DE102015008325A1 - Einrichtung und Verfahren zum Enteisen eines Wärmetauschers im Verdampferbetrieb einer Kälteanlage sowie Fahrzeug mit einer solchen Einrichtung - Google Patents

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Abstract

Um ein Enteisen eines bei niedrigen Verdampfungstemperaturen vereisten Wärmetauschers im Verdampferbetrieb einer Kälteanlage (1) zu ermöglichen, wobei der Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) mit Kältemittel (30) durchströmbar oder durchströmt ist, ist eine Einrichtung zum Enteisen eines solchen Wärmetauschers im Verdampferbetrieb (20) eine Wärmetauschereinrichtung (12, 55), die in Wärmeaustausch mit dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) vorsehbar oder vorgesehen ist. Bei einem Fahrzeug, insbesondere Landfahrzeug, mit zumindest einem Elektroantrieb (50) und/oder zumindest einer Traktionsbatterie (59) und mit zumindest einer Kälteanlage (1) mit zumindest einem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) ist zum Enteisen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb zumindest eine Wärmetauschereinrichtung (12, 55) in wärmeleitendem Kontakt zu dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Enteisen eines Wärmetauschers im Verdampferbetrieb einer Kälteanlage, bei Aufnahme von Wärme aus der Umgebung bzw. Umgebungsluft, wobei der Wärmetauscher im Verdampferbetrieb zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebung mit Kältemittel durchströmbar oder durchströmt ist bzw. wird, sowie ein Fahrzeug, insbesondere Landfahrzeug, mit zumindest einem Elektroantrieb und/oder zumindest einer Traktionsbatterie und mit zumindest einer Kälteanlage mit zumindest einem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb.
  • Fahrzeuge, wie Landfahrzeuge, mit Klimaanlagen bzw. Kälteanlagen mit Klimageräten sind im Stand der Technik bekannt. Eine solche Klimaanlange besteht zumindest aus den folgenden Komponenten: einem Kompressor, einem Kondensator oder Gaskühler, je nach dem, ob kältemittelabhängig eine Kondensation stattfindet oder nicht, sowie einem Expansionsorgan und einem Verdampfer. Findet keine Kondensation statt, sondern eine Abkühlung eines überkritischen Gases als Kältemittel, das zuvor in den überkritischen Zustand gebracht wurde, wird von einem Gaskühler gesprochen. Findet bei Verwenden eines anderen Kältemittels eine Kondensation im Nassdampfgebiet statt, wobei beispielsweise als Kältemittel HFO1,2,3,4yf verwendet werden kann, wird von einem Kondensator gesprochen. Bei einem Gaskühler kann als Kältemittel beispielsweise CO2 verwendet werden. Im geschlossenen System findet ein Kreisprozess statt. Das Kältemittel wird von einem niedrigen Druck im gasförmigen Zustand von dem Kompressor angesaugt und auf eine höhere Drucklage verdichtet. Das Kältemittel strömt sodann durch den Kondensator oder Gaskühler, je nach dem, welches Kältemittel verwendet wird, und kondensiert unter Wärmeabgabe. Das Kältemittel wird anschließend expandiert auf eine niedrige Drucklage und nimmt nachfolgend über den Verdampfer Wärme auf. Dieser Prozess beginnt nachfolgend wieder von neuem.
  • Bekannt sind ferner Wärmepumpen, die eine vergleichbare Anlagentechnik wie für eine Klimaanlage benötigen. Bei einer Klimaanlange besteht der Nutzen darin, über den Verdampfer einem Raum Wärme zu entziehen, wobei die Wärme dem Raum entzogen wird, indem durch das Verdampfen eines Kältemittels Wärme von dem System aufgenommen und anschließend über den Kondensator bzw. Gaskühler wieder an die Umgebung abgeführt wird. Bei einer Wärmepumpe liegt der Nutzen an der Kondensator- bzw. Gaskühlerseite. Hierbei wird Wärme aus der Umgebung durch den Verdampfer aufgenommen und einem Raum, z. B. der Fahrzeugkabine, durch den Gaskühler bzw. Kondensator zugeführt.
  • Kälteanlagen, die beide Funktionen erfüllen können, sind für die Verwendung in Fahrzeugen ebenfalls bekannt, die also kühlen und heizen können. Diese Kälteanlagen sind so aufgebaut, dass ein Kühlen im Sommer und ein Heizen im Winter ermöglicht wird. Im Air Conditioning(AC)-Modus bzw. im Sommerbetrieb wird ein Wärmetauscher hierbei als Kondensator oder Gaskühler gefahren, um die Wärme abzuführen. Im Winterbetrieb wird derselbe Wärmetauscher als Verdampfer gefahren, um Wärme aufzunehmen. Um dies auch bei niedrigen Außentemperaturen zu ermöglichen, liegen die Verdampfungstemperaturen entsprechend tief. Dementsprechend sinkt die Oberflächentemperatur des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb unter den Gefrierpunkt von Wasser. Da sich die Luftfeuchtigkeit am kalten Verdampfer als Eis niederschlägt, entsteht über die Zeit hinweg ein Eispanzer, der die Effizienz der Kälteanlage reduziert, da er zur Wärmeisolierung führt, was auch als negativer Effekt bei beispielsweise Kühlschränken bekannt ist. Wie bereits in dem Artikel „Energieeffiziente Enteisung bei Pkw-Wärmepumpensystemen", ATZ 02/2015, 117. Jg., S. 40–43, festgestellt, verringert sich aufgrund der niedrigen Wärmeleitfähigkeit der sich bildenden Eisschicht im Vergleich zu dem Material des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb der Wärmedurchgang. Üblicherweise wird der Wärmetauscher von Luft durchströmt. Aufgrund der Eisbildung wird jedoch der Luftpfad durch den Wärmetauscher hindurch blockiert, so dass es zu einem noch höheren Druckverlust und zur Verringerung der zur Wärmeübertragung vorhandenen Fläche kommt. Zum effizienten Arbeiten der Kälteanlange ist es somit erforderlich, den Eispanzer von Zeit zu Zeit durch Abtauen zu entfernen. Eine bekannte Möglichkeit ist es hierbei, einen Umkehrmodus Wärmepumpenbetrieb-Kälteanlagenbetrieb zu fahren, bei dem die eigentlich „kalte Seite” der Klimaanlage kurzfristig zur „heißen Seite” wird. Hierdurch taut der Verdampfer ab bzw. auf. Das Fahren der Kälteanlange im Umkehrmodus, um den Verdampfer ab- bzw. aufzutauen, erweist sich allerdings als nachteilig. Wenn durch den Heizmodus (Heat Pump(HP)-Modus) Wärme erzeugt werden soll, lässt sich im Kühlmodus keine Wärme erzeugen, obwohl der Bedarf dazu beispielsweise im Winter durchaus besteht. Fahrzeuge mit einem AC- und einem HP-Modus sind beispielsweise der Renault Zoe und der BMW i3. Um dennoch Wärme erzeugen zu können, muss z. B. ein elektrischer Zuheizer vorgehalten bzw. aktiviert werden. Dies ist jedoch nicht von Vorteil, da während des Umkehrbetriebs Energie zum Erzeugen von Wärme zusätzlich erzeugt werden muss. Gerade bei Hybrid- und Fahrzeugen mit Elektroantrieb erweist sich dies als nachteilig, da der zusätzliche Energiebedarf des elektrischen Zuheizers die Reichweite des Fahrzeugs deutlich reduziert.
  • Aus der DE 10 2009 009 538 A1 ist beispielsweise ein solcher Wärmepumpenmodus, bei dem die Klimaanlage so konzipiert ist, dass sie wahlweise in einem Kühlbetrieb und in einem Heizbetrieb betrieben werden kann, bekannt. Aus der DE 10 2013 008 801 A1 ist es ferner bekannt, einen Kältemittelkreislauf vorzusehen, wobei Kondensator bzw. Gaskühler des Kältemittelkreislaufs zum Erzeugen von Konvektion zur Wärmeabfuhr an der Fahrzeugfront angeordnet werden. Um Wärmeverluste im Wärmepumpenmodus zu vermeiden, werden kurze Leitungen verwendet und die einzelnen Komponenten in räumlicher Nähe zueinander angeordnet.
  • Ein Kondensator wird zum Zuführen von Luft häufig mit einem Kondensatorlüfter zusammen vorgesehen. Im Kondensator bzw. Gaskühler wird das gasförmige, überhitzte Kältemittel auf eine niedrigere Temperatur gekühlt und verflüssigt. Da hierbei dem Kältemittel beim Verflüssigen Wärme entzogen wird, muss der Kondensator diese Wärme an ein ihn umgebendes Kühlmedium, wie Luft oder Wasser, abgeben. Der Kondensatorlüfter hat dabei die Aufgabe, in allen Betriebszuständen des Fahrzeuges für eine ausreichende Belüftung des Kondensators zu sorgen. Durch eine ausreichende Belüftung des Kondensators wird dabei der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite niedrig gehalten. Hierbei ist es ferner bekannt, den Kondensatorlüfter in Abhängigkeit des Kältemitteldrucks durch einen Druckwächter ein- und auszuschalten. Hierbei wird häufig ein, Kühlschlangenkondensator verwendet, bei dem ein Durchtritt von Luft besonders gut möglich ist.
  • Wird allerdings der Wärmetauscher in Form des Kühlschlangenkondensators als Verdampfer gefahren, um Wärme aufzunehmen, z. B. im Winterbetrieb, kann die sich bei niedrigen Temperaturen bildende Eisschicht auf der Außenseite des Wärmetauschers den Durchtritt von Luft behindern oder sogar vollständig unmöglich machen.
  • Es erweist sich als problematisch, wie bereits erwähnt, eine einmal aufgebaute Eisschicht auf einem solchen Wärmetauscher im Verdampferbetrieb wieder zu entfernen. Daher wäre es wünschenswert, Maßnahmen vorzusehen, mittels derer dies ohne großen und teuren Aufwand und ohne die Notwendigkeit eines Fahrens der Kälteanlage bzw. von deren Wärmetauscher im Umkehrmodus oder unter zumindest nur kurzzeitigem Fahren der Kälteanlage bzw. von deren Wärmetauscher im Umkehrmodus ermöglicht wird.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung bzw. ein Verfahren zum Enteisen eines Wärmetauschers im Verdampferbetrieb einer Kälteanlage insbesondere eines Fahrzeugs vorzusehen, wobei der Wärmetauscher im Verdampferbetrieb mit Kältemittel durchströmbar oder durchströmt ist, die ein energieeffizientes Enteisen ermöglicht, ohne die Notwendigkeit für einen Umkehrbetrieb des Wärmetauschers oder bei nur geringerer Zykluslänge und/oder Intensität des Umkehrmodus des Wärmetauschers.
  • Die Aufgabe wird für eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Einrichtung eine Wärmetauschereinrichtung ist, die in Wärmeaustausch mit dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb vorsehbar oder vorgesehen ist. Für ein Verfahren zum Enteisen eines Wärmetauschers im Verdampferbetrieb einer Kälteanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass durch eine Wärmetauschereinrichtung Wärme einem Kühlmittelkreislauf entnommen und dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb zugeführt wird. Für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest eine Wärmetauschereinrichtung, wie vorstehend genannt, im Wärmetausch zu dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb vorgesehen ist. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Dadurch wird eine Einrichtung zum Enteisen eines Wärmetauschers, der im Verdampferbetrieb betrieben wird, einer Anlage vorgesehen, die als Wärmetauschereinrichtung ausgebildet ist und durch Wärmetausch bzw. wärmeleitenden Kontakt mit dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bzw. dem durch den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb strömenden oder strömbaren Kältemittel ein Abtauen der Eisschicht auf dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bewirkt. Als Wärmetauscher im Verdampferbetrieb wird hier jeglicher Wärmetauscher einer Kälteanlage bezeichnet, der als Wärmetauscher im Verdampferbetrieb arbeitet, als Wärmequelle Umgebungsluft verwendet, und dementsprechend bei niedrigen Verdampfungstemperaturen zum Vereisen neigt. Die Wärmetauschereinrichtung dient als zusätzliche Einrichtung zum Abtauen von Eisschichten auf dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb. Insbesondere entnimmt die Wärmetauschereinrichtung dazu einem Kühlmittelkreislauf z. B. eines Fahrzeugs, das mit der Kälteanlage bzw. Anlage, die den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb umfasst, ausgestattet ist, Wärme und führt diese dem zu enteisenden Wärmetauscher im Verdampferbetrieb zu. Aufgrund des Vorsehens eines Wärmetauschs bzw. insbesondere wärmeleitenden Kontakts mit dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb kann eine Wärmeübertragung von der Wärmetauschereinrichtung auf den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb erfolgen. Unter einem Wärmeaustausch wird jeglicher Austausch von Wärme mit dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb, unter einem wärmeleitenden Kontakt mit dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb wird hier stets der wärmeleitende Kontakt mit irgendeinem Teil des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb, also insbesondere einem evtl. vorgesehenen Gehäuse und/oder einem Rahmen und/oder zumindest einem Durchströmungsweg des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb, durch den Kältemittel strömen kann oder strömt, verstanden. Der Wärmetauscher im Verdampferbetrieb wird außenseitig abgetaut. Dies bedeutet, dass vorzugsweise die Wärme einem Rahmen und/oder Gehäuse des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb und/oder der Eisschicht bzw. dem außenseitig auf dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb aufgebauten Eispanzer zugeführt wird. Gegebenenfalls kann eine Wärmeübertragung aus dem Kältemittel ebenfalls erfolgen. Vorteilhaft sollte allerdings die Wärmezufuhr an das Kältemittel nicht zu einer Verminderung der Wärmezufuhr zu dem abzutauenden Eispanzer auf dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb führen. Es kann daher für den Abtaubetrieb, also während des Abtauvorgangs, auch vorgesehen werden, ein Durchströmen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb zu unterbinden, also kein Kältemittel durch den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bzw. Verdampfer strömen zu lassen, um die Wärmezufuhr ausschließlich der Eisschicht auf dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bzw. Verdampfer zuzuleiten, um diesen abzutauen. Durch ein vorübergehendes Verhindern der Durchströmung des Wärmetauschers bzw. Verdampfers mit Kältemittel kann der Abtauzyklus verkürzt werden.
  • Wenn jedoch der Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bzw. Verdampfer weiterhin mit Kältemittel durchströmt wird, dann erfolgt vorteilhaft auch eine Wärmeaufnahme über dieses, wobei lediglich eine kurzzeitige Wärmezufuhr hierüber erfolgen wird. Die Anlage kann eine Kälteanlage sein, die im Klimaanlagen- und im Wärmepumpenmodus betrieben werden kann oder eine reine Wärmepumpenanlage. Aufgrund des Vorsehens der Wärmetauschereinrichtung kann somit Wärme in den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb eingekoppelt werden, um diesen abzutauen und somit eine Eisschicht von diesem zu entfernen. Dementsprechend kann zumindest die Zyklusdauer und/oder die Intensität eines Umkehrbetriebs des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb deutlich verkürzt werden bzw. kann optimalerweise auf einen Umkehrbetrieb vollständig verzichtet werden, da anderweitig über die Wärmetauschereinrichtung Wärme in den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bzw. das diesen durchströmende Kältemittel eingekoppelt wird, das zu dessen Auftauen ausreicht.
  • Es ist somit ein Wärmetausch in den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb vorgesehen. Ein Abtauen eines vereisten Wärmetauschers im Verdampferbetrieb kann dabei durch Zuführen eines Kühlmittels als Wärmetauschermedium erfolgen. Das Wärmetauschermedium kann z. B. Kühlwasser/Kühlwasser-Glykol-Gemisch sein. Als Kältemittel zum Durchströmen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb eignet sich hierbei natürliches Kältemittel, wie insbesondere CO2, R744 oder auch Ammoniak, wobei letzteres sich allerdings weniger gut für die Verwendung in einem Fahrzeug eignet, oder synthetisches Kältemittel wie halogenierte oder nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie R134a/HFO 1,2,3,4 yf. Ein Enteisen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb ist durch das Zuführen von Wärme durch das Wärmetauschermedium auf den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb möglich. Es gibt Fahrzeug-Wärmepumpen mit einer Wärmequelle in Form von Luft bzw. Umgebungswärme. Ferner ist es möglich, als Wärmequelle Kühlwasser zu verwenden. Letzteres könnte bei Elektro-Fahrzeugen aufgrund der im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor geringeren anfallenden Wärmemenge gegebenenfalls nicht ausreichend sein. Wenn für das Abtauen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb auch Wärme an das Kältemittel übertragen würde, könnte dies sich für das Abtauen des Wärmetauschers daher auch als nachteilig erweisen, da dieses dann längere Zeit in Anspruch nimmt bzw. die zur Verfügung stehende Wärmemenge dann gegebenenfalls nicht ausreicht. Wie bereits erwähnt, erweist es sich dabei ggf. als vorteilhaft, das Kältemittel kurzzeitig nicht durch den Wärmetauscher strömen zu lassen.
  • Als weiter vorteilhaft erweist es sich ferner, die Wärmetauschereinrichtung dahingehend auszubilden, dass diese sich entlang dem Kältemittel-Wärmetauscher oder eines Teils oder Bereichs des Kältemittel-Wärmetauschers, insbesondere eines Abschnitts zumindest einer von dem Kältemittel durchströmbaren oder durchströmten Rohrleitung und/oder eines Rahmens und/oder Gehäuses des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb erstreckt. Hierbei kann zumindest ein die Oberfläche der zumindest einen Rohrleitung des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb vergrößerndes Element vorgesehen sein. Beispielsweise kann die zumindest eine Rohrleitung außenseitig mit Rippen versehen sein, die sich als Besatz entlang zumindest eines Teils der Rohrleitung des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb erstrecken. Die zumindest eine Rohrleitung des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb ist insbesondere als Rohrleitungsschlange ausgebildet, wobei durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Abschnitten der Rohrleitungsschlange Luft hindurchströmen kann. Beim Durchströmen von Luft durch die Zwischenräume der mit den Rippen außenseitig versehenen Rohrleitungsschlange des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb im Kreuzstrom zu dem durch die Rohrleitungsschlange strömenden Kältemittel ist ein besonders guter Wärmeübergang aufgrund der größeren Wärmeübertragungsfläche möglich. Je nach dem, ob der Wärmetauscher als Wärmetauscher im Verdampferbetrieb oder im Wärmepumpenmodus als Kondensator betrieben wird, verdampft das Kältemittel beim Vorbeiströmen der Luft an der Rohrleitung bzw. der mit dem zumindest einen die Oberfläche vergrößernden Element, wie außenseitigen Rippen, versehenen Oberfläche oder es kondensiert dort. Die Gefahr des Vereisens des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb besteht, wie bereits erwähnt, dabei besonders bei Verdampfungstemperaturen von unter 0°C.
  • Die sich entlang zumindest eines Abschnitts erstreckende Wärmetauschereinrichtung ist vorteilhaft zum Durchleiten eines Wärmetauschermediums leitungsartig ausgebildet oder kann zumindest eine Rohrleitung umfassen. Weiter vorteilhaft ist die Wärmetauschereinrichtung über und/oder unter und/oder seitlich des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb in Wärmeaustausch bzw. wärmeleitendem Kontakt mit diesem und/oder dem durch diesen hindurch strömenden oder strömbaren Kältemittel angeordnet. Durch die Wärmetauschereinrichtung kann vorteilhaft Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser oder Kühlwasser mit einem weiteren Medium, insbesondere ein Kühlwasser-Glykol-Gemisch, hindurch geleitet werden. Die Wärmetauschereinrichtung kann sich somit insbesondere in Form einer Rohrleitung auf der Oberseite und/oder der Unterseite und/oder seitlich des mit Rohrschlangen versehenen Wärmetauschers, der im Verdampferbetrieb arbeiten kann, erstrecken, wobei die zumindest eine Rohrleitung der Wärmetauschereinrichtung in wärmeaustauschendem bzw. wärmeleitendem Kontakt mit der zumindest einen Rohrleitung des Wärmetauschers steht.
  • Um die leitungsartige bzw. in Form einer Rohrleitung ausgebildete oder zumindest eine solche umfassende Wärmetauschereinrichtung an dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bzw. einem Gehäuse dieses Wärmetauschers befestigen zu können, ist vorteilhaft zumindest eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen der Wärmetauschereinrichtung in Wärmeaustausch bzw. wärmeleitendem Kontakt zu dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb und/oder dem durch diesen hindurch strömbaren oder hindurch strömenden Kältemittel vorgesehen. Die Befestigungseinrichtung kann insbesondere clipartig ausgebildet sein, um ein Aufklipsen der Wärmetauschereinrichtung auf dem Gehäuse oder Rahmen des Wärmetauschers in Wärmeaustausch bzw. wärmeleitendem Kontakt zu dessen zumindest einer Rohrleitung bzw. dem durch diese hindurch strömenden Kältemittel, vorzusehen. Beispielsweise kann die zumindest eine Rohrleitung der Wärmetauschereinrichtung in einem Rahmen, wie einem Kunststoffrahmen, der auf das Gehäuse oder den Rahmen des Wärmetauschers auffügbar bzw. aufklipsbar ist, angeordnet sein und einen Kontakt bzw. eine Wärmeabgabe an das Gehäuse oder den Rahmen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb, das/der insbesondere aus Aluminium besteht, somit gut wärmeleitend ist, ermöglichen. Vorteilhaft wird somit die Wärmetauschereinrichtung bzw. deren Rahmen und/oder Befestigungseinrichtung am Gehäuse bzw. Rahmen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb oben und/oder unten und/oder seitlich von diesem angeordnet und befestigt, vorteilhaft jedoch weder davor noch dahinter, um ein Durchströmen von Luft nicht zu blockieren. Für das Zuführen von Wärme zum Enteisen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb ist somit lediglich beispielsweise ein Einzelbauteil, wie eine Rohrleitung der Wärmetauschereinrichtung vorgesehen, wobei über diese bereits das Enteisen bzw. Auftauen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb ermöglicht wird, ohne hierzu große Mengen an Energie zu benötigen. Die Reichweite insbesondere eines mit einer solchen Einrichtung ausgerüsteten Fahrzeugs mit Elektroantrieb wird hierdurch somit nicht oder zumindest kaum negativ beeinflusst.
  • Der Aufwand für einen eventuell vorgesehenen Umkehrbetrieb kann bei Vorsehen der Wärmetauschereinrichtung verringert bzw. die Temperaturdifferenz reduziert werden. Durch Vorsehen der Wärmetauschereinrichtung kann die Dauer des Umkehrbetriebs reduziert werden oder es ist möglich, die Anlage zumindest nicht so häufig wie bislang in den Umkehrbetrieb zu schalten, für den Fall, dass dies trotz Vorsehens der Wärmetauschereinrichtung weiterhin sinnvoll oder erforderlich erscheint. Das Vorsehen der Einrichtung zum Enteisen kann nicht nur bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb vorteilhaft genutzt werden, sondern auch bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und konventionellem Kühlkreislauf oder Hybrid-/Range Extender-Fahrzeugen, um hierdurch die Reichweite zu verlängern oder für bestimmte Fahrzyklen vorzusehen, somit keinen elektrischen Zuheizer zum Abtauen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb zu benötigen und entsprechend keine zusätzliche elektrische Energie für diesen zu Verfügung stellen zu müssen.
  • Bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb bzw. Fahrzeugen, die ausschließlich über einen Elektroantrieb mit Traktionsbatterie, also rein batterieelektrisch, betrieben werden, kann ferner die Abwärme von Komponenten des Fahrzeugs, die Wärme erzeugen, ebenfalls vorteilhaft zum Enteisen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb genutzt werden. Hierbei ist die Kälteanlage Teil eines solchen Fahrzeugs mit wärmeerzeugenden Komponenten, wie einer Traktionsbatterie und einer Leistungselektronik, wobei Abwärme zumindest einer der wärmeerzeugenden Komponenten des Fahrzeugs über die Wärmetauschereinrichtung an das durch den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb strömende Kältemittel abgegeben wird zum Enteisen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb. Die Traktionsbatterie, ebenso ein Elektromotor, ein AC/DC-Wandler mit Leistungselektronik etc. können Komponenten eines Kühlmittelkreislaufs sein. Die sich im Betrieb erhitzenden Komponenten werden durch das in dem Kühlmittelkreislauf strömende Kühlwasser gekühlt, wobei diese Komponenten in dem Kühlmittelkreislauf in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein können. Das nach Durchströmen der Traktionsbatterie zu deren Kühlen erwärmte Kühlwasser kann durch die Wärmetauschereinrichtung geleitet werden, wobei die durch diese entzogene Wärme dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb im Kältemittelkreislauf zugeführt werden kann, um diesen zu enteisen. Die Wärmetauschereinrichtung steht daher in wärmeleitendem Kontakt mit dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bzw. dessen Gehäuse und/oder Rahmen und/oder Rohrleitung(en) und/oder dem durch diesen hindurch strömenden Kältemittel. Somit kann auch die Abwärme der wenigen wärmeerzeugenden Komponenten bei einem Fahrzeug mit Elektroantrieb bzw. Traktionsbatterie zum Enteisen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb genutzt werden.
  • Bei einem Fahrzeug, insbesondere Landfahrzeug, mit zumindest einem Elektroantrieb und/oder zumindest einer Traktionsbatterie und mit zumindest einer Kälteanlage mit zumindest einem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb, der in zumindest einem Betriebsmodus zum Vereisen neigt bzw. vereisen kann, ist es weiter vorteilhaft möglich, die Wärmetauschereinrichtung parallel und/oder längs zu einem Kühler des Kühlmittelkreislaufs des Fahrzeugs und in Wärmeaustausch, insbesondere wärmeleitendem Kontakt, mit dem zu enteisenden Wärmetauscher im Verdampferbetrieb des Kältemittelkreislaufs zu schalten, insbesondere parallel und/oder längs zu einem Kühler der Wärme erzeugenden Komponente des Fahrzeugs. Ebenfalls ist es möglich, eine solche Wärmetauschereinrichtung in Reihe zu einem Kühler des Kühlmittelkreislaufs des Fahrzeugs, insbesondere einer Wärme erzeugenden Komponente des Fahrzeugs, und in Wärmeaustausch, insbesondere wärmeleitendem Kontakt mit dem zu enteisenden Wärmetauscher im Verdampferbetrieb des Kältemittelkreislaufs zu schalten. Die Wärmetauschereinrichtung ist insbesondere kleinformatig, um auch bei beengtem zur Verfügung stehendem Bauraum vorgesehen werden zu können, reicht jedoch dennoch zur Wärmeübertragung auf den zu enteisenden Wärmetauscher im Verdampferbetrieb aus. Vorteilhaft ist bei Vorsehen einer Reihenschaltung eine Bypassleitung zum Überbrücken der Wärmetauschereinrichtung vorgesehen, um einen Betrieb auch ohne diese zu ermöglichen. Bei Vorsehen einer Parallelschaltung ist ein „Überbrücken” der Wärmetauschereinrichtung bereits durch die Parallelschaltung der Wärmetauschereinrichtung und des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb möglich.
  • In jedem der Fälle wird somit eine zusätzliche Wärmetauschereinrichtung vorgesehen, die in wärmeleitenden Kontakt mit dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bzw. dem Kältemittel, das durch den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb strömt oder strömen kann, vorgesehen wird, um Wärme in den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bzw. das Kältemittel des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb einzukoppeln und hierdurch den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb zu enteisen.
  • Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im Folgenden Ausführungsbeispiele von dieser näher anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:
  • 1 eine schematische Ansicht einer Kälteanlage, umfassend einen Wärmetauscher im Verdampferbetrieb eines Klimageräts,
  • 2 eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers im Verdampferbetrieb mit Rippenbesatz auf dessen Rohrleitungsschlange,
  • 3 eine Prinzipskizze eines Wärmetauschers im Verdampferbetrieb mit außenseitigen Rippenbesatz seiner Rohrleitungsschlange und mit erfindungsgemäßer Wärmetauschereinrichtung auf der Ober- und Unterseite des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb,
  • 3a eine Längsschnittansicht entlang der Linie A-A durch den Wärmetauscher im Verdampferbetrieb gemäß 3, in gebrochener Darstellung,
  • 4 eine Prinzipskizze einer Parallelschaltung einer erfindungsgemäßen kleinen Wärmetauschereinrichtung und eines Kühlers eines Kühlmittelkreislaufs, umfassend einen Elektromotor und einen AC/DC-Wandler,
  • 5 eine Prinzipskizze eines mit einer erfindungsgemäßen kleinen Wärmetauschereinrichtung in Parallelschaltung zu einem Kühler versehenen Kühlmittelkreislaufs, umfassend ein Batteriesystem, das wahlweise durch eine Heizvorrichtung und eine Kühlvorrichtung temperiert werden kann, und
  • 6 eine Prinzipskizze eines mit einer erfindungsgemäßen kleinen Wärmetauschereinrichtung in Reihenschaltung zu einem Kühler versehenen Kühlmittelkreislaufs, wobei die Wärmetauschereinrichtung durch eine Bypassleitung überbrückt werden kann.
  • 1 zeigt eine schematische Skizze einer Kälteanlage 1, die für einen Betrieb im Air Conditioning(AC)-Modus und im Heat Pump(HP)-Modus geeignet ist. Die Kälteanlage umfasst einen Wärmetauscher 20, wobei benachbart zu diesem eine Wärmetauschereinrichtung 55 eines Kühlmittelkreislaufs 65 und ein Ventilator 3 zum Zu- und Abführen von Luft angeordnet sind, und einen Verdichter 10. Ferner umfasst die Kälteanlage ein Klimagerät 4 bzw. eine HVAC-Unit mit einem Verdampfer 40, einem Kondensator 41 und einem Ventilator bzw. Lüfter 42. Die Kälteanlage 1 umfasst ferner einen Sammler 5, zwei Schaltventile 6, 7 sowie zwei Expansionsventile 8, 9. Der Wärmetauscher 20 der Kälteanlage kann in Abhängigkeit von dem verwendeten Kältemittel als Kondensator oder als Gaskühler, wobei sowohl Kondensator als auch Gaskühler zur Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft, die durch diese hindurch strömt, dienen, oder als Verdampfer ausgebildet sein zur Wärmeaufnahme im Heizmodus der Kälteanlage.
  • In dem gezeigten Kältemittelkreislauf 66 der Kälteanlage 1 wird das durch die Leitungen 11, die die einzelnen vorstehend genannten Komponenten der Kälteanlage 1 miteinander strömungsverbinden, strömende Kältemittel zunächst in dem Verdichter 10 verdichtet. Das Kältemittel ist danach gasförmig und steht unter einem hohen Druck. Im Winterbetrieb durchläuft das Kältemittel hiernach den Kondensator 41, in dem es unter Abgabe von Wärme an die Luft kondensiert (im Ig-p-h-Diagramm das Nassdampfgebiet) oder überkritisch weiter gekühlt wird (im Ig-p-h-Diagramm Gasgebiet), je nach verwendetem Kältemittel. Das danach flüssige, aber weiterhin unter hohem Druck stehende Kältemittel durchströmt anschließend das Expansionsventil 8. Das Expansionsventil dient der Druckabsenkung durch Volumenvergrößerung, so dass das Kältemittel hinter dem Expansionsventil 8 sich in einem flüssigen Zustand befindet und unter einem niedrigen Druck steht. Dem Expansionsventil 8 nachgeschaltet ist der Wärmetauscher 20. In diesem wird im Winterbetrieb Wärme in das System, also das Kältemittel, über den Wärmetauscher 20 eingetragen. Diesem nachgeschaltet ist das zweite Schaltventil 7 vorgesehen, über das das Kältemittel dem Sammler 5 und von dort wieder dem Verdichter 10 zugeführt wird. Im Winterbetrieb der Kälteanlange wird somit über den Wärmetauscher 20 Wärme in das Kältemittel eingekoppelt.
  • Im Sommerbetrieb durchströmt das Kältemittel im Anschluss an den Verdichter 10 das Schaltventil 6. Der Kondensator 41 wird im Sommerbetrieb ohne Wärmeabgabe durchströmt, insbesondere bei entsprechender Klappensteuerung in der HVAC-Unit, ohne Luftströmung dort. Dem Schaltventil 6 nachgeschaltet ist der Wärmetauscher 20. Bei diesem wird im Sommerbetrieb Wärme nach außen abgegeben. Diesem nachgeschaltet ist das zweite Schaltventil 7 vorgesehen, über das das Kältemittel im Sommerbetrieb über das zweite Expansionsventil 9 dem Verdampfer 40 zugeführt wird. Im Sommerbetrieb erfolgt bei Durchleiten des Kältemittels durch das Expansionsventil 9 erst dort die Druckabsenkung und nachfolgend im Verdampfer 40 ein Verdampfen, wobei das Kältemittel seinen Aggregatzustand von flüssig auf gasförmig unter Aufnahme von Wärme aus der Umgebung und Abgabe von Verdunstungskälte ändert. Nach Durchlaufen des Verdampfers 40 gelangt im Sommerbetrieb das Kältemittel zunächst in den Sammler 5, bevor es von dort wieder in den Verdichter 10 gelangt. Im Sommerbetrieb wird über den Wärmetauscher 20 somit Wärme aus dem Kältemittel ausgetragen.
  • Befindet sich im Wärmepumpenbetrieb der Kälteanlange der Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb, der Wärme aus der Umgebung aufnimmt, wird der Wärmetauscher 20 nachfolgend als Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bezeichnet. Um eine Wärmeaufnahme auch bei niedrigen Außentemperaturen zu ermöglichen, liegen die Verdampfungstemperaturen teilweise deutlich unter 0°C. Dementsprechend sinkt auch die Oberflächentemperatur des Wärmetauschers 20 im Verdampferbetrieb unter den Gefrierpunkt von Wasser, was zur Eisbildung auf der Oberfläche führt. Um dem entgegenzuwirken bzw. einen vereisten Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb wieder abtauen zu können, wird der Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb mit der zumindest einen Wärmetauschereinrichtung 55 versehen, wie sie insbesondere in den 1 bis 6 gezeigt ist.
  • Wie in 2 und 3 veranschaulicht, weist der dort gezeigte Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb eine Rohrleitungsschlange 21 auf, die außenseitig mit Rippen 22 versehen ist, wie in der herausgezogenen Detailansicht der Rohrleitung in 2 zu sehen. Die Rohrleitungsschlange 21 ist in einer Rahmenkonstruktion 23 des Wärmetauschers 20 im Verdampferbetrieb angeordnet, wobei diese zwei Seitenrahmenteile 24, 25 und einen mittleren Teil 26 aufweist. Die Seitenrahmenteile weisen außenseitige Befestigungsösen 27 auf zum Befestigen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb im Fahrzeug, insbesondere in einem Landfahrzeug, das in 2 allerdings nicht dargestellt ist. Die Rohrleitungsschlange 21 ist mehrfach gewendelt in der Rahmenkonstruktion 23 des Wärmetauschers 20 im Verdampferbetrieb angeordnet und weist eine Einlassöffnung 28 und eine Auslassöffnung 29 auf. In die Einlassöffnung 28 strömt Kältemittel 30, hier durch den Pfeil veranschaulicht, ein und durch die Auslassöffnung 29 wieder heraus. Ferner wird Luft 31, veranschaulicht durch Pfeile, quer durch den Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb hindurch geleitet, also im Kreuzstrom zu dem strömenden Kältemittel 30. Durch das Vorsehen der Rippen 22 auf der Außenseite der Rohrleitungsschlange 21 wird einerseits zwar der zum Durchströmen der Luft 31 zur Verfügung stehende Zwischenraum zwischen den einzelnen Zweigen der Rohrleitungsschlange 21 verringert, durch das Vorsehen der Rippen 21 kann ein Vereisen jedoch erschwert und ein Auftauen einer Vereisung erleichtert werden, da die zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Fläche größer ist als die der Rohrleitungsschlange 21. Ferner wird eine sich aufbauende Eisschicht auf den Rippen 22 dünner sein als wenn diese sich auf einer durchgängigen Fläche aufbaute, so dass diese sich nachfolgend auch ggf. leichter wieder lösen lässt. Eine dünnere Eisschicht behindert das Arbeiten des Wärmetauschers 20 im Verdampferbetrieb ferner weniger stark als eine dicke Eisschicht, da der Wärmeübergang bei einer dünneren Eisschicht besser als bei einer dicken ist.
  • Wie in 3, 3a gezeigt, ist eine Wärmetauschereinrichtung 12 in Form zweier sich parallel zu der Längserstreckung der Rohrleitungsschlange 21 und des Wärmetauschers 20 im Verdampferbetrieb erstreckender Rohrleitungen 120, 121 in wärmeleitendem Kontakt mit dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bzw. dessen Rohrleitungsschlange 21 vorgesehen. Die beiden Rohrleitungen 120, 121 sind über ein Rohrleitungssystem 122 miteinander verbunden. Durch das Rohrleitungssystem 122 kann Kühlmittel 123 in die beiden Rohrleitungen 120, 121 eingeleitet werden. Dies ist in 3 durch einen Pfeil veranschaulicht.
  • Die beiden Rohrleitungen 120, 121 weisen jeweils ein außenseitig sie teilweise umgebendes Gehäuse 124, 125 auf. Dieses jeweilige Gehäuse ist insbesondere aus Kunststoff hergestellt und dient dem Verbinden mit der Rahmenkonstruktion 23 des Wärmetauschers 20 im Verdampferbetrieb. Beispielsweise kann das jeweilige Gehäuse 124 bzw. 125 der Wärmetauschereinrichtung 12 auf die Rahmenkonstruktion 23 aufgeklipst sein bzw. werden, wie in 3a angedeutet. Auch andere Formen der Befestigung, insbesondere lösbaren Befestigung, sind hier selbstverständlich möglich. In jedem der Fälle wird die jeweilige Rohrleitung 120 bzw. 121 möglichst dicht in Wärmeaustausch, insbesondere wärmeleitenden Kontakt, mit der Rahmenkonstruktion 22 des Wärmetauschers 20 im Verdampferbetrieb gebracht, um durch die Wärmeübertragung aus dem Kühlwasser auf die Rahmenkonstruktion 23 bzw. die hierin aufgenommene Rohrleitungsschlange 21 des Wärmetauschers 20 im Verdampferbetrieb ein Auftauen zu bewirken, wobei dies zusätzlich durch die Rippen 22, die die Rohrleitungsschlange 21 umgeben, unterstützt werden kann, wie vorstehend erläutert.
  • Über die Wärmetauschereinrichtung 55 kann in einen zu enteisenden Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb auch solche Wärme eingekoppelt werden, die als Abwärme bei wärmeerzeugenden Komponenten eines Fahrzeugs auftritt und über das zum Kühlen dieser jeweiligen Komponente verwendete Kühlwasser durch die Wärmetauschereinrichtung geführt wird. Die dort entnommene Wärme wird nachfolgend dem Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb zur Verfügung gestellt, um das gewünschte Enteisen vorzunehmen. Eine solche wärmeerzeugende Komponente beispielsweise eines reinen batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs kann dessen Traktionsbatterie sein. Die Batterie, Elektromotor und AC/DC-Wandler können dabei in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein. Die 4, 5 und 6 zeigen zwei Beispiele einer solchen Schaltung, wobei in 4 ein Elektromotor 50 mit einem AC/DC-Wandler 51 in Reihe und mit einem Ladegerät 52 parallelgeschaltet ist. Der AC/DC-Wandler 51 kann Teil einer Einheit sein, die ferner Leistungselektronik umfasst. AC/DC-Wandler und Leistungselektronik sind vorteilhaft in der Nähe des Elektromotors 50 angeordnet, der dem Antrieb eines Fahrzeugs dient. Für den Betrieb im Stillstand, in dem der Elektromotor 50 nicht läuft, ist das Ladegerät 52 parallel zum Elektromotor 50 und den AC/DC-Wandler 51 zusammen mit der Leistungselektronik geschaltet. Ein Umschalten zwischen dem Ladegerät 52 und dem Betrieb mit Elektromotor 50 und AC/DC-Wandler 51 erfolgt über ein Schaltventil 53. Der in 4 gezeigte Kreislauf umfasst ferner einen Kühler 54, dem die kleine Wärmetauschereinrichtung 55 parallelgeschaltet ist. Ein Umschalten zwischen diesen beiden Komponenten des Kreislaufs ist über ein zweites Schaltventil 56 möglich. Zum Transport des Mediums durch ein die genannten Komponenten verbindendes Leitungssystem 58 des Kühlmittelkreislaufs 65 ist ferner eine Pumpeinrichtung 57 vorgesehen.
  • Im Unterschied zu der Ausgestaltung nach 4 umfasst der Kühlmittelkreislauf 65 nach 5 und 6 anstelle des Elektromotors 50 und des AC/DC-Wandlers bzw. der Einheit aus diesem und der Leistungselektronik ein Batteriesystem 59. Parallel zu diesem sind eine Heizvorrichtung 60 und eine Kühlvorrichtung 61 angeordnet und wahlweise über ein Schaltventil 62 zuschaltbar und abschaltbar. Zum Pumpen des Mediums in einem die einzelnen Komponenten miteinander verbindenden Leitungssystem 63 ist eine Pumpeinrichtung 64 vorgesehen.
  • Die jeweils parallel zu dem Kühler 54 des Kühlmittelkreislaufs 65 geschaltete (kleine) Wärmetauschereinrichtung 55 dient als zusätzliche Wärmetauschereinrichtung zur Übertragung von Wärme auf den in den 4, 5 und 6 nicht gezeigten Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb des Kältemittelkreislaufs. Sie steht daher vorteilhaft in Wärmeaustausch, insbesondere wärmeleitendem Kontakt, auch mit dem zu enteisenden Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb. Der Kühler 54 dient dem Kühlen des Batteriesystems 59. Der Kühler 54 nach 4 dient dem Kühlen der Elektronikkomponenten, also insbesondere des AC/DC-Wandlers 51 mit Leistungselektronik sowie des Elektroantriebs in Form des Elektromotors 50 und des AC/DC-Wandlers 51 sowie des Ladegeräts 52. Die kleine Wärmetauschereinrichtung 55 entnimmt die beim Kühlen in das Kühlmittel aufgenommene Wärme und überträgt diese auf den zu enteisenden Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb. Somit kann im Kühlmittelkreislauf 65 abfallende Wärme über die kleine Wärmetauschereinrichtung 55 dem Kühlmittelkreislauf 65 entnommen und dem Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb des Kältemittelkreislaufs 66 (siehe beispielhaft 1) zugeführt werden, um zum Auftauen bzw. Enteisen des Wärmetauschers 20 im Verdampferbetrieb zu dienen.
  • Im Unterschied zu der Ausführungsvariante nach 5 ist in der in 6 gezeigten die Wärmetauschereinrichtung 55 in Reihe zu dem Kühler 54 des Kühlmittelkreislaufs des Fahrzeugs und in Wärmeaustausch, insbesondere wärmeleitendem Kontakt, mit dem zu enteisenden Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb des Kältemittelkreislaufs geschaltet bzw. hier auch in Reihe zu einem Kühler 54 der den Wärme erzeugenden Komponenten 59, 60 des Fahrzeugs. Um die Wärmetauschereinrichtung 55 überbrücken zu können, wenn diese nicht verwendet werden soll, ist eine Bypassleitung 67 vorgesehen.
  • Kältemittel zum Durchströmen unter anderem des Wärmetauschers 20 im Verdampferbetrieb kann insbesondere CO2, R134a/HFO 1,2,3,4 yf, Ammoniak und halogeniertes Medium, insbesondere fluoriertes, oder nicht halogeniertes Medium sein. Zum Einkoppeln von Wärme in den zu enteisenden Wärmetauscher 20 im Verdampferbetrieb kann die Wärmetauschereinrichtung 12 bzw. 55 von einem Kühlmittel, wie z. B. einem Gemisch aus Kühlwasser und einem Wärmetauschermedium, wie Glykol, durchströmt werden. Durch Zuführen eines entsprechenden Wärmetauschermediums, insbesondere durch die Wärmetauschereinrichtung 12 ist es möglich, eine Eisschicht auf der Außenseite des Wärmetauschers 20 im Verdampferbetrieb zu entfernen.
  • Zum energieeffizienten Enteisen insbesondere eines Wärmetauschers im Verdampferbetrieb einer Kälteanlage beispielsweise eines Fahrzeugs, wie eines Landfahrzeugs, können somit verschiedene Arten von Wärmetauschereinrichtungen verwendet werden, die insbesondere Wärme aus dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs entziehen und dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb zuführen durch vorteilhaftes Anordnen der Wärmetauschereinrichtung in Wärmeaustausch, insbesondere wärmeleitendem Kontakt, mit dem zu enteisenden Wärmetauscher im Verdampferbetrieb und/oder dem durch den zu enteisenden Wärmetauscher im Verdampferbetrieb strömbaren oder strömenden Kältemittel.
  • Neben den im Vorstehenden beschriebenen und in den Ausführungsbeispielen gezeigten Ausführungsvarianten von Einrichtungen und Verfahren zum Enteisen eines Wärmetauschers im Verdampferbetrieb einer Kälteanlage, wobei der Wärmetauscher im Verdampferbetrieb mit Kältemittel durchströmbar oder durchströmt ist, können noch zahlreiche weitere vorgesehen werden, auch beliebige Kombinationen der vorstehend genannten Ausführungsvarianten, bei denen jeweils eine solche Wärmetauschereinrichtung zum Auskoppeln von Wärme aus einem Kühlmittelkreislauf und Einkoppeln von Wärme in den zu enteisenden Wärmetauscher im Verdampferbetrieb bzw. das durch diesen hindurch strömende Kältemittel vorgesehen sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kälteanlage
    3
    Ventilator
    4
    Klimagerät/HVAC-Unit
    5
    Sammler
    6
    Schaltventil
    7
    Schaltventil
    8
    Expansionsventil
    9
    Expansionsventil
    10
    Verdichter
    11
    Leitung
    12
    Wärmetauschereinrichtung
    20
    Wärmetauscher (im Verdampferbetrieb)
    21
    Rohrleitungsschlange
    22
    Rippe
    23
    Rahmenkonstruktion
    24
    Seitenrahmenteil
    25
    Seitenrahmenteil
    26
    mittlerer Teil
    27
    Befestigungsöse
    28
    Einlassöffnung
    29
    Auslassöffnung
    30
    Kältemittel (Pfeil)
    31
    Luft (Pfeil)
    40
    Verdampfer
    41
    Kondensator/Gaskühler
    42
    Ventilator/Lüfter
    50
    Elektromotor
    51
    AC/DC-Wandler
    52
    Ladegerät
    53
    Schaltventil
    54
    Kühler
    55
    (kleine) Wärmetauschereinrichtung
    56
    Schaltventil
    57
    Pumpeinrichtung
    58
    Leitungssystem
    59
    Batteriesystem
    60
    Heizvorrichtung
    61
    Kühlvorrichtung
    62
    Schaltventil
    63
    Leitungssystem
    64
    Pumpeinrichtung
    65
    Kühlmittelkreislauf
    66
    Kältemittelkreislauf
    67
    Bypassleitung
    120
    Rohrleitung
    121
    Rohrleitung
    122
    Rohrleitungssystem
    123
    Kühlmittel (Pfeil)
    124
    Gehäuse
    125
    Gehäuse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009009538 A1 [0005]
    • DE 102013008801 A1 [0005]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Artikel „Energieeffiziente Enteisung bei Pkw-Wärmepumpensystemen”, ATZ 02/2015, 117. Jg., S. 40–43 [0004]

Claims (14)

  1. Einrichtung zum Enteisen eines Wärmetauschers im Verdampferbetrieb (20) einer Kälteanlage (1), wobei der Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) mit Kältemittel (30) durchströmbar oder durchströmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Wärmetauschereinrichtung (12, 55) ist, die in Wärmetausch mit dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) vorsehbar oder vorgesehen ist.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauschermedium vorgesehen ist, insbesondere zumindest ein Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser oder ein Kühlwasser-Glykol-Gemisch, und das Kältemittel (30) ein natürliches Kältemittel, insbesondere CO2, R744, oder ein synthetisches Kältemittel, insbesondere halogenierte oder nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie R134a oder HFO 1,2,3,4 yf, ist.
  3. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinrichtung (12, 55) sich entlang dem Kältemittel-Wärmetauscher oder eines Teils oder Bereichs des Kältemittel-Wärmetauschers, insbesondere eines Abschnitts zumindest einer von dem Kältemittel (30) durchströmbaren oder durchströmten Rohrleitung (21) und/oder eines Rahmens (23) und/oder Gehäuses des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb (20) erstreckt.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinrichtung zum Durchleiten eines Wärmetauschermediums (123) leitungsartig ausgebildet ist oder zumindest eine Rohrleitung (120, 121) umfasst und über und/oder unter und/oder seitlich des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb (20) in Wärmeaustausch, insbesondere wärmeleitendem Kontakt, mit diesem und/oder dem durch diesen hindurch strömbaren oder hindurch strömenden Kältemittel (30) angeordnet ist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen der Wärmetauschereinrichtung (12, 55) in Wärmeaustausch, insbesondere wärmeleitendem Kontakt, zu dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) und/oder dem durch diesen hindurch strömbaren oder hindurch strömenden Kältemittel (30) vorgesehen ist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung clipartig ausgebildet ist zum Aufklipsen der Wärmetauschereinrichtung (12) auf einem Gehäuse oder Rahmen (23) des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb (20).
  7. Verfahren zum Enteisen eines Wärmetauschers im Verdampferbetrieb (20) einer Kälteanlage (1), wobei der Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) mit Kältemittel (30) durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Wärmetauschereinrichtung (12, 55) Wärme einem Kühlmittelkreislauf (65) entnommen und dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) zugeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme einem Rahmen (23) und/oder Gehäuse und/oder einer Eisschicht auf dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) zugeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abtauvorgangs des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb (20) ein Durchströmen desselben mit Kältemittel (30) unterbunden wird.
  10. Fahrzeug, insbesondere Landfahrzeug, mit zumindest einem Elektroantrieb (50) und/oder zumindest einer Traktionsbatterie (59) und mit zumindest einer Kälteanlage (1) mit zumindest einem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Wärmetauschereinrichtung (12, 55) in Wärmeaustausch zu dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) vorgesehen ist.
  11. Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Wärme erzeugende Komponente vorgesehen ist, insbesondere die Traktionsbatterie (59), ein Elektromotor (50), Leistungselektronik, und/oder weitere oder andere Wärme erzeugende Komponenten, und die zumindest eine Wärmetauschereinrichtung (55) in einem Kühlmittelkreislauf (65) zum Temperieren der Wärme erzeugenden Komponente (50, 51, 52, 59) angeordnet ist und zum Enteisen des Wärmetauschers im Verdampferbetrieb (20) die Abwärme der zumindest einen Wärme erzeugenden Komponente (50, 51, 52, 59) des Fahrzeugs dem Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) zuführt.
  12. Fahrzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinrichtung (55) parallel und/oder längs zu einem Kühler (54) eines Kühlmittelkreislaufs (65) des Fahrzeugs und in Wärmeaustausch, insbesondere wärmeleitendem Kontakt, mit dem zu enteisenden Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) des Kältemittelkreislaufs (66), insbesondere parallel und/oder längs zu einem Kühler (54) der zumindest einen Wärme erzeugenden Komponente (50, 51, 52, 59) des Fahrzeugs geschaltet ist.
  13. Fahrzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschereinrichtung (55) in Reihe zu einem Kühler (54) eines Kühlmittelkreislaufs (65) des Fahrzeugs und in Wärmeaustausch, insbesondere wärmeleitendem Kontakt, mit dem zu enteisenden Wärmetauscher im Verdampferbetrieb (20) des Kältemittelkreislaufs (66), insbesondere in Reihe zu einem Kühler (54) der zumindest einen Wärme erzeugenden Komponente (50, 51, 52, 59, 60) des Fahrzeugs geschaltet ist.
  14. Fahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überbrücken der Wärmetauschereinrichtung (55) eine Bypassleitung (67) vorgesehen ist.
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