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Die Erfindung betrifft eine Kältemaschine mit einem Fluid, mit wenigstens einer Kondensationseinrichtung zum Kondensieren des Fluids, mit wenigstens einer Expansionseinrichtung zum Expandieren des Fluids, mit wenigstens einer Verdampfungseinrichtung zum Verdampfen des Fluids und mit wenigstens einer Verdichtungseinrichtung zum Verdichten des Fluids. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Kältemaschine.
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Eine Kältemaschine der eingangs genannten Art wird beispielsweise zur Komfortsteigerung in Kraftfahrzeugen verwendet, wobei Kältemaschinen gemeinhin unter dem Begriff Klimaanlagen bekannt sind. Eine Kältemaschine ist eine Maschine, die unter Aufwendung von technischer Arbeit thermische Energie, in Form von Wärme, aus einer Wärmequelle mit niedrigerer Temperatur, also z. B. aus einem zu kühlenden Fahrzeugraum, aufnimmt und zusammen mit der Antriebsenergie des Kompressors als Abwärme an eine Wärmesenke, z. B. die Umgebungsluft des Fahrzeugs, mit höherer Temperatur abgibt. Innerhalb einer Kältemaschine wird ein Fluid, das auch als Kältemittel bezeichnet wird, in einem Kreisprozess geführt. Dieser Kreisprozess wird auch als thermodynamischer Dampfkompressionskreislauf bezeichnet.
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Das Europäische Parlament und die Europäische Kommission haben in einer Direktive den Einsatz von Kältemitteln mit einem Erderwärmungspotential größer 150 in Fahrzeugklimaanlagen verboten. Dieses Verbot gilt ab 2011 für Neuserienwagen mit einer Übergangsfrist bis 2014 und ab 2017 für alle Neuwagen. Derzeit ist es üblich, ein Kältemittel mit der Bezeichnung R134a in mobilen Kältemaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, einzusetzen. R134a ist rein thermodynamisch betrachtet ein sehr effizientes Fluid für Fahrzeugklimaanlagen und Kältemaschinen im Allgemeinen, weist jedoch ein sehr hohes Erderwärmungspotential von 1300 auf. Aus diesem Grund wurden verschiedene Fluide als Kältemittel in Betracht gezogen, um R134a zu substituieren. Zu den zwei bedeutendsten Fluiden für den Ersatz von R134a in Fahrzeugklimaanlagen zählen CO2 und R1234yf.
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CO2 ist umwelttechnisch bedenkenlos und hat definitionsgemäß ein Erderwärmungspotential von 1. Um den Kreisprozess der Kältemaschine mit CO2 als Kältemittel thermodynamisch günstig zu führen, sind allerdings hohe Prozessdrücke erforderlich. Dies ist vor allem für den Einsatz von CO2 in Fahrzeugklimaanlagen von Nachteil, da die Klimaanlage auf einen Betriebsdruck bis mindestens 200 bar ausgelegt werden müsste. Dies geht einher mit einem Mehraufwand an Material und somit einer Gewichtszunahme für das Fahrzeug. Weiterhin ist durch den hohen Druck eine relativ große Menge an Fluid im System, welche bei einem Unfall und eventueller Leckage der Klimaanlage in den Fahrzeuginnenraum treten könnte. Da bereits bei einem CO2-Anteil von drei Volumenprozent in der Atemluft die im Fahrzeug befindlichen Insassen zu Schaden kommen können, ist CO2 als Kältemittel für mobile Kältemaschinen ungeeignet.
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R1234yf liegt mit einem Erderwärmungspotential von vier innerhalb der Vorgaben für Kältemittel von Klimaanlagen zukünftiger Fahrzeuge. R1234yf kann den Stoff R134a als Kältemittel ersetzen, ohne dass Modifikationen an der Klimaanlage vorgenommen werden müssen. Allerdings ist R1234yf aus Sicherheitsgründen vor allem für den Einsatz in Fahrzeugklimaanlagen ungeeignet, da es bei hohen Temperaturen (z. B. Fahrzeugbrand) zur Bildung sehr giftiger Zersetzungsprodukte kommen kann, zu denen unter anderem Flusssäure zählt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kältemaschine der eingangs genannten Art, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Kältemaschine zu schaffen, bei welchem Fluide eingesetzt werden können, die ein niedriges Erderwärmungspotential aufweisen und sicherheitstechnisch unbedenklich sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kältemaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Kältemaschine umfasst ein Fluid, dessen Taulinie zumindest in einem überwiegenden Bereich ihres Verlaufs in Richtung steigender Entropie geneigt ist. Des Weiteren umfasst die Kältemaschine wenigstens eine Wärmezuführeinrichtung, mittels welcher das Fluid in dessen Strömungsrichtung stromab der Verdampfungseinrichtung und stromauf der Verdichtungseinrichtung erwärmbar ist.
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Dadurch, dass dem Kältemittel vor dessen Verdichtung und nach dessen Verdampfung Wärme zugeführt wird, wird sowohl die Temperatur als auch die Entropie des Kältemittels erhöht. Infolgedessen kann das Kältemittel verdichtet, also dessen Druck erhöht werden, ohne dass ein Phasenwechsel erfolgt. Somit befindet sich das Kältemittel sowohl vor der Verdichtung als auch nach der Verdichtung in einer gasförmigen Phase. Das Zuführen von Energie in Form von Wärme ist insbesondere dann erforderlich, wenn das eingesetzte Kältemittel in seinem zugrundeliegenden T-s-Diagramm (Temperatur-Entropie-Diagramm) ein stark überhängendes 2-Phasengebiet aufweist. Von einem überhängenden 2-Phasengebiet spricht man dann, wenn die Taulinie des entsprechenden Fluids (Kältemittels) zumindest in einem überwiegenden Bereich ihres Verlaufs in Richtung steigender Entropie geneigt ist. Das Vorliegen des Kältemittels in Form einer Gasphase sowohl vor als auch nach dessen Verdichtung ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da ein Phasenwechsel von der Gasphase in ein 2-Phasengebiet, bestehend aus Gasphase und Flüssigphase, zu Schäden an der Verdichtungseinrichtung, in Form von beispielsweise Flüssigkeitsschlägen führen kann.
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Bevorzugt umfasst die Wärmezuführeinrichtung wenigstens einen von dem Fluid durchströmten Wärmeübertrager, mittels welchem dem Fluid nach dessen Kondensation und vor dessen Verdampfung, eine Wärmemenge entnehmbar ist. Des Weiteren ist mittels des Wärmeübertragers dem Fluid nach dessen Verdampfung und vor dessen Verdichtung die Wärmemenge zumindest teilweise zuführbar.
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Ein Wärmeübertrager überträgt definitionsgemäß Wärme von einem Stoffstrom höherer Temperatur auf einen Stoffstrom niedrigerer Temperatur. Befindet sich auf der einen Seite der wärmeübertragenden Fläche des Wärmeübertragers das nach dessen Kondensation und vor dessen Verdampfung warme Kältemittel und auf der anderen Seite der wärmeübertragenden Fläche das nach dessen Verdampfung und vor dessen Verdichtung im Vergleich dazu kalte Kältemittel, so kann durch den dadurch bedingten Wärmeaustausch das Fluid vor dessen Verdichtung besonders einfach in einen Zustand höherer Temperatur und höherer Entropie versetzt werden.
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Der Wärmeübertrager wird also sowohl auf seiner den warmen Stoffstrom führenden Seite, als auch auf seiner den kalten Stoffstrom führenden Seite von dem Kältemittel durchströmt, mit dem Unterschied, dass auf der einen Seite das Kältemittel wärmer ist, als auf der anderen Seite. Besonders effektiv erfolgt die Wärmeübertragung dann, wenn das Kältemittel in Strömungsrichtung kurz nach der Kondensationseinrichtung in den Wärmeübertrager einströmt und einen Teil seiner Wärme an das kältere Kältemittel auf der anderen Seite des Wärmeübertragers abführt. Ist die andere Seite des Wärmeübertragers so angeordnet, dass die Wärme an das kältere Kältemittel in Strömungsrichtung kurz vor dem Kältemitteleintritt in die Verdichtungseinrichtung erfolgt, so sind die Wärmeverluste besonders gering.
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Mit anderen Worten wird also ein Teil der anfallenden Prozesswärme mittels weniger Komponenten und somit auf besonders platz- und gewichtssparende Art und Weise dem Fluid vor dessen Kompression zugeführt. Das Einsparen von Platz und Gewicht ist vor allem für den mobilen Einsatz von Kältemaschinen bedeutsam.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Wärmemenge insbesondere vor der Expansion des Fluids entnehmbar und dem Fluid nach dessen Verdampfung und vor dessen Verdichtung zumindest teilweise zuführbar ist.
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Dadurch, dass dem Fluid vor dessen Expansion durch den Wärmeübertrager Wärme entzogen wird, steht eine größere Menge übertragbarer Wärme zur Verfügung. Bei der Expansion handelt es sich aus thermodynamischer Sicht um einen irreversiblen Vorgang. Mit anderen Worten heißt das in Bezug auf das T-s-Diagramm des Kältemittels, dass die Entropie des Kältemittels zunimmt. Je größer die verrichtete Expansionsarbeit, desto größer ist auch der Dissipationsanteil. Wird dem Kältemittel also mit anderen Worten durch den Wärmeübertrager vor der Expansion des Fluids Energie in Form von Wärme entzogen, so ist auch die bei der Expansion verrichtete Expansionsarbeit kleiner. Da damit einhergehend auch die durch Expansion auftretende Dissipation betragsmäßig kleiner wird, treten weniger thermische Verluste auf, weshalb der Wirkungsgrad der Kältemaschine verbessert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Wärmezuführeinrichtung wenigstens ein Wärmeübertragungsmodul, insbesondere wenigstens einen Wärmeübertrager und/oder wenigstens ein elektrisches Heizelement auf.
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Ein solches Wärmeübertragungsmodul, welches sowohl als Wärmeübertrager, als auch als elektrisches Heizelement, insbesondere als PTC-Element, oder eine andere Heizvorrichtung ausgestaltet sein kann, wird über eine externe Quelle mit Energie versorgt. Im Falle eines Kaltstarts der Kältemaschine, ist die Temperatur des Kältemittels vor dessen Verdichtung noch nicht groß genug, als dass ein zumindest teilweiser Phasenwechsel des Kältemittels bei dessen Verdichtung unterbunden werden könnte. Durch Zuführen von Wärme durch das Wärmeübertragungsmodul, kann das Kältemittel vor dem Eintritt in die Verdichtungseinrichtung auch bei einem Kaltstart der Kältemaschine vorkonditioniert werden, sodass das Kältemittel sowohl vor, als auch nach dessen Verdichtung in der Gasphase vorliegt. Besonders effektiv wird dieser Phasenwechsel unterbunden, wenn die Wärmeübertragung durch dieses Wärmeübertragungsmodul zeitlich versetzt kurz vor dem Beginn der Verdichtung durch die Verdichtungseinrichtung, welche als Kompressor ausgeführt sein kann, erfolgt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die Kältemaschine ein Expansionsventil, mittels welchem der Massenstrom des in die wenigstens eine Verdampfungseinrichtung einströmenden Fluids einstellbar ist.
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Mittels eines Expansionsventils ist der Massenstrom des Fluids in die Verdampfungseinrichtung einstellbar. Mit anderen Worten ist der Massenstrom des Kältemittels somit steuerbar und/oder regelbar. Besonders präzise kann der Massenstrom des Kältemittels eingestellt werden, wenn eine Massenstromregelung durch z. B. ein automatisches Expansionsventil mit Verdampferdruckregelung, oder ein elektronisch geregeltes Expansionsventil mit Schrittmotorsteuerung, oder z. B. ein thermostatisch geregeltes Expansionsventil mit Fühler am Verdampferfluidausgang oder z. B. mittels eines Kapillarrohrs geregelt wird.
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Von besonderem Vorteil ist es, dass die Kältemaschine insbesondere als Klimaanlage für Kraftfahrzeuge einsetzbar ist.
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Da der Wärmeübertrager der Wärmezuführeinrichtung vorzugsweise vollständig in den Fluidkreislauf der Kältemaschine eingebunden ist, ist das Zuführen von Wärme durch eine externe Energieversorgung des Wärmeübertragungsmoduls nur solange erforderlich, bis die übertragbare Wärme des Wärmeübertragers groß genug ist, um die Temperatur des Kältemittels soweit zu erhöhen, dass auch bei Verdichtung des Kältemittels durch den Kompressor das Kältemittel weiterhin im einphasigen, gasförmigen Zustand vorliegt. Die Energieversorgung des Wärmeübertragungsmoduls kann besonders einfach über das elektrische Bordnetz des Fahrzeugs erfolgen, sofern das Wärmeübertragungsmodul als elektrisches Heizelement ausgeführt ist. Das Wärmeübertragungsmodul kann jedoch auch als Wärmeübertrager ausgeführt sein, wobei die Wärmeübertragung durch ein ausreichend warmes Betriebsmedium des Fahrzeugs erfolgen kann. In diesem Fall muss jedoch in Kauf genommen werden, dass die Erwärmung des Kältemittels langsamer erfolgt, als bei einer elektrischen Heizung, da die Erwärmung dann von der Temperatur des am Wärmetausch beteiligten Medium des Fahrzeugs abhängt. Sind die Medien des Fahrzeugs, im Falle eines Fahrzeugkaltstarts ebenfalls kalt, so wird der Kaltstart der Kältemaschine verzögert.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Erderwärmungspotential des Fluids kleiner als 10 ist.
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Je kleiner das Erderwärmungspotential eingesetzter Kältemittel ist, desto geringer ist deren Einfluss auf den Treibhauseffekt und damit auf die Klimaerwärmung. Unter diesem Aspekt ist der Einsatz so genannter Fluorketone als Kältemittel besonders empfehlenswert. Solche Fluorketone werden üblicherweise als Isolationsgas und Feuerbekämpfungsmittel eingesetzt und weisen neben einem geringen Erderwärmungspotential von einem Wert kleiner 10 auch die für Fahrzeuganwendungen besonders günstigen Eigenschaften auf, nicht brennbar und nicht gesundheitsschädlich zu sein. Somit können solche Betriebsstoffe für Kältemaschinen innerhalb der gesetzlichen Rahmenbedingungen zukunftssicher in Kältemaschinen und insbesondere in Fahrzeugklimaanlagen eingesetzt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Kältemaschine mit einem Fluid wird dieses Fluid mittels wenigstens einer Kondensationseinrichtung kondensiert, mittels wenigstens einer Expansionseinrichtung expandiert, mittels wenigstens einer Verdampfungseinrichtung verdampft und mittels wenigstens einer Verdichtungseinrichtung verdichtet. Die Taulinie des Fluids ist zumindest in einem überwiegenden Bereich ihres Verlaufs in Richtung steigender Entropie geneigt. Die Kältemaschine umfasst wenigstens eine Wärmezuführeinrichtung, mittels welcher das Fluid in dessen Strömungsrichtung stromab der Verdampfungseinrichtung und stromauf der Verdichtungseinrichtung erwärmt wird.
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Die für die erfindungsgemäße Kältemaschine beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Figuren.
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1 verdeutlicht schematisch einen Kreisprozess in Form eines thermodynamischen Dampfkompressionskreislaufs für eine Kältemaschine bzw. für eine Klimaanlage und gibt den Stand der Technik wieder.
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2 veranschaulicht, dem Stand der Technik entsprechend, anhand eines T-s-Diagramms für das konventionelle Kältemittel R134a einen konventionell geführten Kreisprozess einer Kältemaschine.
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3 veranschaulicht ein stark überhängendes 2-Phasengebiet anhand eines T-s-Diagramms sowie den Übergang des Fluids von der einphasigen Gasphase in ein 2-Phasengebiet wenn der Kreisprozess konventionell, d.h. ohne zusätzliche Erwärmung des Fluids vor dessen Verdichtung geführt wird.
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4 veranschaulicht schematisch den erfindungsgemäßen Kreisprozess der Kältemaschine mit einer Wärmezuführeinrichtung, die einen Wärmeübertrager sowie ein Wärmeübertragungsmodul umfasst.
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5 veranschaulicht anhand eines T-s-Diagramms für ein Fluid in Form eines Kältemittels mit stark überhängendem 2-Phasengebiet die Wärmezufuhr durch einen Wärmeübertrager und/oder durch ein Wärmeübertragungsmodul sowie die anschließende Kompression des Fluids, wobei das Fluid sowohl vor als auch nach der Kompression in der einphasigen Gasphase vorliegt.
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In 1 ist schematisch der Kreisprozess einer Kältemaschine 12, die im Falle eines Kraftfahrzeugs als Klimaanlage ausgeführt ist, dargestellt. Dabei wird als Fluid, ein Kältemittel verwendet. Das Kältemittel wird in einer Strömungsrichtung 11 durch die Kältemaschine 12 gefördert. Eine Verdampfungseinrichtung, die als Verdampfer 10 ausgeführt ist, verdampft das Fluid, so dass es einen Dampfzustand 1 annimmt. In diesem Dampfzustand 1 tritt das Fluid in eine Verdichtungseinrichtung ein, die als ein Kompressor 7 ausgeführt ist. Durch den Kompressor 7 wird das Fluid auf einen Verdichtungszustand 3 verdichtet und strömt in diesem verdichteten Zustand in eine Kondensationseinrichtung, die als ein Kondensator 8 ausgeführt ist. Durch den Kondensator 8 wird das Fluid in einen kondensierten Verdichtungszustand 5 überführt, und schließlich in einer Expansionseinrichtung, die als ein Expansionsventil 9 ausgeführt ist, expandiert. Infolgedessen nimmt das Fluid einen Expansionszustand 6 an, wobei es in diesem Zustand wiederum dem Verdampfer 10 zugeführt wird. Das Fluid wird also während des Betriebs der Kältemaschine 12 kontinuierlich entsprechend der Pfeilrichtung, die die Strömungsrichtung 11 schematisch darstellt, durch die Kältemaschine 12 gefördert.
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2 veranschaulicht ein T-s-Diagramms 23, welches entsprechend der Bildebene nach rechts zu, also auf der Abszissenachse eine Entropie 14 und auf der Bildebene nach oben zu, also auf der Ordinatenachse eine Temperatur 13 darstellt. Das T-S-Diagramm 23 wird verwendet, um eine Taulinie 18, eine Siedelinie 19, sowie unterschiedliche Aggregatszustände des Fluids darzustellen. Die Taulinie 18 grenzt eine Gasphase 15 von einem 2-Phasengebiet 16 ab, wobei im 2-Phasengebiet 16 das Fluid sowohl in flüssigem, als auch in gasförmigem Zustand vorliegt. Die Siedelinie 19 grenzt das 2-Phasengebiet 16 von einer Flüssigkeitsphase 17 ab. Das dargestellte T-s-Diagramm 23 verdeutlicht in 2 ein Fluid, dessen Taulinie 18 eine negative Steigung aufweist.
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Mit anderen Worten verläuft die Taulinie 18 zumindest überwiegend entsprechend der Bildebene links von einem Achsenschnittpunkt 24, in welchem sich die Taulinie 18 mit der Abszissenachse schneidet.
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Ebenfalls in 2 schematisch dargestellt, sind verschiedene thermodynamische Zustände des Fluids, wobei dieses Fluid, diese unterschiedlichen Zustände infolge des Durchströmens des Kompressors 7, des Kondensators 8, des Expansionsventils 9, sowie des Verdampfers 10 annimmt. Ausgehend vom Dampfzustand 1 wird entsprechend der Strömungsrichtung 11 durch Verdichtung innerhalb des Kompressors 7 der Verdichtungszustand 3 des Fluids erreicht. Der Verdichtungszustand 3 befindet sich innerhalb der Gasphase 15, weshalb der Kompressor 7 keine Schäden durch Flüssigkeitsschläge in Folge eines Phasenwechsels nimmt. Die dargestellten Verbindungslinien zwischen den einzelnen Zuständen sind in 2, 3 und 5 als gerade Verbindungslinien dargestellt, können jedoch auch gekrümmt verlaufen. Ausgehend vom Verdichtungszustand 3 wird durch den Kondensator 8 der kondensierte Verdichtungszustand 5 eingestellt, welcher sich auf der Siedelinie befindet. Ausgehend von diesem kondensierten Verdichtungszustand 5 wird durch den Durchtritt des Fluids durch das Expansionsventil 9 der Expansionszustand 6 erreicht. Ausgehend von diesem Expansionszustand 6 wird durch Energiezufuhr im Verdampfer 10 wiederum der Dampfzustand 1 des Fluids erreicht. Somit ist der Kreislauf der Kältemaschine 12 geschlossen.
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3 verdeutlicht in wesentlichen Teilen die Inhalte von 2, weshalb im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Das in 3 dargestellte T-s-Diagramm 23 verdeutlicht die Verläufe der Siedelinie 19 sowie der Taulinie 18 eines Fluid mit stark überhängendem 2-Phasengebiet 16. So hängt das in 3 dargestellte 2-Phasengebiet 16 entsprechend der Bildebene in Bezug auf den Achsenschnittpunkt 24 zumindest im Wesentlichen stark nach rechts über. Mit anderen Worten liegt die Taulinie 18 bezüglich der Bildebene zumindest im Wesentlichen rechts des Achsenschnittpunkts 24. Erfolgt ausgehend vom Dampfzustand 1 entsprechend des in 1 beschriebenen, konventionellen Kreislaufs der Kältemaschine 12 eine Verdichtung des Fluids durch den Kompressor 7, so liegt der Verdichtungszustand 3 des Fluids im 2-Phasengebiet 16. Demzufolge kann es im Kompressor 7, also der Verdichtungseinrichtung, zu Schäden, wie beispielsweise Flüssigkeitsschlägen kommen.
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Um Flüssigkeitsschläge bei der Verwendung von Kältemitteln mit stark überhängendem 2-Phasengebiet zu vermeiden, empfiehlt es sich, eine Kältemaschine entsprechend der in 4 dargestellten Form zu verwenden. 4 gibt zumindest in weiten Teilen den in 1 schematisch dargestellten Aufbau wieder. Im Folgenden soll deshalb nur auf die Unterschiede eingegangen werden. So ist in 4 in Strömungsrichtung 11 nach dem Verdampfer 10 und in Strömungsrichtung vor dem Kompressor 7 eine Wärmezuführeinrichtung 22 vorgesehen, welche einen Wärmeübertrager 20 sowie ein Wärmeübertragungsmodul 21 umfasst. Dabei können die einzelnen Komponenten der Wärmezuführeinrichtung 22, also der Wärmeübertrager 20 sowie das Wärmeübertragungsmodul 21 auch in anderer Reihenfolge als der dargestellten angeordnet sein. Das Wärmeübertragungsmodul 21 dient im Wesentlichen der Fluidtemperaturerhöhung beim Starten der Kältemaschine 12. Beim Starten der Kältemaschine 12 sind die für die Wärmeübertragung mittels des Wärmeübertragers 20 benötigten Kältemitteltemperaturen noch nicht erreicht, so dass das Wärmeübertragungsmodul 21 die Wärme an das Fluid überträgt. Die übertragene Wärme reicht aus, um die Fluidtemperatur derart zu erhöhen, dass auch bei der Verdichtung des Fluids durch den Kompressor 7 kein Phasenwechsel erfolgt. Das Wärmeübertragungsmodul 21 kann jedoch auch zusätzlich zum Wärmeübertrager 20 zur Fluiderwärmung eingesetzt werden. Während der Wärmeübertrager 20 dem Fluid an einer Stelle Wärme entnimmt und an anderer Stelle wieder zufügt, ist das Wärmeübertragungsmodul 21 vorzugsweise als Heizelement mit externer Energiezufuhr ausgeführt. Alternativ kann jedoch auch der Wärmeübertrager 20 als Heizelement mit externer Energiezufuhr und das Wärmeübertragungsmodul 21 als Wärmeübertrager ausgeführt sein.
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Das in 5 dargestellte T-s-Diagramm 23 verdeutlicht, ebenso wie 3, die Verläufe der Siedelinie 19 sowie der Taulinie 18 eines Fluid mit stark überhängendem 2-Phasengebiet 16. Im Folgenden soll jedoch auf die Unterschiede eingegangen werden, wenn anstelle der in 1 schematisch dargestellten, konventionellen Kältemaschine die in 4 schematisch dargestellte Kältemaschine mit der zusätzlich vorgesehenen Wärmezuführeinrichtung 22 eingesetzt wird. Ausgehend vom Dampfzustand 1 wird mittels der Wärmezuführeinrichtung, also mittels des Wärmeübertragers 20 oder des Wärmeübertragungsmoduls 21 oder der Kombination aus beiden dem Fluid Wärme zugeführt, sodass das Fluid einen erwärmten Dampfzustand 2 annimmt. Dieser erwärmte Dampfzustand 2 liegt im Gebiet der einphasigen Gasphase 15 und somit entsprechend der Bildebene rechts von der Taulinie 18. Wird das Fluid ausgehend von dem erwärmten Dampfzustand 2 dem Kompressor 7 zugeführt, so erfolgt durch diesen eine Verdichtung des Fluids auf den erwärmten Verdichtungszustand 4. Der erwärmte Verdichtungszustand 4 liegt ebenso wie bereits der erwärmte Dampfzustand 2 innerhalb des Bereichs der einphasigen Gasphase 15. Mit anderen Worten verbleibt also das Fluid bei dessen Verdichtung durch den Kompressor 7 in der Gasphase 15 und es erfolgt kein Phasenwechsel in das 2-Phasengebiet 16. Dadurch wird vermieden, dass der Kompressor 7 Schaden z. B. in Form von Flüssigkeitsschlägen nimmt.
