DE102007055608A1 - Combined air-conditioning installation and refrigerating circuit for air-conditioning a vehicle's interior has a first refrigerant with a Rankine circuit and a second refrigerant - Google Patents

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Abstract

An air-conditioning refrigerating circuit (10) and a Rankine refrigerating circuit (20) have a section, over which heat is exchanged between a third medium and the air-conditioning refrigerating circuit along with the Rankine refrigerating circuit. In this section, refrigerants flow from both these circuits in the same parallel direction and adjacent to each other.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kombination eines Kälte-Kreislaufs zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums mit einem Rankine-Kreislauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to a combination of a refrigeration cycle for air conditioning a vehicle interior with a Rankine cycle according to the preamble of claim 1.

Im Clausius-Rankine-Prozess wird in einem geschlossenen Kreislauf zunächst Wasser in einem Verdampfer verdampft und ggf. überhitzt, wodurch der Druck ansteigt. In einem nachfolgenden Schritt in einer Turbine (oder einem Arbeitszylinder o.ä.) wird der Dampf entspannt und anschließend in einem Kondensator wieder verflüssigt. Die Umwälzung des Wassers erfolgt mit Hilfe einer Pumpe. Im Rahmen des Prozesses erfolgen die folgenden Zustandsänderungen: 1. Isobare Wärmezufuhr im Verdampfer, wobei das Wasser zunächst bis zum Verdampfungspunkt erwärmt, verdampft und anschließend überhitzt wird. 2. Adiabate Expansion des Dampfes in der Turbine. 3. Isobare und isotherme Kondensation des Dampfes im Kondensator. 4. Adiabate, isentrope Druckerhöhung durch die Pumpe.in the Clausius Rankine process first becomes water in a closed cycle evaporated in an evaporator and possibly superheated, causing the pressure increases. In a subsequent step in a turbine (or a working cylinder or similar) The steam is released and then in a condenser again liquefied. The upheaval the water takes place with the help of a pump. As part of the process the following state changes take place: 1. Isobaric heat supply in the evaporator, taking the water first to the evaporation point heated evaporated and then overheated becomes. 2. Adiabatic expansion of the steam in the turbine. 3. Isobars and isothermal condensation of the vapor in the condenser. 4. Adiabatic, isentropic pressure increase through the pump.

Wird an Stelle von Wasser ein anderes Arbeitsmittel verwendet, so bezeichnet man dieses Verfahren als Organic-Rankine-Prozess oder Organic Rankine Cycle (ORC).Becomes instead of water another working fluid used, so called one this process as Organic Rankine process or Organic Rankine Cycle (ORC).

Aus der DE 10 2005 047 760 A1 ist eine komplexe Fluidmaschine mit einer Kompressorvorrichtung für einen Kühlkreislauf und einer Expansionsvorrichtung für einen Clausius-Rankine-Kreislauf zum Sammeln von Abwärme von einem Motor mit einem Motor-Kühlwasserkreislauf und ihr Umwandeln in eine Drehkraft bekannt. Hierbei bildet der Verdampfer des Motor-Kühlwasserkreislaufs die Heizvorrichtung für den Clausius-Rankine-Kreislauf. Die so rückgewonnene, im Clausius-Rankine-Kreislauf über die Expansionsvorrichtung umgewandelte Energie wird zum Antrieb der Kompressorvorrichtung verwendet, welche den Kühlkreislauf umwälzt.From the DE 10 2005 047 760 A1 For example, a complex fluid machine comprising a compressor apparatus for a refrigeration cycle and a Rankine cycle expansion apparatus for collecting waste heat from an engine having an engine cooling water circuit and converting it to a rotational force is known. Here, the evaporator of the engine cooling water circuit forms the heating device for the Rankine cycle. The thus recovered, converted in the Clausius-Rankine cycle through the expansion device energy is used to drive the compressor device, which circulates the cooling circuit.

Ein einfacher Clausius-Rankine-Kreislauf, welcher die Wärme des Abgases eines Verbrennungsmotors direkt nutzt, ist aus der US 4,406,127 A bekannt. Hierbei wird Wasser aus einem Wasserreservoir mit Hilfe einer Pumpe entnommen und auf den Auspuff des Verbrennungsmotors gesprüht, so dass es verdampft. Das verdampfte Wasser wird durch eine Drossel und Zylinder geleitet. Bei Bedarf wird es nachfolgend in einem Kondensator gekühlt, bevor es wieder dem Wasserreservoir zugeführt wird.A simple Clausius-Rankine cycle, which uses the heat of the exhaust gas of an internal combustion engine directly, is from the US 4,406,127 A known. In this case, water is removed from a water reservoir by means of a pump and sprayed onto the exhaust of the engine, so that it evaporates. The evaporated water is passed through a throttle and cylinder. If necessary, it is subsequently cooled in a condenser before being returned to the water reservoir.

Die DE 28 48 532 A1 offenbart einen Clausius-Rankine-Kreislauf, dessen aus Abwärme rückgewonnene Energie zum Umwälzen des Kältemittels einer Klimaanlage verwendet wird.The DE 28 48 532 A1 discloses a Clausius Rankine cycle, the energy recovered from waste heat is used to circulate the refrigerant of an air conditioner.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Kombination eines Kälte-Kreislaufs zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums mit einem Rankine-Kreislauf verbesserte zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kombination eines Kälte-Kreislaufs zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums mit einem Rankine- Kreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.outgoing From this prior art, it is an object of the invention, a Combination of a cold cycle for the air conditioning of a vehicle interior with a Rankine cycle improved to improve. This task is solved by a combination of a refrigeration cycle for air conditioning a vehicle interior with a Rankine cycle with the features of the claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist eine Kombination eines Klimaanlagen-Kältekreislaufs zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums, enthaltend ein erstes Kältemittel, mit einem Rankine-Kreislauf, enthaltend ein zweites Kältemittel, vorgesehen, wobei die beiden Kreisläufe zumindest eine Teilstrecke aufweisen, über welche ein Wärmeaustausch der beiden Kältemittel mit einem dritten Medium vorgesehen ist, und dass in der Teilstrecke die Kältemittel aus den beiden Kreisläufen in gleicher Richtung parallel und benachbart zueinander strömen. Dadurch, dass die Teilstrecke, in welcher der Wärmeaustausch erfolgt, gemeinsam für die beiden Kreisläufe genutzt werden kann, kann die vorhandene Wärmeübertragungsfläche optimal ausgenutzt werden, auch wenn ggf. nur ein Kreislauf oder -zweig in Betrieb ist.According to the invention is a Combination of an air-conditioning refrigeration cycle for the air conditioning of a vehicle interior, containing a first Refrigerant with a Rankine cycle containing a second refrigerant, provided, wherein the two circuits at least one leg have, over which is a heat exchange the two refrigerants is provided with a third medium, and that in the leg the refrigerants from the two circuits in the same direction parallel and adjacent to each other. Thereby, that the section in which the heat exchange takes place, common for the two circuits can be used, the existing heat transfer surface optimally be exploited, even if possibly only a circuit or branch is in operation.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist für beide Kreisläufe das gleiche Kältemittel, insbesondere bevorzugt R134a, vorgesehen. Hierbei kann bevorzugt ein Kältemittelaustausch zwischen den beiden Kreisläufen vorgesehen sein.According to one preferred embodiment for both cycles the same refrigerant, particularly preferably R134a, provided. This may be preferred a refrigerant exchange between the two circuits be provided.

Der Kältemittelaustausch der beiden Kreisläufe erfolgt bevorzugt im Bereich einer gemeinsam durchströmten Teilstrecke der Kreisläufe, die besonders bevorzugt durch mindestens einen gemeinsamen Kondensator gebildet wird. Dabei muss nicht notwendigerweise der gesamte Kondensator die gemeinsame Teilstrecke bilden. Es ist vielmehr möglich, einen Kreislauf an einer weiter in Strömungsrichtung liegenden Stelle des Kondensators einmünden und/oder einen Kreislauf an einer weiter entgegen der Strömungsrichtung liegenden Stelle des Kondensators abzweigen zu lassen. Bevorzugt wird jedoch der gesamte Kondensator vom gesamten Kältemittelstrom durchströmt, so dass ein herkömmlicher Kondensator verwendet werden kann. Anpassungen an die beiden Kreisläufe sind lediglich im Bereich der Anschlussleitungen erforderlich. Ferner lässt sich die gesamte vom Lüfter des Kondensators beaufschlagte Anblasfläche auch dann nutzen, wenn nur einer der Kreisläufe betrieben wird. Das Temperaturniveau des Kältemittels im Kondensator liegt hierbei ausreichend hoch, um die Kondensationswärme mit einer relativ geringen Gebläseleistung an die Umgebungsluft abgegeben werden zu können.Of the Refrigerant exchange the two circuits takes place preferably in the region of a jointly flowed through section the circuits, the most preferred by at least one common capacitor is formed. It does not necessarily have the entire capacitor form the common leg. It is rather possible, one Circulation at a further downstream Point of the condenser open and / or a circuit at a further opposite to the direction of flow point to divert the capacitor. However, the preferred entire condenser flows through the entire refrigerant flow, so that a conventional capacitor is used can be. Adjustments to the two circuits are only in the area the connecting cables required. Furthermore, the whole of the fan of the Also use capacitor applied blowing surface, even if only one of the circuits is operated. The temperature level of the refrigerant in the condenser is in this case, sufficiently high, to the heat of condensation with a relatively small fan power be discharged to the ambient air.

In der gemeinsamen Teilstrecke können auch ein gemeinsamer Sammler und/oder eine gemeinsame Unterkühlstrecke vorgesehen sein. Die Zusammenlegung der Bereiche verringert die erforderliche Anzahl von Bauteilen und somit die Kosten, wie auch das Gesamtgewicht.In the common section can also be a common collector and / or ge be provided common subcooling. The merging of the areas reduces the required number of components and thus the costs, as well as the total weight.

Alternativ zu einer Vermischung des Kältemittels der beiden Kreisläufe in einer gemeinsam genutzten Teilstrecke wird die Teilstrecke durch einen gemeinsam genutzten Kondensator mit parallel geführten Leitungen gebildet, welcher für einen Wärmeaustausch mit demselben von einem gemeinsam genutzten Medium, insbesondere Luft, durchströmbar ist. Hierbei sind die Leitungen bevorzugt in Strömungsrichtung des gemeinsam genutzten Mediums hintereinander angeordnet. Zwischen den Leitungen können die wärmeübertragende Oberfläche vergrößernde Strukturen, wie insbesondere Wellrippen, vorgesehen sein.alternative to a mixing of the refrigerant the two circuits in a shared leg, the leg is through a shared capacitor with parallel lines formed, which for a heat exchange with the same of a shared medium, in particular Air, can be flowed through. Here, the lines are preferably in the flow direction of the common used medium arranged one behind the other. Between the lines, the heat transfer surface magnifying structures, as in particular corrugated fins, be provided.

Bevorzugt ist im Rankine-Kreislauf ein Verdampfer vorgesehen, welcher vom Motor stammende Wärme an das Kältemittel des Rankine-Kreislaufs überträgt. Wird die Wärme über das Motorkühlmittel übertragen, so kann zur Erhöhung des Wirkungsgrades die Regeltemperatur des Motorkühlkreislaufs erhöht werden, insbesondere auf über 100°C und besonders bevorzugt auf über 110°C. Trotz der erhöhten Temperatur im Verdampfer liegen die Kältemitteltemperaturen im Rankine-Kreislauf bei der Verwendung von R134a unter der Zersetzungstemperatur des Kältemittels. Entsprechendes gilt auch bei der Verwendung anderer marktüblicher Kältemittel und Schmierölen.Prefers is provided in the Rankine cycle an evaporator, which from the Engine-derived heat to the refrigerant of the Rankine cycle transmits. Becomes the heat over that Transfer engine coolant, so can increase the efficiency of the control temperature of the engine cooling circuit elevated especially on over 100 ° C and especially preferred over 110 ° C. In spite of the heightened Temperature in the evaporator are the refrigerant temperatures in the Rankine cycle when using R134a below the decomposition temperature of Refrigerant. The same applies to the use of other commercially available refrigerant and lubricating oils.

Das in den Kreisläufen strömende Kältemittel erreicht vorzugsweise in einem Bereich des einen Kreislaufs einen überkritischen Zustand, während es im anderen Kreislauf bei normalen Betriebsbedingungen keinen überkritischen Zustand erreicht.The in the circuits flowing refrigerant preferably reaches a supercritical in one area of the one cycle State while it is not supercritical in the other cycle under normal operating conditions State reached.

Besonders bevorzugt ist die Verwendung von R134a oder eines Kältemittels mit ähnlichen thermodynamischen Eigenschaften als Kältemittel im Rankine-Kreislauf und/oder im Klimaanlagen-Kältekreislauf. Ein derartiges Kältemittel ist insbesondere gut für die Verwendung eines Scroll-Expanders im Rankine-Kreislauf geeignet, da bei üblichen Kältemittelströmen der Expansionsvolumenstrom gut zum Hubvolumen und Drehzahlbereich der aus Scroll-Kompressoren abgeleiteten Expandern passt, so dass keine Sonderkonstruktionen für den Expander erforderlich sind und somit die Kosten verringert werden können.Especially preferred is the use of R134a or a refrigerant with similar ones thermodynamic properties as refrigerant in the Rankine cycle and / or in the air conditioning refrigeration cycle. Such a refrigerant is especially good for the use of a scroll expander in the Rankine cycle suitable because in the usual Refrigerant flows the Expansion volume flow good to the displacement and speed range of the from scroll compressors derived expander fits, so that no Special constructions for the expander are required and thus the costs are reduced can.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:in the Below, the invention with reference to two embodiments with reference explained in detail on the drawing. Show it:

1 eine schematische Ansicht einer Kombination eines Kälte-Kreislaufs zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums mit einem Rankine-Kreislauf gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, 1 1 is a schematic view of a combination of a refrigeration cycle for air conditioning a vehicle interior with a Rankine cycle according to the first embodiment;

2 ein Druck-Enthalpie-Diagramm (p-h-Diagramm) für R134a mit schematisch eingezeichneten Prozessen des Organic-Rankine-Kreislaufs und eines Kältemittel-Kreislaufs, wie sie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, 2 a pressure-enthalpy diagram (ph diagram) for R134a with schematically drawn processes of the Organic Rankine cycle and a refrigerant circuit, as provided according to the first embodiment,

3 ein Temperatur-Enthalpie-Diagramm (T-h-Diagramm) für R134a mit ausreichender Rückkondensation des Arbeitsmittels R134a, 3 a temperature-enthalpy diagram (Th diagram) for R134a with sufficient back-condensation of the working fluid R134a,

4 eine schematische Ansicht einer eines Kälte-Kreislaufs zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums mit einem Rankine-Kreislauf gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, und 4 a schematic view of a refrigeration cycle for the air conditioning of a vehicle interior with a Rankine cycle according to the second embodiment, and

5a und 5b schematische Darstellungen von Beispielen für die thermische Kopplung im Bereich der Kondensatoren der beiden Kreisläufe, wie sie gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist. 5a and 5b schematic representations of examples of the thermal coupling in the region of the capacitors of the two circuits, as provided according to the first or second embodiment.

Ein Klimaanlagen-Kältekreislauf 10, welcher der Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums dient, weist einen Kompressor 11, einen nachfolgend angeordneten Kondensator 12 mit integriertem Sammler 13 und Unterkühlstrecke 14, ein Expansionsorgan 15 und einen von der dem Fahrzeuginnenraum zuzuführenden Luft durchströmten Verdampfer 16 auf. Als Kältemittel wird vorliegend R134a verwendet, welches im unterkritischen Zustand den Kältekreislauf 10 durchströmt.An air conditioning refrigeration cycle 10 , which is used for the air conditioning of a vehicle interior, has a compressor 11 , a subsequently arranged capacitor 12 with integrated collector 13 and subcooling line 14 , an expansion organ 15 and an evaporator to be supplied by the air to be supplied to the vehicle interior 16 on. The refrigerant used here is R134a, which in the subcritical state is the refrigeration cycle 10 flows through.

Um überschüssige Energie, vorliegend aus dem Motorkühlkreislauf eines Verbrennungsmotors (nicht dargestellt), rückzugewinnen, ist ein Organic-Rankine-Kreislauf 20 vorgesehen, der von einer elektrisch angetriebenen Pumpe 21 umgewälzt wird. Das Kältemittel des ORC-Kreislaufs 20, ebenfalls R134a, wird von der ORC-Pumpe 21 zu einem ORC-Verdampfer 22 gefördert, in welchem das Kältemittel verdampft und überhitzt wird, wofür besagte überschüssige Energie aus dem Motorkühlkreislauf, vorliegend übertragen durch das Motor-Kühlmittel, verwendet wird. Der Verdampfer 22 wird im Gegenstrombetrieb durchströmt, wobei die Wärmeübertragung vorliegend in einer Stufe erfolgt. Es ist alternativ jedoch auch eine mehrstufige Wärmeübertragung möglich.To recover excess energy, in this case from the engine cooling circuit of an internal combustion engine (not shown), is an Organic Rankine cycle 20 provided by an electrically driven pump 21 is circulated. The refrigerant of the ORC cycle 20 , also R134a, is powered by the ORC pump 21 to an ORC evaporator 22 in which the refrigerant is vaporized and overheated, for which said excess energy from the engine cooling circuit, in this case transmitted by the engine coolant, is used. The evaporator 22 is flowed through in countercurrent operation, wherein the heat transfer takes place in this case in one stage. However, alternatively, a multi-stage heat transfer is possible.

Um eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen Motor-Kühlmittel und Kältemittel zur Verfügung zu stellen, wird im Motor-Kühlkreislauf vorliegend ein Kühlmittel mit erhöhtem Glycolanteil und ein Überdrucksystem verwendet, wobei eine Regeltemperatur des den Motorkühlkreislauf regelnden Thermostaten von vorliegend 110°C ergibt. Bevorzugte Regeltemperaturen liegen über 100°C, insbesondere über 110°C. An Stelle von Wasser als Kühlmittel können auch andere flüssige Medien, die zur Kühlung des Motors geeignet sind, verwendet werden.In order to provide a sufficient temperature difference between the engine coolant and refrigerant, the present invention uses a coolant with an increased glycol content and an overpressure system in the engine cooling circuit, wherein a control temperature of the thermostat controlling the engine cooling circuit of presently 110 ° C. Preferred control temperatures are above 100 ° C, in particular over 110 ° C. Instead of water as a coolant, other liquid media suitable for cooling the engine may be used.

Anschließend an den ORC-Verdampfer 22 wird der überhitzte Dampf des ORC-Kreislaufs 20 in einem ORC-Expander 23 entspannt, wobei mit der gewonnenen Energie ein Generator 23' angetrieben wird. Die Übertragung erfolgt mechanisch, wobei die Leistung oder das Lastmoment des Generators 23' regelbar ist. Beim ORC-Expander 23 handelt es sich vorliegend um eine Volumen-Expansionsmaschine, nämlich einen Scroll-Expander, der ein Volumen-Expansionsverhältnis von 3,0 aufweist. Bevorzugte Volumen-Expansionsverhältnisse derartiger Scroll-Expander liegen zwischen 1,5 und 5,0, insbesondere bevorzugt zwischen 2,0 und 3,5.Then to the ORC evaporator 22 becomes the superheated steam of the ORC cycle 20 in an ORC expander 23 relaxed, with the energy gained by a generator 23 ' is driven. The transmission is mechanical, the power or the load torque of the generator 23 ' is controllable. With the ORC expander 23 this is a volume expansion machine, namely a scroll expander, which has a volume expansion ratio of 3.0. Preferred volume expansion ratios of such scroll expanders are between 1.5 and 5.0, more preferably between 2.0 and 3.5.

Der Dampf gelangt nachfolgend dem Expander 23 zur Rückkondensation in einen ORC-Kondensator 24 mit Sammler 25 und Unterkühlstrecke 26.The steam subsequently passes to the expander 23 for recondensation in an ORC condenser 24 with collector 25 and subcooling line 26 ,

Hierbei sind die beiden Kreisläufe 10 und 20 im Bereich des Kondensators 12 oder 24 samt Sammler 13 oder 25 und Unterkühlstrecke 14 oder 26 zusammengelegt, d.h. die Bauteile sind nur einfach vorhanden, wobei in Folge der Zusammenlegung eine Vermischung der Kältemittel verbunden mit einem Temperatur- und Druckausgleich erfolgt. Aus diesem Grund werden die entsprechenden Bauteile in der Zeichnung und im Folgenden mit den Bezugszeichen 12/24, 13/25 bzw. 14/26 bezeichnet.Here are the two cycles 10 and 20 in the area of the capacitor 12 or 24 including collector 13 or 25 and subcooling line 14 or 26 merged, ie the components are only simply present, as a result of merging a mixing of the refrigerant connected to a temperature and pressure compensation takes place. For this reason, the corresponding components in the drawing and hereinafter by the reference numerals 12 / 24 . 13 / 25 respectively. 14 / 26 designated.

Ein Diagramm mit einer Darstellung des Druckes p über der Enthalpie h für die beiden Kreisläufe 10 und 20 zeigt 2. In Folge der nachfolgend der Verzweigung im ORC-Kreislauf 20 angeordneten Pumpe 21 erhöht sich der Druck des unterkühlten Kältemittels, während im anderen Zweig in Folge des nachfolgend angeordneten Expansionsorgans 15 der Druck senkt, während in beiden Zweigen die Enthalpie im Wesentlichen konstant bleibt. In den nachfolgend angeordneten Verdampfern 16 bzw. 22 erhöht sich die Enthalpie bei im Wesentlichen konstantem Druck. Anschließend wird durch den Kompressor 11 im Klima-Kältekreislauf 10 der Druck bei im Wesentlichen konstanter Temperatur erhöht, während im ORC-Kreislauf 20 der Druck bei im Wesentlichen konstanter Temperatur im ORC-Expander 23 absinkt. Hierbei erfolgt die Regelung derart, dass der Druck im Bereich des Zusammentreffens der beiden Zweige etwa gleich ist. Wie aus der Darstellung von 2 ersichtlich, arbeitet der Klima-Kältekreislauf 10 im Wesentlichen im unterkritischen Bereich, während der ORC-Kreislauf 20 diesen Bereich verlassen kann.A diagram with a representation of the pressure p over the enthalpy h for the two cycles 10 and 20 shows 2 , As a result of following the branching in the ORC cycle 20 arranged pump 21 increases the pressure of the supercooled refrigerant, while in the other branch as a result of the subsequently arranged expansion element 15 the pressure lowers, while in both branches the enthalpy remains substantially constant. In the evaporators arranged below 16 respectively. 22 the enthalpy increases at a substantially constant pressure. Subsequently, by the compressor 11 in the air-conditioning refrigeration cycle 10 the pressure increases at a substantially constant temperature while in the ORC cycle 20 the pressure at substantially constant temperature in the ORC expander 23 decreases. In this case, the regulation takes place in such a way that the pressure in the area of the coincidence of the two branches is approximately the same. As from the presentation of 2 As can be seen, the air conditioning refrigeration cycle works 10 essentially in the subcritical region, during the ORC cycle 20 leave this area.

Beim Kondensator 12/24 handelt es sich gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen um einen herkömmlichen luftgekühlten Kühler, wie er üblicherweise zur Kühlung des Kältekreislaufs einer Klimaanlage verwendet wird.At the condenser 12 / 24 It is according to the first embodiment, essentially a conventional air-cooled radiator, as it is usually used for cooling the refrigeration cycle of an air conditioner.

Gemäß dem zweiten, in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht der prinzipielle Aufbau der Kreisläufe 10 und 20 demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, sofern im Folgenden nicht ausdrücklich erwähnt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch kein Kältemittelaustausch zwischen den beiden Kreisläufen 10 und 20 vorgesehen, d.h. der gemeinsam durchströmte Kondensator 12/24 entfällt und wird durch einen Kondensator 12 und einen Kondensator 24 ersetzt, die parallel zueinander von den Kältemitteln durchströmt werden und ferner im gleichen Luftstrom angeordnet sind. Vorliegend bilden die Kondensatoren 12 und 24 eine bauliche Einheit (siehe 5a), wobei parallel dicht nebeneinander verlaufende, aber getrennt ausgebildete Leitungen 12' und 24' in Form von Flachrohren für die beiden Kältekreisläufe 10, 20 vorgesehen sind. Zwischen den Flachrohren sind gemeinsame Weltrippen vorgesehen, so dass die Leitungen 12' und 24' thermisch miteinander gekoppelt sind.According to the second, in 4 illustrated embodiment corresponds to the basic structure of the circuits 10 and 20 that of the first embodiment, unless explicitly mentioned below. In contrast to the first embodiment, however, no refrigerant exchange between the two circuits 10 and 20 provided, that is, the jointly flowed through capacitor 12 / 24 is eliminated and is through a capacitor 12 and a capacitor 24 replaced, which are flowed through parallel to each other by the refrigerant and are further arranged in the same air flow. In the present case form the capacitors 12 and 24 a structural unit (see 5a ), wherein parallel closely juxtaposed but separately formed lines 12 ' and 24 ' in the form of flat tubes for the two refrigeration circuits 10 . 20 are provided. Between the flat tubes common world ribs are provided, so that the lines 12 ' and 24 ' thermally coupled together.

Gemäß einer Variante in Hinblick auf die Ausgestaltung der Leitungen 12', 24' kann, wie in 5b dargestellt, auch ein gemeinsam genutztes Flachrohr mit Mehrkammerprofil verwendet werden, wodurch die thermische Kopplung zwischen den beiden Leitungen 12', 24' verbessert wird. Hierbei wird ein Teil der Kammern vom Kältemittel des Klimaanlagen-Kältekreislaufs 10 und der andere Teil der Kammern vom Kältemittel des ORC-Kreislaufs 20 durchströmt. Auch in diesem Fall kann eine gemeinsame Wellrippe vorgesehen sein.According to a variant with regard to the configuration of the lines 12 ' . 24 ' can, as in 5b Also shown, a shared flat tube with multi-chamber profile can be used, reducing the thermal coupling between the two lines 12 ' . 24 ' is improved. Here, a part of the chambers of the refrigerant of the air conditioning refrigeration cycle 10 and the other part of the chambers from the refrigerant of the ORC circuit 20 flows through. Also in this case, a common corrugated fin can be provided.

Nachfolgend dem vorliegend als bauliche Einheit ausgebildeten, gemeinsam genutzten Kondensator durchströmen die getrennten Kältemittelströme getrennt ausgebildete Sammler 13, 25. Der weitere Aufbau der Kältekreisläufe 10, 20 entspricht dem des ersten Ausführungsbeispiels, so dass hierauf nicht nochmals eingegangen wird. Beide Sammler könne auch mit einem kombinierten Kondensator eine Baueinheit bilden, wobei abströmseitig nachgelagert Unterkühlstrecken ausgebildet sind.Subsequent to the presently designed as a structural unit, shared capacitor flow through the separate refrigerant flows separately formed collector 13 . 25 , The further construction of the refrigeration circuits 10 . 20 corresponds to that of the first embodiment, so that will not be discussed again. Both collectors could also form a unit with a combined capacitor, downstream subcooling sections are formed downstream.

Auf Grund der Trennung der beiden Kreisläufe in Bezug auf die Kältemittel können unterschiedliche Kältemittel für den Klimaanlagen-Kältekreislauf 10 und den ORC-Kreislauf 20 verwendet werden. Ebenso können deutlich sich unterscheidende Drücke in den Kreisläufen 10 und 20 vorliegen. Auf Grund der thermischen Kopplung erfolgt die Kondensation jedoch im Wesentlichen auf dem gleichen Temperaturniveau.Due to the separation of the two circuits with respect to the refrigerants may be different refrigerants for the air conditioning refrigeration cycle 10 and the ORC cycle 20 be used. Likewise, significantly differing pressures in the circuits 10 and 20 available. Due to the thermal coupling, however, the condensation takes place essentially at the same temperature level.

Die Regelung der bevorzugt in beiden Ausführungsbeispielen elektrisch angetriebenen Pumpe 21 des ORC-Kreislaufs 20 kann in Abhängigkeit der Förderleistung erfolgen. Alternativ ist eine Regelung in Abhängigkeit einer vorgegebenen Druckdifferenz oder eines definierten Druckverhältnisses, einer vorgegebenen Kältemitteltemperatur nach der (letzten) Heizstufe des Verdampfers 22 oder eines vorgegebenen Dichteverhältnisses vor und nach dem Expander 23 möglich.The control of preferably in both embodiments electrically driven pump 21 of the ORC cycle 20 can depend on the Delivery rate. Alternatively, a regulation in dependence of a predetermined pressure difference or a defined pressure ratio, a predetermined refrigerant temperature after the (last) heating stage of the evaporator 22 or a predetermined density ratio before and after the expander 23 possible.

Die Förderleistung der Pumpe 21 sowie die abgegriffene Leistung des Generators 23' werden gemäß beiden zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen derart geregelt, dass einerseits das Dichteverhältnis des am Expander 23 anliegenden Kältemittels nicht mehr als 50%, insbesondere nicht mehr als 20%, vom Volumenexpansionsverhältnis des Expanders 23 abweicht. Um die im Kondensator an die denselben durchströmende Umgebungsluft abgebbare Wärmemenge bei beiden Ausführungsbeispielen zu erhöhen, werden die Pumpe 21 und der Expander 23 im entsprechenden ORC-Kreislauf 20 derart geregelt, dass im expandierten Zustand nach dem Expander das Kältemittel noch eine definierte Überhitzung aufweist.The delivery rate of the pump 21 as well as the tapped power of the generator 23 ' be regulated according to both embodiments described above, on the one hand, the density ratio of the expander 23 applied refrigerant not more than 50%, in particular not more than 20%, of the volume expansion ratio of the expander 23 differs. In order to increase the amount of heat that can be emitted in the condenser to the ambient air flowing through it in both exemplary embodiments, the pump becomes 21 and the expander 23 in the corresponding ORC cycle 20 regulated such that in the expanded state after the expander, the refrigerant still has a defined overheating.

Das Kältemittel kann auch ein Arbeitsmittel sein. Das Kältemittel ist insbesondere R134a, R152a, CO2, Blend H oder ein ähnliches Mittel.The refrigerant can also be a work tool. The refrigerant is particular R134a, R152a, CO2, Blend H or similar.

Claims (12)

Kombination eines Klimaanlagen-Kältekreislaufs (10) zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums, enthaltend ein erstes Kältemittel, mit einem Rankine-Kreislauf (20), enthaltend ein zweites Kältemittel, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kreisläufe (10, 20) zumindest eine Teilstrecke aufweisen, über welche ein Wärmeaustausch der beiden Kältemittel mit einem dritten Medium vorgesehen ist, und dass in der Teilstrecke die Kältemittel aus den beiden Kreisläufen (10, 20) in gleicher Richtung parallel und benachbart zueinander strömen.Combination of an air-conditioning refrigeration cycle ( 10 ) for air conditioning a vehicle interior, containing a first refrigerant, with a Rankine cycle ( 20 ), containing a second refrigerant, characterized in that the two circuits ( 10 . 20 ) have at least a partial section, via which a heat exchange of the two refrigerants with a third medium is provided, and that in the partial section, the refrigerant from the two circuits ( 10 . 20 ) in the same direction parallel and adjacent to each other. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kreisläufe (10, 20) das gleiche Kältemittel enthalten, und ein Kältemittelaustausch zwischen den beiden Kreisläufen (10, 20) vorgesehen ist.Combination according to claim 1, characterized in that both circuits ( 10 . 20 ) contain the same refrigerant, and a refrigerant exchange between the two circuits ( 10 . 20 ) is provided. Kombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelaustausch der beiden Kreisläufe (10, 20) im Bereich einer gemeinsam durchströmten Teilstrecke der Kreisläufe (10, 20) erfolgt.Combination according to claim 2, characterized in that the refrigerant exchange of the two circuits ( 10 . 20 ) in the region of a jointly flowed through section of the circuits ( 10 . 20 ) he follows. Kombination nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der gemeinsamen Teilstrecke zumindest ein gemeinsamer Kondensator (12/24) für die beiden Kreisläufe (10, 20) angeordnet ist, oder die gemeinsame Teilstrecke zumindest in einem bereichsweise gemeinsam durchströmbaren Kondensator verläuft.Combination according to Claim 3, characterized in that at least one common capacitor ( 12 / 24 ) for the two circuits ( 10 . 20 ) is arranged, or the common section runs at least in a partially co-flowing condenser. Kombination nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer Sammler (13/25) vorgesehen ist.Combination according to claim 3 or 4, characterized in that a common collector ( 13 / 25 ) is provided. Kombination nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Unterkühlstrecke (14/26) vorgesehen ist.Combination according to one of claims 3 to 5, characterized in that a common subcooling path ( 14 / 26 ) is provided. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstrecke durch einen gemeinsam genutzten Kondensator (12, 24) mit parallel geführten Leitungen gebildet ist, welcher für einen Wärmeaustausch mit demselben von einem gemeinsam genutzten Medium, insbesondere Luft, durchströmbar ist.Combination according to Claim 1, characterized in that the sub-section is formed by a shared capacitor ( 12 . 24 ) is formed with parallel lines, which for a heat exchange with the same of a shared medium, in particular air, can flow. Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rankine-Kreislauf (20) ein Verdampfer (22) vorgesehen ist, welcher vom Motor stammende Wärme an das Kältemittel des Rankine-Kreislaufs (20) überträgt.Combination according to one of the preceding claims, characterized in that in the Rankine cycle ( 20 ) an evaporator ( 22 ), which is derived from the engine heat to the refrigerant of the Rankine cycle ( 20 ) transmits. Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das in den Kreisläufen (10, 20) strömende Kältemittel in einem Bereich eines der Kreisläufe (20) einen überkritischen Zustand erreicht, während es im anderen Kreislauf (10) bei normalen Betriebsbedingungen keinen überkritischen Zustand erreicht.Combination according to one of the preceding claims, characterized in that in the circuits ( 10 . 20 ) flowing refrigerant in an area of one of the circuits ( 20 ) reaches a supercritical state while in the other circuit ( 10 ) does not reach a supercritical state under normal operating conditions. Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass R134a als Kältemittel im ORC-Kreislauf (20) dient.Combination according to one of the preceding claims, characterized in that R134a is used as refrigerant in the ORC cycle ( 20 ) serves. Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass R134a als Kältemittel im Klimaanlagen-Kältekreislauf (10) dient.Combination according to one of the preceding claims, characterized in that R134a is used as refrigerant in the air-conditioning refrigeration cycle ( 10 ) serves. Kombination nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kreisläufe (10, 20) unabhängig voneinander oder zumindest in der nicht gemeinsam durchströmbaren Teilstrecke unabhängig voneinander über Pumpen (11, 21), die in jedem der Kreisläufe (10 bzw. 20) vorgesehen sind, umwälzbar sind, wobei Betriebsbedingungen vorgesehen sind, bei denen der Rankine-Kreislauf (20) zumindest in der nicht gemeinsam durchströmbaren Teilstrecke steht, während der Klimaanlagen-Kältekreislauf (10) umgewälzt wird.Combination according to one of the preceding claims, characterized in that the two circuits ( 10 . 20 ) independently of one another or at least in the non-jointly passable subsection independently of each other via pumps ( 11 . 21 ) in each of the circuits ( 10 respectively. 20 ) are provided, are circulatable, wherein operating conditions are provided, in which the Rankine cycle ( 20 ) is at least in the non-jointly flowable section, while the air conditioning refrigeration cycle ( 10 ) is circulated.
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