DE102013204188A1 - Refrigerant circuit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkreis, der einen Verdichter (1), einen Kondensator (2), einen Außenwärmeübertrager (6) und einen ersten Verdampfer (8) umfasst, von dem aus das Kältemittel zum Verdichter (1) zurückgeführt wird, wobei eine durch ein Ventil (10) absperrbare und freigebbare Bypassleitung (3b) vorgesehen ist, die den ersten Verdampfer (8) umgeht und den Außenwärmetauscher (6) mit dem Verdichter (1) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kältemittelkreis ein zweiter Verdampfer (11) integriert ist, der zum ersten Verdampfer (8) parallel geschaltet ist.The invention relates to a refrigerant circuit comprising a compressor (1), a condenser (2), an external heat exchanger (6) and a first evaporator (8), from which the refrigerant is returned to the compressor (1), one by A bypass line (3b) that can be shut off and released is provided, which bypasses the first evaporator (8) and connects the outdoor heat exchanger (6) to the compressor (1), characterized in that a second evaporator (11) is integrated in the refrigerant circuit is connected in parallel to the first evaporator (8).
Description
Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkreis mit einem Verdichter, einem Kondensator, einem Außenwärmeübertrager und einem Verdampfer, wobei der Kältemittelkreis im Kühlbetrieb und durch Umgehen des Verdampfers durch eine Bypassleitung im Wärmepumpenbetrieb arbeiten kann.The invention relates to a refrigerant circuit with a compressor, a condenser, an external heat exchanger and an evaporator, wherein the refrigerant circuit can operate in the cooling mode and by bypassing the evaporator through a bypass line in heat pump mode.
Aus
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kältemittelkreis der eingangs angegebenen Art so auszubilden, dass er zusätzliche Funktionen übernehmen kann und der Wirkungsgrad im Wärmepumpenbetrieb erhöht wird.The object of the invention is to design a refrigerant circuit of the type specified in such a way that it can take on additional functions and the efficiency is increased in heat pump operation.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Kältemittelkreis gelöst, umfassend einen Verdichter, einen Kondensator, einen Außenwärmeübertrager und einen ersten Verdampfer, von dem aus das Kältemittel zum Verdichter zurückgeführt wird, wobei eine durch ein Ventil absperrbare Bypassleitung vorgesehen ist, die den ersten Verdampfer umgeht und den Außenwärmetauscher mit dem Verdichter verbindet, und wobei in den Kältemittelkreis ein zweiter Verdampfer integriert ist, der zum ersten Verdampfer parallel geschaltet ist.According to the invention, this object is achieved by a refrigerant circuit, comprising a compressor, a condenser, an external heat exchanger and a first evaporator, from which the refrigerant is returned to the compressor, wherein a bypassable by a valve bypass line is provided which bypasses the first evaporator and the External heat exchanger connects to the compressor, and wherein in the refrigerant circuit, a second evaporator is integrated, which is connected in parallel to the first evaporator.
Durch Vorsehen eines zweiten Verdampfers kann im Kühlmodus beispielsweise die Batterie eines mit einem Elektromotor versehenen Kraftfahrzeug durch den zweiten Verdampfer gekühlt werden, während im Wärmepumpenbetrieb, mittels des zweiten Verdampfers die Abwärme von elektrischen Komponenten des Kraftfahrzeugs wie beispielsweise Batterie, Elektromotor und dergleichen als Wärmequelle genutzt werden kann, um den Wirkungsgrad im Wärmepumpenbetrieb zu verbessern.By providing a second evaporator, in the cooling mode, for example, the battery of a motor vehicle provided with an electric motor can be cooled by the second evaporator, while in heat pump operation, by means of the second evaporator, the waste heat from electrical components of the motor vehicle such as battery, electric motor and the like are used as a heat source can improve efficiency in heat pump operation.
Der zweite Verdampfer kann mit einem Fluid in Wärmeaustausch stehen, das typischerweise Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch ist. Ein solcher mit Wasser in Wärmeaustausch stehender Verdampfer wird bei Kraftfahrzeugen als Chiller bezeichnet. Der zweite Verdampfer kann aber auch mit Luft in Wärmeaustausch stehen.The second evaporator may be in heat exchange with a fluid, which is typically water or a water-glycol mixture. Such a standing in water with heat exchanger evaporator is referred to in motor vehicles as a chiller. The second evaporator can also be in heat exchange with air.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann der zweite Verdampfer auch direkt mit einer Komponente eines Fahrzeugs, beispielsweise der Batterie eines Elektrofahrzeugs ohne Zwischenschaltung eines Fluids in Wärmeaustausch stehen.According to a further embodiment, the second evaporator may also be directly in heat exchange with a component of a vehicle, for example the battery of an electric vehicle without the interposition of a fluid.
Es kann in dem Kältemittelkreis eine zweistufige Verdichtung vorgesehen werden, wobei dem Kondensator ein Phasenseparator nachgeschaltet ist, der dampfförmiges und flüssiges Kältemittel trennt, und das dampfförmige Kältemittel im Mitteldruckbereich dem Verdichter und das flüssige Kältemittel dem Außenwärmetauscher zugeführt wird.It can be provided in the refrigerant circuit, a two-stage compression, wherein the condenser is followed by a phase separator, which separates the vapor and liquid refrigerant, and the vapor refrigerant in the medium pressure region of the compressor and the liquid refrigerant is supplied to the outdoor heat exchanger.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann der zweite Verdampfer bzw. Chiller dem Außenwärmetauscher in Reihe nachgeschaltet sein.According to a first embodiment of the invention, the second evaporator or chiller can be connected downstream of the outdoor heat exchanger in series.
Bevorzugt wird nach einer zweiten Ausführungsform der zweite Verdampfer zu dem Außenwärmetauscher parallel geschaltet.Preferably, according to a second embodiment, the second evaporator is connected in parallel to the outdoor heat exchanger.
Hierdurch wird zwar im Wärmepumpenbetrieb ein etwas geringerer Wirkungsgrad (COP) als bei der ersten Ausführungsform mit Reihenschaltung erzielt, dafür aber erhält man eine einfachere und kostengünstigere Ausgestaltung des gesamten Kältemittelkreises, weil die bei der Reihenschaltung vorzusehende komplexe Leitungsgestaltung zwischen Außenwärmetauscher und zweitem Verdampfer einschließlich der dafür erforderlichen Ventile entfällt. Insgesamt wird damit ein großer praktischer Vorteil durch einfache und kostengünstige Ausgestaltung gegenüber einer nur geringen Einbuße an Leistung gegenüber einer Reihenschaltung erreicht.As a result, although a slightly lower efficiency (COP) is achieved in the heat pump operation than in the first embodiment with series connection, but one gets a simpler and more cost-effective design of the entire refrigerant circuit, because to be provided in the series circuit complex line design between outdoor heat exchanger and the second evaporator including the required valves deleted. Overall, this is a great practical advantage achieved by simple and inexpensive design against only a small loss of performance over a series connection.
Vorteilhafterweise wird durch die Steuerung von wenigstens einem Ventil zwischen Reihenschaltung und Parallelschaltung umgeschaltet.Advantageously, the control of at least one valve switches between series connection and parallel connection.
Bei der Parallelschaltung der beiden Verdampfer wird die Kältemittelleitung stromabwärts von dem Kondensator in einen Primärkreis mit dem Außenwärmetauscher sowie in einen Sekundärkreis mit dem zweiten Verdampfer aufgeteilt, wobei die beiden Kreise zwischen Außenwärmetauscher und zweitem Verdampfer wieder zusammengeführt werden.In the parallel connection of the two evaporators, the refrigerant line is divided downstream of the condenser in a primary circuit with the outdoor heat exchanger and in a secondary circuit with the second evaporator, the two circles are combined again between the outdoor heat exchanger and the second evaporator.
Nach einer weiteren Ausgestaltung wird bei einem Primärkreis und einem Sekundärkreis von der Kältemittelleitung nach dem Kondensator eine Zweigleitung abgezweigt, die mit der Kältemittelleitung vor dem zweiten Verdampfer verbunden ist und in der ein Ventil zum Absperren und Freigeben angeordnet ist.According to a further embodiment, a branch line is branched off from the refrigerant line to the condenser in a primary circuit and a secondary circuit, which is connected to the refrigerant line before the second evaporator and in which a valve for shutting off and releasing is arranged.
Bei der Reihenschaltung von zweitem Verdampfer und Außenwärmetauscher wird zweckmäßigerweise die Verbindungsstrecke zwischen Außenwärmetauscher und zweitem Verdampfer so ausgelegt, dass das zugehörige Leitungsvolumen möglichst klein ist. Vorteilhafterweise wird das Leitungsvolumen kleiner als 30 oder 20%, vorzugsweise kleiner als 10% des nutzbaren Speichervolumens eines Akkumulators ausgelegt.In the series connection of the second evaporator and the outdoor heat exchanger, the connecting section between the outdoor heat exchanger and the second evaporator is expediently designed such that the associated line volume as small as possible. Advantageously, the line volume is less than 30 or 20%, preferably less than 10% of the usable storage volume of a rechargeable battery designed.
Bei Parallelschaltung von zweitem Verdampfer und Außenwärmetauscher wird die Verbindungsstrecke zwischen Außenwärmetauscher und Abzweigung zum zweiten Verdampfer mit einem erheblich größeren Querschnitt ausgelegt als zwischen Abzweigung zum zweiten Verdampfer und Abzweigung zum ersten Verdampfer, um einen optimalen Betrieb zu erreichen.In parallel connection of the second evaporator and the outdoor heat exchanger, the connection between the outdoor heat exchanger and branch to the second evaporator is designed with a considerably larger cross-section than between branching to the second evaporator and branching to the first evaporator in order to achieve optimum operation.
Dabei wird die Verbindungsstrecke zwischen Außenwärmetauscher und Abzweigung zum zweiten Verdampfer vorzugsweise erheblich kürzer ausgelegt als zwischen der Abzweigung zum zweiten Verdampfer und Abzweigung zum ersten Verdampfer. In this case, the connection path between the outdoor heat exchanger and the branch to the second evaporator is preferably designed to be considerably shorter than between the branch to the second evaporator and the branch to the first evaporator.
Von Vorteil ist es, wenn jedem der parallel geschalteten Verdampfer jeweils ein Expansions- bzw. Regelventil vorgeschaltet ist und den beiden Verdampfern ein Akkumulator nachgeschaltet wird, wobei eines der Ventile unabhängig von den Bedingungen des Kältemittelkreislaufs einstellbar ist, sodass der diesem Ventil nachgeschaltete Verdampfer unabhängig vom Kältemittelkreis gesteuert werden kann.It is advantageous if each of the parallel evaporators in each case an expansion or control valve is connected upstream and the two evaporators an accumulator downstream, one of the valves is independent of the conditions of the refrigerant circuit is adjustable, so that the valve downstream of this evaporator regardless Refrigerant circuit can be controlled.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Kältemittelkreis mit einem Verdichter, einem Verflüssiger und wenigstens zwei parallel geschalteten Verdampfern vorgesehen, welche durch jeweils ein separates Ventil regelbar sind, wobei wenigstens eines der Ventile unabhängig von zu regelnden Parametern des Kältemittelkreislaufs einstellbar ist und den beiden Verdampfern ein Akkumulator nachgeschaltet ist. In diesem Fall wird ein reiner Kältemittelkreis ohne Wärmepumpenfunktion gebildet.According to a development of the invention, a refrigerant circuit with a compressor, a condenser and at least two evaporators connected in parallel is provided, which are each controllable by a separate valve, wherein at least one of the valves is independent of regulated parameters of the refrigerant circuit is adjustable and the two evaporators Accumulator is connected downstream. In this case, a pure refrigerant circuit without heat pump function is formed.
Durch das unabhängig von den zu regelnden Parametern des Kältemittelkreises einstellbare Ventil kann z. B. die Wassertemperatur eines mit dem nachgeschalteten Verdampfer in Wärmeaustausch stehenden Kühlwasserkreises exakt eingestellt werden, ohne dass auf die Bedingungen des Kältemittelkreises Rücksicht genommen werden muss.Due to the independent of the parameters to be controlled of the refrigerant circuit adjustable valve z. B. the water temperature of a standing with the downstream evaporator in heat exchange cooling water circuit can be set exactly without having to take into account the conditions of the refrigerant circuit consideration.
Bei einer Ausführungsform, bei der z. B. die Batterie eines Elektrofahrzeugs direkt durch das Kältemittel gekühlt wird und zusätzlich ein Chiller zur Abwärmenutzung eingesetzt wird, kann zusätzlich zu den beiden parallel geschalteten Verdampfern auch ein weiterer Verdampfer vorgesehen sein, der parallel zu den beiden Verdampfern geschaltet ist.In an embodiment in which z. B. the battery of an electric vehicle is cooled directly by the refrigerant and in addition a chiller is used for waste heat recovery, in addition to the two parallel evaporators also another evaporator may be provided, which is connected in parallel to the two evaporators.
Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail for example with reference to the drawing. Show it
In den folgenden
Im Wärmepumpenbetrieb bildet der Kondensator
Beim Kühlbetrieb des Kältemittelkreises wird der Phasenseparator
Insoweit ist der Aufbau des Kältemittelkreises nach
Erfindungsgemäß wird in dem Kältemittelkreis der
Wenn der Außenwärmetauscher
Vorteilhafterweise wird der Chiller
In diesem als sekundärem Kältemittelkreis bezeichneten Teilkreis verzweigt sich die vom Kondensator
In dem Teilkreis
Durch diese Parallelschaltung des Chillers
Auch bei dieser Parallelschaltung der
In
Ein weiterer Vorteil der Parallelschaltung nach
Der Druckverlust am Auslass des Außenwärmetauschers
Durch ein dem Chiller
Das Expansionsventil
Durch die Parallelschaltung nach
In
Es ist aber auch möglich, die Bypassleitung
Der Chiller
Auf der Austrittsseite des Kondensators
In der Schaltung nach
Es ist darauf hinzuweisen, dass der HP-Modus in
Das Regel- bzw. Expansionsventil
Der Akkumulator
Das Regelventil
Es ist allerdings auch möglich, dass durch das Ventil
Durch die Parallelschaltung von Verdampfer/Außenwärmeübertrager
Dieses Verfahren kann auch im A/C Betrieb mit parallel geschalteten Verdampfern
Der Vorteil dieser Schaltung nach
In der Schaltung nach
Auch bei dieser Schaltung in
Es ist darauf hinzuweisen, dass auch bei dieser Schaltung nach
Das Regel- bzw. Expansionsventil
Der Akkumulator
Durch die Reihenschaltung von Verdampfer/Außenwärmeübertrager
Der Vorteil der Schaltung in
Wenn der Kältemittelkreis nach
In der Schaltung nach
Das Regel- bzw. Expansionsventil
Der Akkumulator
Es wird somit der Ein- und Austrittszustand des Kältemittels an den Verdampfern
Bei diesem Kühlbetrieb des Kältemittelkreises nach
Es ist aber auch möglich, dass mittels des Ventils
Der Vorteil der Schaltung nach
Das Expansions- bzw. Regelventil
Bei diesem Kältemittelkreis ist eine unabhängige Regelung der beiden Massenströme möglich, wobei z. B. das eine Ventil
Es ist auch möglich, mittels des Ventils
Der Kältemittelkreis nach
Die Einstellung eines der beiden Ventile
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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