschine hat somit nur noch die Aufgabe der Energierückgewinnung, und die zurückgewonnene Energie in der passenden Form zur weiteren Nutzung bereit zu stellen. Die Einstellung des Hochdrucks sowie die Sicherheitsfunktion wird durch das Expansionsventil der Expansionseinrichtung übernommen.The expansion device for a refrigerant according to the invention, in particular such an expansion device for regulating the high-pressure level of a refrigerant circuit of an air conditioning system, has at least one expansion valve and an expansion machine. By this combined structure of the expansion device is part of the heavy control tasks of the expansion process, and also the security tasks of Transfer expansion machine from the machine to the expansion valve. The expansion machine thus has only the task of energy recovery, and to provide the recovered energy in the appropriate form for further use. The setting of the high pressure as well as the safety function is taken over by the expansion valve of the expansion device.

Auf diese Weise ist es möglich, eine Expansionseinrichtung für ein Kältemittel derart zu betreiben, dass sowohl die Einstellung des Hochdruckniveaus als auch die Bereitstellung der zurückgewonnenen Energie in voneinander nahezu unabhängiger und damit optimaler Weise durchführbar ist. So kann beispielsweise die Drehzahl der Expansionsmaschine auf die Energienutzung und Umwandlung optimiert werden, ohne dass das einzustellende Hochdruckniveau hierbei zu beachten ist.On this way it is possible an expansion device for a refrigerant operate such that both the setting of the high pressure level as well as providing the recovered energy in each other almost independent and thus optimal feasible is. For example, the speed of the expansion machine be optimized for energy use and conversion without that the high pressure level to be set must be taken into account.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Expansionseinrichtung möglich.By in the subclaims listed Features are advantageous developments of the expansion device according to the invention possible.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Expansionseinrichtung sind die Expansionsmaschine und das regelbare Expansionsventil in Reihe zueinander im Kältemittelkreislauf der Klimaanlage angeordnet.In an advantageous embodiment the expansion device according to the invention are the expansion machine and the adjustable expansion valve in Row to each other in the refrigerant circuit of Air conditioning arranged.

In einer alternativen, vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Expansionseinrichtung sind das regelbare Expansionsventil und die Expansionsmaschine parallel zueinander im Kältemittelkreislauf der Klimaanlage angeordnet. Die Parallelschaltung von Expansionsventil und Expansionsmaschine ermöglicht es zudem die Dimensionierung der Expansionsmaschine zu vereinfachen. Diese kann im Fall der Parallelschaltung nur noch für den üblichen bzw. optimalen Massenstrom ausgelegt werden, wobei das Expansionsventil zum Einsatz kommen würde, falls erhöhte Massenströme auftreten würden.In an alternative, advantageous embodiment of the expansion device according to the invention Both the variable expansion valve and the expansion machine are parallel to each other in the refrigerant circuit the air conditioning arranged. The parallel connection of expansion valve and expansion machine allows It also simplifies the sizing of the expansion machine. This can in the case of parallel connection only for the usual or optimal mass flow are designed, wherein the expansion valve would be used if increased mass flows would occur.

Eine solche Parallelschaltung der wesentlichen Komponenten der Expansionseinrichtung bedeutet auch hinsichtlich der Sicherheit der Kälteanlage einen nicht zu vernachlässigenden Vorteil. So kann beim Ausfall der Expansionsmaschine das Expansionsventil in einen „Not-Aus-Modus" eintreten und trotz funktionsunfähiger Expansionsmaschine ein sicheres Ausschalten der Anlage gewährleisten.A such parallel connection of the essential components of the expansion device also means a non-negligible in terms of safety of the refrigeration system Advantage. Thus, in case of failure of the expansion machine, the expansion valve enter an "emergency stop mode" and despite inoperable Expansion machine ensure a safe shutdown of the plant.

In vorteilhaften Ausführungsformen ist das Expansionsventil ein regelbares Ventil, mit dem sich das Hochdruckniveau des Kältemittelkreislauf regeln lässt. Dabei kann es sich sowohl um ein extern, als auch um ein intern geregeltes Ventil handeln. Das Expansionsventil kann ein elektrisch betriebenes Ventil oder auch ein mechanisch oder thermisch geregeltes Ventil sein. Eine mögliche Ausführungsform des Expansionsventils welche eingesetzt werden kann, besteht in einem Überströmventil, welches bei einem vorgegebenen Massenstrom des Kühlmittels öffnet.In advantageous embodiments the expansion valve is a controllable valve with which the High pressure level of the refrigerant circuit can regulate. It can be both external and internal act regulated valve. The expansion valve can be an electric operated valve or a mechanically or thermally controlled Be a valve. A possible Embodiment of the Expansion valve which can be used, consists in an overflow valve, which opens at a given mass flow of the coolant.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Expansionsvorrichtung, sind deren regelbares Expansionsventil sowie die Expansionsmaschine in einer baulichen Einheit zu einem kompakten Modul zusammengefasst. Ein solches Modul lässt sich in einfacher Weise in entsprechende Kältekreisläufe integrieren.In a particularly advantageous embodiment of the expansion device according to the invention, are their adjustable expansion valve and the expansion machine summarized in a structural unit to a compact module. One such module leaves integrate easily into appropriate refrigeration circuits.

Da die Regelung des Hochdruckniveaus des Kältemittelkreislaufs im wesentlichen durch das Expansionsventil vorgenommen wird, hat die Expansionsmaschine nur noch die Aufgabe, die zurückgewonnene Energie in passender Form bereitzustellen. So kann die Antriebswelle der Expansionsmaschine beispielsweise direkt mit der Antriebswelle des Kältemittelverdichters verkoppelt bzw. verkoppelbar sein. Dies ist insbesondere eine vorteilhafte Weiterentwicklung der beanspruchten Expansionsvorrichtung, da die Drehzahl der Expansionsmaschine der Expansionsverrichtung unabhängig von der Regelung des Hochdrucks gewählt werden kann. Eine Anpassung der Drehzahl der Expansionsmaschine an die Drehzahl des Verdichters kann somit frei erfolgen.There the regulation of the high pressure level of the refrigerant circuit substantially through the expansion valve has the expansion machine only the task, the recovered To provide energy in a suitable form. So can the drive shaft the expansion machine, for example, directly to the drive shaft of the refrigerant compressor be coupled or coupled. This is particularly advantageous Further development of the claimed expansion device, as the Speed of the expander expansion machine independent of the regulation of the high pressure selected can be. An adaptation of the speed of the expansion machine to the speed of the compressor can thus be done freely.

Falls die Expansionsmaschine in vorteilhafter Weise eine Vor- oder Nachverdichtungseinrichtung für das Kältemittel antreibt, kann der erzeugte Volumenstrom beliebig eingestellt werden, da er nicht mehr von der Regelung des Hochdruckniveaus des Kältemittels beeinflusst wird. Die Aufgabe einer Regelung der Expansionsmaschine zur Einstellung des Hochdruckniveaus im Kältemittelkreislauf und die Bereitstellung der zurückgewinnbaren mechanischen Energie in passender Form sind in vorteilhafter Weise nicht mehr miteinander verknüpft. Da diese beiden Aufgaben bei Expansionsmaschinen des Standes der Technik unterschiedliche Anforderungen an die Drehzahl der Expansionsmaschine gestellt haben, waren bisher aufwendige Lösungen, wie beispielsweise ein ansteuerbares Getriebe zur Erzielung eines zusätzlichen Freiheitsgrades von Nöten.If the expansion machine advantageously a pre or densification device for the refrigerant drives, the volume flow generated can be set as desired, since he is no longer aware of the regulation of the high pressure level of the refrigerant being affected. The task of regulating the expansion machine for setting the high pressure level in the refrigerant circuit and the Provision of recoverable mechanical energy in suitable form are in an advantageous manner no longer linked together. Because these two tasks are at the state of the art of expansion Technology different demands on the speed of the expansion machine have been, have been complex solutions, such as a controllable transmission to achieve an additional Degrees of freedom.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Expansionseinrichtung ergibt sich für den Fall, dass die Expansionsmaschine der Expansionseinrichtung mit einer elektrischen Maschine, insbesondere mit einem elektrischen Generator wirkverbunden oder wirkverbindbar ist. Wenn die zurückgewonnene Energie mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt werden soll, so ist die beanspruchte Expansionseinrichtung von großem Nutzen. Das Expansionsventil der Expansionseinrichtung kann den optimalen Hochdruck einstellen, während die Kennlinie der Expansionsmaschine beispielsweise der Kennlinie eines üblichen KFZ-Generators entspricht. Die Regelung der Ausgangsspannung des Generators wird durch eine solche Anordnung stark vereinfacht. Die frei wählbare Drehzahl der Expansionsmaschine der beanspruchten Expansionsvorrichtung ermöglicht somit eine konstante Ausgangsspannung am Generator. Darüber hinaus können erforderliche Sicherheitsfunktionen optimiert werden.An advantageous development of the expansion device according to the invention results in the event that the expansion machine of the expansion device with an electric machine, in particular with an electric generator operatively connected or operatively connected. When the recovered energy is to be converted into electrical energy by means of a generator, the claimed expansion device is of great use. The expansion valve of the expander can set the optimum high pressure while the characteristic of the expansion machine, for example, the characteristic of a conventional motor vehicle generator corresponds. The regulation of the output voltage of the generator is greatly simplified by such an arrangement. The freely selectable speed of the expansion machine of the claimed expansion device thus allows a constant output voltage at the generator. In addition, required security features can be optimized.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich dadurch, dass die Expansionseinrichtung bzw. zumindest die Expansionsmaschine der Expansionseinrichtung in einer baulichen Einheit mit einer elektrischen Maschine, beispielsweise einem Generator ausgestaltet ist. So ist es möglich, beide Maschine, d. h. sowohl die Expansionsmaschine, als auch die elektrische Maschine in einem gemeinsamen Gehäuse, welches typischer Weise eine hermetische Einheit bildet, anzuordnen.A particularly advantageous embodiment the device according to the invention results from the fact that the expansion device or at least the expansion machine of the expansion device in a structural Unit with an electric machine, for example a generator is designed. So it is possible both machines, d. H. both the expansion machine, as well as the electric machine in a common housing, which is typically forms a hermetic unit to arrange.

Mit der beanspruchten, erfindungsgemäßen Expansionsvorrichtung lässt sich in vorteilhafter Weise eine Klimaanlage, insbesondere eine dynamisch betriebene Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug weiterbilden. Durch die Aufgabenteilung der Komponenten der Expansionseinrichtung des Kältekreislaufs der Klimaanlage lässt sich sowohl die Regelung des Hochdruckniveaus des Kältemittels und somit der Wirkungsgrad bzw. die Kälteleistung des Kältekreislaufs optimieren als auch zusätzlich Energie durch den Expansionsprozess mittels einer Expansionsmaschine gewinnen. Die somit gewonnene zusätzliche Energie lässt sich in vorteilhafter Weise zum Betrieb weiterer Komponenten der Klimaanlage bzw. des Kältekreislaufs einsetzen.With the claimed, inventive expansion device let yourself advantageously an air conditioner, in particular a dynamically operated Air conditioning for to develop a motor vehicle. By the division of tasks of the components of Expansion device of the refrigeration cycle the air conditioning leaves Both the regulation of the high pressure level of the refrigerant and thus the efficiency or the cooling capacity of the refrigeration cycle optimize as well as in addition Energy through the expansion process by means of an expansion machine win. The additional energy thus gained can be advantageously for the operation of other components of the air conditioner or the refrigeration cycle deploy.

Insbesondere für ein Kältemittel, welches die Wärme im überkritischen Bereich abgibt, wie dies beispielsweise beim Kältemittel CO2 der Fall ist, ergibt sich somit eine vorteilhafte Weiterbildung des Kältekreislaufs und einer mit einem solchen Kältekreislauf verbundenen Klimaanlage.In particular, for a refrigerant which releases the heat in the supercritical region, as is the case with the refrigerant CO 2, for example, thus results in an advantageous development of the refrigeration cycle and a connected to such a refrigeration cycle air conditioning.

Die erfindungsgemäße Expansionseinrichtung ermöglicht es somit die Regelung einer Expansionsmaschine zu vereinfachen bzw. eine solche Regelung erst möglich zu machen.The Inventive expansion device allows Thus, to simplify the regulation of an expansion machine or such a regulation is possible close.

Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Expansionseinrichtung bzw. einer erfindungsgemäßen Klimaanlage mit einer solchen Expansionseinrichtung im Kältemittelkreislauf ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele.Further Advantages and features of the expansion device according to the invention or an air conditioner of the invention result with such an expansion device in the refrigerant circuit from the following description of some embodiments.

Zeichnungendrawings

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Expansionseinrichtung bzw. Beispiele dreier Kältemittelkreisläufe unter Verwendung von erfindungsgemäßen Expansionseinrichtungen dargestellt, die in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden sollen. Die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren, sinnvollen Kombinationen zusammenfassen, die somit als ebenfalls offenbart anzusehen sind.In the drawing are three embodiments the expansion device according to the invention or examples of three refrigerant circuits using of expansion devices according to the invention represented, which are explained in more detail in the following description should. The figures of the drawings, their description and the claims contain numerous features in combination. An expert will To look at these features individually and to further, meaningful combinations summarized, which are thus to be regarded as also disclosed.

Es zeigtIt shows

1 eine schematische Darstellung des Kältemittelkreislaufs einer Klimaanlage, 1 a schematic representation of the refrigerant circuit of an air conditioner,

2 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine in einem Kältemittelkreislauf angeordnete Expansionsvorrichtung, 2 A first embodiment of a arranged in a refrigerant circuit expansion device,

3 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Expansionseinrichtung sowie den zugehörigen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage, 3 A second embodiment of an expansion device according to the invention and the associated refrigerant circuit of an air conditioner,

4. ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Expansionseinrichtung sowie den zugehörigen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage. 4 , a further embodiment of an expansion device according to the invention and the associated refrigerant circuit of an air conditioner.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

Der in 1 im Prinzip dargestellte Kältemittelkreislauf 10 einer Klimaanlage weist einen Kompressor 12, einen Kondensator oder Gaskühler 14, eine Expansionseinrichtung 16 und einen Verdampfer 18 auf, die über entsprechende Verbindungsmittel 20 miteinander verbunden sind und einen geschlossenen Kältemittelkreislauf bilden.The in 1 shown in principle refrigerant circuit 10 An air conditioner has a compressor 12 , a condenser or gas cooler 14 , an expansion device 16 and an evaporator 18 on that via appropriate connecting means 20 are interconnected and form a closed refrigerant circuit.

Die Komponenten dieses Kreislaufs werden nach Art eines Kompressionskältekreislaufs betrieben. Hierbei wird zunächst eine Verdichtung eines Kältemittels, beispielsweise des Kältemittels CO2 durch einen Verdichter, den sogenannten Klimakompressor oder einfach Kompressor, durchgeführt, um die innere Energie des Kältemittels zu erhöhen. Das komprimierte Kältemittel wird anschließend in einem Kondensator oder Verflüssiger durch einen Wärmeaustausch gekühlt. Bei Kältemitteln, die die Wärme im überkritischen Bereich abgeben, wie dies beispielsweise bei dem Kältemittel CO2 der Fall ist, wird das Kältemittel im Kondensator nicht verflüssigt, sondern als Gas im überkritischen Zustand nur abgekühlt. Aus diesem Grunde wird dieser Wärmeübertrager 14 bei Verwendung der überkritischen Betriebsweise des Kältemittels als Gaskühler bezeichnet. Anschließend wird das so gekühlte Kältemittel mittels einer Expansionseinrichtung 16 auf einen geringeren Druck ausgedehnt und dabei weiter abgekühlt. Der Expansionseinrichtung 16 ist in der Regel ein Verdampfer 18 nachgeschaltet, der als Wärmetauscher betrieben wird, um die freiwerdende Kälte des Kältemittels auf ein anderes Medium zu übertragen. Dieses andere Medium, welches über den Verdampfer mit dem kalten, expandierten Kältemittel in Wechselwirkung tritt, kann beispielsweise Luft sein, die einem Fahrzeug Heizungs- bzw. Kühlsystem (Klimaanlage) zugeführt wird.The components of this circuit are operated in the manner of a compression refrigeration cycle. Here, first, a compression of a refrigerant, such as the refrigerant CO 2 by a compressor, the so-called air compressor or simply compressor, carried out to increase the internal energy of the refrigerant. The compressed refrigerant is then cooled in a condenser or condenser by heat exchange. In the case of refrigerants which release the heat in the supercritical range, as is the case, for example, with the refrigerant CO 2 , the refrigerant in the condenser is not liquefied but only removed as gas in the supercritical state cools. For this reason, this heat exchanger 14 when using the supercritical operation of the refrigerant referred to as a gas cooler. Subsequently, the refrigerant thus cooled by means of an expansion device 16 extended to a lower pressure while continuing to cool. The expansion device 16 is usually an evaporator 18 downstream, which is operated as a heat exchanger to transfer the released refrigerant of the refrigerant to another medium. This other medium, which interacts with the cold, expanded refrigerant via the evaporator, may be, for example, air which is supplied to a vehicle heating or cooling system (air conditioning system).

Durch die Steuerung der Drosselung an der Expansionseinrichtung des Kältemittelkreislaufs kann der Druck auf der Hochdruckseite des thermodynamischen Kreisprozesses gesteuert bzw. geregelt werden, so dass die spezifische Kälteleistung der Klimaanlage in gewünschter Weise variiert werden kann. So ist es möglich, eine maximale effektive Leistungszahl zu erhalten, indem der Druck der Hochdruckseite des thermodynamischen Kreisprozesses (Hochdruckniveau) in Abhängigkeit von der Temperatur am Gaskühlerausgang oder der Umgebungstemperatur in angepasster Weise eingestellt wird.By the control of the throttling at the expansion means of the refrigerant circuit can the pressure on the high pressure side of the thermodynamic cycle be controlled or regulated so that the specific cooling capacity the air conditioning in desired Way can be varied. So it is possible to have a maximum effective Achieve performance index by the pressure of the high pressure side of the thermodynamic cycle (high pressure level) depending from the temperature at the gas cooler outlet or the ambient temperature is adjusted in an adapted manner.

Insbesondere bei Kälteanlagen mit Kältemitteln, die aufgrund ihrer thermodynamischen Eigenschaften die Wärme im überkritischen Bereich abgeben, kann das Hochdruckniveau bei der Wärmeabgabe unabhängig von der Temperatur eingestellt werden. Um diesen, gegenüber Kältemitteln mit Wärmeabgabe im Nassdampfbereich zusätzlichen Freiheitsgrad in vorteilhafter Weise zu nutzen, können steuer- und/oder regelbare Expansionseinrichtungen genutzt werden.Especially in refrigeration systems with refrigerants, because of their thermodynamic properties the heat in the supercritical Range release, the high pressure level in the heat release independently be set by the temperature. To this, to refrigerants with heat dissipation in the wet steam area additional To use the degree of freedom in an advantageous manner can be and / or adjustable expansion devices are used.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines speziellen Kältemittelkreislaufs für eine Klimaanlage unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Expansionseinrichtung 16. 2 shows a first embodiment of a specific refrigerant circuit for an air conditioner using an expansion device according to the invention 16 ,

Der Kältemittelkreislauf 10 einer CO2-Klimaanlage gemäß 2 weist einen Kompressor 12 auf der beispielsweise elektrisch betrieben oder aber auch über entsprechende Kupplungselemente von der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges angetrieben sein kann. Im Kompressor 12 wird zunächst eine Verdichtung des Kältemittels, im beschriebenen Fall CO2, durchgeführt, um die innere Energie des Kältemittels zu erhöhen. In Strömungsrichtung nach dem Verdichter 12 ist ein Abscheider, insbesondere ein Ölabscheider 20 vorgesehen, der dazu dient, die im gasförmigen Kältemittel enthaltenen Ölrückstände abzuscheiden und diese über entsprechende Verbindungsmittel 22 beispielsweise wiederum dem Kompressor 12 zur Schmierung zur Verfügung zu stellen.The refrigerant circuit 10 a CO 2 air conditioning according to 2 has a compressor 12 on the example, electrically operated or can be driven via corresponding coupling elements of the internal combustion engine of a motor vehicle. In the compressor 12 First, a compression of the refrigerant, in the case described CO 2 , carried out in order to increase the internal energy of the refrigerant. In the flow direction after the compressor 12 is a separator, especially an oil separator 20 provided, which serves to deposit the oil residues contained in the gaseous refrigerant and these via appropriate connection means 22 for example, the compressor again 12 to provide for lubrication.

Das komprimierte und gegebenenfalls gereinigte Kältemittel wird in einem nachgeschalteten Kondensator bzw. Gaskühler 14 durch einen Wärmeaustausch gekühlt und gibt dabei einen Teil seiner inneren Wärmeenergie an die Klimaanlage, beispielsweise eines Fahrzeuges ab, so dass die Temperatur des Kältemittels absinkt und sich dieses ggf. verflüssigt. Wird als Kältemittel ein transkritisches Kältemittel, wie beispielsweise CO2 genutzt, so wird das Kältemittel im Gaskühler 14 nicht kondensiert sondern lediglich abgekühlt, so dass man in diesem Fall nicht von einem Kondensator sondern von einem Gaskühler spricht.The compressed and optionally purified refrigerant is in a downstream condenser or gas cooler 14 cooled by a heat exchange and is doing a portion of its internal heat energy to the air conditioning, such as a vehicle from, so that the temperature of the refrigerant drops and this possibly liquefied. If a transcritical refrigerant, such as CO 2, is used as refrigerant, then the refrigerant in the gas cooler 14 not condensed but only cooled, so that one does not speak in this case of a condenser but of a gas cooler.

Zur weiteren Absenkung der Temperatur des Kältemittels ist im Kältemittelkreislauf 10 gemäß 2 ein innerer Wärmetauscher 24 vorgesehen, der es ermöglicht das komprimierte, gekühlte Kältemittel mittels des rücklaufenden und bereits expandierten und abgekühlten Kältemittels weiter herunterzukühlen.To further reduce the temperature of the refrigerant is in the refrigerant circuit 10 according to 2 an internal heat exchanger 24 provided, which makes it possible to further cool the compressed, cooled refrigerant by means of the returning and already expanded and cooled refrigerant.

Das komprimiere Kältemittel wird nunmehr einer Expansionseinrichtung 16 zugeführt und in dieser auf ein geringeres Druckniveau expandiert. Die erfindungsgemäße Expansionseinrichtung 16 besteht zumindest aus einem geregelten Expansionsventil 26 und einer Expansionsmaschine 36. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind das Expansionsventil 26 und die Expansionsmaschine 36 in Reihe zueinander im Kühlkreislauf 10 des Kältemittels geschaltet. Das Expansionsventil 26 ist dabei ein regelbares Ventil, welches durch eine entsprechende Stellung des Drosselkörpers des Ventils einen gewünschten Öffnungsquerschnitt freigeben kann und somit das Druckniveau auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs 10 bestimmt. Das Expansionsventil 26 kann beispielsweise ein elektromagnetisch angesteuertes Ventil oder aber auch ein rein mechanisch geregeltes, oder auch ein thermisch geregeltes Ventil sein. Dabei kann es sich sowohl um ein extern, als auch um ein intern geregeltes Ventil handeln. sein. Dem regelbaren Expansionsventil 26 nachgeschaltet ist eine Expansionsmaschine 36, welche prinzipiell durch jede arbeitsleistende Expansionseinrichtung gebildet sein kann.The compressed refrigerant is now an expansion device 16 supplied and expanded in this to a lower pressure level. The expansion device according to the invention 16 at least consists of a regulated expansion valve 26 and an expansion machine 36 , In the embodiment according to 2 are the expansion valve 26 and the expansion machine 36 in series with each other in the cooling circuit 10 switched the refrigerant. The expansion valve 26 is a controllable valve, which can release a desired opening cross-section through a corresponding position of the throttle body of the valve and thus the pressure level on the high pressure side of the refrigerant circuit 10 certainly. The expansion valve 26 For example, it may be an electromagnetically actuated valve or else a purely mechanically controlled valve or even a thermally regulated valve. This can be both an external, as well as an internally regulated valve. be. The adjustable expansion valve 26 Downstream is an expansion machine 36 , which can be formed in principle by any work expansion device.

Als Expansionsmaschinen sind insbesondere denkbar und vorteilhaft, sogenannte Zahnradmaschinen, die eine effektive Umsetzung der Expansionsenergie in mechanische Arbeit ermöglichen. Über eine entsprechende Welle kann die Expansionsmaschine dann mit weiteren nachgeschalteten Komponenten des Kraftfahrzeugs wirkverbunden sein bzw. in einem Anforderungsfall wirkverbunden werden.When Expansion machines are particularly conceivable and advantageous, so-called Gear machines, which effectively implement the expansion energy allow in mechanical work. Over a corresponding expansion shaft can then with further expansion machine be connected downstream components of the motor vehicle or in a request case operatively connected.

Auf diese Weise ist es möglich, den Expansionsvorgang in der Expansionseinrichtung 16 effektiver zu gestalten und gleichzeitig Expansionsarbeit zurückzugewinnen. Hierbei wird die Entspannungsenergie des Kältemittels in mechanische Arbeit umgewandelt und somit für andere Prozesse verfügbar gemacht. So kann beispielsweise durch eine Kopplung der Antriebswelle der Expansionsmaschine 36 mit der Antriebswelle des Verdichters 12, die mit der Expansionsmaschine gewonnene Arbeit direkt wieder im Kältemittelkreislauf genutzt werden. In speziellen Ausführungsbeispielen können hierzu beispielsweise die Expansionsmaschine 36 und der Verdichter 12 in einer baulichen Einheit zusammengefasst werden.In this way it is possible to expand in the expander 16 more effective and at the same time regain expansion work. This is the relaxation nergie of the refrigerant converted into mechanical work and thus made available for other processes. For example, by coupling the drive shaft of the expansion machine 36 with the drive shaft of the compressor 12 , the work won by the expansion machine is used directly again in the refrigerant circuit. In special embodiments, for example, the expansion machine 36 and the compressor 12 be summarized in a structural unit.

Ebenso vorteilhaft kann es sein, die Expansionseinrichtung 16, bestehend zumindest aus dem regelbaren Expansionsventil 26 und der nachgeschalteten Expansionsmaschine 36 als ein kompaktes Modul in einer baulichen Einheit auszubilden.It may also be advantageous, the expansion device 16 consisting at least of the variable expansion valve 26 and the downstream expansion machine 36 as a compact module in a structural unit.

Der Expansionseinrichtung 16 nachgeschaltet ist ein Verdampfer 18, der als Wärmetauscher betrieben wird, um die freiwerdende Kälte auf ein Trägermedium zu übertragen. Dieses Trägermedium kann beispielsweise Luft sein, die einem Fahrzeug Heiz- bzw. Kühlsystem (Klimaanlage), welches in 2 nicht weiter dargestellt ist, in bekannter Weise zugeführt werden.The expansion device 16 Downstream is an evaporator 18 , which is operated as a heat exchanger to transfer the released cold to a carrier medium. This carrier medium may be, for example, air, which is a vehicle heating or cooling system (air conditioning), which in 2 is not shown, are supplied in a known manner.

Dem Verdampfer 18 nachgeschaltet ist im Ausführungsbeispiel der 2 ein sogenannter Sammler 28, der als Flüssigkeitsabscheider bzw. Speicher dient. Ein solcher Sammler 28 ist insbesondere dann von Nöten, wenn die Befüllung des Verdampfers 18 nicht geregelt werden kann. Der Sammler 28 scheidet zum einen die nach dem Verdampfer noch im Kältemittel vorhandenen flüssigen Bestandteile ab und sammelt diese beispielsweise in seinem unteren Bereich. Der Sammler hat zudem die Aufgabe, Kältemittel zu bevorraten, um kleine Leckagen des Systems kompensieren zu können. Mit Hilfe des Sammlers können zudem kleine Ungleichmäßigkeiten des Massenstroms des Kältemittels ausgeglichen werden. Diese treten beispielsweise bei einer Drehzahlanhebung des Kompressors auf. Dabei erhöht sich der Massenstrom des Kältemittels, ohne dass zunächst der Verdampfer 18 mehr Kältemittel verdampfen kann. Das nach dem Verdampfer noch flüssige, d. h. nicht verdampfte Kältemittel wird im Sammler 28 abgeschieden und gespeichert. Bei einer Drehzahlverringerung des Kompressors muss dann das flüssige Kältemittel aus dem Sammler wieder in den Verdampfer 28 befördert werden. Dies erfolgt dadurch, dass das flüssige Kältemittel mittels des Kompressors aus dem Sammler angesaugt und in den Kältemittelkreislauf 10 befördert wird.The evaporator 18 downstream is in the embodiment of 2 a so-called collector 28 , which serves as a liquid separator or storage. Such a collector 28 is particularly necessary if the filling of the evaporator 18 can not be regulated. The collector 28 On the one hand, it separates the liquid components still present in the refrigerant after the evaporator and collects them, for example, in its lower region. The collector also has the task of storing refrigerants to compensate for small leaks in the system can. With the help of the collector also small unevenness of the mass flow of the refrigerant can be compensated. These occur, for example, at a speed increase of the compressor. This increases the mass flow of the refrigerant, without first the evaporator 18 can evaporate more refrigerant. The after the evaporator still liquid, ie not evaporated refrigerant is in the collector 28 deposited and stored. At a speed reduction of the compressor then the liquid refrigerant from the collector must be returned to the evaporator 28 to get promoted. This is done by sucking the liquid refrigerant from the collector by means of the compressor and into the refrigerant circuit 10 is transported.

3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Expansionseinrichtung 16 eines Kältemittelkreislaufs 10. Die Expansionseinrichtung 16 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 3 weist zumindest ein regelbares Expansionsventil 26 sowie eine Expansionsmaschine 36 auf. In der Ausführungsform gemäß 3 sind das Expansionsventil 26 und die Expansionsmaschine 36 parallel zueinander im Kältemittelkreislauf 10 angeordnet. Auch diese Anordnung lässt sich in vorteilhafter Weise durch ein kompaktes Modul 30 realisieren. Die Parallelschaltung der Expansionsmaschine 36 und des Expansionsventils 26 ermöglicht es, die Dimensionierung der Expansionsmaschine 36 zu vereinfachen. Diese kann in diesem Fall dann lediglich für einen üblichen Massenstrom ausgelegt werden. Sollten jedoch erhöhte Massenströme auftreten, so können diese mit Hilfe des Expansionsventils abgeleitet werden. Auf diese Weise ist eine kompakte und einfache Expansionsmaschine verwendbar. 3 shows an alternative embodiment of the expansion device according to the invention 16 a refrigerant circuit 10 , The expansion device 16 according to the embodiment of the 3 has at least one adjustable expansion valve 26 as well as an expansion machine 36 on. In the embodiment according to 3 are the expansion valve 26 and the expansion machine 36 parallel to each other in the refrigerant circuit 10 arranged. This arrangement can be advantageously by a compact module 30 realize. The parallel connection of the expansion machine 36 and the expansion valve 26 allows the sizing of the expansion machine 36 to simplify. This can then be designed in this case only for a common mass flow. However, if increased mass flows occur, they can be derived with the help of the expansion valve. In this way, a compact and simple expansion machine can be used.

Die Parallelschaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3 bedeutet zudem einen nicht unerheblichen Vorteil für die Sicherheit der Kälteanlage. Bei einem Ausfall der Expansionsmaschine 36 kann das Expansionsventil 26 in einen „Not-Aus-Modus" geregelt werden, der ein sicheres Abschalten der Kälteanlage ermöglicht.The parallel circuit according to the embodiment in 3 also means a not inconsiderable advantage for the safety of the refrigeration system. In case of failure of the expansion machine 36 can the expansion valve 26 be controlled in an "emergency stop mode", which allows a safe shutdown of the refrigeration system.

In seinem sonstigen Aufbau entspricht der Kältekreislauf 10 gemäß Ausführungsbeispiel der 3 dem zuvor beschriebenen Kältekreislauf nach 2.In its other structure corresponds to the refrigeration cycle 10 according to embodiment of the 3 the refrigeration cycle described above 2 ,

Den beiden vorgestellten Kältekreisläufen und insbesondere den beiden Expansionseinrichtungen 16 dieser Kältekreisläufe ist gemeint, dass ein Teil der Regelungsaufgaben der Expansionseinrichtung 16 von der Expansionsmaschine 36 auf das Expansionsventil 26 übertragen wird. Die Expansionsmaschine 36 hat somit nur noch die Aufgabe, die zurückgewinnbare Energie in der gewünschten Form bereitzustellen. Die Regelung des Hochdruckniveaus im Kältekreislauf 10 und somit die Bestimmung der Kälteleistung oder der Wirkungsgrad der Klimaanlage wird in vorteilhafter Weise durch das Expansionsventil 26 übernommen.The two presented refrigerant circuits and in particular the two expansion devices 16 This refrigeration cycles is meant that part of the regulatory tasks of the expansion device 16 from the expansion machine 36 on the expansion valve 26 is transmitted. The expansion machine 36 thus has only the task of providing the recoverable energy in the desired form. The regulation of the high pressure level in the refrigeration cycle 10 and thus the determination of the cooling capacity or the efficiency of the air conditioner is advantageously by the expansion valve 26 accepted.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kältemittelkreislaufs 10 für eine erfindungsgemäße Klimaanlage. In seinem Aufbau entspricht der Kältekreislauf 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 4 dem zuvor beschriebenen Kältekreislauf nach 3, so dass an dieser Stelle lediglich auf die entsprechende Beschreibung zu 3 verwiesen wird. Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Expansionseinrichtung 16 des Kältekreislaufs in der Ausführungsform gemäß 4 als Expansionsventil ein Überströmventil 27, welches bei einem vorgebbaren Massenstrom des Kältemittels, bzw. bei einem entsprechenden Druck des Kältemittels auf einen Drosselkörper des Ventils öffnet. Der Drosselkörper des Überströmventils 27 wird dabei durch den auf der Einlassseite des Ventils anliegenden Druck des Kältemittels gegen die Kraft, beispielsweise eines federelastischen Elementes gestellt. Dies ermöglicht die Einstellung des Druckniveaus auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufes auf einfache Weise. Aufwendige und dadurch auch kostenintensive elektronisch gesteuerte Expansionsorgane können in diesem Falle vermieden werden. 4 shows a further embodiment of a refrigerant circuit 10 for an air conditioning system according to the invention. In its construction corresponds to the refrigeration cycle 10 according to the embodiment of the 4 the refrigeration cycle described above 3 , so at this point just to the appropriate description 3 is referenced. Unlike the in 3 illustrated embodiment has the expansion device 16 the refrigeration cycle in the embodiment according to 4 as an expansion valve, an overflow valve 27 which opens at a predeterminable mass flow of the refrigerant, or at a corresponding pressure of the refrigerant to a throttle body of the valve. The throttle body of the overflow valve 27 is characterized by the voltage applied to the inlet side of the valve pressure of the refrigerant against the force, such as a resilient Elementes asked. This allows easy adjustment of the pressure level on the high-pressure side of the refrigerant circuit. Elaborate and thus costly electronically controlled expansion organs can be avoided in this case.

Dabei kann das Überströmventil 27 beispielsweise als Schiebesitzventil ausgebildet sein. Durch die Modifikation der Spaltgeometrie eines herkömmlichen Schiebesitzventils lässt sich die Dichtheit eines solchen Ventils deutlich verbessern. Insbesondere kann durch eine Verlängerung des Ventilkolbens die Spaltgeometrie zwischen Ventilkolben (Schieberelement) und Kolbenführung (Sitz des Schiebers) des Schiebesitzventils optimiert werden. Eine solche Modifikation ermöglicht die Verwendung des Schiebesitzventils als Expansionsorgan in einer Klimaanlage, so dass eine gute Regelbarkeit bei insgesamt geräuscharmem Betrieb in allen Betriebszuständen ermöglicht wird. Das Überströmventil 27 ist jedoch nicht auf die Bauform eines Schiebesitzventils beschränkt.In this case, the overflow valve 27 be designed for example as a sliding seat valve. By modifying the gap geometry of a conventional sliding seat valve, the tightness of such a valve can be significantly improved. In particular, by an extension of the valve piston, the gap geometry between the valve piston (slide element) and piston guide (seat of the slide) of the sliding seat valve can be optimized. Such a modification allows the use of the sliding seat valve as an expansion device in an air conditioning system, so that a good controllability is possible with a total of low-noise operation in all operating conditions. The overflow valve 27 However, it is not limited to the design of a sliding seat valve.

Der erfindungsgemäße Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage bzw. die erfindungsgemäße Expansionseinrichtung für ein Kältemittel sind nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.Of the Refrigerant circuit according to the invention a Air conditioning system or the expansion device according to the invention for a refrigerant are not on the embodiments shown in the drawing limited.

Insbesondere ist die erfindungsgemäße Klimaanlage nicht auf die Verwendung eines inneren Wärmeübertragers im Kältemittelkreislauf beschränkt.Especially is the air conditioner according to the invention not on the use of an internal heat exchanger in the refrigerant circuit limited.

Des weiteren ist die erfindungsgemäße Expansionsvorrichtung sowie die entsprechende auf Klimaanlage nicht die Verwendung von CO2 als Kältemittel beschränkt.Furthermore, the expansion device according to the invention and the corresponding air conditioning is not limited to the use of CO 2 as a refrigerant.

Claims (15)

Expansionseinrichtung (16) für ein Kältemittel, insbesondere eine Expansionseinrichtung (16) zur Regelung des Hochdruckniveaus eines Kältemittelkreislaufs (10) einer Klimaanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (16) zumindest ein Expansionsventil (26, 27) und eine Expansionsmaschine (36) umfasst.Expansion device ( 16 ) for a refrigerant, in particular an expansion device ( 16 ) for controlling the high pressure level of a refrigerant circuit ( 10 ) of an air conditioner, characterized in that the expansion device ( 16 ) at least one expansion valve ( 26 . 27 ) and an expansion machine ( 36 ). Expansionseinrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil (26) und die Expansionsmaschine (36) in Reihe zueinander im Kältemittelkreislauf (10) betrieben werden.Expansion device ( 16 ) according to claim 1, characterized in that the expansion valve ( 26 ) and the expansion machine ( 36 ) in series with one another in the refrigerant circuit ( 10 ) operate. Expansionseinrichtung (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil (26,27) und die Expansionsmaschine (36) parallel zueinander im Kältemittelkreislauf (10) betrieben werden.Expansion device ( 16 ) according to claim 1, characterized in that the expansion valve ( 26 . 27 ) and the expansion machine ( 36 ) parallel to one another in the refrigerant circuit ( 10 ) operate. Expansionseinrichtung (16) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Expansionsventils (26,27) einen Not-Aus-Modus aufweist, der bei einem Ausfall der Expansionsmaschine (36) ein sicheres Abschalten des Kältemittelkreislaufs (10) ermöglicht.Expansion device ( 16 ) according to claim 3, characterized in that the regulation of the expansion valve ( 26 . 27 ) has an emergency stop mode, which in case of failure of the expansion machine ( 36 ) a safe shutdown of the refrigerant circuit ( 10 ). Expansionseinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil (26, 27) und die Expansionsmaschine (36) in einer baulichen Einheit (30) integriert sind.Expansion device ( 16 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion valve ( 26 . 27 ) and the expansion machine ( 36 ) in a structural unit ( 30 ) are integrated. Expansionseinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil (26) ein geregeltes Ventil ist.Expansion device ( 16 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion valve ( 26 ) is a regulated valve. Expansionseinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsventil (27) ein Überströmventil ist.Expansion device ( 16 ) according to one of the preceding claims 1 or 3, characterized in that the expansion valve ( 27 ) is an overflow valve. Expansionseinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (36) eine Welle aufweist, die abtriebsseitig mit einer Antriebswelle eines Verdichters für ein Kältemittel koppelbar ist.Expansion device ( 16 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion machine ( 36 ) has a shaft which is the output side coupled to a drive shaft of a compressor for a refrigerant. Expansionseinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (36) eine Vor- oder Nachverdichtungseinrichtung für ein Kältemittel antreibt.Expansion device ( 16 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion machine ( 36 ) drives a pre or densification device for a refrigerant. Expansionseinrichtung (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsmaschine (36) mit einer elektrischen Maschine, insbesondere einem elektrischen Generator wirkverbunden ist.Expansion device ( 16 ) according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the expansion machine ( 36 ) is operatively connected to an electrical machine, in particular an electric generator. Klimaanlage, insbesondere Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem Kompressor (12), einem Kondensator oder Gaskühler (14) einer Expansionseinrichtung (16) und einem Verdampfer (18), die in geeigneter Weise durch Verbindungsmittel (20) miteinander verbunden sind, um einen Kältemittelkreislauf (10) der Klimaanlage zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinrichtung (16) des Kältemittelkreislaufs (10) zumindest ein Expansionsventil (26, 27) und eine Expansionsmaschine (36) umfasst.Air conditioning, in particular air conditioning for a motor vehicle, with at least one compressor ( 12 ), a condenser or gas cooler ( 14 ) an expansion device ( 16 ) and an evaporator ( 18 ) suitably connected by connecting means ( 20 ) are interconnected to a refrigerant circuit ( 10 ) of the air conditioning system, characterized in that the expansion device ( 16 ) of the refrigerant circuit ( 10 ) at least one expansion valve ( 26 . 27 ) and an expansion machine ( 36 ). Klimaanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (26, 27) der Expansionseinheit (16) ein regelbares Ventil ist.Air conditioning system according to claim 11, characterized in that the valve ( 26 . 27 ) of the expansion unit ( 16 ) is a controllable valve. Klimaanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (26, 27) der Expansionseinheit (16) ein Überströmventil (27) ist.Air conditioning system according to claim 11 or 12, since characterized in that the valve ( 26 . 27 ) of the expansion unit ( 16 ) an overflow valve ( 27 ). Klimaanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 13, mit einem Kältemittel für den Kältemittelkreislauf (10), das die Wärme im überkritischen Bereich abgibt.Air conditioner according to one of claims 11 to 13, with a refrigerant for the refrigerant circuit ( 10 ) which releases the heat in the supercritical region. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel CO2 Verwendung findet.Air conditioning system according to one of claims 11 to 14, characterized in that the refrigerant is CO 2 use.
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