DE102013113221A1 - Inner heat exchanger with variable heat transfer - Google Patents

Inner heat exchanger with variable heat transfer Download PDF

Info

Publication number
DE102013113221A1
DE102013113221A1 DE102013113221.9A DE102013113221A DE102013113221A1 DE 102013113221 A1 DE102013113221 A1 DE 102013113221A1 DE 102013113221 A DE102013113221 A DE 102013113221A DE 102013113221 A1 DE102013113221 A1 DE 102013113221A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat exchanger
shut
refrigerant
refrigerant circuit
inner heat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102013113221.9A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102013113221B4 (en
Inventor
Lars Rilinger
Stephan Kicherer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Automotive Deutschland GmbH
Original Assignee
Denso Automotive Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Automotive Deutschland GmbH filed Critical Denso Automotive Deutschland GmbH
Priority to DE102013113221.9A priority Critical patent/DE102013113221B4/en
Publication of DE102013113221A1 publication Critical patent/DE102013113221A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102013113221B4 publication Critical patent/DE102013113221B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B40/00Subcoolers, desuperheaters or superheaters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31Expansion valves
    • F25B41/33Expansion valves with the valve member being actuated by the fluid pressure, e.g. by the pressure of the refrigerant
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2341/00Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/06Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/068Expansion valves combined with a sensor
    • F25B2341/0683Expansion valves combined with a sensor the sensor is disposed in the suction line and influenced by the temperature or the pressure of the suction gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0417Refrigeration circuit bypassing means for the subcooler

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Compression-Type Refrigeration Machines With Reversible Cycles (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen inneren -Wärmetauscher (13, 16) für den Kältemittelkreislauf (10) einer Klimatisierungseinrichtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Der innerer Wärmetauscher (13, 16) umfasst einen ersten Leitungsabschnitt (13, 18B) zum Führen des Kältemittels auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs (10), einen zweiten Leitungsabschnitt (16, 19C) zum Führen des Kältemittels auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs (10) sowie eine Wärmetauschstrecke, bei welcher der erste und der zweite Leitungsabschnitt (13, 18B, 16, 19C) wenigstens teilweise in wärmeleitendem Kontakt nebeneinander verlaufen. Der innere Wärmetauscher (13, 16) ist gekennzeichnet durch einen Bypass (18C), welcher an einer wenigstens teilweise im Bereich der Wärmetauschstrecke liegenden Teilstrecke (20) des ersten Leitungsabschnitts (13, 18B) vorbeigeführt wird, und dessen Massenstrom mittels einer Absperrvorrichtung (17A; 17B) regelbar ist, welche in Abhängigkeit vom thermo-fluiddynamischen Zustand des Kältemittelkreises automatisch regelbar ist, sodass der Wärmeaustausch über die Wärmeaustauschstrecke variierbar ist.The present invention relates to an internal heat exchanger (13, 16) for the refrigerant circuit (10) of an air-conditioning device, in particular in a motor vehicle. The inner heat exchanger (13, 16) comprises a first line section (13, 18B) for guiding the refrigerant on the high-pressure side of the refrigerant circuit (10), a second line section (16, 19C) for guiding the refrigerant on the low-pressure side of the refrigerant circuit (10). and a heat exchange path in which the first and second line sections (13, 18B, 16, 19C) extend at least partially adjacent to each other in heat-conductive contact. The inner heat exchanger (13, 16) is characterized by a bypass (18C), which is guided past a partial section (20) of the first line section (13, 18B) lying at least partially in the region of the heat exchange path, and whose mass flow is controlled by means of a shut-off device (17A ; 17B) is controllable, which is automatically controlled depending on the thermo-fluid dynamic state of the refrigerant circuit, so that the heat exchange over the heat exchange path is variable.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen inneren Wärmetauscher, insbesondere für einen Kältemittelkreislauf einer Klimatisierungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug. Gattungsgemäße innere Wärmetauscher umfassen einen ersten Leitungsabschnitt zum Führen des Kältemittels auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs und einen zweiten Leitungsabschnitt zum Führen des Kältemittels auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs. Sie umfassen ferner eine Wärmetauschstrecke, bei welcher der erste und der zweite Leitungsabschnitt wenigstens teilweise in wärmeleitendem Kontakt nebeneinander verlaufen. Die Erfindung betrifft ferner einen Kältemittelkreislauf mit einem solchen inneren Wärmetauscher. The present invention relates to an internal heat exchanger, in particular for a refrigerant circuit of an air conditioning device in a motor vehicle. Generic internal heat exchangers include a first conduit section for guiding the refrigerant on the high-pressure side of the refrigerant circuit and a second conduit section for guiding the refrigerant on the low-pressure side of the refrigerant circuit. They furthermore comprise a heat exchange path, in which the first and the second line sections extend at least partially in heat-conducting contact next to one another. The invention further relates to a refrigerant circuit with such an inner heat exchanger.

Bei einem Kältemittelkreislauf wird Kältemittel in einem Kompressor verdichtet, durchströmt einen Kondensator, in dem Wärme nach außen abgegeben wird und das Kältemittel dadurch wenigstens teilweise kondensiert. Das Kältemittel wird beim Passieren eines Expansionsorgans entspannt und durchströmt nachfolgend einen Verdampfer, in dem das Kältemittel Wärme aufnimmt, um von dort als sogenanntes Sauggas vom Kompressor angesaugt zu werden. Weil das Kältemittel im ersten Leitungsabschnitt zwischen Kompressor und Expansionsorgan auf einem höheren Druckniveau als im zweiten Leitungsabschnitt zwischen dem Expansionsorgan und dem Kompressor geführt wird, wird der erste Leitungsabschnitt auch als Hochdruckseite und der zweite Leitungsabschnitt als Niederdruckseite bezeichnet. Das Temperaturniveau liegt dabei auf der Hochdruckseite über dem der Niederdruckseite. In a refrigerant circuit, refrigerant is compressed in a compressor, flows through a condenser, in which heat is discharged to the outside and the refrigerant thereby at least partially condenses. The refrigerant is expanded when passing through an expansion element and subsequently flows through an evaporator, in which the refrigerant absorbs heat to be sucked from there as a so-called suction gas from the compressor. Because the refrigerant in the first line section between the compressor and the expansion device is guided at a higher pressure level than in the second line section between the expansion element and the compressor, the first line section is also referred to as the high-pressure side and the second line section as the low-pressure side. The temperature level is on the high pressure side above the low pressure side.

Innere Wärmetauscher für Kältemittelkreisläufe sind aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt. Entlang der Wärmeaustauschstrecke liegen die Leitungsabschnitte typischerweise koaxial zueinander, wobei die das Sauggas führende Niederdruckseite dann vorteilhafterweise innen geführt wird. Es sind aber auch andere Anordnungen möglich, wie beispielsweise nebeneinander geführte Flachrohre. Der innere Wärmetauscher entzieht auf der Hochdruckseite dem vom Kondensator kommenden komprimierten Kältemittel Wärme und führt diese Wärme dem vom Verdampfer zum Verdichter strömenden Kältemittel auf der Niederdruckseite zu. Hierdurch lässt sich die Energieeffizienz steigern. Internal heat exchangers for refrigerant circuits are known in principle from the prior art. Along the heat exchange path, the line sections are typically coaxial to each other, wherein the suction gas leading low pressure side is then advantageously guided inside. But there are also other arrangements possible, such as side by side guided flat tubes. The inner heat exchanger removes heat on the high-pressure side from the compressed refrigerant coming from the condenser and supplies this heat to the refrigerant flowing from the evaporator to the compressor on the low-pressure side. This can increase energy efficiency.

Die DE 10 2008 046 590 A1 offenbart beispielsweise einen inneren Wärmetauscher für eine Fahrzeugklimaanlage mit variabler Wärmetauschstrecke. Wenn es bei hohen Lastzuständen zu einer Überhitzung am Kompressor kommt, kann mittels eines elektronisch gesteuerten Magnetventils ein Bypass in der Wärmetauschstrecke freigegeben werden, sodass durch teilweises oder vollständiges Umgehen der Wärmetauschstrecke der Wärmeaustausch regelbar ist. The DE 10 2008 046 590 A1 discloses, for example, an internal heat exchanger for a vehicle air conditioning system with a variable heat exchange path. If it comes at high load conditions to overheat the compressor, by means of an electronically controlled solenoid valve, a bypass in the heat exchange path can be released, so that by partial or complete bypassing the heat exchange path of the heat exchange is adjustable.

Innere Wärmetauscher müssen für jedes Entwicklungsvorhaben je nach Systemauslegung angepasst werden. Dabei kommt es regelmäßig vor, dass ein an hohe Lastzustände angepasster bzw. optimierter inneren Wärmetauscher mit fest vorgegebener Wärmeaustauschstrecke bei niedrigen Lastbedingungen zu instabilen Verhalten im Kältemittelkreislauf führt.- Das instabile Verhalten führt zu einem Phasenwechsel des Kältemittels am Verdampferausgang. Bedingt durch die Regelcharakteristik des Expansionsorgans wird diese Massenstromänderung des Kältemittels verstärkt, was zu einer Erhöhung der Auftrittswahrscheinlichkeit von Schallentwicklung führt. Internal heat exchangers must be adapted to each development project depending on the system design. It often happens that an internal heat exchanger adapted to high load conditions or optimized with a fixed heat exchange path at low load conditions leads to unstable behavior in the refrigerant circuit. The unstable behavior leads to a phase change of the refrigerant at the evaporator outlet. Due to the control characteristics of the expansion element, this mass flow change of the refrigerant is amplified, which leads to an increase in the probability of occurrence of sound development.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen inneren Wärmetauscher für einen Kältemittelkreislauf bereitzustellen, welcher bei niedrigen Lastbedingungen operative Stabilität insbesondere in Bezug auf den Phasenzustand des Kältemittels ermöglicht, um das Auftreten von Strömungsgeräuschen zu reduzieren. It is the object of the present invention to provide an internal heat exchanger for a refrigerant circuit, which allows for low load conditions operational stability, in particular with respect to the phase state of the refrigerant to reduce the occurrence of flow noise.

Diese Aufgabe wird durch einen inneren Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Kältemittelkreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved by an internal heat exchanger having the features of claim 1 and a refrigerant circuit having the features of claim 10. Advantageous training and further developments emerge from the dependent claims.

Der erfindungsgemäße innere Wärmetauscher ist gekennzeichnet durch einen Bypass, welcher an einer wenigstens teilweise im Bereich der Wärmetauschstrecke liegenden Teilstrecke des ersten Leitungsabschnitts vorbeigeführt wird, und dessen Massenstrom mittels einer Absperrvorrichtung regelbar ist, welche in Abhängigkeit vom thermo-fluiddynamischen Zustand des Kältemittelkreises automatisch regelbar ist, sodass der Wärmeaustausch über die Wärmeaustauschstrecke variierbar ist. Der thermo-fluiddynamische Zustand des Kältemittelkreises (d.h. Massenstrom, Druck- und Temperaturverteilung) verändert sich in Abhängigkeit von der Lastbedingung. Je nach Durchflussrate des Kältemittels ergibt sich bei einem räumlich und vorrichtungstechnisch fest vorgegebenen Kreislauf eine bestimmte Temperatureinstellung. Die Erfinder haben erkannt, dass sich diese Zustandsparameter nutzen lassen, um einen selbstregelnden Kreislauf ohne ein von außen gesteuertes Ventil bereitzustellen. Je nach Zustand ergibt sich somit automatisch eine Einstellung des Absperrventils. Der Bypass wird typischerweise parallel und beabstandet zum ersten Leitungsabschnitt geführt, sodass das hierdurch strömende Kältemittel nicht in wärmeleitendem Kontakt mit der Niederdruckseite steht. Dadurch verringert sich der Wärmeübergang und es kann an spezifischen Punkten im Kältemittelkreis, insbesondere am Verdampferausgang, der Temperaturpunkt eingestellt und damit eine Verschiebung im Phasendiagram (Anteil an flüssigem/ gasförmigen Kältemittel) erreicht werden. The internal heat exchanger according to the invention is characterized by a bypass, which is guided past a partial section of the first line section lying at least partially in the region of the heat exchange section, and whose mass flow is controllable by means of a shut-off device which is automatically adjustable as a function of the thermo-fluid dynamic state of the refrigerant circuit. so that the heat exchange through the heat exchange path is variable. The thermo-fluid dynamic state of the refrigerant circuit (ie mass flow, pressure and temperature distribution) varies depending on the load condition. Depending on the flow rate of the refrigerant results in a spatially and device technology firmly predetermined circuit a certain temperature setting. The inventors have realized that these state parameters can be used to provide a self-regulating circuit without an externally controlled valve. Depending on the state thus automatically results in a setting of the shut-off valve. The bypass is typically guided in parallel and spaced from the first line section, so that the refrigerant flowing therethrough is not in heat-conducting contact with the low-pressure side. This reduces the heat transfer and it can be specific Points in the refrigerant circuit, in particular at the evaporator output, set the temperature point and thus a shift in the phase diagram (proportion of liquid / gaseous refrigerant) can be achieved.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Absperrvorrichtung ein 3-Wege-Ventil, welches die Summe der Durchflussraten durch den Bypass und durch die Teilstrecke des ersten Leitungsabschnitts konstant hält. Das 3-Wege-Ventil öffnet den Bypass in dem Maße, wie die Teilstrecke geschlossen wird. According to one embodiment of the invention, the shut-off device is a 3-way valve which keeps constant the sum of the flow rates through the bypass and through the partial section of the first line section. The 3-way valve opens the bypass as the section is closed.

Die Absperrvorrichtung ist zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von einer erfassten, relativ erhöhten Temperatur selbständig derart regelbar, dass der Massenstrom durch den Bypass erniedrigt wird. Das heißt mit anderen Worten, dass bei einer erhöhten Temperaturbedingung die Wärmeaustauschstrecke und damit die Wärmeübertragung vergrößert werden. Dadurch wird das Kältemittel hochdruckseitig stromabwärts von dem inneren Wärmetauscher vergleichsweise (im Vergleich zu einem weiter geöffneten Bypass) stärker abgekühlt. Diese vergleichsweise starke Abkühlung beeinflusst auch den kältemittelseitigen Austrittszustand am Verdampfer bei konstantem Energieaustausch am Verdampfer. Dabei kann es zu einer unvollständigen Verdampfung des Kältemittels bis hin zum Eintritt in den inneren Wärmetauscher kommen. Bei einer erhöhten Temperaturbedingung ist diese Temperaturabsenkung am Verdampfer akzeptabel, solange dem Kältemittel beim Durchströmen durch den Verdampfer ausreichend Energie zugeführt wird. Im umgekehrten Fall entsteht in den Leitungsabschnitten insbesondere am Verdampferausgang durch das Vorliegen des Kältemittels in der Mischphase ggf. störender Körperschall. The shut-off device is expediently independently controllable in dependence on a detected, relatively elevated temperature such that the mass flow through the bypass is lowered. In other words, that at an elevated temperature condition, the heat exchange distance and thus the heat transfer can be increased. As a result, the refrigerant on the high-pressure side downstream of the inner heat exchanger is comparatively more cooled (as compared to a further open bypass). This comparatively strong cooling also influences the refrigerant-side outlet state at the evaporator with constant energy exchange at the evaporator. This can lead to incomplete evaporation of the refrigerant up to the entry into the inner heat exchanger. At an elevated temperature condition, this temperature reduction at the evaporator is acceptable as long as the refrigerant is supplied with sufficient energy as it flows through the evaporator. In the opposite case, in the line sections, in particular at the evaporator outlet, the presence of the refrigerant in the mixing phase may result in disturbing structure-borne noise.

Es sei hier angemerkt, dass die erhöhte Temperaturbedingung aufgrund des später noch zu erläuternden thermodynamischen Verhaltens des Kältemittelkreises bedingt ist, und zwar typischerweise bei einer erhöhten Lastbedingung und/oder erhöhten Umgebungstemperatur bzw. Außentemperatur. Daher wird vorteilhafterweise eine Umgebungstemperatur und/oder eine Temperatur im Kältemittelkreislauf für die Regelung der Absperrvorrichtung verwendet. Zum Erfassen der Umgebungstemperatur kann insbesondere der in Kraftfahrzeugen vorhandene Außentemperaturfühler verwendet werden. It should be noted here that the elevated temperature condition is due to the thermodynamic behavior of the refrigerant circuit to be explained later, typically at an increased load condition and / or increased ambient temperature or outside temperature. Therefore, an ambient temperature and / or a temperature in the refrigerant circuit is advantageously used for the regulation of the shut-off device. To detect the ambient temperature, in particular the outside temperature sensor present in motor vehicles can be used.

Für die automatische Regelung der Absperrvorrichtung kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Absperrvorrichtung mit einem thermomechanischen Element gekoppelt und durch dieses aktuierbar ist. Dabei ist dann das thermomechanische Element thermisch mit einem Messpunkt im Kältemittelkreislauf, vorzugsweise dem Kondensatorausgang und/oder dem Verdampferausgang, gekoppelt. Zur korrekten Aktuierung ist das thermomechanische Element dann so angepasst, dass es auf eine Temperaturänderung am Messpunkt mit einer mechanischen Veränderung derart reagiert, dass die Absperrvorrichtung in die gewünschte Einstellung verändert wird. Als thermomechanische Elemente können hierfür beispielsweise kostengünstige und für den Fahrzeugbau bewährte Dehnstoffelemente oder Bimetallstreifen verwendet werden. For the automatic control of the shut-off device, it can be advantageously provided that the shut-off device is coupled to a thermo-mechanical element and can be actuated by it. In this case, the thermo-mechanical element is then thermally coupled to a measuring point in the refrigerant circuit, preferably the condenser outlet and / or the evaporator outlet. For correct actuation, the thermo-mechanical element is then adapted to respond to a temperature change at the measurement point with a mechanical change such that the shut-off device is changed to the desired setting. As a thermo-mechanical elements this example, cost-effective and proven for vehicle expansion elements or bimetallic strips can be used.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Absperrvorrichtung ein thermostatisches Ventil. Es kann sich in diesem Fall alternativ oder zusätzlich zu der vorgenannten Regelung selbständig in Abhängigkeit von der Temperaturbedingung einstellen. According to an advantageous embodiment of the invention, the shut-off device is a thermostatic valve. In this case, it is possible, as an alternative or in addition to the aforementioned regulation, to adjust independently as a function of the temperature condition.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Absperrvorrichtung mit dem Expansionsorgan des Kältemittelkreises koppelbar, sodass die Absperrvorrichtung automatisch in Abhängigkeit von der Regelung des Expansionsorgans regelbar ist. Unabhängig davon, wie das Expansionsorgan selber gesteuert wird, gibt dieses einen thermo-fluiddynamischen Zustand des Kältemittelkreises vor, in dessen Abhängigkeit dann der Bypass automatisch mitgeregelt wird. Das Expansionsorgan des Kältemittelkreises ist vorzugsweise ein Ventil, welches automatisch in Abhängigkeit von dem Druck und/oder der Temperatur des auf der Niederdruckseite geführten Kältemittels regelbar ist. According to one embodiment of the invention, the shut-off device can be coupled to the expansion element of the refrigerant circuit, so that the shut-off device can be regulated automatically as a function of the regulation of the expansion element. Regardless of how the expansion element is controlled itself, this specifies a thermo-fluid dynamic state of the refrigerant circuit, depending on which then the bypass is automatically controlled. The expansion element of the refrigerant circuit is preferably a valve which can be regulated automatically as a function of the pressure and / or the temperature of the refrigerant guided on the low-pressure side.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Absperrvorrichtung in das Expansionsorgan derart integriert ist, dass durch eine mechanische Stellbewegung des Expansionsorgans die Einstellung der Absperrvorrichtung verändert wird. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Expansionsventil, z.B. ein aus dem Stand der Technik bekanntes thermostatisch geregeltes Expansionsventil, einen Stift in einer Bohrung hebt und senkt. In der Bohrung ist durch eine Verjüngung des Stiftes durch die Hebe- und Senkbewegung eine Passage schließbar bzw. freigebbar. Diese Passage kann dann als Absperrvorrichtung für den Bypass des inneren Wärmetauschers verwendet werden. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the shut-off device is integrated into the expansion device such that the setting of the shut-off device is changed by a mechanical adjusting movement of the expansion element. In particular, it may be provided that the expansion valve, e.g. a known from the prior art thermostatically controlled expansion valve, a pin in a bore raises and lowers. In the bore, a passage can be closed or released by a tapering of the pin by the raising and lowering movement. This passage can then be used as a shut-off device for the bypass of the internal heat exchanger.

Das Expansionsorgan des Kältemittelkreislaufs kann vorteilhafterweise noch in den inneren Wärmetauscher integriert werden, sodass sich eine kompakte, gewichtsreduzierte Bauform des inneren Wärmetauschers ergibt. Es kann dabei einen Flansch mit zwei Ausgängen für die Leitungen der Niederdruckseite aufweisen. Dies ermöglicht auch eine einfache Handhabung bei der Montage oder Wartung. The expansion element of the refrigerant circuit can advantageously still be integrated into the inner heat exchanger, resulting in a compact, weight-reduced design of the inner heat exchanger. It may have a flange with two outputs for the lines of the low pressure side. This also allows easy handling during assembly or maintenance.

Erfindungsgemäß wird ein Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor, einem Kondensator, einem Expansionsorgan und einem Verdampfer mit einem zuvor genannten inneren – Wärmetauscher ausgestattet. According to the invention, a refrigerant circuit with a compressor, a condenser, an expansion element and an evaporator with equipped with a previously mentioned internal heat exchanger.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. The invention will now be explained in more detail with reference to embodiments and with reference to the figures.

Die 1 zeigt schematisch ein Phasendiagramm mit Zuständen des Kältemittels, wie dies im Zusammenhang mit der Erfindung typischerweise den Kältemittelkreis durchläuft, The 1 12 schematically shows a phase diagram with states of the refrigerant, as it typically passes through the refrigerant circuit in the context of the invention,

die 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Kältemittelkreises mit innerem Wärmetauscher gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, the 2 shows schematically the structure of a refrigerant circuit with an internal heat exchanger according to a first embodiment of the invention,

die 3 zeigt schematisch den Aufbau eines Kältemittelkreises mit innerem Wärmetauscher gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, the 3 shows schematically the construction of a refrigerant circuit with an internal heat exchanger according to a second embodiment of the invention,

die 4 zeigt schematisch eine Detailansicht des inneren Wärmetauschers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und the 4 schematically shows a detail view of the inner heat exchanger according to an embodiment of the invention and

die 5 zeigt eine schematische Darstellung des Bypass-Absperrventils, welches gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in das Expansionsventil des Kältemittelkreises integriert ist. the 5 shows a schematic representation of the bypass check valve, which is integrated according to a preferred embodiment in the expansion valve of the refrigerant circuit.

Die nachfolgend beschriebenen Kältemittelkreisläufe 10 sind insbesondere, aber nicht ausschließlich, für den Kühlbetrieb einer Klimatisierungsanlage in Kraftfahrzeugen geeignet. The refrigerant circuits described below 10 are particularly, but not exclusively, suitable for the cooling operation of an air conditioning system in motor vehicles.

1 zeigt schematisch ein Phasendiagramm mit Zuständen des Kältemittels, wie dies im Zusammenhang mit der Erfindung typischerweise den Kältemittelkreislauf 10 gemäß der 2 und 3 durchläuft. Das Phasendiagramm ist ein sogenanntes Mollier-Diagramm mit der Darstellung der Enthalpie auf der x-Achse und der Darstellung des Druckes auf der y-Achse. Das Kältemittel ist ein an sich aus dem Stand der Technik bekanntes Kältemittel zur Verwendung für Klimatisierungsanlagen in Kraftfahrzeugen, z.B. R134a oder R1234yf, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Das Kältemittel weist unterhalb eines kritischen Druckes drei Phasen auf, nämlich eine flüssige Phase I, eine Nassdampf-Phase II sowie eine Heißdampf-Phase III. In der Nassdampfphase II treten dampfförmiges und siedendes Kältemittel in Koexistenz auf, während in der Heißdampfphase III nur gasförmiges, überhitztes Kältemittel auftritt. 1 schematically shows a phase diagram with conditions of the refrigerant, as in the context of the invention typically the refrigerant circuit 10 according to the 2 and 3 passes. The phase diagram is a so-called Mollier diagram showing the enthalpy on the x-axis and the representation of the pressure on the y-axis. The refrigerant is a refrigerant known per se in the art for use in automotive air conditioning systems, such as, but not limited to, R134a or R1234yf. The refrigerant has three phases below a critical pressure, namely a liquid phase I, a wet steam phase II and a superheated steam phase III. In the wet steam phase II, vaporous and boiling refrigerant coexist, whereas in the superheated steam phase III only gaseous, superheated refrigerant occurs.

In den 2 und 3 sind schematisch Kältemittelkreisläufe 10 mit innerem Wärmetauscher 13, 16 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt. Es werden nachfolgend die Gemeinsamkeiten beschrieben, während weiter unten auf die Unterschiede der beiden Ausführungsbeispiele eingegangen wird. Dabei werden die Zustände des Kältemittels beim Durchlauf durch den Kältemittelkreislauf 10 unter Bezug zu der 1 kurz beschrieben. Es sind dazu eine Zustandskurve 1 des Kältemittels bei hoher Last (mit maximalem Wärmeaustausch des inneren Wärmetauschers 13) sowie zwei Zustandskurven 2A und 2B des Kältemittels bei niedriger Last dargestellt. Die Zustandskurven sind jeweils mit den Abschnitten w–z indiziert. In Bezug auf die Zustandskurve 2A ist der innere Wärmetauscher 13, 16 dabei fest eingestellt, in Bezug auf die Zustandskurve 2B hingegen mit variablem Wärmeaustausch einstellbar. In the 2 and 3 are schematic refrigerant circuits 10 with inner heat exchanger 13 . 16 illustrated according to various embodiments of the invention. The similarities will be described below, while the differences of the two embodiments will be discussed below. In this case, the states of the refrigerant when passing through the refrigerant circuit 10 with reference to the 1 briefly described. There are a state curve 1 the refrigerant at high load (with maximum heat exchange of the internal heat exchanger 13 ) and two state curves 2A and 2 B of the refrigerant at low load. The state curves are indicated in each case with the sections w-z. Regarding the state curve 2A is the inner heat exchanger 13 . 16 fixed in relation to the state curve 2 B however adjustable with variable heat exchange.

Zunächst wird von einem fest eingestellten inneren Wärmetauscher 13 ausgegangen, welcher für den Hochlastbetrieb optimiert ist. Das Kältemittel wird von einem Kompressor 11 verdichtet und über den Leitungsabschnitt 18A einem Kondensator 12 zugeführt. Bei dieser Verdichtung ändert sich der Zustand des Kältemittels je nach Last gemäß den Kurvenabschnitten 1w (hohe Last) oder 2Aw (niedrige Last). Beim Durchlauf durch den Kondensator 12 kühlt sich das komprimierte Kältemittel ab und durchläuft dabei im Phasendiagramm den Kurvenabschnitt 1x oder 2Ax bis zum dem Schneiden der Kurve 3, welche eine Kondensator-Charakteristik repräsentiert, d.h. die Kühlleistung, die bauartbedingt durch den Kondensator vorgegeben ist. First of all, a fixed internal heat exchanger 13 assumed, which is optimized for high load operation. The refrigerant is supplied by a compressor 11 compressed and over the line section 18A a capacitor 12 fed. In this compression, the state of the refrigerant changes according to the load according to the curve sections 1w (high load) or 2AW (low load). When passing through the capacitor 12 The compressed refrigerant cools down and passes through the curve section in the phase diagram 1x or 2ax until cutting the curve 3 , which represents a capacitor characteristic, ie the cooling capacity, which is predetermined by the design of the capacitor.

Das Kältemittel gelangt stromabwärts über den Leitungsabschnitt 18B zur Hochdruckseite des inneren Wärmetauschers 13, durch welchen das im Vergleich zur Niederdruckseite immer noch relativ heiße Kältemittel weiter abgekühlt wird. Dies entspricht dem Kurvenabschnitt 1x bzw. 2Ax zwischen den Schnittpunkten mit den Kurven 3 und 4A. Die Kurve 4A stellt dabei die Charakteristik des inneren Wärmetauschers 13 dar, d.h. die Wärmeübertragungsleistung, die bauartbedingt durch die Ausgestaltung des inneren Wärmetauschers 13 vorgegeben ist. Der Zustand 5 ist der größtmögliche Unterkühlpunkt des Kältemittels bei gegebener Maximaltemperatur am Kompressorausgang. Nach Verlassen der Hochdruckseite des inneren Wärmetauschers 13 wird das Kältemittel am Expansionsventil 14 entspannt und über den Leitungsabschnitt 19A dem Verdampfer 15 zugeführt. Dies entspricht dem Kurvenabschnitt 1y oder 2Ay. Beim Durchlauf durch den Verdampfer 15 nimmt das Kältemittel Wärme auf, wird sukzessive verdampft und durchläuft dabei im Phasendiagramm den Kurvenabschnitt 1z oder 2Az. The refrigerant passes downstream via the line section 18B to the high pressure side of the inner heat exchanger 13 through which the still relatively hot refrigerant is cooled further compared to the low pressure side. This corresponds to the curve section 1x respectively. 2ax between the intersections with the curves 3 and 4A , The curve 4A sets the characteristics of the internal heat exchanger 13 represents, ie the heat transfer performance, the design due to the design of the inner heat exchanger 13 is predetermined. The state 5 is the largest possible subcooling point of the refrigerant at a given maximum temperature at the compressor outlet. After leaving the high pressure side of the inner heat exchanger 13 the refrigerant is at the expansion valve 14 relaxed and over the line section 19A the evaporator 15 fed. This corresponds to the curve section 1y or 2ay , When passing through the evaporator 15 If the refrigerant absorbs heat, it is vaporized successively, passing through the curve section in the phase diagram 1z or 2Az ,

Das Kältemittel gelangt stromabwärts weiter über den Leitungsabschnitt 19B zur Niederdruckseite des inneren Wärmetauschers 16, durch welchen das im Vergleich zur Hochdruckseite immer noch relativ kühle Kältemittel weiter aufgewärmt wird und schließlich über den Leitungsabschnitt 19C als Sauggas vom Kompressor 11 angesaugt wird, womit sich der Kreislauf schließt. The refrigerant continues downstream over the line section 19B to the low pressure side of the inner heat exchanger 16 , through which the still relatively cool refrigerant is still warmed up compared to the high pressure side and finally over the line section 19C as suction gas from the compressor 11 is sucked, which closes the circuit.

Der Kältemittelkreislauf 10 muss über einen definierten Betriebsbereich stabil betreibbar sein. Um die Energieeffizienz zu steigern, wird daher eine möglichst große Wärmeübertragung bei hohen Umgebungstemperaturen gefordert, z.B. über 25°C. Bei diesen Temperaturen läuft der Kältemittelkreislauf typischerweise im Hochlastbetrieb. Bei relativ niedrigen Umgebungstemperaturen, typischerweise zwischen 5 und 25°C, ergibt sich das Problem, dass zwar ein Betriebswunsch bzgl. der Klimatisierungsanlage vorliegen kann, in diesem Temperaturbereich jedoch einerseits nur eine schwache Kühlleistung, d.h. ein geringer Energieaustausch, erforderlich ist, andererseits durch die geringere Umgebungstemperatur eine unvollständige Verdampfung des Kältemittels herbeigeführt wird. Bei niedrigen Lastzuständen gemäß der Zustandskurve 2A kann es dann vorkommen, dass der Zustand 8 des Kältemittels am Verdampferausgang 15A noch deutlich in der Nassdampf-Phase II des Phasendiagramms liegt. Dies führt zu instabilen Betriebsbedingungen, bei dem durch Inhomogenitäten vermehrt Körperschall in dem entsprechenden Leitungsabschnitt 19B entsteht. The refrigerant circuit 10 must be stable in operation over a defined operating range. In order to increase the energy efficiency, therefore, the largest possible heat transfer at high ambient temperatures is required, for example above 25 ° C. At these temperatures, the refrigerant circuit typically runs in high load operation. At relatively low ambient temperatures, typically between 5 and 25 ° C, there is the problem that, although there may be a desired operating with respect to the air conditioning system, in this temperature range, on the one hand only a weak cooling performance, ie a low energy exchange is required, on the other hand caused by the lower ambient temperature incomplete evaporation of the refrigerant becomes. At low load conditions according to the state curve 2A It can happen then that the state 8th of the refrigerant at the evaporator outlet 15A is still clearly in the wet steam phase II of the phase diagram. This leads to unstable operating conditions in which by inhomogeneities increased structure-borne noise in the corresponding line section 19B arises.

Durch die variable Wärmeaustauschstrecke kann nun erfindungsgemäß erreicht werden, dass bei niedriger Last die Unterkühlung im inneren Wärmetauscher 13 so gesteuert wird, dass der Zustandspunkt 6 beim Verlassen des inneren Wärmetauschers 13 gemäß dem Schnittpunkt mit der Kurve 4B (der Charakteristik des variablen inneren Wärmetauschers 13) zum Zustandspunkt 7 verschoben wird. Das Kältemittel verläuft dann nicht mehr gemäß der Zustandskurve 2A, sondern nach der gestrichelten Zustandskurve 2B, sodass ebenfalls der Zustandspunkt 8 am Verdampferaustritt 15A derart verschoben wird, dass der neue Zustandspunkt 9 nun in die Heißdampfphase III verschoben wird. Due to the variable heat exchange distance can now be achieved according to the invention that at low load, the subcooling in the inner heat exchanger 13 is controlled so that the state point 6 when leaving the inner heat exchanger 13 according to the intersection with the curve 4B (the characteristic of the variable internal heat exchanger 13 ) to the state point 7 is moved. The refrigerant then no longer runs according to the state curve 2A but according to the dashed state curve 2 B so also the state point 8th at the evaporator outlet 15A is shifted so that the new state point 9 now moved into the superheated steam phase III.

Die variable Wärmeaustauschstrecke wird durch einen Bypass 18C erreicht, welcher an einer Wärmeaustausch-Zusatzstrecke 20 des inneren Wärmetauschers 13 vorbeigeführt wird, und dessen Massenstrom mittels eines weiter unten beschriebenen Absperrvorrichtung 17A, 17B regelbar ist, welche in Abhängigkeit vom thermo-fluiddynamischen Zustand des Kältemittelkreises automatisch regelbar ist, sodass der Wärmeaustausch über die Wärmeaustauschstrecke variierbar ist. The variable heat exchange path is through a bypass 18C reached, which at a heat exchange additional route 20 of the internal heat exchanger 13 is passed, and its mass flow by means of a shut-off device described below 17A . 17B is controllable, which is automatically regulated depending on the thermo-fluid dynamic state of the refrigerant circuit, so that the heat exchange over the heat exchange path is variable.

Die Absperrvorrichtung 17A, 17B ist dabei derart konfiguriert, dass sie automatisch bei relativ erhöhter Temperatur selbständig derart regelbar ist, dass der Massenstrom durch den Bypass 18C erniedrigt wird und durch die Wärmeaustausch-Zusatzstrecke 20 erhöht wird (um die Energieeffizienz zu steigern). Im umgekehrten Falle wird der Massenstrom durch den Bypass 18C erhöht, um eine zu starke Unterkühlung, insbesondere am Verdampferausgang 15A, aus den zuvor genannten Gründen zu vermeiden. The shut-off device 17A . 17B In this case, it is configured in such a way that it is automatically controllable automatically at a relatively elevated temperature in such a way that the mass flow through the bypass 18C is lowered and through the heat exchange auxiliary path 20 increased (to increase energy efficiency). In the opposite case, the mass flow through the bypass 18C is increased to overcooling too much, especially at the evaporator outlet 15A to avoid for the reasons mentioned above.

Im ersten Ausführungsbeispiel mit Bezug zu der 2 ist die Absperrvorrichtung ein 3-Wege-Ventil 17A. Das 3-Wege-Ventil 17A teilt den Massenstrom des Kältemittels auf den Bypass 18C und die Wärmeaustausch-Zusatzstrecke 20 in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur des Kältemittels am Kondensatorausgang 12A auf. Die Summe der Durchflussraten durch den Bypass 18C und durch die Wärmeaustausch-Zusatzstrecke 20 bleibt dabei konstant und beide Massenströme werden erst zwischen der Hochdruckseite des inneren Wärmetauschers 13 und dem Expansionsventil 14 wieder zusammengeführt. Alternativ oder auch zusätzlich kann als Regelgröße die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden. Bei sehr niedriger Last entspricht diese Temperatur im Übrigen nahezu der Temperatur des Kältemittels vor dem Erreichen des Expansionsventils 14 und ist somit ein guter Indikator, ob beim Verdampferausgang 15A ein Zustand in der Heißdampf-Phase erreichbar ist oder nicht. In the first embodiment with reference to the 2 the shut-off device is a 3-way valve 17A , The 3-way valve 17A divides the mass flow of the refrigerant to the bypass 18C and the heat exchange auxiliary section 20 depending on the outlet temperature of the refrigerant at the condenser outlet 12A on. The sum of the flow rates through the bypass 18C and through the heat exchange auxiliary section 20 remains constant and both mass flows are only between the high pressure side of the inner heat exchanger 13 and the expansion valve 14 merged again. Alternatively or additionally, the ambient temperature can be taken into account as a controlled variable. Incidentally, at a very low load, this temperature almost corresponds to the temperature of the refrigerant before reaching the expansion valve 14 and is therefore a good indicator, whether at the evaporator outlet 15A a state in the superheated steam phase is achievable or not.

Das 3-Wege-Ventil 17A ist mit einem thermomechanischen Element, z.B. einem an sich bekannten Dehnstoffelement (nicht dargestellt), gekoppelt und durch dieses aktuierbar. Dabei erfasst das thermomechanische Element die Temperatur am Kondensatorausgang 12A oder an einem anderen geeigneten Messpunkt, der repräsentativ für die erforderliche Kühlleistung des Kältemittelkreislaufs 10 ist. Das thermomechanische Element ist dann so konfiguriert, dass es auf eine Temperaturänderung am Messpunkt mit einer mechanischen Veränderung derart reagiert, dass die Einstellung des 3-Wege-Ventils 17A und damit die Aufteilung des Massenstroms auf den Bypass 18C und die Wärmeaustausch-Zusatzstrecke 20 verändert wird. Bei Verwendung eines Dehnstoffelements wird beispielsweise eine Längenänderung derart genutzt, dass bei dem 3-Wege-Ventil sukzessive eines der beiden Ausgänge in dem Maße geöffnet wird, wie der jeweils andere Ausgang geschlossen wird. Auf diese Weise lässt sich eine graduelle Einstellung des inneren Wärmetauschers mit variablem Wärmaustausch erreichen. The 3-way valve 17A is coupled to a thermo-mechanical element, eg a per se known expansion element (not shown), and actuated by this. The thermo-mechanical element detects the temperature at the capacitor output 12A or at another suitable measuring point representative of the required cooling capacity of the refrigerant circuit 10 is. The thermo-mechanical element is then configured to respond to a temperature change at the measurement point with a mechanical change such that the adjustment of the 3-way valve 17A and thus the distribution of the mass flow to the bypass 18C and the heat exchange auxiliary section 20 is changed. When using a Dehnstoffelements a change in length, for example, used in such a way that in the 3-way valve successively one of the two outputs is opened to the extent that the other output is closed. In this way, a gradual adjustment of the internal heat exchanger with variable heat exchange can be achieved.

Im zweiten Ausführungsbeispiel mit Bezug zu der 3 ist die Absperrvorrichtung ein Absperrventil 17B, welches mit dem Expansionsorgan des Kältemittelkreises koppelbar ist, sodass die Absperrvorrichtung automatisch in Abhängigkeit von der Regelung des Expansionsventils 14 regelbar ist. In the second embodiment with reference to the 3 the shut-off device is a shut-off valve 17B which can be coupled to the expansion element of the refrigerant circuit, so that the shut-off device automatically in response to the control of the expansion valve 14 is controllable.

In der 4 ist schematisch eine Detailansicht des inneren Wärmetauschers 13, 16 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Niederdruckseite 16 des inneren Wärmetauschers wird als inneres Rohr geführt, während die Hochdruckseite 13 dieses in geeigneter Weise umgibt. Die Rohrleitung der Hochdruckseite 13 umgibt beispielsweise das innere Rohr der Niederdruckseite 16 koaxial oder ist spiral- oder schraubenförmig um dieses herumgeführt. Die Wärmeaustausch-Zusatzstrecke 20 kann durch den Bypass 18C gedrosselt bzw. ganz umgangen werden, wenn das Absperrventil 17B teilweise oder ganz geschlossen wird. Anstelle des Absperrventils 17B können bei diesem Ausführungsbeispiel auch andere Absperrvorrichtungen eingesetzt werden, z.B. ein 3-Wege-Ventil 17A gemäß der 2, indem dies an dem vorderen Abzweigpunkt angeordnet wird (nicht dargestellt). In the 4 schematically is a detail view of the inner heat exchanger 13 . 16 represented according to an embodiment of the invention. The Low pressure side 16 the inner heat exchanger is guided as an inner tube, while the high pressure side 13 surround it appropriately. The pipeline of the high pressure side 13 surrounds, for example, the inner tube of the low pressure side 16 coaxial or spirally or helically wound around this. The heat exchange auxiliary section 20 can through the bypass 18C throttled or completely bypassed when the shut-off valve 17B partially or completely closed. Instead of the shut-off valve 17B In this embodiment, other shut-off devices can be used, for example, a 3-way valve 17A according to the 2 by placing it at the front branch point (not shown).

In der Ausführungsform gemäß der 4 ist ferner das Expansionsventil 14 in den inneren Wärmetauscher 13, 16 integriert. Auf der links dargestellt Anschlussseite sind jeweils die Zu- und Ableitungen 19A, 19B der Niederdruckseite angedeutet. Das Expansionsventil 14 ist dabei als thermostatisches Ventil automatisch in Abhängigkeit von der Temperatur des auf der Niederdruckseite geführten Kältemittels regelbar. Je nach Temperaturniveau im Niederdruckbereich wird die Ventilnadel auf an sich bekannte Art z.B. durch Heben und Senken in der Position im Ventilsitz verändert, sodass die Durchflussrate des Expansionsventils 14 und damit der Druckabfall zur Niederdruckseite hin angepasst werden kann. In the embodiment according to the 4 is also the expansion valve 14 in the inner heat exchanger 13 . 16 integrated. On the connection side shown on the left are the inlets and outlets 19A . 19B the low pressure side indicated. The expansion valve 14 is controlled as a thermostatic valve automatically depending on the temperature of the guided on the low pressure side refrigerant. Depending on the temperature level in the low pressure range, the valve needle is changed in a known manner, for example by raising and lowering in the position in the valve seat, so that the flow rate of the expansion valve 14 and thus the pressure drop can be adjusted to the low pressure side.

In der 5 ist eine weitere Ausführungsvariante schematisch dargestellt, bei der das Absperrventil 17B in das Expansionsventil 14 derart integriert ist, dass durch eine mechanische Stellbewegung des Expansionsventils 14 die Einstellung des Absperrventils 17B verändert wird. Bei dem Expansionsventil 14 in dieser Ausführungsform kann es sich insbesondere, aber nicht unbedingt, um ein thermostatisch geregeltes Ventil handeln, welches mit Bezug zu der 4 beschrieben wurde. Der Ventilkörper umfasst eine Bohrung 21, in welcher ein Stift 22 auf und ab bewegbar ist. Der Stift 22 weist in der Mitte eine Verjüngung 23, beispielsweise eine hohlzylinderförmige Aussparung auf. Die Bohrung 21 weist ferner seitlich eine Zuleitung und Ableitung auf. Zwischen Zuleitung und Ableitung ergibt sich eine Passage 24, welche in Abhängigkeit von der Stellung des Stiftes 22 geöffnet und geschlossen werden kann. In einer möglichen Konfiguration ist die Zuleitung das Endstück der Wärmeaustausch-Zusatzstrecke 20 und die Ableitung ein Verbindungsstück 25, an welchem der Massenstrom der Wärmeaustausch-Zusatzstrecke 20 und des Bypasses 25 wieder zusammengeführt werden. Es sind aber auch andere Konfigurationen möglich. In the 5 is a further embodiment shown schematically, in which the shut-off valve 17B in the expansion valve 14 is integrated in such a way that by a mechanical adjusting movement of the expansion valve 14 the setting of the shut-off valve 17B is changed. At the expansion valve 14 In this embodiment, it may in particular, but not necessarily, be a thermostatically controlled valve, which is described with reference to FIGS 4 has been described. The valve body comprises a bore 21 in which a pen 22 is movable up and down. The pencil 22 has a rejuvenation in the middle 23 , For example, a hollow cylindrical recess. The hole 21 also has a side of a supply and discharge. Between supply line and discharge there is a passage 24 , which depends on the position of the pen 22 can be opened and closed. In one possible configuration, the supply line is the end piece of the heat exchange auxiliary section 20 and the derivative is a connector 25 at which the mass flow of the heat exchange additional section 20 and the bypass 25 be merged again. But there are other configurations possible.

In der links dargestellten ersten Position ist die Verjüngung 23 mit der Passage 24 zur Deckung gebracht. Hierdurch wird der maximale Massenstrom durch die Passage 24 und somit durch die Wärmeaustausch-Zusatzstrecke 20 freigegeben. In der rechts dargestellten zweiten Position ist die Verjüngung 23 nach oben verschoben, sodass der Stift 22 die Passage 24 vollständig verschließt. Hierdurch wird ein Massenstrom durch die Passage 24 und somit durch die Wärmeaustausch-Zusatzstrecke 20 verhindert. Je nach Zwischenpositionen kann die Durchflussrate durch die Passage 24 graduell gesteuert werden. In the first position shown on the left is the taper 23 with the passage 24 brought to cover. This will cause the maximum mass flow through the passage 24 and thus through the heat exchange additional route 20 Approved. In the second position shown on the right is the taper 23 moved up so the pen 22 the passage 24 completely closes. This will cause a mass flow through the passage 24 and thus through the heat exchange additional route 20 prevented. Depending on the intermediate positions, the flow rate through the passage 24 be controlled gradually.

Dem Fachmann ist ersichtlich, dass es zu den genannten Ausführungsbeispielen bzgl. Anordnung und Wahl der Absperrvorrichtung des Bypasses 18C sowie zu den konkreten Ausgestaltungen der Ventile 14, 17A, 17B zahlreiche Kombinations- und Variationsmöglichkeiten gibt. Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass durch konkrete Wahl der Kopplungseigenschaften eine spezifische Charakteristik zum Regeln des Massenstroms erzeugt werden kann. So kann beispielsweise je nach Querschnittsprofil der Zu- und Ableitungen bei einem linearen Hebe- oder Senkvorgang des Stiftes 22 eine nicht-lineare Öffnungscharakteristik erzielt werden. Die mechanische Stellbewegung kann dann je nach konkreter Ausgestaltung des inneren Wärmetauschers und des Kältemittelkreislaufs in einfachen Tests so angepasst werden, dass der Betriebspunkt 9 gemäß 1 in den Nassdampfbereich III verschoben wird. It will be apparent to those skilled in the art that, with regard to the mentioned embodiments, the arrangement and selection of the shut-off device of the bypass 18C as well as to the concrete designs of the valves 14 . 17A . 17B There are numerous combinations and variations. In particular, it should be noted that a specific characteristic for controlling the mass flow can be generated by a concrete choice of the coupling properties. For example, depending on the cross-sectional profile of the supply and discharge lines in a linear lifting or lowering of the pen 22 a non-linear opening characteristic can be achieved. Depending on the specific configuration of the internal heat exchanger and the refrigerant circuit, the mechanical adjusting movement can then be adjusted in simple tests such that the operating point 9 according to 1 is moved into the wet steam region III.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

I I
flüssige Phase liquid phase
II II
Nassdampf-Phase Wet steam phase
III III
Heißdampf-Phase Superheated steam phase
1 (w–z) 1 (wz)
Zustandskurve des Kältemittels bei hoher Last Condition curve of the refrigerant at high load
2A–2B2A-2B
(w–z) Zustandskurve des Kältemittels bei niedriger Last  (w-z) Condition curve of the refrigerant at low load
3 3
Kondensator-Charakteristik Capacitor characteristic
4A–4B 4A-4B
Charakteristik des inneren Wärmetauschers Characteristic of the internal heat exchanger
5–9 5-9
Zustandspunkte des Kältemittels Condition points of the refrigerant
10 10
Kältemittelkreislauf Refrigerant circulation
11 11
Kompressor compressor
12 12
Kondensator capacitor
12A 12A
Kondensatorausgang condenser outlet
13 13
inneren Wärmetauscher/ Hochdruckseite inner heat exchanger / high pressure side
14 14
Expansionsventil expansion valve
15 15
Verdampfer Evaporator
15A 15A
Verdampferausgang evaporator outlet
16 16
inneren Wärmetauscher/ Niederdruckseite inner heat exchanger / low pressure side
17A 17A
3-Wege-Ventil 3-way valve
17B 17B
Absperrventil shut-off valve
18A–18C 18A-18C
Leitungsabschnitte Hochdruckseite Line sections high pressure side
18C18C
Bypass bypass
19A–19C 19A-19C
Leitungsabschnitte Niederdruckseite Line sections low-pressure side
20 20
Wärmetausch-Zusatzstrecke Additional heat exchange path
21 21
Bohrung drilling
22 22
Stift pen
23 23
Verjüngung rejuvenation
24 24
Passage passage
25 25
Verbindungsstück joint

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102008046590 A1 [0004] DE 102008046590 A1 [0004]

Claims (10)

Innerer Wärmetauscher (13, 16) für den Kältemittelkreislauf (10) einer Klimatisierungseinrichtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend – einen ersten Leitungsabschnitt (13, 18B) zum Führen des Kältemittels auf der Hochdruckseite des Kältemittelkreislaufs (10), – einen zweiten Leitungsabschnitt (16, 19C) zum Führen des Kältemittels auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs (10) – eine Wärmetauschstrecke, bei welcher der erste und der zweite Leitungsabschnitt (13, 18B, 16, 19C) wenigstens teilweise in wärmeleitendem Kontakt nebeneinander verlaufen, gekennzeichnet durch einen Bypass (18C), – welcher an einer wenigstens teilweise im Bereich der Wärmetauschstrecke liegenden Teilstrecke (20) des ersten Leitungsabschnitts (13, 18B) vorbeigeführt wird, und – dessen Massenstrom mittels einer Absperrvorrichtung (17A; 17B) regelbar ist, welche in Abhängigkeit vom thermo-fluiddynamischen Zustand des Kältemittelkreises automatisch regelbar ist, sodass der Wärmeaustausch über die Wärmeaustauschstrecke variierbar ist. Inner heat exchanger ( 13 . 16 ) for the refrigerant circuit ( 10 ) an air conditioning device, in particular in a motor vehicle, comprising - a first line section ( 13 . 18B ) for guiding the refrigerant on the high-pressure side of the refrigerant circuit ( 10 ), - a second line section ( 16 . 19C ) for guiding the refrigerant on the low pressure side of the refrigerant circuit ( 10 ) - a heat exchange path, wherein the first and the second line section ( 13 . 18B . 16 . 19C ) run at least partially in heat-conducting contact next to each other, characterized by a bypass ( 18C ), - which at an at least partially lying in the region of the heat exchange section ( 20 ) of the first line section ( 13 . 18B ), and - its mass flow by means of a shut-off device ( 17A ; 17B ) is regulated, which is automatically controlled depending on the thermo-fluid dynamic state of the refrigerant circuit, so that the heat exchange over the heat exchange path is variable. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung ein 3-Wege-Ventil (17A) ist, welches die Summe der Durchflussraten durch den Bypass (18C) und durch die Teilstrecke (20) des ersten Leitungsabschnitts konstant hält. Inner heat exchanger according to claim 1, characterized in that the shut-off device is a 3-way valve ( 17A ), which is the sum of the flow rates through the bypass ( 18C ) and through the leg ( 20 ) of the first line section keeps constant. Innerer Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (17A, 17B) in Abhängigkeit von einer erfassten, relativ erhöhten Temperatur selbständig derart regelbar ist, dass der Massenstrom durch den Bypass (18C) erniedrigt wird. Inner heat exchanger according to one of claims 1 or 2, characterized in that the shut-off device ( 17A . 17B ) is independently controllable in dependence on a detected, relatively elevated temperature such that the mass flow through the bypass ( 18C ) is lowered. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umgebungstemperatur und/oder eine Temperatur im Kältemittelkreislauf (10) für die Regelung der Absperrvorrichtung (17A, 17B) verwendet wird. Inner heat exchanger according to claim 3, characterized in that an ambient temperature and / or a temperature in the refrigerant circuit ( 10 ) for the regulation of the shut-off device ( 17A . 17B ) is used. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, – dass die Absperrvorrichtung (17A, 17B) mit einem thermomechanischen Element gekoppelt und durch dieses aktuierbar ist, – wobei das thermomechanische Element thermisch mit einem Messpunkt im Kältemittelkreislauf (10), vorzugsweise dem Kondensatorausgang und/oder dem Verdampferausgang, koppelbar ist und – wobei das thermomechanische Element auf eine Temperaturänderung am Messpunkt mit einer mechanischen Veränderung derart reagiert, dass die Einstellung der Absperrvorrichtung (17A, 17B) verändert wird. Inner heat exchanger according to claim 4, characterized in that - the shut-off device ( 17A . 17B ) is coupled to a thermo-mechanical element and actuated by this, - wherein the thermo-mechanical element thermally with a measuring point in the refrigerant circuit ( 10 ), preferably the capacitor output and / or the evaporator output, and - wherein the thermo-mechanical element reacts to a temperature change at the measuring point with a mechanical change such that the setting of the shut-off device ( 17A . 17B ) is changed. Innerer Wärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (17A, 17B) ein thermostatisches Ventil ist. Inner heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the shut-off device ( 17A . 17B ) is a thermostatic valve. Innerer Wärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (17A, 17B) mit dem Expansionsorgan (14) des Kältemittelkreises (10) koppelbar ist, sodass die Absperrvorrichtung (17A, 17B) automatisch in Abhängigkeit von der Regelung des Expansionsorgans (14) regelbar ist. Inner heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the shut-off device ( 17A . 17B ) with the expansion organ ( 14 ) of the refrigerant circuit ( 10 ) is coupled, so that the shut-off ( 17A . 17B ) automatically depending on the regulation of the expansion organ ( 14 ) is controllable. Innerer Wärmetauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsorgan (14) des Kältemittelkreises (10) ein Ventil ist, welches automatisch in Abhängigkeit von dem Massenstrom und/oder der Temperatur des auf der Niederdruckseite geführten Kältemittels regelbar ist. Inner heat exchanger according to claim 7, characterized in that the expansion element ( 14 ) of the refrigerant circuit ( 10 ) is a valve which is automatically controlled in dependence on the mass flow and / or the temperature of the guided on the low pressure side refrigerant. Innerer Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperrvorrichtung (17A, 17B) in das Expansionsorgan (14) derart integriert ist, dass durch eine mechanische Stellbewegung des Expansionsorgans (14) die Einstellung der Absperrvorrichtung (17A, 17B) verändert wird. Inner heat exchanger according to one of claims 7 or 8, characterized in that the shut-off device ( 17A . 17B ) into the expansion organ ( 14 ) is integrated in such a way that by a mechanical adjusting movement of the expansion organ ( 14 ) the setting of the shut-off device ( 17A . 17B ) is changed. Kältemittelkreislauf mit einem Kompressor (11), einem Kondensator (12), einem Expansionsorgan (14), einem Verdampfer (15) und einem inneren Wärmetauscher (13, 16) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Refrigerant circuit with a compressor ( 11 ), a capacitor ( 12 ), an expansion organ ( 14 ), an evaporator ( 15 ) and an internal heat exchanger ( 13 . 16 ) according to one of claims 1 to 9.
DE102013113221.9A 2013-11-29 2013-11-29 Internal heat exchanger with variable heat transfer Active DE102013113221B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013113221.9A DE102013113221B4 (en) 2013-11-29 2013-11-29 Internal heat exchanger with variable heat transfer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013113221.9A DE102013113221B4 (en) 2013-11-29 2013-11-29 Internal heat exchanger with variable heat transfer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102013113221A1 true DE102013113221A1 (en) 2015-06-03
DE102013113221B4 DE102013113221B4 (en) 2024-05-29

Family

ID=53058380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013113221.9A Active DE102013113221B4 (en) 2013-11-29 2013-11-29 Internal heat exchanger with variable heat transfer

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013113221B4 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016203758A1 (en) 2016-03-08 2017-09-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Air conditioning and motor vehicle with air conditioning
WO2017212058A1 (en) * 2016-06-10 2017-12-14 Eaton Industrial IP GmbH & Co. KG Cooling system with adjustable internal heat exchanger
WO2018015185A1 (en) * 2016-07-18 2018-01-25 Swep International Ab A refrigeration system
DE102020126579A1 (en) 2020-10-09 2022-04-14 Viessmann Climate Solutions Se Method of operating a refrigeration cycle device

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69813146T2 (en) * 1997-11-06 2004-01-08 Denso Corp., Kariya Supercritical refrigerator
DE10342110A1 (en) * 2002-10-10 2004-04-29 Behr Gmbh & Co. Kg Method for reducing the pressure in a vehicle air conditioner when the compressor stops has a reservoir situated between the evaporator and expansion valve to collect excess refrigerant
WO2006024182A2 (en) * 2004-09-03 2006-03-09 Felix Kalberer Method and system for controlling a carnot-cycle process
DE102007014410A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Denso Corp., Kariya Supercritical circuit, has temperature sensor channel supplying cooling agent by using bypass, and cooling agent recycling channel supplying cooling agent from temperature sensor part to cooling agent channel behind main valve part
EP1850075A1 (en) * 2006-04-25 2007-10-31 Valeo Systèmes Thermiques Air-conditioning circuit with supercritical cycle
DE60314911T2 (en) * 2002-12-23 2008-03-20 Sinvent A/S Operating method of a cooling system
EP1832822B1 (en) * 2006-03-07 2009-01-21 TGK Co., Ltd. Expansion valve
DE102008046590A1 (en) 2008-09-10 2010-03-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vehicle air-conditioning system, has switching element for changing heat transfer capacity, and bypass for bypassing of fluid connection, so that transferred thermal capacity is reduced to zero
WO2012110353A2 (en) * 2011-02-18 2012-08-23 Electrolux Home Products Corporation N.V. A heat pump laundry dryer

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2942862B1 (en) 2009-03-05 2014-04-25 Hutchinson CONNECTION DEVICE FOR TRANSFER OF FLUID, INCORPORATING CIRCUIT AND METHOD OF MOUNTING / DISASSEMBLING THE SAME.

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69813146T2 (en) * 1997-11-06 2004-01-08 Denso Corp., Kariya Supercritical refrigerator
DE10342110A1 (en) * 2002-10-10 2004-04-29 Behr Gmbh & Co. Kg Method for reducing the pressure in a vehicle air conditioner when the compressor stops has a reservoir situated between the evaporator and expansion valve to collect excess refrigerant
DE60314911T2 (en) * 2002-12-23 2008-03-20 Sinvent A/S Operating method of a cooling system
WO2006024182A2 (en) * 2004-09-03 2006-03-09 Felix Kalberer Method and system for controlling a carnot-cycle process
EP1832822B1 (en) * 2006-03-07 2009-01-21 TGK Co., Ltd. Expansion valve
DE102007014410A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-04 Denso Corp., Kariya Supercritical circuit, has temperature sensor channel supplying cooling agent by using bypass, and cooling agent recycling channel supplying cooling agent from temperature sensor part to cooling agent channel behind main valve part
EP1850075A1 (en) * 2006-04-25 2007-10-31 Valeo Systèmes Thermiques Air-conditioning circuit with supercritical cycle
DE102008046590A1 (en) 2008-09-10 2010-03-11 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vehicle air-conditioning system, has switching element for changing heat transfer capacity, and bypass for bypassing of fluid connection, so that transferred thermal capacity is reduced to zero
WO2012110353A2 (en) * 2011-02-18 2012-08-23 Electrolux Home Products Corporation N.V. A heat pump laundry dryer

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016203758A1 (en) 2016-03-08 2017-09-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Air conditioning and motor vehicle with air conditioning
WO2017212058A1 (en) * 2016-06-10 2017-12-14 Eaton Industrial IP GmbH & Co. KG Cooling system with adjustable internal heat exchanger
CN109564039A (en) * 2016-06-10 2019-04-02 伊顿智能动力有限公司 Cooling system with adjustable inner heat exchanger
WO2018015185A1 (en) * 2016-07-18 2018-01-25 Swep International Ab A refrigeration system
DE102020126579A1 (en) 2020-10-09 2022-04-14 Viessmann Climate Solutions Se Method of operating a refrigeration cycle device
WO2022073556A1 (en) 2020-10-09 2022-04-14 Viessmann Climate Solutions Se Method of operating a refrigeration cycle apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013113221B4 (en) 2024-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3697635B1 (en) Method for operating a coolant circuit and vehicle air-conditioning system
DE102012111672B4 (en) Refrigerant circuit of an air conditioning system with heat pump and reheat functionality
EP3004754B1 (en) Heat pumps for use of environmentally safe refrigerants
DE102014108989A1 (en) Branch for a refrigerant flow of a refrigerant circuit
DE102017200876A1 (en) Electric coolant pump
DE102006041612A1 (en) A refrigeration cycle apparatus
DE102014108993A1 (en) Battery cooler system
DE102012222594A1 (en) Method for operating a refrigerant circuit as a heat pump and as a heat pump operable refrigerant circuit
DE102013113221B4 (en) Internal heat exchanger with variable heat transfer
DE102019201428A1 (en) Method for operating a refrigeration system of a vehicle having a refrigerant circuit
DE102018207049A1 (en) Refrigeration system for a vehicle having a heat pump function having a refrigerant circuit
EP1578628B1 (en) Air conditioning system for a vehicle and associated operating method
DE60212502T2 (en) Refrigeration circuit
DE102006057132B4 (en) Thermostatic expansion valve for refrigeration or heat pump circuits with mechanically controlled safety function
DE102018112333A1 (en) Refrigerant circuit with an expansion-compression device and method for operating the refrigerant circuit
DE102014108454A1 (en) Refrigerant circuit with a bypass line
DE102015007564B4 (en) Method for operating an air conditioning system
DE102015102400A1 (en) Method for operating a refrigerant circuit, in particular in low-load operation
DE102010033518A1 (en) Air conditioning and method of operating an air conditioner
DE102014108999A1 (en) Method for operating a battery cooler system and battery cooler system
DE102009030041A1 (en) Vehicle air conditioning system with evaporators cooling passenger compartment and e.g. hybrid drive battery, has single excess pressure relief valve
DE102018210477A1 (en) Method for operating a refrigerant circuit of a refrigeration system of a vehicle
DE202006014246U1 (en) Cold vapor refrigerating machine
DE102006057584A1 (en) Supercritical cooling circuit used in a vehicle comprises a compressor, a decompression unit with an electrical expansion valve, a bypass channel, a pressure valve, a temperature measuring unit and a control unit
EP3961129A1 (en) Heat pump and method for operating a heat pump

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R084 Declaration of willingness to licence
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F25B0041040000

Ipc: F25B0041200000

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division