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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung, vorzugsweise in einem Fahrzeug, mit einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, einem Kältekreis sowie einer Frischluftanlage. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine solche Anordnung.
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Aufgeladene Brennkraftmaschinen finden vorwiegend in Fahrzeugen Anwendung. Zum Aufladen der Brennkraftmaschine kommt in einer Frischluftanlage zum Zuführen von Frischluft zur Brennkraftmaschine ein Verdichter zum Einsatz, der die der Brennkraftmaschine zuzuführende Luft verdichtet und somit Ladeluft erzeugt. Zur Effizienzsteigerung der Brennkraftmaschine ist es bekannt, die Ladeluft zu kühlen. Es ist vorstellbar, zur Kühlung der Ladeluft einen Kältekreis einzusetzen, in dem ein Medium zirkuliert. Dabei dient der Kältekreis auch der Kühlung eines Fluids, wobei die Kühlung des Fluids der primäre Zweck des Kältekreises sein kann. Hierzu weist der Kältekreis zwei Verdampfer auf, wobei ein erster Verdampfer der Kühlung des Fluids dient, während der zweite Verdampfer der Kühlung der Ladeluft dient. Prinzipiell ist es vorstellbar, die Anordnung in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen zu betreiben, nämlich in einem Einzel-Betriebszustand, in dem primär eine Kühlung des Fluids erfolgt und einem Regel-Betriebszustand, in dem sowohl das Fluid als auch die Ladeluft gekühlt werden.
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Hierbei kann beim Umschalten vom Einzel-Betriebszustand in den Regel-Betriebszustand der Fall eintreten, bei dem die Kühlung der Ladeluft eine übermäßige Kälteleistung des Kältekreises erfordert. Damit geht gewöhnlich ein Temperatursprung des Kältemittels und/oder des ersten Verdampfers einher, wodurch ein entsprechender Temperatursprung des vom ersten Verdampfer gekühlten Fluids entsteht. Der Temperatursprung des Fluids kann ferner zu einer Erhöhung der Feuchtigkeit im Fluid führen. Dabei ist es wünschenswert, einen solchen Temperatursprung und/oder eine solche Erhöhung der Feuchtigkeit im Fluid zu vermeiden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung der Eingangs genannten Art sowie für eine solche Anordnung, verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, die sich insbesondere durch eine gleichmäßigere Kühlung des Fluids auszeichnen.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, bei einer Anordnung mit einem Kältekreis, über den ein Fluid und einer Brennkraftmaschine zuzuführende Ladeluft gekühlt werden und die zwischen einem Einzel-Betriebszustand, in dem primär eine Kühlung des Fluids und einem Regel-Betriebszustand, in dem eine Kühlung des Fluids und der Ladeluft erfolgt, wobei die Kühlung der Ladeluft über einen Verdampfer des Kältekreises erfolgt, einen Temperatursprung des Fluids beim Umschalten vom Einzel-Betriebszustand in den Regel-Betriebszustand mittels einer geeigneten Strömung durch den Verdampfer zum Kühlen der Ladeluft zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Hierdurch wird eine gleichmäßigere Kühlung des Fluids erreicht, mit der auch eine gleichmäßige Feuchtigkeit im Fluid realisierbar ist. Dem Erfindungsgedanken entsprechend, weist der Kältekreis zwei Verdampfer, nämlich einen ersten Verdampfer und einen zweiten Verdampfer auf. Dabei dient der erste Verdampfer den Zweck, das Fluid zu kühlen, während der zweite Verdampfer der Kühlung der Ladeluft dient. D.h., dass der Temperatursprung des Fluids mittels einer geeigneten Strömung durch den zweiten Verdampfer realisiert wird. Hierbei wird der zweite Verdampfer zum Zwecke der Kühlung der Ladeluft von einem zweiten Medium durchströmt. Die Erzeugung der Ladeluft erfolgt über einen Verdichter, der in einer Frischluftanlage zum Zuführen von Frischluft zur Brennkraftmaschine angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Anordnung beim Umschalten vom Einzel-Betriebszustand in den Regel-Betriebszustand zunächst in einem Zwischen-Betriebszustand betrieben wird, in dem der Volumenstrom wenigstens einer der Medien, d.h. des ersten Mediums und/oder des zweiten Mediums, durch den zweiten Verdampfer im Vergleich zum Regel-Betriebszustand reduziert ist. Der reduzierte Volumenstrom des ersten Mediums durch den zweiten Verdampfer führt zu einem entsprechend reduzierten Temperaturanstieg des ersten Mediums, so dass die Kühlung des Fluids durch den ersten Verdampfer lediglich geringfügig beeinflusst wird, derart, dass ein Temperaturanstieg des ersten Fluids vermieden wird oder zumindest reduziert wird.
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Entsprechendes gilt für den reduzierten Volumenstrom des zweiten Mediums im Zwischen-Betriebszustand. Auch hierdurch wird eine reduzierte Kälteaufnahme des zweiten Verdampfers vom Kältekreis bzw. eine reduzierte Wärmeabgabe des zweiten Verdampfers an den Kältekreis, insbesondere an das erste Medium erreicht, wodurch der Temperaturanstieg des ersten Verdampfers und somit des ersten Fluids vermieden bzw. reduziert wird.
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Der Zwischen-Betriebszustand wird vorzugsweise so lange aufrechterhalten, bis ein Temperaturanstieg des Fluids beim Umschalten in den Regel-Betriebszustand vermieden ist und/oder bis ein solcher Temperaturanstieg einen vorgegebenen Wert nicht übersteigt.
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Die Anordnung kann prinzipiell in einer beliebigen Anwendung zum Einsatz kommen. Zu denken ist etwa der Einsatz der Anordnung in einem Fahrzeug. Hierbei kann der Kältekreis Teil einer Klimaanlage zur Kühlung von Klimaanlagenluft sein, mit der ein Innenraum des Fahrzeugs gekühlt wird. In einem solchen Fall ist das Fluid also die Klimaanlagenluft.
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Wird über den ersten Verdampfer die Klimaanlagenluft gekühlt, so führt die erfindungsgemäße Idee dazu, dass ein entsprechender Anstieg der Temperatur der Klimaanlagenluft beim Umschalten vom Einzel-Betriebszustand in den Regel-Betriebszustand vermieden wird. Dementsprechend wird das Komfortgefühl der Insassen erhöht. Darüber hinaus wird vermieden, dass die Feuchtigkeit in der Klimaanlagenluft erhöht wird bzw. wird eine solche Erhöhung reduziert. Auch hierdurch wird also das Komfortgefühl erhöht. Da mit der Erhöhung der Feuchtigkeit in der Klimaanlagenluft entsprechende Geruchsentwicklungen einhergehen können, die üblicherweise als unangenehm empfunden werden, wird auch eine solche Geruchsentwicklung vermieden oder zumindest reduziert.
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Das erste Medium, das im Kältekreis zirkuliert, kann beliebig ausgestaltet sein, sofern hierdurch eine Kühlung der Ladeluft bzw. des zweiten Mediums und des Fluids möglich sind. Das erste Medium ist also beispielsweise ein Kältemittel, das im Kältekreis zirkuliert.
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Der Kältekreis kann zur Realisierung der Kühlung des Fluids und/oder der Ladeluft auch andere Komponenten aufweisen. Hierzu zählen beispielsweise ein Kondensator sowie ein Kompressor.
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Während im Regel-Betriebszustand sowohl das Fluid als auch die Ladeluft gekühlt werden, erfolgt im Einzel-Betriebszustand primär eine Kühlung des Fluids.
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D.h., dass im Einzel-Betriebszustand vorzugsweise ausschließlich das Fluid gekühlt wird. D.h. jedoch nicht zwingend, dass eine Strömung durch den zweiten Verdampfer im Einzel-Betriebszustand durchgehend unterbrochen ist.
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Zur Steuerung der jeweiligen Strömung, insbesondere des Volumenstroms durch den zweiten Verdampfer, kann die Anordnung eine Steuereinrichtung aufweisen, welche die Anordnung entsprechend betreibt.
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Zum Ändern des Volumenstroms durch den jeweiligen Verdampfer kann die Anordnung wenigstens eine Ventileinrichtung aufweisen. Hierbei kann die jeweilige Ventileinrichtung beliebig ausgestaltet sein. Zu denken ist beispielsweise an ein thermisches Expansionsventil. Dabei kann zumindest einem der Verdampfer eine solche Ventileinrichtung vorgeschaltet sein.
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Bevorzugt sind Varianten, bei denen dem jeweiligen Verdampfer im Kältekreis eine solche Ventileinrichtung vorgeschaltet ist. Dabei ist die jeweilige Ventileinrichtung vorteilhaft mit der Steuereinrichtung verbunden, so dass die Steuereinrichtung die jeweilige Ventileinrichtung zum Betreiben der Anordnung steuern kann.
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Die Kühlung der Ladeluft über den zweiten Verdampfer kann auf beliebige Weise erfolgen. Vorstellbar ist es beispielsweise, dass die Ladeluft den zweiten Verdampfer als zweites Medium durchströmt. D.h., dass die Ladeluft vom zweiten Verdampfer direkt gekühlt wird. Bei einer solchen direkten Kühlung ist es also möglich, den Volumenstrom der Ladeluft als zweites Medium im Zwischen-Betriebszustand im Vergleich zum Regel-Betriebszustand zu reduzieren.
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Es ist auch vorstellbar, die Ladeluft über den zweiten Verdampfer indirekt zu kühlen. Hierzu kommt vorzugsweise ein Zwischenmedium als zweites Medium zum Einsatz, das durch den zweiten Verdampfer strömt und mit dem in einem Ladeluftkühler der Frischluftanlage die Ladeluft gekühlt wird. D.h., dass im Zwischen-Betriebszustand der Volumenstrom des Zwischenmediums durch den zweiten Verdampfer im Vergleich zum Regel-Betriebszustand reduziert sein kann.
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Die indirekte Kühlung der Ladeluft über das Zwischenmedium ist vorteilhaft über einen Zwischenkreis der Anordnung realisiert, in dem das Zwischenmedium zirkuliert und in dem der zweite Verdampfer und ein Ladeluftkühler der Frischluftanlage wärmeübertragend eingebunden sind. Dabei ist der Zwischenkreis fluidisch vom Kältekreis und von der Frischluftanlage getrennt.
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Im Zwischenkreis kann zum Antreiben des Zwischenmediums eine Zwischenkreispumpe bzw. ein Zwischenkreiskompressor vorgesehen sein. Dabei kann die Zwischenkreispumpe vorteilhaft dazu eingesetzt werden, den Volumenstrom des Zwischenmediums als zweites Medium durch den zweiten Verdampfer im Zwischen-Betriebszustand im Vergleich zum Regel-Betriebszustand zu reduzieren.
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Bei bevorzugten Varianten wird der Volumenstrom wenigstens eines der Medien im Zwischen-Betriebszustand variiert. Eine solche Variation kann auf beliebige Weise vorliegen. Insbesondere ist es vorstellbar, den Volumenstrom wenigstens eines der Medien im Zwischen-Betriebszustand zyklisch zu variieren.
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Die Variation des Volumenstroms von zumindest einem der Medien durch den zweiten Verdampfer führt dazu, dass die Aufnahme von Kälteleistung bzw. die Abgabe von Wärme durch den zweiten Verdampfer an den Kältekreis, insbesondere auf das Kältemittel, in kleineren Schritten erfolgt. Dementsprechend kann eine Kühlung des ersten Mediums im Regel-Betriebszustand besser erfolgen. Insbesondere ist es hierdurch möglich, die Anordnung im Zwischen-Betriebszustand derart zu betreiben, dass eine oder zumindest eine reduzierte Beeinträchtigung der Kühlung des Fluids erfolgt. Hierbei ist es insbesondere möglich, dass der Volumenstrom wenigstens eines der Medien im Zwischen-Betriebszustand unterbrochen wird. Beim Unterbrechen des Volumenstroms wenigstens eines der Medien findet insbesondere ein reduzierter Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Verdampfer und dem ersten Medium statt, so dass ein entsprechender Anstieg der Temperatur des Fluids reduziert ist. Dabei kann der Volumenstrom wenigstens eines der Medien insbesondere dann unterbrochen werden, wenn die Temperatur des ersten Mediums und/oder des Fluids und/oder die entsprechenden Temperaturgradienten vorgegebene Werte übersteigen.
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Zur Variation der Volumenströme durch den zweiten Verdampfer kommen vorzugsweise wenigstens eine solche Ventileinrichtung und/oder die Zwischenkreispumpe zum Einsatz. Zu denken ist beispielsweise an die Möglichkeit, die wenigstens eine Ventileinrichtung und/oder die Zwischenkreispumpe stufenlos oder gestuft einstellbar sind.
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Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen und nachfolgend zu erläuternden Maßnahmen kann ein Fluidvolumenstrom des Fluids durch den ersten Verdampfer im Zwischen-Betriebszustand im Vergleich zum Regel-Betriebszustand und/oder im Vergleich zum Einzel-Betriebszustand reduziert werden, um einen entsprechenden Temperaturanstieg des Fluids zu vermeiden.
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Selbstverständlich kann die Frischluftanlage zumindest einen weiteren Ladeluftkühler aufweisen, der zum Kühlen der Ladeluft zum Einsatz kommt. Vorstellbar ist es beispielsweise, dass in der Frischluftanlage ein Ladeluftkühler eines Ladeluftkühlerkreises angeordnet ist, in dem ein Kühlmittel zirkuliert und der fluidisch vom Kältekreis bzw. vom Zwischenkreis getrennt ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen,
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1 und 2 jeweils eine schematische, stark vereinfachte und schaltplanartige Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Anordnung, bei unterschiedlichen Ausführungsbeispielen.
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1 zeigt eine Anordnung 1 in einem Fahrzeug 2. Die Anordnung 1 weist eine Brennkraftmaschine 3 auf, die dem Antrieb des Fahrzeugs 2 dienen kann. Die Anordnung 1 weist ferner einen Kältekreis 4 sowie eine Frischluftanlage 5 auf. Mittels der Frischluftanlage 5 wird der Brennkraftmaschine 3 Frischluft zugeführt. Hierbei wird die Frischluft zuvor aufgeladen. Hierzu ist in der Frischluftanlage 5 ein Verdichter 6 angeordnet, welcher die Frischluft verdichtet und somit Ladeluft zur Verfügung stellt. Die Brennkraftmaschine 3 ist also aufgeladen. Der Verdichter 6 ist im gezeigten Beispiel von einer Turbine 7 eines ansonsten nicht gezeigten Abgasturboladers angetrieben, die in einer Abgasanlage 8 zum Abführen von Abgas von der Brennkraftmaschine 3 angeordnet ist.
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Im Kältekreis 4 zirkuliert ein erstes Medium 9 das von einem Kältekreiskompressor 10 angetrieben wird. Der Kältekreis 4 weist ferner einen Kältekreiskondensator 11 zum Kondensieren des ersten Mediums 9 auf, der im Kältekreis 4 stromab des Kältekreiskompressors 10 angeordnet ist. Der Kältekreis 4 weist außerdem zwei Verdampfer 12, 13 auf, die im Kältekreis 4 stromauf des Kältekreiskompressors 10 und stromab des Kältekreiskondensators 11 angeordnet sind. Dabei ist dem jeweiligen Verdampfer 12, 13 im Kältekreis 4 eine Ventileinrichtung 14 vorgeschaltet, wobei die jeweilige Ventileinrichtung 14 als ein thermisches Expansionsventil 32 ausgestaltet sein kann. Mittels des ersten Mediums 9, das auch als Kältemittel 15 bezeichnet werden kann, werden die Verdampfer 12, 13 gekühlt. Dabei erfolgt über einen der Verdampfer 12, der nachfolgend als erster Verdampfer 12 bezeichnet wird, die Kühlung eines Fluids 16. Im gezeigten Beispiel wird über den ersten Verdampfer 12 als Fluid 16 die Klimaanlagenluft 16' einer im Übrigen nicht gezeigten Klimaanlage gekühlt, mit der ein Innenraum 17 des Fahrzeugs 2 gekühlt wird.
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Der andere Verdampfer 13, der nachfolgend als zweiter Verdampfer 13 bezeichnet wird, dient der Kühlung von der Brennkraftmaschine 3 zuzuführenden Ladeluft über den Kältekreis 4. Hierzu ist der zweite Verdampfer 13 von einem zweiten Medium 18 durchströmbar. Beim in 1 gezeigten Beispiel erfolgt die Kühlung der Ladeluft über den zweiten Verdampfer 13 direkt. D.h., dass die Ladeluft zur Kühlung durch den zweiten Verdampfer 13 strömt. Beim zweiten Medium 18 handelt es sich also um die zu kühlende Ladeluft. Hierzu ist der zweite Verdampfer 13 in der Frischluftanlage 5 eingebunden und kann daher als Ladeluftkühler 19 der Frischluftanlage 5 bezeichnet werden. Die Frischluftanlage 5 weist einen Kühlerbypass 20 auf, über den das zweite Medium 18, insbesondere die Ladeluft, wenigstens teilweise am zweiten Verdampfer 13 vorbeigeführt werden kann. Dabei ist in der Frischluftanlage 5 eine Kühlerventileinrichtung 21 vorgesehen, die eine Freigabe des Kühlerbypasses 20 erlaubt, derart, dass das zweite Medium 18 in beliebigen Anteilen am zweiten Verdampfer 13 vorbeigeführt werden kann.
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Im gezeigten Beispiel ist zur Kühlung des zweiten Mediums 18 bzw. der Ladeluft zusätzlich ein Ladeluftkühlkreis 22 vorgesehen, in dem ein Kühlmittel 23 zirkuliert und der einen Kühlkreiskompressor 24 zum Antreiben des Kühlmittels 23 sowie einen Kühlmittelkühler 25 zum Kühlen des Kühlmittels 23 aufweist, wobei der Kühlmittelkühler 23 als ein Kondensator bzw. als ein Wärmetauscher ausgestaltet sein kann. Zum Kühlen des zweiten Mediums 18, insbesondere der Ladeluft, weist der Ladeluftkühlkreis 22 einen Ladeluftkühler 26 auf, der nachfolgend als zweiter Ladeluftkühler 26 bezeichnet wird, wogegen der als Ladeluftkühler 19 ausgestaltete zweite Verdampfer 13 als erster Ladeluftkühler 19 bezeichnet wird. Der zweite Ladeluftkühler 26 ist in der Frischluftanlage 5 stromauf des zweiten Verdampfers 13 bzw. des ersten Ladeluftkühlers 19 angeordnet und wird von der Ladeluft durchströmt.
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Die Ventileinrichtungen 14, 21 sind stufenlos oder in Stufen einstellbar. Dabei sind die Ventileinrichtungen 14, 21 auf geeigneter Weise, beispielsweise über elektrische Kabel 27, mit einer Steuereinrichtung 28 der Anordnung 1 verbunden, welche die Ventileinrichtungen 14, 21 ansteuern und die Anordnung 1 betreiben kann.
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2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Anordnung 1. Dabei wird die Ladeluft im Gegensatz zum in 1 gezeigten Beispiel über den zweiten Verdampfer 13 indirekt gekühlt. Hierzu weist die Anordnung 1 einen Zwischenkreis 29 auf, in dem der zweite Verdampfer 13 des Kältekreises 4 sowie ein Ladeluftkühler 19, der nachfolgend als erster Ladeluftkühler 19 bezeichnet wird, eingebunden sind. Durch den zweiten Verdampfer 13 strömt ein Zwischenmedium 30 als zweites Medium 18, das im Zwischenkreis 19 zirkuliert. Dabei ist der Zwischenkreis 29 fluidisch vom Kältekreis 4 und von der Frischluftanlage 5 getrennt. Der zweite Verdampfer 13 und der erste Ladeluftkühler 19 sind über das Zwischenmedium 30 als zweites Medium 18 wärmeübertragend miteinander verbunden. Dabei ist der erste Ladeluftkühler 19 in der Frischluftanlage 5 eingebunden und wird von dem Zwischenmedium 30 zur Kühlung der Ladeluft durchströmt. D.h., dass die Ladeluft vom Kältekreis 4 über den Zwischenkreis 29 und somit indirekt gekühlt wird. Durch das Versehen der Anordnung 1 mit dem Zwischenkreis 29 ist eine gänzliche fluidische Trennung zwischen dem Kältekreis 4 und der Frischluftanlage 5 realisiert. Es kann also insbesondere kein erstes Medium 9 bzw. Kältemittel 15 in die Frischluftanlage 5 gelangen. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist in der Frischluftanlage 5 ferner kein solcher Kühlerbypass 20 dargestellt, über den der erste Ladeluftkühler 19 umgangen werden kann. Selbstverständlich kann ein solcher Kühlerbypass 20 zum Umgehen des ersten Ladeluftkühlers 19 auch in diesem Beispiel vorgesehen sein. In 2 ist ferner zu erkennen, dass im Zwischenkreis 29 eine Zwischenkreispumpe 31 bzw. ein Zwischenkreiskompressor 31' zum Antreiben des Zwischenmediums 30 im Zwischenkreis 29 vorgesehen ist. Dabei ist die Zwischenkreispumpe 31 auf geeigneter Weise, beispielsweise durch elektrische Kabel 27, mit der Steuereinrichtung 28 verbunden, derart, dass die Steuereinrichtung 28 die Zwischenkreispumpe 31 steuert, um die Anordnung 1 zu betreiben.
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In einem Regel-Betriebszustand der Anordnung 1 wird das Fluid 16, insbesondere die Klimaanlagenluft 16' über den ersten Verdampfer 12 gekühlt, während die Ladeluft, entweder direkt oder indirekt, über den zweiten Verdampfer 13 gekühlt wird. In bestimmten Fällen, beispielsweise wenn eine Kühlung der Ladeluft über den zweiten Verdampfer 13 des Kältekreises 4 nicht erwünscht oder notwendig ist, oder wenn eine Kühlung des Fluids 16, insbesondere der Klimaanlagenluft 16' dringender ist, wird die Anordnung 1 in einem Einzel-Betriebszustand betrieben, in dem zumindest vorwiegend eine Kühlung des Fluids 16 erfolgt. Zu denken ist hierbei beispielsweise an Situationen, in denen die Anordnung 1, beispielsweise das Fahrzeug 2 gestartet wird und zunächst eine schnelle Kühlung des Innenraums 17 erwünscht ist und/oder eine Kühlung der Ladeluft über den Kältekreis 4 nicht notwendig ist. Im Einzel-Betriebszustand wird über den Kältekreis 4 also primär, insbesondere ausschließlich, das Fluid 16 gekühlt. In einem solchen Einzel-Betriebszustand kann die Kühlung der Ladeluft dabei über den Ladeluftkühlkreis 22 bzw. den zweiten Ladeluftkühler 26 erfolgen.
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Im Einzelbetriebszustand ist insbesondere die dem ersten Verdampfer 12 vorgeschaltete Ventileinrichtung 14', die nachfolgend als erste Ventileinrichtung 14' bezeichnet wird, geöffnet, während die dem zweiten Verdampfer 13 vorgeschaltete Ventileinrichtung 14'', die nachfolgend als zweite Ventileinrichtung 14'' bezeichnet wird, geschlossen ist. Das erste Medium 9 bzw. das Kältemittel 15 strömen durch den ersten Verdampfer 12 und nicht durch den zweiten Verdampfer 13, so dass die Kälteleistung des Kältekreises 4 quasi ausschließlich zur Kühlung des Fluids 16 bzw. der Klimaanlagenluft 16' zur Verfügung steht. Im Regel-Betriebszustand sind sowohl die erste Ventileinrichtung 14' als auch die zweite Ventileinrichtung 14'' wenigstens teilweise geöffnet, so dass der erste Verdampfer 12 und der zweite Verdampfer 13 vom ersten Medium 9 bzw. vom Kältemittel 15 durchströmt werden. In der Folge werden die Ladeluft und das Fluid 16, insbesondere die Klimaanlagenluft 16' gekühlt.
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Wird die Anordnung 1 nach dem Einzel-Betriebszustand in den Regel-Betriebszustand umgeschaltet, so fällt am zweiten Verdampfer 13 zur Kühlung der Ladeluft ein starker Bedarf an Kühlleistung durch den Kältekreis 4 an, so dass am ersten Verdampfer 12 entsprechend weniger Kühlleistung zur Verfügung stünde. Damit wäre ein starker Temperaturanstieg des Fluids 16 und/oder ein starker Anstieg der Feuchtigkeit im Fluid 16 die Folge. Insbesondere im Falle der Klimaanlagenluft 16' als Fluid 16 würden hierdurch Komforteinbußen der Insassen des Fahrzeugs im Innenraum 17 folgen.
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Um beim Umschalten vom Einzelbetriebszustand in den Regel-Betriebszustand einen solchen Temperaturanstieg bzw. einen solchen Temperatursprung des durch den zweiten Verdampfer 13 gekühlte Fluid 16, insbesondere der Klimaanlagenluft 16' zu vermeiden, wird die Anordnung 1 zunächst in einem Zwischen-Betriebszustand betrieben.
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Im Zwischen-Betriebszustand wird der zweite Verdampfer 13 mit einem Volumenstrom zumindest eines der Medien 9, 18 durchströmt, der im Vergleich zum Regel-Betriebszustand reduziert ist. In der Folge erfolgt eine reduzierte Kälteleistungsaufnahme durch den zweiten Verdampfer 13, die zu einem entsprechend reduzierten Kälteleistungsabfall am ersten Verdampfer 12 führt. Hierdurch wird der Temperaturanstieg des durch den ersten Verdampfer 12 gekühlten Fluids 16 vermieden oder zumindest reduziert. Der Zwischen-Betriebszustand wird vorzugsweise so lange aufrecht erhalten, bis der Kältekreis 4 eine ausreichende Kühlleistung für den ersten Verdampfer 12 und den zweiten Verdampfer 13 zur Verfügung stellt, die insbesondere keinen Temperatursprung im vom ersten Verdampfer 12 gekühlten Fluid 16 zur Folge hat. Der Zwischen-Betriebszustand kann insbesondere so lange aufrechterhalten werden, bis ein zeitlicher Temperaturgradient der Temperatur des vom ersten Verdampfer 12 gekühlten Fluids 16 einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
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Zum Betätigen und/oder zum Einstellen der jeweiligen Ventileinrichtung 14 sowie der Zwischenkreispumpe 31 kommt die Steuereinrichtung 28 zum Einsatz. Hierbei ist es durch die Steuereinrichtung 28 möglich, die entsprechenden Strömungen zu regeln und insbesondere zwischen den jeweiligen Zuständen umzuschalten. Hierbei sind die Ventileinrichtungen 14 stufenlos oder gestuft einstellbar, so dass sie eine beliebige Aufteilung des Anteils des ersten Mediums 9 durch den ersten Verdampfer 12 bzw. den zweiten Verdampfer 13 erlauben. D.h., dass mit Hilfe der Steuereinrichtung 28 bzw. der Ventileinrichtungen 14 der Volumenstrom des ersten Mediums 9 bzw. des Kältemittels 15 durch den zweiten Verdampfer 13 beliebig variiert werden kann.
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Dabei wird im Zwischen-Betriebszustand der Volumenstrom des ersten Mediums 9 bzw. des Kältemittels 15 durch den zweiten Verdampfer 13 im Vergleich zum Regel-Betriebszustand reduziert.
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Alternativ oder zusätzlich wird der Volumenstrom des zweiten Mediums 18 durch den zweiten Verdampfer 13 im Zwischen-Betriebszustand im Vergleich zum Regel-Betriebszustand reduziert. D.h., dass der Volumenstrom des Zwischenmediums 30 im Fall der indirekten Kühlung der Ladeluft bzw. der Volumenstrom der Ladeluft als zweites Medium 18 im Falle der direkten Kühlung der Ladeluft im Vergleich zum Regel-Betriebszustand reduziert werden. Hierzu kommen im Fall der direkten Kühlung, die in 1 dargestellt ist, der Kühlerbypass 20 bzw. die Kühlerventileinrichtung 21 zum Einsatz, mit denen die Ladeluft zumindest anteilig am zweiten Verdampfer 13 der als erster Ladeluftkühler 19 ausgestaltet ist, vorbeigeführt werden kann. Im Fall der indirekten Kühlung, die in 2 gezeigt ist, kommt hierzu die Zwischenkreispumpe 31 zum Einsatz. Hier kann der Volumenstrom des Zwischenmediums 30 als zweites Medium 18 durch eine entsprechende Ansteuerung der Zwischenkreispumpe 31 im Vergleich zum Regel-Betriebszustand reduziert werden.
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Zudem ist es möglich, einen Volumenstrom des Fluids 16 durch den ersten Verdampfer 12, der nachfolgend als Fluidvolumenstrom bezeichnet wird, im Zwischen-Betriebszustand im Vergleich zum Regel-Betriebszustand und/oder im Vergleich zum Einzel-Betriebszustand zu reduzieren, um somit einen Temperaturanstieg bzw. Temperatursprung des durch den ersten Verdampfer 12 gekühlten Fluids zu vermeiden bzw. zu reduzieren.
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Die Ventileinrichtungen 14, 21, können auf beliebige Weise ausgestaltet sein. Die Ventileinrichtungen 14, 21 können insbesondere beliebige Arten von Ventilen aufweisen. Vorstellbar ist es beispielsweise, die den Verdampfern 12, 13 vorgeschalteten Ventileinrichtungen 14 mit einem thermischen Expansionsventil 32 zu versehen.
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Mit Hilfe der Steuereinrichtung 28 kann der Volumenstrom zumindest eines der Medien 9, 18 durch den zweiten Verdampfer 13 im Zwischen-Betriebszustand variiert werden. Insbesondere ist eine zyklische Variation des jeweiligen Volumenstroms vorstellbar. Auch ist es vorstellbar, den Volumenstrom zumindest eines der Medien 9, 18 im Zwischen-Betriebszustand zu unterbrechen.
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Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung des Temperatursprungs des vom ersten Verdampfer 12 gekühlten Fluids 16 beim Umschalten vom Einzel-Betriebszustand in den Regelbetriebszustand besteht darin, dass der zweite Verdampfer 13 im Einzel-Betriebszustand zumindest zeitweise von wenigstens einem der Medien 9, 18 durchströmt wird, um eine Kühlung des zweiten Verdampfers 13 zu erreichen bzw. einen übermäßigen Temperaturanstieg des zweiten Verdampfers 13 zu vermeiden.
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Hierdurch wird beim Umschalten vom Einzel-Betriebszustand in den Regel-Betriebszustand eine niedrigere Kälteleistung durch den zweiten Verdampfer 13 zur Kühlung der Ladeluft benötigt, so dass der Temperaturanstieg des vom ersten Verdampfer 12 gekühlten Fluids 16 entsprechend kleiner ausfällt oder vermieden wird.
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Im Fall der in 1 gezeigten direkten Kühlung der Ladeluft, ist es dabei vorstellbar, die Ladeluft, welche im Regel-Betriebszustand vom zweiten Verdampfer 13 bzw. ersten Ladeluftkühler 19 gekühlt wird, zur Kühlung des zweiten Verdampfers 13 im Einzel-Betriebszustand einzusetzen. Hierzu ist es notwendig, dass die Ladeluft stromauf des zweiten Verdampfers 13 eine niedrigere Temperatur aufweist als der zweite Verdampfer 13. Dies kann beispielsweise durch den zweiten Ladeluftkühler 26 gewährleistet werden. Zum lediglich zeitweisen Kühlen des zweiten Verdampfers 13 durch die Ladeluft kommt der Kühlerbypass 20 zum Einsatz, durch den die Ladeluft um den zweiten Verdampfer 13 umgeführt werden kann. Dabei erlaubt die Kühlerventileinrichtung 21 eine beliebige Aufteilung der durch den Bypass 20 und durch den zweiten Verdampfer 13 strömenden Anteile der Ladeluft. Insbesondere ist es hierdurch möglich, die Ladeluft gänzlich am zweiten Verdampfer 13 vorbeizuführen, um eine niedrigere Temperatur der der Brennkraftmaschine 3 zugeführten Ladeluft zu erreichen. Eine Kühlung des zweiten Verdampfers 13 durch die Ladeluft erfolgt vorzugsweise dann, wenn die Ladeluft eine niedrigere Temperatur aufweist, als in der Brennkraftmaschine 3 benötigt wird.
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Bei der in 2 gezeigten indirekten Kühlung der Ladeluft erfolgt die Kühlung des zweiten Verdampfers 13 im Einzel-Betriebszustand durch das Zwischenmedium 30, das zu diesem Zweck von der Zwischenkreispumpe 31 angetrieben wird und somit durch den Zwischenkreis 29 zirkuliert. Hierdurch findet ein Wärmeaustausch zwischen dem zweiten Verdampfer 13 und dem ersten Ladeluftkühler 19 im Zwischenkreis 29 statt, der zur Kühlung des zweiten Verdampfers 13 eingesetzt wird. Hierzu ist es erforderlich, dass der erste Ladeluftkühler 19 eine niedrigere Temperatur aufweist als der zweite Verdampfer 13. Um einen solchen Zustand zu erreichen, kann insbesondere die Ladeluft, welche durch den ersten Ladeluftkühler 19 strömt, verwendet werden. D.h., dass in diesem Fall eine indirekte Kühlung des zweiten Verdampfers 13 durch die Ladeluft, nämlich über den Zwischenkreis 29 bzw. über das Zwischenmedium 30 erfolgt.
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In beiden Fällen, d.h. sowohl bei der in 1 gezeigten als auch bei der in 2 gezeigten Variante, liegt also im Einzel-Betriebszustand im Vergleich zum Regel-Betriebszustand eine Inversion des Wärmeaustauschs der Ladeluft bzw. des Zwischenmedium 30 mit dem zweiten Verdampfer 13 vor.
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In beiden Fällen, d.h. sowohl bei der in 1 gezeigten als auch beim in 2 gezeigten Beispiel kann der zweite Verdampfer 13 im Einzel-Betriebszustand zeitweise vom ersten Medium, insbesondere vom Kältemittel 15 durchströmt werden, um eine entsprechende Kühlung des zweiten Verdampfers 13 bzw. eine Begrenzung des Temperaturanstiegs des zweiten Verdampfers 13 zu erreichen.
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Zur Durchströmung des zweiten Verdampfers 13 vom ersten Medium 9 und/oder vom zweiten Medium 18 kommen die Ventileinrichtungen 14, 21 sowie die Zwischenkreispumpe 31 zum Einsatz, welche von der Steuereinrichtung 28 entsprechend gesteuert werden. Dabei ist es bevorzugt, wenn der zweite Verdampfer 13 von wenigstens einem der Medien 9, 18 im Einzel-Betriebszustand zum Kühlen des zweiten Verdampfers 13 zyklisch durchströmt wird.
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Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen wird die Durchströmung bzw. der Volumenstrom wenigstens eines der Medien 9, 18 durch den zweiten Verdampfer 13 im Einzel-Betriebszustand zyklisch unterbrochen. Dabei kann die jeweilige Unterbrechung beliebig lang sein. Insbesondere ist es vorstellbar, die jeweilige Unterbrechung an den Gegebenheiten anzupassen. D.h., dass die Unterbrechungen an die Kälteleistung des Kältekreises 4 und/oder des Ladeluftkühlkreises 22 angepasst sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann die jeweilige Unterbrechung an die erwünschte oder erforderliche Temperatur des Fluids 16 und/oder der der Brennkraftmaschine 3 zuzuführenden Ladeluft angepasst sein.
