DE102017109313B4 - Device for heat transfer for a refrigerant circuit of an air conditioning system of a motor vehicle and air conditioning system with the device - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (9a) zur Wärmeübertragung für einen Kältemittelkreislauf (2', 2") eines Klimatisierungssystems (1', 1") eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Einlass (54) und einen Auslass (55) für das Kältemittel, ein erstes Sammelrohr (50a) und ein zweites Sammelrohr (51a) sowie sich zwischen den Sammelrohren (50a, 51a) erstreckende, parallel zueinander ausgerichtet angeordnete Rohrelemente (52-1, 52-2), wobei eine Vorrichtung (57a) zum Abscheiden gasförmigen Kältemittels von flüssigem Kältemittel in die Vorrichtung (9a) integriert ausgebildet ist und die Vorrichtung (9a) einen Verdampfungsbereich (64a) ausschließlich zum Beaufschlagen mit flüssigem Kältemittel und einen Überströmbereich (65a) ausschließlich zum Beaufschlagen mit gasförmigem Kältemittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelrohre (50a) in vertikaler Richtung (y) ausgerichtet angeordnet sowie über parallel zueinander und in horizontaler Richtung (x) angeordnete Rohrelemente (52-1, 52-2) miteinander verbunden sind, und dass die Vorrichtung (57a) zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel innerhalb des ersten Sammelrohres (50a) integriert ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung (57a) ein in vertikaler Richtung (y) ausgerichtet angeordnetes Trennelement (60) aufweist, welches ein inneres Volumen des ersten Sammelrohres (50a) in einen Flüssigkeitsbereich (58a) und einen Gasbereich (59a) unterteilt.Device (9a) for heat transfer for a refrigerant circuit (2 ', 2 ") of an air conditioning system (1', 1") of a motor vehicle, having an inlet (54) and an outlet (55) for the refrigerant, a first manifold (50a) and a second collecting pipe (51a) and pipe elements (52-1, 52-2) extending between the collecting pipes (50a, 51a) and arranged parallel to one another, wherein a device (57a) for separating gaseous refrigerant from liquid refrigerant in the device (9a) is designed to be integrated and the device (9a) has an evaporation area (64a) exclusively for the application of liquid refrigerant and an overflow area (65a) exclusively for the application of gaseous refrigerant, characterized in that the header pipes (50a) in the vertical direction ( y) arranged in an aligned manner and connected to one another via pipe elements (52-1, 52-2) arranged parallel to one another and in the horizontal direction (x) ind, and that the device (57a) for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant is integrated within the first collecting pipe (50a), the device (57a) having a separating element (60) which is arranged in the vertical direction (y) and which an inner volume of the first header tube (50a) is divided into a liquid region (58a) and a gas region (59a).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung, insbesondere einen als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, für einen Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung weist einen Einlass und einen Auslass für das Kältemittel, ein erstes Sammelrohr und ein zweites Sammelrohr sowie sich zwischen den Sammelrohren erstreckende, parallel zueinander ausgerichtet angeordnete Rohrelemente auf.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Klimatisierungssystem zur Konditionierung der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf und einem Kühlmittelkreislauf. Der Kältemittelkreislauf ist mit der Vorrichtung zur Wärmeübertragung ausgebildet.
The invention relates to a device for heat transfer, in particular a refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator, for a refrigerant circuit of an air conditioning system of a motor vehicle. The device has an inlet and an outlet for the refrigerant, a first manifold and a second manifold, as well as pipe elements extending between the manifolds and arranged parallel to one another.
The invention also relates to an air conditioning system for conditioning the air of a passenger compartment of a motor vehicle with a refrigerant circuit and a coolant circuit. The refrigerant circuit is designed with the device for heat transfer.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeugen wird zur Erwärmung der Zuluft für den Fahrgastraum die Abwärme des Motors genutzt. Die Abwärme wird mittels des im Motorkühlmittelkreislauf umgewälzten Kühlmittels zur Klimaanlage transportiert und dort über den Heizungswärmeübertrager an die in den Fahrgastraum einströmende Luft übertragen. Bekannte Anlagen mit Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, welche die Heizleistung aus dem Kühlmittelkreislauf eines effizienten Verbrennungsmotors des Fahrzeugantriebs beziehen, erreichen bei niedrigen Umgebungstemperaturen nicht mehr das für eine komfortable Aufheizung des Fahrgastraums erforderliche Niveau, um den Gesamtwärmebedarf des Fahrgastraums zu decken. Ähnliches gilt für Anlagen in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb, das heißt Kraftfahrzeugen mit sowohl elektromotorischem als auch verbrennungsmotorischem Antrieb.In motor vehicles known from the prior art, the waste heat from the engine is used to heat the supply air for the passenger compartment. The waste heat is transported to the air conditioning system by means of the coolant circulated in the engine coolant circuit, where it is transferred to the air flowing into the passenger compartment via the heating heat exchanger. Known systems with coolant-air heat exchangers, which draw the heating power from the coolant circuit of an efficient internal combustion engine of the vehicle drive, no longer achieve the level required for comfortable heating of the passenger compartment at low ambient temperatures in order to cover the total heat demand of the passenger compartment. The same applies to systems in motor vehicles with hybrid drives, that is to say motor vehicles with both an electric motor and an internal combustion engine drive.

Wenn der Gesamtwärmebedarf des Fahrgastraums mittels der Wärme aus dem Motorkühlmittelkreislauf nicht gedeckt werden kann, sind Zuheizmaßnahmen, wie elektrische Widerstandsheizungen, kurz als PTC-Widerstand für englisch „Positive Temperature Coefficient - Thermistor“ bezeichnet, oder Kraftstoffheizer, erforderlich. Gleiches gilt für Anlagen in rein elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen beziehungsweise Brennstoffzellenfahrzeugen. Eine effizientere Möglichkeit zur Beheizung der Luft für den Fahrgastraum ist eine Wärmepumpe mit Luft als Wärmequelle, bei welcher der Kältemittelkreislauf sowohl als einzige Beheizung als auch als Zuheizmaßnahme dient.If the overall heat requirement of the passenger compartment cannot be covered by the heat from the engine coolant circuit, additional heating measures, such as electrical resistance heating, or PTC resistance for “Positive Temperature Coefficient - Thermistor”, or fuel heaters, are required. The same applies to systems in motor vehicles or fuel cell vehicles driven purely by electric motors. A more efficient way of heating the air for the passenger compartment is a heat pump with air as the heat source, in which the refrigerant circuit serves both as the sole heating element and as an additional heating measure.

Ein Klimatisierungssystem mit nachgeschalteter elektrischer Widerstandsheizung ist zum einen kostengünstig herzustellen und ist in beliebigen Kraftfahrzeugen zu verwenden, weist jedoch einen sehr großen Bedarf an elektrischer Energie auf, da die Zuluft für den Fahrgastraum beim Überströmen eines Verdampfers eines Kältemittelkreislaufs zunächst abgekühlt und/oder entfeuchtet sowie anschließend mittels der elektrischen Widerstandsheizung, welche die Wärme direkt an die Zuluft oder einen Kühlmittelkreislauf überträgt, erwärmt wird.
Der Betrieb eines als Wärmepumpe zu betreibenden herkömmlichen Klimatisierungssystems ist zwar effizient, benötigt jedoch sehr viel Bauraum, auch an Positionen innerhalb des Kraftfahrzeugs, welche keine Bauraumvorhaltung für die Klimatisierung aufweisen. Der erhöhte Kostenaufwand, insbesondere der Herstellung und der Wartung, sowie der große Bauraumbedarf sind hinderlich.
An air conditioning system with downstream electrical resistance heating is inexpensive to manufacture and can be used in any motor vehicle, but it has a very high demand for electrical energy, since the supply air for the passenger compartment is initially cooled and / or dehumidified when it flows over an evaporator of a refrigerant circuit and then is heated by means of the electrical resistance heater, which transfers the heat directly to the supply air or a coolant circuit.
The operation of a conventional air conditioning system to be operated as a heat pump is efficient, but requires a great deal of installation space, even at positions within the motor vehicle that do not have any installation space provision for the air conditioning. The increased costs, in particular the production and maintenance, as well as the large space requirement are a hindrance.

Zum Stand der Technik gehörende Luft-Luft-Wärmepumpen, die für den kombinierten Kälteanlagenmodus und Wärmepumpenmodus, das heißt für einen Heizmodus, sowie für einen Nachheizmodus, auch als Reheat-Betrieb bezeichnet, ausgebildet sind, nehmen die Wärme aus der Umgebungsluft auf. Die Umgebungsluft dient folglich als Wärmequelle für die Verdampfung des Kältemittels. Die herkömmlichen Luft-Luft-Wärmepumpen weisen einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, einen Wärmeübertrager zur Wärmezufuhr von der zu konditionierenden Luft des Fahrgastraums an das Kältemittel sowie einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Luft für den Fahrgastraum auf. Die Leistungen werden jeweils zwischen dem Kältemittel und Luft übertragen.
Im sogenannten „Reheat“- beziehungsweise Nachheizmodus wird die dem Fahrgastraum zuzuführende Luft abgekühlt, dabei entfeuchtet und anschließend geringfügig wieder aufgeheizt. In diesem Betriebsmodus ist die erforderliche Nachheizleistung geringer als die erforderliche Kälteleistung zum Kühlen und Entfeuchten der Luft.
Air-to-air heat pumps belonging to the state of the art, which are designed for the combined refrigeration system mode and heat pump mode, i.e. for a heating mode and for a reheating mode, also referred to as reheat mode, absorb the heat from the ambient air. The ambient air consequently serves as a heat source for the evaporation of the refrigerant. The conventional air-to-air heat pumps have a heat exchanger for transferring heat between the refrigerant and the environment, a heat exchanger for supplying heat from the air to be conditioned in the passenger compartment to the refrigerant, and a heat exchanger for transferring heat from the refrigerant to the air to be conditioned for the passenger compartment. The services are transferred between the refrigerant and air.
In the so-called “reheat” mode, the air to be supplied to the passenger compartment is cooled, dehumidified and then slightly heated again. In this operating mode, the required post-heating capacity is less than the required cooling capacity for cooling and dehumidifying the air.

Aus der DE 10 2012 111 672 A1 geht ein Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage zur Konditionierung der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs hervor. Der Kältemittelkreislauf ist für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagenmodus und Wärmepumpenmodus sowie für einen Nachheizmodus ausgebildet und weist einen Verdichter, einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebung, ein erstes Expansionsorgan sowie einen Wärmeübertrager zur Wärmezufuhr von der zu konditionierenden Luft des Fahrgastraums an das Kältemittel, einen Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an die zu konditionierende Luft für den Fahrgastraum und ein sich in Strömungsrichtung des Kältemittels daran anschließendes zweites Expansionsorgan auf.From the DE 10 2012 111 672 A1 shows a refrigerant circuit of an air conditioning system for conditioning the air of a passenger compartment of a motor vehicle. The refrigerant circuit is designed for combined operation in refrigeration system mode and heat pump mode and for post-heating mode and has a compressor, a heat exchanger for heat transfer between the refrigerant and the environment, a first expansion element and a heat exchanger for supplying heat from the air in the passenger compartment to be conditioned to the refrigerant , a heat exchanger for transferring heat from the refrigerant to the air to be conditioned for the passenger compartment and a second expansion element connected to it in the flow direction of the refrigerant.

In der DE 10 2011 100 301 A1 wird eine Fahrzeugklimaanlage mit einem als Wärmepumpe betreibbaren Kältemittelkreislauf beschrieben. Der Kältemittelkreislauf weist einen Verdichter, einen Ventilkörper, welcher zwischen einer Einlassseite eines luftbeaufschlagten Außenwärmeübertragers und einem Innenraumkondensator angeordnet ist, ein Entspannungsorgan zum Entspannen des Kältemittels, ein Dreiwegeventil sowie einen Innenverdampfer auf.In the DE 10 2011 100 301 A1 describes a vehicle air conditioning system with a refrigerant circuit that can be operated as a heat pump. The refrigerant circuit has a compressor, a valve body, which between an inlet side of a air-acted external heat exchanger and an indoor condenser is arranged, a relaxation element for relaxing the refrigerant, a three-way valve and an internal evaporator.

Die Kältemittelkreisläufe weisen jeweils ein verzweigtes System aus Verbindungsleitungen auf, welche nur schwer in den vorhandenen Bauraum zu integrieren sind. Des Weiteren benötigen die zusätzlichen Ventile und der großvolumig ausgelegte, auf Niederdruckniveau angeordnete Kältemittelspeicher jeweils großen Bauraum. Die Ventile müssen zudem eine sehr hohe interne Dichtigkeit aufweisen, was auch zu erhöhten Systemkosten führt.The refrigerant circuits each have a branched system of connecting lines which are difficult to integrate into the existing installation space. Furthermore, the additional valves and the large-volume refrigerant reservoir, which is arranged at a low pressure level, each require a large amount of installation space. The valves must also have a very high internal tightness, which also leads to increased system costs.

Der Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und der Umgebungsluft der Luft-Luft-Wärmepumpe, auch als luftbeaufschlagter Außenwärmeübertrager oder als Umgebungswärmeübertrager bezeichnet, ist dabei außerhalb des Gehäuses der Klimatisierungssysteme, speziell außerhalb der Klimageräte, an der Frontseite des Kraftfahrzeugs angeordnet und wird insbesondere durch den Fahrtwind mit Luft beaufschlagt.
Beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Kälteanlagenmodus wird der Umgebungswärmeübertrager als Kondensator/Gaskühler zur Wärmeabgabe vom Kältemittel an die Umgebungsluft und beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Wärmepumpenmodus als Verdampfer zur Wärmeaufnahme vom Kältemittel aus der Umgebungsluft betrieben. Der Umgebungswärmeübertrager wird somit zum Betrieb in beiden Funktionen ausgelegt, sodass die Auslegung jedoch für keine der beiden Funktionen optimal ist und ein Kompromiss zu finden ist.
Für die unterschiedlichen Funktionen ergeben sich teilweise widersprechende Auslegungskriterien an den Wärmeübertrager. Der als Kondensator/Gaskühler betriebene Wärmeübertrager ist beispielsweise für hohe Kältemitteldrücke auszulegen, wobei die Wandstärken in Bezug zum Strömungsquerschnitt sehr groß zu dimensionieren sind, sodass sich für einen Kondensator/Gaskühler wesentlich kleinere Strömungsquerschnitte als für einen als Verdampfer auf geringerem Kältemitteldruckniveau betriebenen Wärmeübertrager. Die geringen Strömungsquerschnitte des Umgebungswärmeübertragers führen beim Betrieb des Wärmeübertragers als Verdampfer zu hohen Druckverlusten, welche die Gesamtleistung und die Effizienz des Klimatisierungssystems als wichtiges Auslegungskriterium stark verringern.
The heat exchanger for heat transfer between the refrigerant and the ambient air of the air-to-air heat pump, also referred to as an air-loaded external heat exchanger or as an ambient heat exchanger, is arranged outside the housing of the air conditioning systems, specifically outside the air conditioning units, on the front of the motor vehicle and is in particular provided by the Airstream is charged with air.
When the refrigerant circuit is operated in refrigeration system mode, the ambient heat exchanger is operated as a condenser / gas cooler to transfer heat from the refrigerant to the ambient air, and when the refrigerant circuit is operated in heat pump mode as an evaporator to absorb heat from the refrigerant from the ambient air. The ambient heat exchanger is thus designed for operation in both functions, so that the design is not optimal for either of the two functions and a compromise has to be found.
For the different functions, there are partially contradicting design criteria for the heat exchanger. The heat exchanger operated as a condenser / gas cooler is designed for high refrigerant pressures, for example, with the wall thicknesses being very large in relation to the flow cross-section, so that the flow cross-sections for a condenser / gas cooler are significantly smaller than for a heat exchanger operated as an evaporator at a lower refrigerant pressure level. When the heat exchanger is operated as an evaporator, the small flow cross-sections of the ambient heat exchanger lead to high pressure losses, which greatly reduce the overall performance and the efficiency of the air conditioning system as an important design criterion.

Zudem tritt das Kältemittel beim Betrieb des Kältemittelkreislaufs im Wärmepumpenmodus mit einem Dampfgehalt im Bereich zwischen 20 % und 60 % in den Umgebungswärmeübertrager ein. Der Dampfanteil des Kältemittels trägt nur unwesentlich zur Wärmeübertragung von der Umgebungsluft an das Kältemittel, verursacht jedoch den Druckverlust bei der Durchströmung des Umgebungswärmeübertragers maßgeblich.In addition, when the refrigerant circuit is operated in heat pump mode, the refrigerant enters the ambient heat exchanger with a vapor content in the range between 20% and 60%. The vapor portion of the refrigerant only insignificantly contributes to the transfer of heat from the ambient air to the refrigerant, but it causes the pressure loss when flowing through the ambient heat exchanger.

Der Druckverlust des Kältemittels während des Betriebs des Umgebungswärmeübertragers als Verdampfer bewirkt eine Verringerung der Temperatur des Kältemittels, sodass das Kältemittel am Eintritt in den Umgebungswärmeübertrager eine höhere Temperatur aufweist als am Austritt. Um das Risiko einer Vereisung des Umgebungswärmeübertragers zu vermeiden, wird die maximale Differenz zwischen der Temperatur der den Umgebungswärmeübertrager anströmenden Luft und der Temperatur des Kältemittels, insbesondere auf einen Bereich zwischen 2 K bis 10 K, begrenzt. Die maximal erlaubte Temperaturdifferenz bezieht sich dabei auf die Temperatur der den Umgebungswärmeübertrager anströmenden Luft und die Temperatur des Kältemittels im Verdampfer an der Stelle mit der geringsten Temperatur, das heißt am Austritt. Damit tritt die größte Temperaturdifferenz zwischen der den Umgebungswärmeübertrager anströmenden Luft und dem Kältemittel am Austritt des Kältemittels aus dem Verdampfer auf. Eine mögliche Überhitzung des Kältemittels bleibt unberücksichtigt. Dabei liegt am Eintritt des Kältemittels in den Umgebungswärmeübertrager eine geringere als die erlaubte Temperaturdifferenz vor. Je größer der kältemittelseitige Druckverlust ist, umso kleiner ist die Temperaturdifferenz am Einlass des Kältemittels in den Umgebungswärmeübertrager und desto weniger Wärme kann aus der Umgebungsluft aufgenommen werden, welche dann zum Erwärmen des Fahrgastraums zur Verfügung steht.The pressure loss of the refrigerant during operation of the ambient heat exchanger as an evaporator causes a reduction in the temperature of the refrigerant, so that the refrigerant has a higher temperature at the inlet to the ambient heat exchanger than at the outlet. In order to avoid the risk of the ambient heat exchanger icing up, the maximum difference between the temperature of the air flowing into the ambient heat exchanger and the temperature of the refrigerant is limited, in particular to a range between 2 K and 10 K. The maximum permitted temperature difference relates to the temperature of the air flowing into the ambient heat exchanger and the temperature of the refrigerant in the evaporator at the point with the lowest temperature, that is to say at the outlet. The greatest temperature difference thus occurs between the air flowing into the ambient heat exchanger and the refrigerant at the outlet of the refrigerant from the evaporator. Possible overheating of the refrigerant is not taken into account. There is a lower than the permitted temperature difference at the entry of the refrigerant into the ambient heat exchanger. The greater the pressure loss on the refrigerant side, the smaller the temperature difference at the inlet of the refrigerant into the ambient heat exchanger and the less heat can be absorbed from the ambient air, which is then available for heating the passenger compartment.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen tritt durch das Einströmen zumindest teilweise gasförmigen Kältemittels in den Umgebungswärmeübertrager ein unerwünschter Druckverlust auf, sodass die vom Kältemittel aus der Umgebungsluft maximal übertragbare Wärme begrenzt wird und beispielsweise maximal 3 kW beträgt.In the systems known from the prior art, the at least partially gaseous refrigerant flowing into the ambient heat exchanger results in an undesirable pressure loss, so that the maximum heat transferable by the refrigerant from the ambient air is limited and is, for example, a maximum of 3 kW.

Bei Temperaturen der Luft im Bereich von 0°C und unterhalb von 0°C kann die Wärmeübertragungsfläche des Verdampfers vereisen. Als Folge der Aufnahme der Wärme aus der Luft steigt die relative Luftfeuchtigkeit der abgekühlten Luft an. Beim Unterschreiten der Taupunkttemperatur wird der in der Luft vorhandene Wasserdampf auskondensiert und als Wasser an der Wärmeübertragungsfläche abgeschieden. Das an der Wärmeübertragungsfläche aus der Luft auskondensierte Wasser wird bei Oberflächentemperaturen im Bereich von 0°C und unterhalb von 0°C zu Eis erstarren. Die zunehmende Eisschicht verringert die luftseitige Wärmeübertragungsfläche sowie den luftseitigen Wärmeübergang und damit die Wärmeübertragung zwischen der Luft und dem verdampfenden Kältemittel.At air temperatures in the range of 0 ° C and below 0 ° C, the heat transfer surface of the evaporator can ice up. As a result of the absorption of heat from the air, the relative humidity of the cooled air increases. When the temperature falls below the dew point, the water vapor present in the air is condensed out and deposited as water on the heat transfer surface. The water condensed out of the air on the heat transfer surface will solidify to ice at surface temperatures in the range of 0 ° C and below 0 ° C. The increasing layer of ice reduces the air-side heat transfer surface and the air-side heat transfer and thus the heat transfer between the air and the evaporating refrigerant.

Die US 6 457 325 B1 offenbart einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter, einem als Gaskühler/Kondensator betriebenen Umgebungswärmeübertrager, einem Expansionsorgan, einer Vorrichtung zum Abscheiden von gasförmigem Kältemittel sowie einem Verdampfer, mit welchem die dem Fahrgastraum zuzuführende Zuluft konditioniert werden kann. Die zwischen dem Gaskühler/Kondensator und dem Verdampfer angeordnete Vorrichtung zum Abscheiden von gasförmigem Kältemittel weist eine Kammer mit einem mit dem Gaskühler/Kondensator verbundenen Einlass, einen über eine Bypassleitung mit dem Verdichter verbundenen Dampfauslass sowie einen mit dem Verdampfer verbundenen Auslass für flüssiges Kältemittel auf. Mit der Ausbildung der Vorrichtung zum Abscheiden von gasförmigem Kältemittel von flüssigem Kältemittel wird sichergestellt, dass lediglich flüssiges Kältemittel zum Verdampfer geleitet wird.
Mit der in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Verdampfer angeordneten Vorrichtung zum Abscheiden von gasförmigem Kältemittel vom flüssigen Kältemittel wird ausschließlich flüssiges Kältemittel in den Verdampfer geleitet, sodass der Kältemittelkreislauf effizient betreibbar ist. Allerdings weist der Kältemittelkreislauf mit der Vorrichtung zum Abscheiden, der Bypassleitung mit einem darin angeordneten Expansionsventil, dem Verdampfer und einer zwischen der Vorrichtung zum Abscheiden und dem Verdampfer angeordneten Verbindungsleitung eine Vielzahl getrennt voneinander ausgebildeter Komponenten auf, welche zudem eine hohe vom Fahrzeug aufzunehmende Masse darstellen und einen großen Platz im ohnehin sehr begrenzten Bauraum des Kraftfahrzeugs einnehmen. Zudem wird mit dem in der Bypassleitung angeordneten Expansionsventil ein zusätzliches Regelungsorgan benötigt, welches die Komplexität des Systems weiter erhöht und damit die Abstimmung der Regelungsstrategie erschwert. Zum Stand der Technik gehören darüber hinaus die WO 2009/ 152 015 A2 , die JP H06- 117 728 A , die EP 1 106 952 A2 sowie die JP H08- 5 195 A .
the U.S. 6,457,325 B1 discloses a refrigerant circuit with a compressor, an ambient heat exchanger operated as a gas cooler / condenser, an expansion element, a device for separating gaseous refrigerant and an evaporator with which the supply air to be supplied to the passenger compartment can be conditioned. The device arranged between the gas cooler / condenser and the evaporator for separating gaseous refrigerant has a chamber with an inlet connected to the gas cooler / condenser, a vapor outlet connected to the compressor via a bypass line and an outlet for liquid refrigerant connected to the evaporator. The design of the device for separating gaseous refrigerant from liquid refrigerant ensures that only liquid refrigerant is passed to the evaporator.
With the device for separating gaseous refrigerant from the liquid refrigerant, which is arranged upstream of the evaporator in the direction of flow of the refrigerant, only liquid refrigerant is fed into the evaporator, so that the refrigerant circuit can be operated efficiently. However, the refrigerant circuit with the device for separating, the bypass line with an expansion valve arranged therein, the evaporator and a connecting line arranged between the device for separating and the evaporator has a large number of separately designed components, which also represent a high mass to be absorbed by the vehicle and take up a large space in the already very limited space of the motor vehicle. In addition, with the expansion valve arranged in the bypass line, an additional control element is required, which further increases the complexity of the system and thus makes it more difficult to coordinate the control strategy. The state of the art also includes WO 2009/152 015 A2 , the JP H06-117728 A , the EP 1 106 952 A2 as well as the JP H08-5 195 A .

Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, einen ausschließlich als Verdampfer betreibbaren Umgebungswärmeübertrager bereitzustellen, welcher im Betrieb kältemittelseitig einen minimalen Druckverlust und somit eine maximale aus der Umgebungsluft an das Kältemittel übertragbare Wärme aufweist. Der Umgebungswärmeübertrager als Wärmeübertrager zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft soll optimal ausgelegt werden.The object of the invention is now to provide an ambient heat exchanger that can be operated exclusively as an evaporator, which during operation has a minimal pressure loss on the refrigerant side and thus a maximum heat that can be transferred from the ambient air to the refrigerant. The ambient heat exchanger as a heat exchanger for absorbing heat from the ambient air should be optimally designed.

Der Umgebungswärmeübertrager soll in einem Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug integrierbar sein, welches je nach Bedarf über den Umgebungswärmeübertrager Wärme aus der Umgebung aufnimmt und über eine vom Umgebungswärmeübertrager abweichende Komponente Wärme an die Umgebung abgibt. Das Klimatisierungssystem soll sowohl im Kälteanlagenmodus, im Wärmepumpenmodus als auch im Nachheizmodus betrieben werden können. Dabei soll die Umgebungsluft je nach Betriebsmodus sowohl als Wärmequelle, beispielsweise beim Betrieb im Wärmepumpenmodus, als auch als Wärmesenke, beispielsweise beim Betrieb im Kälteanlagenmodus dienen. Das Klimatisierungssystem soll zudem effizient betreibbar, beispielsweise mit minimalem Vereisungsrisiko des Verdampfers des Kältemittelkreislaufs zur Wärmeübertragung mit Luft, und kompakt ausgeführt sein.The ambient heat exchanger should be able to be integrated in an air conditioning system for a motor vehicle which, as required, absorbs heat from the environment via the ambient heat exchanger and emits heat to the environment via a component that differs from the ambient heat exchanger. The air conditioning system should be able to be operated in refrigeration mode, in heat pump mode as well as in post-heating mode. Depending on the operating mode, the ambient air should serve both as a heat source, for example when operating in heat pump mode, and as a heat sink, for example when operating in refrigeration system mode. The air conditioning system should also be able to be operated efficiently, for example with a minimal risk of icing of the evaporator of the refrigerant circuit for heat transfer with air, and be designed to be compact.

Der Kältemittelkreislauf des Klimatisierungssystems soll dabei konstruktiv einfach aufgebaut sein und eine minimal notwendige Anzahl an Komponenten aufweisen, um lediglich minimale Betriebskosten, Herstellungskosten und Wartungskosten zu verursachen sowie einen minimalen Bauraumbedarf aufzuweisen.The refrigerant circuit of the air conditioning system should have a simple design and have a minimum number of components in order to cause only minimal operating costs, manufacturing costs and maintenance costs and to have a minimal space requirement.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.The object is achieved by the objects with the features of the independent patent claims. Further developments are given in the dependent claims.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, insbesondere einen als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, für einen Kältemittelkreislauf eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs gelöst. Die Vorrichtung weist einen Einlass und einen Auslass für das Kältemittel, ein erstes Sammelrohr und ein zweites Sammelrohr sowie sich zwischen den Sammelrohren erstreckende, parallel zueinander ausgerichtet angeordnete Rohrelemente auf.The object is achieved by a device, in particular a refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator, for a refrigerant circuit of an air conditioning system of a motor vehicle. The device has an inlet and an outlet for the refrigerant, a first manifold and a second manifold, as well as pipe elements extending between the manifolds and arranged parallel to one another.

Nach der Konzeption der Erfindung ist in die Vorrichtung zur Wärmeübertragung eine Vorrichtung zum Abscheiden gasförmigen Kältemittels von flüssigem Kältemittel integriert ausgebildet. Zudem weist die Vorrichtung zur Wärmeübertragung einen Verdampfungsbereich ausschließlich zum Beaufschlagen mit flüssigem Kältemittel und einen Überströmbereich ausschließlich zum Beaufschlagen mit gasförmigem Kältemittel auf.
Der Auslass für das Kältemittel ist bevorzugt am zweiten Sammelrohr ausgebildet.
According to the conception of the invention, a device for separating gaseous refrigerant from liquid refrigerant is integrated in the device for heat transfer. In addition, the device for heat transfer has an evaporation area exclusively for the application of liquid refrigerant and an overflow area exclusively for the application of gaseous refrigerant.
The outlet for the refrigerant is preferably formed on the second manifold.

Erfindungsgemäß sind die Sammelrohre in vertikaler Richtung ausgerichtet angeordnet sowie über parallel zueinander und in horizontaler Richtung angeordnete Rohrelemente miteinander verbunden.According to the invention, the header pipes are arranged aligned in the vertical direction and connected to one another via pipe elements arranged parallel to one another and in the horizontal direction.

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel innerhalb des ersten Sammelrohres integriert.According to the invention, the device for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant is integrated within the first collecting pipe.

Der Einlass für das Kältemittel ist vorteilhaft am ersten Sammelrohr ausgebildet.The inlet for the refrigerant is advantageously formed on the first manifold.

Die Vorrichtung weist erfindungsgemäß zudem ein in vertikaler Richtung ausgerichtet angeordnetes Trennelement auf, welches ein inneres Volumen des ersten Sammelrohres in einen Flüssigkeitsbereich und einen Gasbereich unterteilt.According to the invention, the device also has a separating element which is arranged aligned in the vertical direction and which divides an inner volume of the first collecting tube into a liquid area and a gas area.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die den Flüssigkeitsbereich des ersten Sammelrohres mit dem zweiten Sammelrohr verbindenden Rohrelemente den Verdampfungsbereich und die den Gasbereich des ersten Sammelrohres mit dem zweiten Sammelrohr verbindenden Rohrelemente den Überströmbereich ausbilden. Dabei sind die den Verdampfungsbereich ausbildenden Rohrelemente und die den Überströmbereich ausbildenden Rohrelemente verschieden ausgebildet und/oder untereinander unterschiedlich zueinander angeordnet.Another advantage of the invention is that the pipe elements connecting the liquid area of the first manifold to the second manifold form the evaporation area and the pipe elements connecting the gas area of the first manifold to the second manifold form the overflow area. The pipe elements forming the evaporation area and the pipe elements forming the overflow area are configured differently and / or are arranged differently from one another.

Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind die Sammelrohre in horizontaler Richtung ausgerichtet sowie über parallel zueinander und in vertikaler Richtung angeordnete Rohrelemente miteinander verbunden.According to an alternative embodiment of the invention, the collecting pipes are aligned in the horizontal direction and connected to one another via pipe elements arranged parallel to one another and in the vertical direction.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel zwischen dem ersten Sammelrohr und dem zweiten Sammelrohr, die Sammelrohre miteinander verbindend angeordnet.
Der Einlass für das Kältemittel ist bevorzugt an der Vorrichtung zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel ausgebildet.
According to a development of the invention, the device for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant is arranged between the first manifold and the second manifold, connecting the manifolds to one another.
The inlet for the refrigerant is preferably formed on the device for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant.

Die Vorrichtung zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel ist vorteilhaft in vertikaler Richtung und parallel zu den Rohrelementen angeordnet.The device for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant is advantageously arranged in the vertical direction and parallel to the pipe elements.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel einen Flüssigkeitsbereich und einen Gasbereich auf. Dabei sind der Flüssigkeitsbereich mit dem ersten Sammelrohr und der Gasbereich mit dem zweiten Sammelrohr verbunden.According to a preferred embodiment of the invention, the device for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant has a liquid area and a gas area. The liquid area is connected to the first collecting tube and the gas area is connected to the second collecting tube.

Das erste Sammelrohr sowie die das erste Sammelrohr mit dem zweiten Sammelrohr verbindenden Rohrelemente bilden vorteilhaft den Verdampfungsbereich und das zweite Sammelrohr bildet den Überströmbereich aus.The first manifold and the pipe elements connecting the first manifold to the second manifold advantageously form the evaporation area and the second manifold forms the overflow area.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung eines Kältemittelkreislaufs, insbesondere eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs, weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:

  • - minimaler kältemittelseitiger Druckverlust,
  • - maximale Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft sowie
  • - minimales Risiko der Vereisung der umgebungsluftseitigen Wärmeübertragerfläche durch Einhalten erforderlicher Temperaturdifferenzen.
The device according to the invention for heat transfer of a refrigerant circuit, in particular an air conditioning system of a motor vehicle, has various advantages in summary:
  • - minimal pressure loss on the refrigerant side,
  • - maximum heat absorption from the ambient air as well
  • - Minimal risk of icing up of the heat exchanger surface on the ambient air side by maintaining the required temperature differences.

Die Aufgabe wird auch durch ein erfindungsgemäßes Klimatisierungssystem zur Konditionierung der Luft eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für einen Betrieb in einem Kälteanlagenmodus, in einem Wärmepumpenmodus sowie in einem Nachheizmodus, mit einem Kältemittelkreislauf und einem Kühlmittelkreislauf gelöst.
Nach der Konzeption der Erfindung ist der Kältemittelkreislauf mit einer Vorrichtung zur Wärmeübertragung mit vorgenannten Merkmalen ausgebildet.
The object is also achieved by an air conditioning system according to the invention for conditioning the air of a passenger compartment of a motor vehicle, in particular for operation in a refrigeration system mode, in a heat pump mode and in a post-heating mode, with a refrigerant circuit and a coolant circuit.
According to the concept of the invention, the refrigerant circuit is designed with a device for heat transfer with the aforementioned features.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Kältemittelkreislauf in Strömungsrichtung des Kältemittels einen Verdichter, einen als Kondensator/Gaskühler betreibbaren Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs, ein erstes Expansionsorgan sowie einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum auf. Der Kühlmittelkreislauf ist mit einer Fördervorrichtung zum Umwälzen des Kühlmittels, einem ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum, einem zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager sowie dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildet.According to a further development of the invention, the refrigerant circuit has a compressor in the flow direction of the refrigerant, a refrigerant-coolant heat exchanger that can be operated as a condenser / gas cooler for heat transfer between the refrigerant and the coolant of the coolant circuit, a first expansion element and a first refrigerant-air heat exchanger for conditioning the supply air for the passenger compartment. The coolant circuit is designed with a conveying device for circulating the coolant, a first coolant-air heat exchanger for heating the supply air for the passenger compartment, a second coolant-air heat exchanger and the refrigerant-coolant heat exchanger.

Der Kältemittelkreislauf weist zudem die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmeübertragung als einen zweiten ausschließlich als Verdampfer betreibbaren Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager auf. Dabei ist dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager in Strömungsrichtung des Kältemittels ein zweites Expansionsorgan vorgelagert. Das zweite Expansionsorgan sowie der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager sind gemeinsam innerhalb eines ersten Strömungspfades angeordnet.The refrigerant circuit also has the device according to the invention for heat transfer as a second refrigerant-air heat exchanger that can be operated exclusively as an evaporator. A second expansion element is upstream of the second refrigerant-air heat exchanger in the flow direction of the refrigerant. The second expansion element and the second refrigerant-air heat exchanger are arranged together within a first flow path.

Der Kälteanlagenmodus dient vor allem dem Kühlen, der Wärmepumpenmodus dem Erwärmen und der Nachheizmodus dem Nachwärmen der zu konditionierenden Zuluft des Fahrgastraums. Beim Nachheizmodus wurde die Zuluft vor dem Nachwärmen abgekühlt und/oder entfeuchtet.The refrigeration system mode is primarily used for cooling, the heat pump mode for heating and the post-heating mode for post-heating the supply air to be conditioned in the passenger compartment. In post-heating mode, the supply air was cooled down and / or dehumidified before post-heating.

Wenn das Kältemittel bei unterkritischem Betrieb des Kältemittelkreislaufs, wie zum Beispiel mit dem Kältemittel R134a oder bei bestimmten Umgebungsbedingungen mit Kohlendioxid verflüssigt wird, wird der Wärmeübertrager als Kondensator bezeichnet. Ein Teil der Wärmeübertragung findet bei konstanter Temperatur statt. Bei überkritischem Betrieb beziehungsweise bei überkritischer Wärmeabgabe im Wärmeübertrager nimmt die Temperatur des Kältemittels stetig ab. In diesem Fall wird der Wärmeübertrager auch als Gaskühler bezeichnet. Überkritischer Betrieb kann unter bestimmten Umgebungsbedingungen oder Betriebsweisen des Kältemittelkreislaufs zum Beispiel mit dem Kältemittel Kohlendioxid auftreten.If the refrigerant is liquefied during subcritical operation of the refrigerant circuit, for example with the refrigerant R134a or with carbon dioxide under certain ambient conditions, the heat exchanger is referred to as a condenser. Part of the heat transfer takes place at a constant temperature. In supercritical operation or in the case of supercritical heat dissipation in the heat exchanger, the temperature of the refrigerant steadily decreases. In this case, the heat exchanger is also referred to as a gas cooler. Supercritical operation can occur under certain ambient conditions or operating modes of the refrigerant circuit, for example with the refrigerant carbon dioxide.

Der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager des Kühlmittelkreislaufs und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs sind vorteilhaft innerhalb eines Anlagenmoduls sowie in Strömungsrichtung der Luft in genannter Reihenfolge nacheinander beaufschlagbar angeordnet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das insbesondere in einem Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordnete Anlagenmodul mit aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft oder mit Umgebungsluft oder mit einem Gemisch aus aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft und Umgebungsluft durchströmbar ausgebildet.
The second coolant-air heat exchanger of the coolant circuit and the second coolant-air heat exchanger of the coolant circuit are advantageously arranged so that they can be acted upon one after the other within a system module and in the air flow direction.
According to a further development of the invention, the system module arranged in particular in a front area of the motor vehicle can be flown through with air discharged from the passenger compartment or with ambient air or with a mixture of air discharged from the passenger compartment and ambient air.

Nach einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager innerhalb des Kältemittelkreislaufs in Reihe zueinander durchströmbar angeordnet.
Der Kältemittelkreislauf weist vorteilhaft einen zweiten Strömungspfad mit einem Ventil auf. Dabei erstrecken sich der erste Strömungspfad mit dem zweiten Expansionsorgan sowie dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager sowie der zweite Strömungspfad jeweils von einer Abzweigstelle bis zu einer Mündungsstelle, sodass der zweite Strömungspfad als ein Bypass parallel zum ersten Strömungspfad ausgebildet ist.
According to a first alternative embodiment of the invention, the first refrigerant-air heat exchanger and the second refrigerant-air heat exchanger are arranged within the refrigerant circuit so that they can flow through each other in series.
The refrigerant circuit advantageously has a second flow path with a valve. The first flow path with the second expansion element and the second refrigerant-air heat exchanger and the second flow path each extend from a branch point to an opening point, so that the second flow path is designed as a bypass parallel to the first flow path.

Nach einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager innerhalb des Kältemittelkreislaufs parallel zueinander durchströmbar angeordnet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der erste Strömungspfad mit dem zweiten Expansionsorgan und dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager sich von einer Abzweigstelle bis zu einer Mündungsstelle erstreckt. Dabei sind das erste Expansionsorgan, der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager und ein drittes Expansionsorgan innerhalb eines zweiten Strömungspfades ausgebildet. Das dritte Expansionsorgan ist dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager nachgeordnet. Der zweite Strömungspfad ist sich ebenfalls von der Abzweigstelle bis zur Mündungsstelle erstreckend ausgebildet.
According to a second alternative embodiment of the invention, the first refrigerant-air heat exchanger and the second refrigerant-air heat exchanger are arranged within the refrigerant circuit so that they can flow through parallel to one another.
Another advantage of the invention is that the first flow path with the second expansion element and the second refrigerant-air heat exchanger extends from a branch point to an opening point. The first expansion element, the first refrigerant-air heat exchanger and a third expansion element are formed within a second flow path. The third expansion element is arranged downstream of the refrigerant-air heat exchanger. The second flow path is also designed to extend from the branch point to the opening point.

Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem mit der konzeptionsgemäßen Vorrichtung zur Wärmeübertragung weist zusammenfassend diverse Vorteile auf:

  • - Klimatisieren, insbesondere Kühlen, Entfeuchten und/oder Heizen der Zuluft des Fahrgastraums mit minimalem Energieeinsatz, auch durch Nutzen von Verlustwärmeströmen zur Beheizung des Fahrgastraums,
  • - Verwenden des speziell für den Betrieb als Verdampfer ausgebildeten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers zum Einsatz beim Betrieb im Wärmepumpenmodus, um insbesondere bei geringen Außentemperaturen Wärme aus der Umgebung aufzunehmen, wobei bei höheren Außentemperaturen und Kühlbedarf Wärme über eine vom Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager abweichende Komponente an die Umgebung abgegeben wird,
  • - erhöhte Leistungsfähigkeit, Effizienz und Lebensdauer sowie
  • - Bereitstellen eines ausreichenden Komforts innerhalb des Fahrgastraums mit
  • - konstruktiv einfachem Kältemittelkreislauf, welcher zum Einsatz in bekannten Schemata und vorhandenen Bauräumen bestehender Kraftfahrzeuge integrierbar ist und einen minimalen Bauraum, ein minimales Gewicht sowie eine minimale Anzahl an Komponenten aufweist, dadurch
  • - minimale Betriebskosten, Herstellungskosten und Wartungskosten.
The air conditioning system according to the invention with the device according to the concept for heat transfer has in summary various advantages:
  • - Air conditioning, in particular cooling, dehumidifying and / or heating the supply air to the passenger compartment with minimal use of energy, also by using waste heat flows to heat the passenger compartment,
  • - Use of the refrigerant-air heat exchanger, specially designed for operation as an evaporator, for use in operation in heat pump mode, in order to absorb heat from the environment, especially at low outside temperatures, with heat from a component that differs from the refrigerant-air heat exchanger at higher outside temperatures and cooling requirements is released into the environment,
  • - increased performance, efficiency and service life as well
  • - Providing sufficient comfort within the passenger compartment
  • - structurally simple refrigerant circuit, which can be integrated for use in known schemes and existing installation spaces of existing motor vehicles and has a minimal installation space, a minimal weight and a minimal number of components, thereby
  • - minimal operating costs, manufacturing costs and maintenance costs.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

  • 1 und 2: jeweils ein Klimatisierungssystem mit einem Kältemittelkreislauf, aufweisend einen ersten und einen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager sowie einen inneren Wärmeübertrager, mit einem Kühlmittelkreislauf, aufweisend einen ersten und einen zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, sowie mit einem den Kältemittelkreislauf und den Kühlmittelkreislauf thermisch verbindenden Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager,
  • 1: mit in Reihe zueinander angeordneten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern,
  • 2: mit parallel zueinander angeordneten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragern,
  • 3 und 4: jeweils eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung, insbesondere einen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, mit integrierter Vorrichtung zum Abscheiden gasförmigen Kältemittels von flüssigem Kältemittel sowie einem Verdampfungsbereich und einem Überströmbereich für gasförmiges Kältemittel
  • 3: mit der Ausbildung der Vorrichtung zum Abscheiden innerhalb eines Sammelrohres und
  • 4: mit der Ausbildung und Anordnung der Vorrichtung zum Abscheiden zwischen zwei Sammelrohren.
Further details, features and advantages of embodiments of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:
  • 1 and 2 : each an air conditioning system with a refrigerant circuit, having a first and a second refrigerant-air heat exchanger and an internal heat exchanger, with a coolant circuit, having a first and a second coolant-air heat exchanger, and with a thermally connecting the refrigerant circuit and the coolant circuit Refrigerant-coolant heat exchanger,
  • 1 : with refrigerant-air heat exchangers arranged in series,
  • 2 : with refrigerant-air heat exchangers arranged parallel to one another,
  • 3 and 4th : in each case a device for heat transfer, in particular a refrigerant-air heat exchanger, with an integrated device for separating gaseous refrigerant from liquid refrigerant and a Evaporation area and an overflow area for gaseous refrigerant
  • 3 : with the formation of the device for separation within a collecting tube and
  • 4th : with the design and arrangement of the device for separating between two collecting pipes.

In 1 ist ein Klimatisierungssystem 1' mit einem Kältemittelkreislauf 2' und einem Kühlmittelkreislauf 30 dargestellt. Der Kältemittelkreislauf 2' weist in Strömungsrichtung des Kältemittels einen Verdichter 3, einen als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4, ein erstes Expansionsorgan 5 sowie einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum auf. Der Kältemittelkreislauf 2' ist zudem mit einem zweiten als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b zum Übertragen von Wärme von Luft an das Kältemittel ausgebildet, welchem ein zweites Expansionsorgan 8 vorgelagert ist. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b sind in Reihe beziehungsweise seriell zueinander angeordnet. Der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b und das dazugehörige zweite Expansionsorgan 8 sind innerhalb eines ersten Strömungspfades 12 ausgebildet. Der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b weist vorteilhaft den Bauraum eines herkömmlichen luftbeaufschlagten und als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers auf.In 1 is an air conditioning system 1' with a refrigerant circuit 2 ' and a coolant circuit 30th shown. The refrigerant circuit 2 ' has a compressor in the direction of flow of the refrigerant 3 , a refrigerant-coolant heat exchanger operated as a condenser / gas cooler 4th , a first expansion organ 5 and a first refrigerant-air heat exchanger 6th for conditioning the supply air for the passenger compartment. The refrigerant circuit 2 ' is also equipped with a second refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator 9a , 9b designed to transfer heat from air to the refrigerant, which has a second expansion element 8th is upstream. The first refrigerant-air heat exchanger 6th and the second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b are arranged in series or in series with one another. The second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b and the associated second expansion element 8th are within a first flow path 12th educated. The second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b advantageously has the installation space of a conventional air-charged refrigerant-air heat exchanger operated as a condenser / gas cooler.

Zwischen dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b und dem Verdichter 3 ist ein Sammler 11 angeordnet. Der in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem Verdichter 3 und damit niederdruckseitig angeordnete Sammler 11, auch als Akkumulator bezeichnet, dient der Abscheidung und dem Sammeln von Kältemittelflüssigkeit. Der Verdichter 3 saugt gasförmiges Kältemittel aus dem Sammler 11 an. Der Kältemittelkreislauf 1' ist geschlossen. Nach einer alternativen, nicht dargestellten Ausgestaltungsform ist der Sammler als Kältemittelspeicher innerhalb des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 4 integriert und damit auf dem Hochdruckniveau des Kältemittels angeordnet. Dabei kann der auf dem Niederdruckniveau angeordnete Sammler 11 entfallen. Der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 kann zudem mit einer Vorrichtung zum Trocknen des Kältemittels ausgebildet sein.Between the second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b and the compressor 3 is a collector 11 arranged. The one upstream of the compressor in the direction of flow of the refrigerant 3 and thus collectors arranged on the low pressure side 11 , also known as an accumulator, is used to separate and collect refrigerant liquid. The compressor 3 sucks gaseous refrigerant out of the receiver 11 at. The refrigerant circuit 1' is closed. According to an alternative embodiment, not shown, the collector is a refrigerant storage device within the refrigerant-coolant heat exchanger 4th integrated and thus arranged at the high pressure level of the refrigerant. The collector arranged at the low pressure level can thereby 11 omitted. The refrigerant-coolant heat exchanger 4th can also be designed with a device for drying the refrigerant.

Der Kältemittelkreislauf 2' weist neben dem ersten Strömungspfad 12 zudem einen zweiten Strömungspfad 13 auf, welche sich jeweils von einer Abzweigstelle 14 bis zu einer Mündungsstelle 15 erstrecken. Der parallel zum ersten Strömungspfad 12, speziell zum zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b, ausgebildete zweite Strömungspfad 13 weist ein Ventil 16, insbesondere ein Absperrventil 16, auf und dient als Bypass zum Leiten eines Kältemittelmassenstroms um den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b herum.
Innerhalb des ersten Strömungspfades 12 ist zwischen dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b und der Mündungsstelle 15 ein Rückschlagelement 10, insbesondere ein Rückschlagventil, angeordnet. Das Rückschlagelement 10 verhindert ein Rückströmen des durch den zweiten Strömungspfad 13 und damit um den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b herum geleiteten Kältemittelmassenstroms in den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b.
The refrigerant circuit 2 ' points next to the first flow path 12th also a second flow path 13th which are each from a junction 14th up to an outlet point 15th extend. The one parallel to the first flow path 12th , especially for the second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b , formed second flow path 13th has a valve 16 , especially a shut-off valve 16 , and serves as a bypass for guiding a refrigerant mass flow around the second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b hereabouts.
Within the first flow path 12th is between the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b and the muzzle 15th a non-return element 10 , in particular a check valve, arranged. The kickback element 10 prevents backflow of the through the second flow path 13th and thus around the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b refrigerant mass flow passed around in the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b .

Der Kältemittelkreislauf 2' ist zudem mit einem inneren Wärmeübertrager 7 ausgebildet, welcher hochdruckseitig zwischen dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 und dem ersten Expansionsorgan 5 des ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 6 sowie niederdruckseitig zwischen der Mündungsstelle 15 und dem Sammler 11 beziehungsweise dem Verdichter 3 ausgebildet ist. Der innere Wärmeübertrager 7 dient dabei der Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel bei Hochdruck und dem Kältemittel bei Niederdruck, wobei einerseits das aus dem als Kondensator/Gaskühler betriebenen Wärmeübertrager 4 ausströmende flüssige Kältemittel weiter abgekühlt und andererseits das aus dem als Verdampfer betriebenen Wärmeübertrager 6, 9a, 9b austretende Kältemittel als Sauggas vor dem Verdichter 3 überhitzt wird. Neben dem Schutz des Verdichters 3 vor Flüssigkeitsschlägen können mit dem Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2' mit innerem Wärmeübertrager 7 die spezifische Verdichterleistung reduziert sowie gleichzeitig die spezifische Kälteleistung und damit die Effizienz des Betriebs des Klimatisierungssystems 1' erhöht werden.The refrigerant circuit 2 ' is also equipped with an internal heat exchanger 7th formed, which on the high-pressure side between the refrigerant-coolant heat exchanger 4th and the first expansion device 5 of the first refrigerant-air heat exchanger 6th as well as on the low pressure side between the orifice 15th and the collector 11 or the compressor 3 is trained. The internal heat exchanger 7th serves to transfer heat between the refrigerant at high pressure and the refrigerant at low pressure, with the heat exchanger operated as a condenser / gas cooler on the one hand 4th outflowing liquid refrigerant is further cooled and on the other hand that from the heat exchanger operated as an evaporator 6th , 9a , 9b escaping refrigerant as suction gas upstream of the compressor 3 becomes overheated. In addition to protecting the compressor 3 before liquid hammers can operate the refrigerant circuit 2 ' with internal heat exchanger 7th the specific compressor capacity and at the same time the specific cooling capacity and thus the efficiency of the operation of the air conditioning system 1' increase.

Der Kühlmittelkreislauf 30 weist in Strömungsrichtung des Kühlmittels eine Fördervorrichtung 31 zum Umwälzen des Kühlmittels, insbesondere eine Pumpe, sowie einen Heizwärmeübertrager 32 als ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum auf. Der Heizwärmeübertrager 32 ist zudem mit dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 verbunden. Der Kühlmittelkreislauf 30 ist geschlossen. Der kältemittelseitig als Kondensator/Gaskühler betriebene Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 ist folglich kühlmittelgekühlt.The coolant circuit 30th has a delivery device in the flow direction of the coolant 31 for circulating the coolant, in particular a pump and a heat exchanger 32 as the first coolant-air heat exchanger to heat the supply air for the passenger compartment. The heat exchanger 32 is also with the refrigerant-coolant heat exchanger 4th tied together. The coolant circuit 30th is closed. The refrigerant-coolant heat exchanger operated on the refrigerant side as a condenser / gas cooler 4th is therefore coolant-cooled.

In der zwischen dem Heizwärmeübertrager 32 und dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 ausgebildeten Verbindungsleitung sind zudem ein Drei-Wege-Ventil 33 als Abzweigstelle sowie eine Mündungsstelle 34 vorgesehen, zwischen welchen sich jeweils ein erster Strömungspfad 35 mit einem zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 36 zum Übertragen von Wärme an Luft sowie ein zweiter Strömungspfad 37 als Bypass um den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 36 ausgebildet sind.In between the heat exchanger 32 and the refrigerant-coolant heat exchanger 4th formed connecting line are also a three-way valve 33 as a branch point as well as an outlet point 34 provided, between each of which there is a first flow path 35 with a second coolant-air heat exchanger 36 for transferring heat to air as well as a second flow path 37 as a bypass around the coolant-air heat exchanger 36 are trained.

Der Heizwärmeübertrager als erster Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 32 und der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 36 sind damit in Reihe nacheinander vom Kühlmittel durchströmbar angeordnet.The heating heat exchanger as the first coolant-air heat exchanger 32 and the second coolant-air heat exchanger 36 are thus arranged in series one after the other so that the coolant can flow through them.

Der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 36 des Kühlmittelkreislaufs 30 und der zweite als Verdampfer betriebene Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b des Kältemittelkreislaufs 2' sind innerhalb eines Anlagenmoduls 42 sowie im bestehenden Bauraum des Kraftfahrzeuges sowie in Strömungsrichtung 43 der Luft nacheinander beaufschlagbar angeordnet. Dabei kann das im Frontbereich des Kraftfahrzeugs angeordnete Anlagenmodul 42 mit aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft, mit Umgebungsluft oder einem Gemisch aus aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft und Umgebungsluft durchströmt werden. Das Klimatisierungssystem 1' kann folglich die latente Wärme der aus dem Fahrgastraum abgeführten Luft und ebenso Wärme aus der Umgebung als Wärmequelle nutzen.
Dabei wird die Luft zunächst über den Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 36 und anschließend über den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b geleitet, sodass die Anordnung der Wärmeübertrager 9a, 9b, 36 das Risiko einer Vereisung der Wärmeübertragerfläche des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9a, 9b reduziert.
Zudem kann ein Lüfter zum Anströmen des Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers 36 auch zum Anströmen des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9a, 9b genutzt werden.
The second coolant-air heat exchanger 36 of the coolant circuit 30th and the second refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator 9a , 9b of the refrigerant circuit 2 ' are within a system module 42 as well as in the existing installation space of the motor vehicle and in the direction of flow 43 the air arranged one after the other can be acted upon. The system module arranged in the front area of the motor vehicle can 42 with air discharged from the passenger compartment, with ambient air or a mixture of air discharged from the passenger compartment and ambient air. The air conditioning system 1' can consequently use the latent heat of the air discharged from the passenger compartment and also heat from the surroundings as a heat source.
The air is first passed through the coolant-air heat exchanger 36 and then via the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b guided so that the arrangement of the heat exchanger 9a , 9b , 36 the risk of the heat exchanger surface of the refrigerant-air heat exchanger icing up 9a , 9b reduced.
In addition, a fan can flow onto the coolant-air heat exchanger 36 also for flow to the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b be used.

Der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 des Kältemittelkreislaufs 2' und der Heizwärmeübertrager 32 des Kühlmittelkreislaufs 30 sind innerhalb eines Klimagerätes 40 sowie in Strömungsrichtung 41 der Zuluft des Fahrgastraum nacheinander beaufschlagbar angeordnet. Damit kann die beim Überströmen des Verdampfers 6 abgekühlte und/oder entfeuchtete Zuluft für den Fahrgastraum je nach Bedarf beim Überströmen des Heizwärmeübertragers 32 erwärmt werden. Die Anströmung des Heizwärmeübertragers 32 mit zuvor beim Überströmen des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 6 konditionierter Luft kann mittels einer nicht dargestellten Temperaturklappe geregelt werden.The refrigerant-air heat exchanger 6th of the refrigerant circuit 2 ' and the heat exchanger 32 of the coolant circuit 30th are inside an air conditioner 40 as well as in the direction of flow 41 the supply air of the passenger compartment arranged to be acted upon one after the other. This can be used when overflowing the evaporator 6th cooled and / or dehumidified supply air for the passenger compartment as required when flowing over the heat exchanger 32 be heated. The flow to the heat exchanger 32 with before when overflowing the refrigerant-air heat exchanger 6th conditioned air can be regulated by means of a temperature flap (not shown).

Der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 dient dem thermischen Verbinden des Kältemittelkreislaufs 2' mit dem Kühlmittelkreislauf 30. Dabei wird die Wärme vom Kältemittel an das Kühlmittel übertragen.The refrigerant-coolant heat exchanger 4th serves to thermally connect the refrigerant circuit 2 ' with the coolant circuit 30th . The heat is transferred from the refrigerant to the coolant.

Das Klimatisierungssystem 1' kann, insbesondere beim Betrieb mit Umluft, das heißt mit aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft als Wärmequelle, auch bei Temperaturen der Außenluft mit Werten unterhalb von 0°C, ohne das Risiko der Vereisung der Wärmeübertragerfläche des als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9a, 9b, betrieben werden.The air conditioning system 1' can, especially when operating with circulating air, i.e. with air extracted from the passenger compartment as a heat source, even at outside air temperatures with values below 0 ° C, without the risk of the heat exchanger surface of the refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator icing up 9a , 9b , operate.

Um diesen Betrieb zu gewährleisten, wird der im Klimagerät 40 angeordnete Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 mit Kältemittel auf einem Mitteldruckniveau beaufschlagt und als Verdampfer betrieben. Die beim Entfeuchten der in den Verdampfer eintretenden Luft von der Luft abzuführende latente Wärme wird dabei zusammen mit der dem Kältemittel bei der Verdichtung im Verdichter 3 zugeführten Leistung genutzt, um die Zuluft für den Fahrgastraum auf eine gewünschte Austrittstemperatur zu erwärmen. Die vom Kältemittel aufgenommene Wärme wird dabei im kühlmittelgekühlten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 an das Kühlmittel übertragen, welches die aufgenommene Wärme beim Durchströmen des Heizwärmeübertragers 32 an die Zuluft abgibt.To ensure this operation, the in the air conditioner 40 arranged refrigerant-air heat exchanger 6th charged with refrigerant at a medium pressure level and operated as an evaporator. The latent heat to be removed from the air when the air entering the evaporator is dehumidified, together with that of the refrigerant during compression in the compressor 3 The power supplied is used to heat the supply air for the passenger compartment to a desired outlet temperature. The heat absorbed by the refrigerant is transferred to the coolant-cooled refrigerant-coolant heat exchanger 4th transferred to the coolant, which absorbs the heat as it flows through the heat exchanger 32 to the supply air.

Beim Betrieb im Kälteanlagenmodus oder im Nachheizmodus zum Entfeuchten der Zuluft wird die überschüssige, vom Kältemittel aufgenommene und an das Kühlmittel übertragene Wärme durch den ersten Strömungspfad 35 des Kühlmittelkreislaufs 30 geleitet und im zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager 36, auch als Niedertemperaturkühler bezeichnet, im Frontbereich des Kraftfahrzeuges an Luft abgegeben. Das Kühlmittel wird unabhängig vom Betriebsmodus umgewälzt und beim Durchströmen des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 4 erwärmt.When operating in the refrigeration system mode or in the post-heating mode for dehumidifying the supply air, the excess heat absorbed by the refrigerant and transferred to the coolant is passed through the first flow path 35 of the coolant circuit 30th and in the second coolant-air heat exchanger 36 , also referred to as low-temperature cooler, released into air in the front area of the motor vehicle. The coolant is circulated regardless of the operating mode and when flowing through the refrigerant-coolant heat exchanger 4th warmed up.

Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1' im Wärmepumpenmodus beziehungsweise im Nachheizmodus kann sich eine im Heizwärmeübertrager 32 an die Zuluft des Fahrgastraums übertragbare Wärme aus den im als Verdampfer betriebenen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 beziehungsweise im als Verdampfer betriebenen zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b und im Verdichter 3 an das Kältemittel übertragenen Energien, welche als Summe im Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 an das Kühlmittel übertragen werden, zusammensetzen, um eine ausreichende Temperatur der Zuluft für den Fahrgastraum zu erreichen.When operating the climate system 1' in heat pump mode or in post-heating mode, a 32 Heat transferable to the supply air of the passenger compartment from the first refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator 6th or in the second refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator 9a , 9b and in the compressor 3 Energy transferred to the refrigerant, which is the sum in the refrigerant-coolant heat exchanger 4th to be transferred to the coolant, put together in order to achieve a sufficient temperature of the supply air for the passenger compartment.

Der ausschließlich für die Aufnahme von Wärme und damit für den Betrieb als Verdampfer konfigurierte Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b wird dabei mit Kältemittel auf einem Niederdruckniveau beaufschlagt.The one configured exclusively for the absorption of heat and thus for operation as an evaporator Refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b is acted upon with refrigerant at a low pressure level.

Je nach Bedarf, das heißt wenn die im Kältemittelkreislauf 2' zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums bereitgestellte Wärme beim Betrieb im Nachheizmodus ausreicht und im zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b keine zusätzliche Wärmeaufnahme notwendig ist, kann der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b vom Kältemittelkreislauf 2' abgesperrt und im Bypass durch den zweiten Strömungspfad 13 umgangen werden. Das Ventil 16 wird geöffnet, während das als Expansionsventil ausgebildete Expansionsorgan 8 geschlossen wird.Depending on requirements, that is, when in the refrigerant circuit 2 ' sufficient heat provided to heat the air supply to the passenger compartment when operating in post-heating mode and in the second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b no additional heat absorption is necessary, the second refrigerant-air heat exchanger can 9a , 9b from the refrigerant circuit 2 ' shut off and in bypass through the second flow path 13th be bypassed. The valve 16 is opened while the expansion element designed as an expansion valve 8th is closed.

Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1' im Wärmepumpenmodus kann das dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b vorgelagerte Expansionsorgan 8 derart geregelt werden, das Kältemittel auf ein Niederdruckniveau zu entspannen, bei welchem die Eintrittstemperatur des Kältemittels nur leicht unterhalb der Temperatur der Luft, insbesondere der Umgebungsluft, liegt. Bei der zum Niederdruckniveau zugehörigen Temperatur wird das Kältemittel verdampft.When operating the climate system 1' in heat pump mode, this can be done by the second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b upstream expansion device 8th be regulated in such a way as to relax the refrigerant to a low pressure level at which the inlet temperature of the refrigerant is only slightly below the temperature of the air, in particular the ambient air. The refrigerant is evaporated at the temperature associated with the low pressure level.

Der als Kondensator/Gaskühler betriebene erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 wird dabei mit Kältemittel auf einem Mitteldruckniveau beaufschlagt und kann bei Bedarf die in das Klimagerät 40 einströmende Zuluft für den Fahrgastraum vorwärmen. Beim Überströmen des kühlmittelbeaufschlagten Heizwärmeübertragers 32 wird die Zuluft weiter erwärmt.The first refrigerant-air heat exchanger operated as a condenser / gas cooler 6th is pressurized with refrigerant at a medium pressure level and can, if necessary, be fed into the air conditioning unit 40 Preheat incoming air for the passenger compartment. When overflowing the heat exchanger charged with coolant 32 the supply air is heated further.

Die zweistufige Erwärmung der Zuluft erhöht durch ein Erhöhen der möglichen Enthalpiedifferenz des Kältemittels vor der Entspannung und damit der Verdampfung im zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b die Effizienz des Betriebs des Klimatisierungssystems 1'.The two-stage heating of the supply air increases by increasing the possible enthalpy difference of the refrigerant before the expansion and thus the evaporation in the second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b the efficiency of the operation of the air conditioning system 1' .

Aus 2 geht ein Klimatisierungssystem 1'' mit einem Kältemittelkreislauf 2'' und dem Kühlmittelkreislauf 30 hervor. Das Klimatisierungssystem 1'' unterscheidet sich von dem Klimatisierungssystem 1' aus 1 lediglich in der Ausbildung der Kältemittelkreisläufe 2', 2''.the end 2 goes an air conditioning system 1'' with a refrigerant circuit 2 '' and the coolant circuit 30th emerged. The air conditioning system 1'' differs from the air conditioning system 1' the end 1 only in the formation of the refrigerant circuits 2 ' , 2 '' .

Der Kältemittelkreislauf 2'' weist in Strömungsrichtung des Kältemittels den Verdichter 3, den als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4, das erste Expansionsorgan 5 sowie den ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum auf. Dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 ist ein drittes Expansionsorgan 20, insbesondere ein Expansionsventil, nachgeordnet. Die Kombination aus erstem Expansionsorgan 5, erstem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 und drittem Expansionsorgan 20 ist innerhalb eines zweiten Strömungspfades 17 angeordnet, welcher sich von einer Abzweigstelle 18 bis zu einer Mündungsstelle 19 erstreckt.The refrigerant circuit 2 '' points the compressor in the direction of flow of the refrigerant 3 , the refrigerant-coolant heat exchanger operated as a condenser / gas cooler 4th , the first expansion organ 5 as well as the first refrigerant-air heat exchanger 6th for conditioning the supply air for the passenger compartment. The refrigerant-air heat exchanger 6th is a third expansion organ 20th , in particular an expansion valve, downstream. The combination of the first expansion element 5 , the first refrigerant-air heat exchanger 6th and third expansion device 20th is within a second flow path 17th arranged, which is from a junction 18th up to an outlet point 19th extends.

Der Kältemittelkreislauf 2'' ist zudem mit dem zweiten als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b zum Übertragen von Wärme von Luft an das Kältemittel ausgebildet, welchem das zweite Expansionsorgan 8 vorgelagert ist. Der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b sind parallel zueinander angeordnet. Der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b und das dazugehörige zweite Expansionsorgan 8 sind innerhalb des ersten Strömungspfades 12 ausgebildet, welcher sich, wie der zweite Strömungspfad 17, von der Abzweigstelle 18 bis zur Mündungsstelle 19 erstreckt. Der erste Strömungspfad 12, welcher zwischen dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b und der Mündungsstelle 19 ein Rückschlagelement 10, insbesondere ein Rückschlagventil, aufweist, und der zweite Strömungspfad 17 verlaufen somit parallel. Der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b weist vorteilhaft den Bauraum eines herkömmlichen luftbeaufschlagten und als Kondensator/Gaskühler betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers auf.The refrigerant circuit 2 '' is also connected to the second refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator 9a , 9b designed to transfer heat from air to the refrigerant, which the second expansion element 8th is upstream. The first refrigerant-air heat exchanger 6th and the second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b are arranged parallel to each other. The second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b and the associated second expansion element 8th are within the first flow path 12th formed, which, like the second flow path 17th , from the junction 18th up to the muzzle 19th extends. The first flow path 12th , which is between the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b and the muzzle 19th a non-return element 10 , in particular a check valve, and the second flow path 17th thus run parallel. The second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b advantageously has the installation space of a conventional air-charged refrigerant-air heat exchanger operated as a condenser / gas cooler.

Zwischen der Mündungsstelle 19 und dem Verdichter 3 ist wiederum ein Sammler 11 angeordnet. Nach einer alternativen, nicht dargestellten Ausgestaltungsform ist der Sammler als Kältemittelspeicher innerhalb des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 4 integriert und damit auf dem Hochdruckniveau des Kältemittels angeordnet, wobei der auf dem Niederdruckniveau angeordnete Sammler 11 entfallen kann. Der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 kann zudem mit einer Vorrichtung zum Trocknen des Kältemittels ausgebildet sein.Between the muzzle 19th and the compressor 3 is again a collector 11 arranged. According to an alternative embodiment, not shown, the collector is a refrigerant storage device within the refrigerant-coolant heat exchanger 4th integrated and thus arranged at the high pressure level of the refrigerant, the collector arranged at the low pressure level 11 can be omitted. The refrigerant-coolant heat exchanger 4th can also be designed with a device for drying the refrigerant.

Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1'' im Nachheizmodus kann je nach Bedarf, das heißt wenn die im Kältemittelkreislauf 2'' zum Erwärmen der Zuluft des Fahrgastraums bereitgestellte Wärme ausreicht und im zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b keine zusätzliche Wärmeaufnahme notwendig ist, der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b vom Kältemittelkreislauf 2'' abgesperrt werden. Das als Expansionsventil ausgebildete zweite Expansionsorgan 8 wird, wie beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1' im Kälteanlagenmodus, geschlossen.When operating the climate system 1'' in post-heating mode, depending on requirements, i.e. when the refrigerant circuit 2 '' Sufficient heat provided to heat the supply air to the passenger compartment and in the second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b no additional heat absorption is necessary, the second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b from the refrigerant circuit 2 '' be locked. The second expansion element designed as an expansion valve 8th as when operating the air conditioning system 1' in refrigeration mode, closed.

Beim Betrieb des Klimatisierungssystems 1'' im Wärmepumpenmodus kann das erste Expansionsorgan 5 bei geöffnetem zweiten Expansionsorgan 8 geschlossen werden. Dabei wird der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 6 nicht mit Kältemittel beaufschlagt. Der gesamte Kältemittelmassenstrom wird zur Aufnahme von Wärme durch den zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b geleitet.When operating the climate system 1'' in the heat pump mode, the first expansion element 5 with the second expansion element open 8th getting closed. This is the first refrigerant-air heat exchanger 6th not charged with refrigerant. The entire refrigerant mass flow is used to absorb heat by the second refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b directed.

Eine nicht dargestellte Ausführungsform des Kühlmittelkreislaufs betrifft die Anordnung des ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragers und des zweiten Kühlmittelluftwärmeübertragers in Kombination mit der Anordnung der als Drei-Wege-Ventil ausgebildeten Abzweigstelle.
Das Drei-Wege-Ventil ist dabei in der zwischen der Fördervorrichtung und dem Heizwärmeübertrager ausgebildeten Verbindungsleitung vorgesehen, während die Mündungsstelle zwischen dem Heizwärmeübertrager und dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildet ist. Der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager ist innerhalb eines ersten Strömungspfades und der Heizwärmeübertrager ist innerhalb eines zweiten Strömungspfades ausgebildet, welche sich jeweils von der Abzweigstelle bis zur Mündungsstelle erstrecken. Der Heizwärmeübertrager als erster Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager und der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager sind damit parallel zueinander vom Kühlmittel durchströmbar angeordnet.
An embodiment of the coolant circuit, not shown, relates to the arrangement of the first coolant-air heat exchanger and the second coolant-air heat exchanger in combination with the arrangement of the branch point designed as a three-way valve.
The three-way valve is provided in the connecting line formed between the conveying device and the heating heat exchanger, while the opening point is formed between the heating heat exchanger and the refrigerant-coolant heat exchanger. The second coolant-air heat exchanger is formed within a first flow path and the heating heat exchanger is formed within a second flow path, each of which extends from the branch point to the point of opening. The heating heat exchanger as the first coolant-air heat exchanger and the second coolant-air heat exchanger are thus arranged parallel to one another so that the coolant can flow through them.

Der Kältemittelkreislauf und die Betriebsmodi sind für jedes Kältemittel verwendbar, welches niederdruckseitig einen Phasenübergang von flüssig nach gasförmig durchläuft. Hochdruckseitig gibt das Medium durch Gaskühlung/Kondensation und Unterkühlung die aufgenommene Wärme an eine Wärmesenke ab. Als Kältemittel sind natürliche Stoffe, wie R744, R717 und ähnliche, brennbare Stoffe, wie R290, R600, R600a und ähnliche, chemische Stoffe, wie R134a, R152a, HFO-1234yf, sowie diverse Kältemittelgemische verwendbar.The refrigerant circuit and the operating modes can be used for any refrigerant which undergoes a phase transition from liquid to gaseous on the low-pressure side. On the high pressure side, the medium releases the absorbed heat to a heat sink through gas cooling / condensation and subcooling. Natural substances such as R744, R717 and similar, flammable substances such as R290, R600, R600a and similar chemical substances such as R134a, R152a, HFO-1234yf, as well as various refrigerant mixtures can be used as refrigerants.

Die 3 und 4 zeigen jeweils eine Vorrichtung 9a, 9b zur Wärmeübertragung, insbesondere einen als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager beziehungsweise Umgebungswärmeübertrager, mit integrierter Vorrichtung 57a, 57b zum Abscheiden gasförmigen Kältemittels von flüssigem Kältemittel sowie einem Verdampfungsbereich 64a, 64b für flüssiges Kältemittel und einem Überströmbereich 65a, 65b für gasförmiges Kältemittel. Die Vorrichtung 57a, 57b zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel, auch als Abscheider, Phasenseparator oder Phasentrenner bezeichnet, ist innerhalb des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9a, 9b integriert ausgebildet.the 3 and 4th each show a device 9a , 9b for heat transfer, in particular a refrigerant-air heat exchanger or ambient heat exchanger operated as an evaporator, with an integrated device 57a , 57b for separating gaseous refrigerant from liquid refrigerant as well as an evaporation area 64a , 64b for liquid refrigerant and an overflow area 65a , 65b for gaseous refrigerant. The device 57a , 57b for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant, also referred to as a separator, phase separator or phase separator, is inside the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b integrated trained.

Die Vorrichtung 57a, 57b trennt jeweils die flüssige Phase von der gasförmigen Phase des Kältemittels ab, bevor das Kältemittel durch einen wärmeübertragenden Abschnitt des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9a, 9b hindurchströmt. Der wärmeübertragende Abschnitt des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9a, 9b ist dabei in zwei Bereiche unterteilt: einen aktiven Bereich 64a, 64b, auch als Verdampfungsbereich bezeichnet, und den inaktiven Bereich 65a, 65b, auch als Überströmbereich bezeichnet.
Der aktive Bereich 64a, 64b ist im Kreuzgegenstrom zum Kältemittel mit Luft beaufschlagbar, wobei Wärme von der Luft an das Kältemittel übertragen werden kann. Der inaktive Bereich 65a, 65b wird vorzugsweise nicht mit Luft beaufschlagt, sodass innerhalb des inaktiven Bereichs 65a, 65b keine Wärme übertragen wird.
Kältemittelseitig strömt das in der Vorrichtung 57a, 57b zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel abgetrennte flüssige Kältemittel durch den aktiven Bereich 64a, 64b des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9a, 9b und wird unter Wärmeaufnahme verdampft. Das abgetrennte gasförmige Kältemittel wird durch den inaktiven Bereich 65a, 65b des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9a, 9b geleitet und strömt somit ohne Aufnahme von Wärme durch den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b hindurch.
The device 57a , 57b separates the liquid phase from the gaseous phase of the refrigerant before the refrigerant passes through a heat-transferring section of the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b flows through. The heat transferring section of the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b is divided into two areas: an active area 64a , 64b , also known as the evaporation area, and the inactive area 65a , 65b , also known as the overflow area.
The active area 64a , 64b can be acted upon with air in cross-countercurrent to the refrigerant, whereby heat can be transferred from the air to the refrigerant. The inactive area 65a , 65b is preferably not exposed to air, so within the inactive area 65a , 65b no heat is transferred.
This flows into the device on the refrigerant side 57a , 57b liquid refrigerant separated from the liquid refrigerant by the active area to separate the gaseous refrigerant 64a , 64b of the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b and is evaporated while absorbing heat. The separated gaseous refrigerant is passed through the inactive area 65a , 65b of the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b and thus flows through the refrigerant-air heat exchanger without absorbing heat 9a , 9b through.

Da ausschließlich flüssiges Kältemittel durch den aktiven Bereich 64a, 64b des wärmeübertragenden Abschnitts des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9a, 9b strömt, ist der gesamte kältemittelseitige Druckverlust des Kältemittels beim Durchströmen des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9a, 9b deutlich geringer als der Druckverlust beim Durchströmen eines herkömmlichen, im Wärmepumpenmodus als Verdampfer betriebenen Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers. Da zudem das gasförmige Kältemittel durch den inaktiven Bereich 65a, 65b und damit um den aktiven Bereich 64a, 64b des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 9a, 9b herum geleitet wird, wird der aktive Bereich 64a, 64b mit einem geringeren Kältemittelmassenstrom beaufschlagt.Since only liquid refrigerant through the active area 64a , 64b of the heat transferring section of the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b flows, is the total refrigerant-side pressure loss of the refrigerant when flowing through the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b significantly lower than the pressure loss when flowing through a conventional refrigerant-air heat exchanger operated in heat pump mode as an evaporator. In addition, the gaseous refrigerant through the inactive area 65a , 65b and thus around the active area 64a , 64b of the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b is routed around it becomes the active area 64a , 64b acted upon with a lower refrigerant mass flow.

Infolge des reduzierten kältemittelseitigen Druckverlusts sowie des geringeren Kältemittelmassenstroms kann bei gleicher Leistungsanforderung an die zu übertragende Wärme im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager die Bauteilgröße reduziert werden, was zu geringeren Kosten bei der Herstellung und zu einem geringeren Gewicht führt.
Zudem weist der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9a, 9b keine zusätzlichen getrennt ausgebildeten Komponenten, wie ein Expansionsorgan oder eine eigenständige Vorrichtung zum Abscheiden sowie die Komponenten verbindende Kältemittelleitungen, auf was ebenfalls die Kosten sowie die Komplexität des Kältemittelkreislaufs reduziert.
As a result of the reduced pressure loss on the refrigerant side and the lower refrigerant mass flow, the component size can be reduced compared to a refrigerant-air heat exchanger known from the prior art, with the same performance requirements for the heat to be transferred, which leads to lower manufacturing costs and lower weight leads.
In addition, the refrigerant-air heat exchanger 9a , 9b no additional separately formed components, such as an expansion element or an independent device for separating as well as refrigerant lines connecting the components, which also reduces the costs and the complexity of the refrigerant circuit.

Aus 3 geht eine Vorrichtung 9a zur Wärmeübertragung mit integrierter Vorrichtung 57a zum Abscheiden gasförmigen Kältemittels von flüssigem Kältemittel sowie einem Verdampfungsbereich 64a als aktivem Bereich 64a und einem Überströmbereich 65a für gasförmiges Kältemittel als inaktivem Bereich 65a hervor. Die Vorrichtung 57a zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel ist innerhalb eines ersten Sammelrohres 50a beziehungsweise Verteilrohres oder Kältemitteleinlassverteilers angeordnet.the end 3 goes a device 9a for heat transfer with integrated device 57a for separating gaseous refrigerant from liquid refrigerant as well as an evaporation area 64a as an active area 64a and an overflow area 65a for gaseous refrigerant as an inactive area 65a emerged. The device 57a for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant is inside a first manifold 50a or distribution pipe or refrigerant inlet manifold arranged.

Die Vorrichtung 9a weist das erste Sammelrohr 50a und ein zweites Sammelrohr 51a auf, welche über parallel zueinander und in horizontaler Richtung x angeordnete, insbesondere geradlinig ausgebildete Rohrelemente 52-1, 52-2 miteinander verbunden sind. Die inneren Volumina der Sammelrohre 50a, 51a sind über die Rohrelemente 52-1, 52-2 zu einem gemeinsamen Volumen zusammengefügt.The device 9a has the first manifold 50a and a second manifold 51a on which about parallel to each other and in a horizontal direction x arranged, in particular rectilinear tubular elements 52-1 , 52-2 are connected to each other. The internal volumes of the manifolds 50a , 51a are about the pipe elements 52-1 , 52-2 combined to form a common volume.

Die Vorrichtung 9a weist einen Einlass 54 und einen Auslass 55 für das Kältemittel auf. Der Einlass 54 ist am ersten Sammelrohr 50a ausgebildet, während das zweite Sammelrohr 51a den Auslass 55 aufweist.The device 9a has an inlet 54 and an outlet 55 for the refrigerant. The inlet 54 is on the first manifold 50a formed while the second manifold 51a the outlet 55 having.

Die beiden Phasen des Kältemittels werden mittels der Vorrichtung 57a mechanisch voneinander getrennt. Die mechanische Trennung beruht dabei auf der Trägheitskraft als treibende Kraft, was einen ausreichend großen Dichteunterschied zwischen den Phasen des Kältemittels erfordert.The two phases of the refrigerant are by means of the device 57a mechanically separated from each other. The mechanical separation is based on the inertial force as the driving force, which requires a sufficiently large difference in density between the phases of the refrigerant.

Das in der insbesondere in horizontaler Richtung x ausgerichteten Strömungsrichtung 56 in das erste Sammelrohr 50a einströmende Gemisch aus gasförmigem und flüssigem Kältemittel wird gegen ein vorzugsweise in vertikaler Richtung y ausgerichtet angeordnetes und als Prallblech dienendes Trennelement 60 der Vorrichtung 57a zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel geleitet. Nach dem Einströmen in die Vorrichtung 9a prallt das Kältemittel auf eine Vorderseite des als Trennwand ausgebildeten Trennelementes 60. Durch die abrupten Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit und der Strömungsrichtung werden infolge der unterschiedlichen Trägheitskräfte des flüssigen Kältemittels und des gasförmigen Kältemittels, mit welchen die beiden Phasen der Richtungsänderung unterschiedlich folgen, die unterschiedlichen Phasen des Kältemittels voneinander getrennt.That in particular in the horizontal direction x aligned flow direction 56 into the first manifold 50a The inflowing mixture of gaseous and liquid refrigerant is counteracted, preferably in a vertical direction y Aligned separating element serving as a baffle plate 60 the device 57a to separate the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant. After flowing into the device 9a the refrigerant strikes a front side of the separating element designed as a partition 60 . Due to the abrupt changes in the flow velocity and the flow direction, the different phases of the refrigerant are separated from one another due to the different inertial forces of the liquid refrigerant and the gaseous refrigerant, with which the two phases follow the change in direction differently.

Aufgrund der größeren Dichte strömt das flüssige Kältemittel in der insbesondere in vertikaler Richtung y ausgerichteten Strömungsrichtung 61 nach unten in einen im ersten Sammelrohr 50a ausgebildeten Flüssigkeitsbereich 58a, während das gasförmige Kältemittel aufgrund der geringeren Dichte in der insbesondere in vertikaler Richtung y ausgerichteten Strömungsrichtung 62 nach oben in einen ebenfalls im ersten Sammelrohr 50a ausgebildeten Gasbereich 59a geleitet wird.Due to the greater density, the liquid refrigerant flows in the, in particular, in the vertical direction y aligned flow direction 61 down into one in the first manifold 50a formed fluid area 58a , while the gaseous refrigerant due to the lower density in the particular in the vertical direction y aligned flow direction 62 up into one also in the first manifold 50a trained gas area 59a is directed.

Das Trennelement 60 dient zudem als Mittel zum Abtrennen des Flüssigkeitsbereichs 58a vom Gasbereich 59a und damit zur Ausbildung von zwei Kammern. Die Kammern sind lediglich im Flüssigkeitsbereich 58a miteinander verbunden, um flüssiges Kältemittel zwischen den Kammern überströmen zu lassen.The separator 60 also serves as a means for separating the liquid area 58a from the gas area 59a and thus to the formation of two chambers. The chambers are only in the liquid area 58a interconnected to allow liquid refrigerant to flow over between the chambers.

Die den Flüssigkeitsbereich 58a des ersten Sammelrohres 50a mit dem zweiten Sammelrohr 51a verbindenden Rohrelemente 52-1 bilden den aktiven Verdampfungsbereich 64a aus und sind zur Vergrößerung der Wärmeübertragerfläche auf der Außenseite, das heißt speziell der Luftseite, mit Rippen 53 versehen. Die Rohrelemente 52-1 sind beispielsweise als Flachrohre ausgebildet.The the fluid area 58a of the first manifold 50a with the second manifold 51a connecting pipe elements 52-1 form the active evaporation area 64a and are designed with ribs to enlarge the heat exchanger surface on the outside, i.e. especially the air side 53 Mistake. The pipe elements 52-1 are designed, for example, as flat tubes.

Das flüssige Kältemittel wird durch die Rohrelemente 52-1 des Verdampfungsbereichs 64a hindurchgeleitet, wobei Wärme an das Kältemittel übertragen wird und das Kältemittel verdampft. Die Luft strömt beispielsweise im Kreuzgegenstrom über die Rippen 53. Nach vollständiger Verdampfung wird das gasförmige Kältemittel innerhalb des zweiten Sammelrohres 51a in Strömungsrichtung 63 in Richtung des Auslasses 55 geleitet.The liquid refrigerant is passed through the pipe elements 52-1 the evaporation area 64a passed through, heat is transferred to the refrigerant and the refrigerant evaporates. For example, the air flows in a cross-countercurrent over the ribs 53 . After complete evaporation, the gaseous refrigerant is inside the second manifold 51a in the direction of flow 63 towards the outlet 55 directed.

Die sich im Gasbereich 59a des ersten Sammelrohres 50a des zwischen dem ersten Sammelrohr 50a und dem zweiten Sammelrohr 51a erstreckenden Rohrelemente 52-2 bilden den inaktiven Überströmbereich 65a für das in der Vorrichtung 57a zum Abscheiden des gasförmigen vom flüssigen Kältemittel abgeschiedenen gasförmigen Kältemittels aus und weisen im Vergleich zu den den Verdampfungsbereich 64a ausbildenden Rohrelementen 52-1 keine Rippen auf. Auch die Rohrelemente 52-2 des Überströmbereichs 65a können als Flachrohre ausgebildet sein, welche aneinander anliegend angeordnet sind. Die kompakte Anordnung der Rohrelemente 52-2 bewirkt einen sehr kompakten Bauraum des Wärmeübertragers 9a.Which are in the gas area 59a of the first manifold 50a between the first manifold 50a and the second manifold 51a extending pipe elements 52-2 form the inactive overflow area 65a for that in the device 57a for separating the gaseous refrigerant separated from the liquid refrigerant and have the evaporation area in comparison to the 64a forming pipe elements 52-1 no ribs on. Also the pipe elements 52-2 of the overflow area 65a can be designed as flat tubes, which are arranged adjacent to one another. The compact arrangement of the pipe elements 52-2 results in a very compact installation space for the heat exchanger 9a .

Das gasförmige Kältemittel wird durch die Rohrelemente 52-2 des Überströmbereichs 65a hindurchgeleitet. Dabei wird keine Wärme an das Kältemittel übertragen. Das durch den Überströmbereich 65a hindurchgeleitete gasförmige Kältemittel wird innerhalb des zweiten Sammelrohres 51a mit dem bei der Verdampfung erzeugten gasförmigen Kältemittel vermischt und als gemeinsamer Massenstrom gasförmigen Kältemittels in Strömungsrichtung 56 durch den Auslass 55 aus dem Wärmeübertrager 9a abgeleitet.The gaseous refrigerant gets through the pipe elements 52-2 of the overflow area 65a passed through. No heat is transferred to the refrigerant. That through the overflow area 65a Gaseous refrigerant passed through is inside the second manifold 51a mixed with the gaseous refrigerant generated during evaporation and as a common mass flow of gaseous refrigerant in the direction of flow 56 through the outlet 55 from the heat exchanger 9a derived.

Die Massenströme des gasförmigen und des flüssigen Kältemittels werden folglich mit dem Verdampfungsbereich 64a und dem Überströmbereich 65a durch unterschiedliche, getrennt voneinander ausgebildete Bereiche des Wärmeübertragers 9a geleitet. Die Bereiche weisen unterschiedliche Dimensionen auf, wobei der Verdampfungsbereich 64a größer dimensioniert ist als der Überströmbereich 65a.The mass flows of the gaseous and liquid refrigerant are consequently associated with the evaporation area 64a and the overflow area 65a through different, separately designed areas of the heat exchanger 9a directed. The areas have different dimensions, with the evaporation area 64a is dimensioned larger than the overflow area 65a .

Nach einer ersten alternativen Ausführungsform sind die Rohrelemente 52-1 des Verdampfungsbereichs 64a und die Rohrelemente 52-2 des Überströmbereichs 65a in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Dabei kann die Luft die Rohrelemente 52-1, 52-2 parallel überströmen.According to a first alternative embodiment, the tubular elements 52-1 the evaporation area 64a and the pipe elements 52-2 of the overflow area 65a arranged in a common plane. In doing so, the air can hit the pipe elements 52-1 , 52-2 overflow in parallel.

Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform sind die Rohrelemente des Verdampfungsbereichs und die Rohrelemente des Überströmbereichs jeweils in zwei parallel zueinander ausgerichteten Ebenen angeordnet. Dabei kann die Luft je nach Strömungsrichtung nacheinander erst über die Wärmeübertragungsfläche des Verdampfungsbereichs und anschließend über die Wärmeübertragungsfläche des Überströmbereichs oder umgekehrt strömen.According to an alternative embodiment, not shown, the tube elements of the evaporation area and the tube elements of the overflow area are each arranged in two planes aligned parallel to one another. Here, depending on the direction of flow, the air can flow one after the other over the heat transfer surface of the evaporation area and then over the heat transfer surface of the overflow area or vice versa.

In 4 ist eine Vorrichtung 9b zur Wärmeübertragung, insbesondere ein Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager, mit einer integrierten Vorrichtung 57b zum Abscheiden gasförmigen Kältemittels von flüssigem Kältemittel sowie einem Verdampfungsbereich 64b für flüssiges Kältemittel und einem Überströmbereich 65b für gasförmiges Kältemittel gezeigt. Die Vorrichtung 57b zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel ist zwischen einem ersten Sammelrohr 50b und einem zweiten Sammelrohr 51b, die Sammelrohre 50b, 51b miteinander verbindend ausgebildet angeordnet.In 4th is a device 9b for heat transfer, in particular a refrigerant-air heat exchanger, with an integrated device 57b for separating gaseous refrigerant from liquid refrigerant as well as an evaporation area 64b for liquid refrigerant and an overflow area 65b shown for gaseous refrigerant. The device 57b to separate the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant is between a first manifold 50b and a second manifold 51b who have favourited manifolds 50b , 51b arranged connected to one another.

Das erste Sammelrohr 50b und das zweite Sammelrohr 51b sind zudem über parallel zueinander sowie zur Vorrichtung 57b und in vertikaler Richtung y angeordnete, insbesondere geradlinig ausgebildete Rohrelemente 52-1 miteinander verbunden. Die inneren Volumina der Sammelrohre 50b, 51b sind über die Rohrelemente 52-1 und die Vorrichtung 57b zu einem gemeinsamen Volumen zusammengefügt.The first manifold 50b and the second manifold 51b are also about parallel to each other and to the device 57b and in the vertical direction y arranged, in particular rectilinear tubular elements 52-1 connected with each other. The internal volumes of the manifolds 50b , 51b are about the pipe elements 52-1 and the device 57b combined to form a common volume.

Der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 9b weist einen Einlass 54 und einen Auslass 55 für das Kältemittel auf. Der Einlass 54 ist an der Vorrichtung 57b zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel ausgebildet, während das zweite Sammelrohr 51b den Auslass 55 aufweist.The refrigerant-air heat exchanger 9b has an inlet 54 and an outlet 55 for the refrigerant. The inlet 54 is on the device 57b designed to separate the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant, while the second manifold 51b the outlet 55 having.

Die beiden Phasen des Kältemittels werden mittels der Vorrichtung 57b mechanisch voneinander getrennt. Die mechanische Trennung beruht dabei wiederum auf der Trägheitskraft als treibende Kraft, was einen ausreichend großen Dichteunterschied zwischen den Phasen des Kältemittels erfordert. Das Gemisch aus gasförmigem und flüssigem Kältemittel strömt in der insbesondere in horizontaler Richtung x ausgerichteten Strömungsrichtung 56 in die in vertikaler Richtung y ausgerichtet angeordnete Vorrichtung 57b zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel ein. Durch die abrupten Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit und der Strömungsrichtung beim Auftreffen auf die Wandung der Vorrichtung 57b werden infolge der unterschiedlichen Trägheitskräfte des flüssigen Kältemittels und des gasförmigen Kältemittels, mit welchen die beiden Phasen der Richtungsänderung unterschiedlich folgen, die unterschiedlichen Phasen des Kältemittels voneinander getrennt.The two phases of the refrigerant are by means of the device 57b mechanically separated from each other. The mechanical separation is based in turn on the inertial force as the driving force, which requires a sufficiently large difference in density between the phases of the refrigerant. The mixture of gaseous and liquid refrigerant flows in particular in the horizontal direction x aligned flow direction 56 in the vertical direction y aligned device 57b to separate the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant. Due to the abrupt changes in the flow velocity and the flow direction when it hits the wall of the device 57b Due to the different inertial forces of the liquid refrigerant and the gaseous refrigerant, with which the two phases follow the change of direction differently, the different phases of the refrigerant are separated from one another.

Aufgrund der größeren Dichte strömt das flüssige Kältemittel in der insbesondere in vertikaler Richtung y ausgerichteten Strömungsrichtung 61 nach unten in einen in der Vorrichtung 57b ausgebildeten Flüssigkeitsbereich 58b, während das gasförmige Kältemittel aufgrund der geringeren Dichte in der insbesondere in vertikaler Richtung y ausgerichteten Strömungsrichtung 62 nach oben in einen ebenfalls in der Vorrichtung 57b ausgebildeten Gasbereich 59b geleitet wird.Due to the greater density, the liquid refrigerant flows in the, in particular, in the vertical direction y aligned flow direction 61 down into one in the device 57b formed fluid area 58b , while the gaseous refrigerant due to the lower density in the particular in the vertical direction y aligned flow direction 62 up in one also in the device 57b trained gas area 59b is directed.

Der Flüssigkeitsbereich 58b ist mit dem ersten Sammelrohr 50b verbunden, während der Gasbereich 59b mit dem zweiten Sammelrohr 51b hydraulisch gekoppelt ist.The fluid area 58b is with the first manifold 50b connected while the gas area 59b with the second manifold 51b is hydraulically coupled.

Das erste Sammelrohr 50b und die das erste Sammelrohr 50b mit dem zweiten Sammelrohr 51b verbindenden Rohrelemente 52-1 bilden den aktiven Verdampfungsbereich 64b aus. Die beispielsweise als Flachrohre ausgebildeten Rohrelemente 52-1 sind zur Vergrößerung der Wärmeübertragerfläche auf der Außenseite, das heißt speziell der Luftseite, mit Rippen 53 versehen.The first manifold 50b and the first manifold 50b with the second manifold 51b connecting pipe elements 52-1 form the active evaporation area 64b the end. The tubular elements, for example, designed as flat tubes 52-1 are designed with ribs to enlarge the heat exchanger surface on the outside, i.e. especially on the air side 53 Mistake.

Das flüssige Kältemittel wird durch die Rohrelemente 52-1 des Verdampfungsbereichs 64b hindurchgeleitet, wobei Wärme an das Kältemittel übertragen wird und das Kältemittel verdampft. Die Luft strömt beispielsweise im Kreuzgegenstrom über die Rippen 53. Nach vollständiger Verdampfung wird das gasförmige Kältemittel in das zweite Sammelrohr 51b eingeleitet.The liquid refrigerant is passed through the pipe elements 52-1 the evaporation area 64b passed through, heat is transferred to the refrigerant and the refrigerant evaporates. For example, the air flows in a cross-countercurrent over the ribs 53 . After complete evaporation, the gaseous refrigerant enters the second manifold 51b initiated.

Das zweite Sammelrohr 51b bildet den inaktiven Überströmbereich 65b für das in der Vorrichtung 57b zum Abscheiden des gasförmigen vom flüssigen Kältemittel abgeschiedenen gasförmigen Kältemittels aus. Das gasförmige Kältemittel wird in Strömungsrichtung 63 durch das zweite Sammelrohr 51b hindurchgeleitet und dabei mit dem bei der Verdampfung erzeugten gasförmigen Kältemittel vermischt sowie als gemeinsamer Massenstrom in Strömungsrichtung 56 durch den Auslass 55 aus dem Wärmeübertrager 9b abgeleitet.The second manifold 51b forms the inactive overflow area 65b for that in the device 57b for separating the gaseous refrigerant separated from the liquid refrigerant. The gaseous refrigerant is in the direction of flow 63 through the second manifold 51b passed through and mixed with the gaseous refrigerant generated during evaporation and as a common mass flow in the direction of flow 56 through the outlet 55 from the heat exchanger 9b derived.

Da lediglich flüssiges Kältemittel durch den aktiven Verdampfungsbereich 64a, 64b hindurchströmt, steht jeweils die gesamte Verdampfungsenthalpie des Zwei-Phasengebiets des Kältemittels zur Wärmeaufnahme zur Verfügung. Der reduzierte Kältemittelmassenstrom bewirkt in Kombination mit der erhöhten Verdampfungsenthalpie den deutlich geringeren kältemittelseitigen Druckverlust innerhalb des aktiven Verdampfungsbereichs 64a, 64b und führt somit zu einer deutlich geringeren Temperaturspreizung des Kältemittels zwischen dem Einlass 54 und dem Auslass 55 des Kältemittels im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager. Damit kann zudem deutlich mehr Wärme aus der Umgebung aufgenommen werden. Der kältemittelseitige Druckverlust kann weiter reduziert werden, indem speziell für die Verdampfung ausgebildete Kältemittelrohre als Rohrelemente 52-1 verwendet werden.As only liquid refrigerant through the active evaporation area 64a , 64b flows through, the entire enthalpy of vaporization of the two-phase region of the refrigerant is available for heat absorption. The reduced one In combination with the increased enthalpy of evaporation, the refrigerant mass flow results in a significantly lower pressure loss on the refrigerant side within the active evaporation area 64a , 64b and thus leads to a significantly lower temperature spread of the refrigerant between the inlet 54 and the outlet 55 of the refrigerant compared to a refrigerant-air heat exchanger known from the prior art. This means that significantly more heat can be absorbed from the environment. The pressure loss on the refrigerant side can be further reduced by using refrigerant pipes specially designed for evaporation as pipe elements 52-1 be used.

Im Vergleich zum Wärmeübertrager 9a aus 3 wird beim Wärmeübertrager 9b aus 4 bei gleichem Bauraum eine größere Anzahl an Rohrelementen 52-1 parallel durchströmt, welche zudem eine geringere Länge aufweisen. Dadurch kann der kältemittelseitige Druckverlust des Wärmeübertragers 9b weiter verringert werden.Compared to the heat exchanger 9a the end 3 becomes at the heat exchanger 9b the end 4th a larger number of tubular elements with the same installation space 52-1 flows through parallel, which also have a shorter length. This can reduce the pressure loss on the refrigerant side of the heat exchanger 9b can be further reduced.

Innerhalb des inaktiven Überströmbereichs 65b strömt das gasförmige Kältemittel durch das zweite Sammelrohr 51b, dessen freier Strömungsquerschnitt derart ausgebildet ist, dass im gasförmigen Kältemittel während der Durchströmung lediglich ein geringer kältemittelseitiger Druckverlust auftritt.Within the inactive overflow area 65b the gaseous refrigerant flows through the second manifold 51b whose free flow cross-section is designed in such a way that only a slight pressure loss on the refrigerant side occurs in the gaseous refrigerant while it is flowing through.

Die integrierte Vorrichtung 57a, 57b zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel ist derart ausgebildet und angeordnet, dass auch bei unterschiedlichen Füllstandshöhen des flüssigen Kältemittels stets ein Massenstrom vollständig flüssigen Kältemittels durch den aktiven Verdampfungsbereich 64a, 64b hindurchströmt. Der Füllstand des flüssigen Kältemittels stellt sich entsprechend der Druckdifferenz zwischen dem Kältemittel am Einlass 54 und am Auslass 55 ein.The integrated device 57a , 57b for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant is designed and arranged in such a way that a mass flow of completely liquid refrigerant through the active evaporation area always occurs even with different fill levels of the liquid refrigerant 64a , 64b flows through. The level of the liquid refrigerant is set according to the pressure difference between the refrigerant at the inlet 54 and at the outlet 55 a.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1', 1''1 ', 1' '
KlimatisierungssystemAir conditioning system
2', 2''2 ', 2' '
KältemittelkreislaufRefrigerant circulation
33rd
Verdichtercompressor
44th
Wärmeübertrager, Kältemittel-Kühlmittel-WärmeübertragerHeat exchanger, refrigerant-coolant heat exchanger
55
erstes Expansionsorganfirst expansion device
66th
Wärmeübertrager, erster Kältemittel-Luft-WärmeübertragerHeat exchanger, first refrigerant-air heat exchanger
77th
innerer Wärmeübertragerinternal heat exchanger
88th
zweites Expansionsorgansecond expansion device
9a, 9b9a, 9b
Vorrichtung zur Wärmeübertragung, Wärmeübertrager, zweiter Kältemittel-Luft-WärmeübertragerDevice for heat transfer, heat exchanger, second refrigerant-air heat exchanger
1010
RückschlagelementNon-return element
1111
SammlerCollector
1212th
erster Strömungspfadfirst flow path
1313th
zweiter Strömungspfadsecond flow path
1414th
AbzweigstelleBranch point
1515th
MündungsstelleMouth point
1616
Ventil, AbsperrventilValve, shut-off valve
1717th
zweiter Strömungspfadsecond flow path
1818th
AbzweigstelleBranch point
1919th
MündungsstelleMouth point
2020th
drittes Expansionsorganthird expansion organ
3030th
KühlmittelkreislaufCoolant circuit
3131
FördervorrichtungConveyor
3232
erster Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager, Heizwärmeübertragerfirst coolant-air heat exchanger, heating heat exchanger
3333
Abzweigstelle, Drei-Wege-VentilJunction point, three-way valve
3434
MündungsstelleMouth point
3535
erster Strömungspfadfirst flow path
3636
zweiter Kühlmittel-Luft-Wärmeübertragersecond coolant-air heat exchanger
3737
zweiter Strömungspfadsecond flow path
4040
KlimagerätAir conditioner
4141
Strömungsrichtung Zuluft FahrgastraumDirection of flow in the passenger compartment supply air
4242
AnlagenmodulPlant module
4343
Strömungsrichtung LuftDirection of air flow
50a, 50b50a, 50b
erstes Sammelrohrfirst manifold
51a, 51b51a, 51b
zweites Sammelrohrsecond manifold
52-1, 52-252-1, 52-2
RohrelementTubular element
5353
Ripperib
5454
Einlass KältemittelInlet refrigerant
5555
Auslass KältemittelRefrigerant outlet
5656
Strömungsrichtung KältemittelDirection of flow refrigerant
57a, 57b57a, 57b
Vorrichtung zum Abscheiden gasförmigen Kältemittels von flüssigem KältemittelDevice for separating gaseous refrigerant from liquid refrigerant
58a, 58b58a, 58b
FlüssigkeitsbereichLiquid area
59a, 59b59a, 59b
GasbereichGas range
6060
TrennelementSeparator
6161
Strömungsrichtung KältemittelflüssigkeitDirection of flow refrigerant liquid
6262
Strömungsrichtung gasförmiges KältemittelDirection of flow of gaseous refrigerant
6363
Strömungsrichtung gasförmiges KältemittelDirection of flow of gaseous refrigerant
64a, 64b64a, 64b
Verdampfungsbereich, aktiver BereichEvaporation area, active area
65a, 65b65a, 65b
Überströmbereich gasförmiges Kältemittel, inaktiver BereichOverflow area for gaseous refrigerant, inactive area
xx
horizontale Richtunghorizontal direction
yy
vertikale Richtungvertical direction

Claims (17)

Vorrichtung (9a) zur Wärmeübertragung für einen Kältemittelkreislauf (2', 2") eines Klimatisierungssystems (1', 1") eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Einlass (54) und einen Auslass (55) für das Kältemittel, ein erstes Sammelrohr (50a) und ein zweites Sammelrohr (51a) sowie sich zwischen den Sammelrohren (50a, 51a) erstreckende, parallel zueinander ausgerichtet angeordnete Rohrelemente (52-1, 52-2), wobei eine Vorrichtung (57a) zum Abscheiden gasförmigen Kältemittels von flüssigem Kältemittel in die Vorrichtung (9a) integriert ausgebildet ist und die Vorrichtung (9a) einen Verdampfungsbereich (64a) ausschließlich zum Beaufschlagen mit flüssigem Kältemittel und einen Überströmbereich (65a) ausschließlich zum Beaufschlagen mit gasförmigem Kältemittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelrohre (50a) in vertikaler Richtung (y) ausgerichtet angeordnet sowie über parallel zueinander und in horizontaler Richtung (x) angeordnete Rohrelemente (52-1, 52-2) miteinander verbunden sind, und dass die Vorrichtung (57a) zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel innerhalb des ersten Sammelrohres (50a) integriert ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung (57a) ein in vertikaler Richtung (y) ausgerichtet angeordnetes Trennelement (60) aufweist, welches ein inneres Volumen des ersten Sammelrohres (50a) in einen Flüssigkeitsbereich (58a) und einen Gasbereich (59a) unterteilt.Device (9a) for heat transfer for a refrigerant circuit (2 ', 2 ") of an air conditioning system (1', 1") of a motor vehicle, having an inlet (54) and an outlet (55) for the refrigerant, a first manifold (50a) and a second collecting pipe (51a) and pipe elements (52-1, 52-2) extending between the collecting pipes (50a, 51a) and arranged parallel to one another, wherein a device (57a) for separating gaseous refrigerant from liquid refrigerant in the device (9a) is designed to be integrated and the device (9a) has an evaporation area (64a) exclusively for the application of liquid refrigerant and an overflow area (65a) exclusively for the application of gaseous refrigerant, characterized in that the manifolds (50a) in the vertical direction ( y) arranged in an aligned manner and connected to one another via pipe elements (52-1, 52-2) arranged parallel to one another and in the horizontal direction (x) are, and that the device (57a) for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant is integrated within the first collecting pipe (50a), the device (57a) having a separating element (60) which is arranged in the vertical direction (y) and which an inner volume of the first collecting tube (50a) is divided into a liquid region (58a) and a gas region (59a). Vorrichtung (9a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (54) am ersten Sammelrohr (50a) ausgebildet ist.Device (9a) according to Claim 1 , characterized in that the inlet (54) is formed on the first manifold (50a). Vorrichtung (9a) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Flüssigkeitsbereich (58a) des ersten Sammelrohres (50a) mit dem zweiten Sammelrohr (51a) verbindenden Rohrelemente (52-1) den Verdampfungsbereich (64a) und die den Gasbereich (59a) des ersten Sammelrohres (50a) mit dem zweiten Sammelrohr (51a) verbindenden Rohrelemente (52-2) den Überströmbereich (65a) ausbilden.Device (9a) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the pipe elements (52-1) connecting the liquid region (58a) of the first collecting pipe (50a) to the second collecting pipe (51a) with the evaporation region (64a) and the gas region (59a) of the first collecting pipe (50a) the pipe elements (52-2) connecting the second collecting pipe (51a) form the overflow area (65a). Klimatisierungssystem (1', 1'') eines Kraftfahrzeugs mit einem Kühlmittelkreislauf (30) und einem Kältemittelkreislauf (2', 2''), aufweisend eine Vorrichtung (9a) zur Wärmeübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 3.Air conditioning system (1 ', 1 ") of a motor vehicle with a coolant circuit (30) and a refrigerant circuit (2', 2"), having a device (9a) for heat transfer according to one of the Claims 1 until 3 . Klimatisierungssystem (1', 1'') eines Kraftfahrzeugs mit einem Kühlmittelkreislauf (30) und einem Kältemittelkreislauf (2', 2''), aufweisend eine Vorrichtung (9b) zur Wärmeübertragung für den Kältemittelkreislauf (2', 2'') mit einem Einlass (54) und einem Auslass (55) für das Kältemittel, einem ersten Sammelrohr (50b) und einem zweiten Sammelrohr (51b) sowie sich zwischen den Sammelrohren (50b, 51b) erstreckende, parallel zueinander ausgerichtet angeordnete Rohrelemente (52-1), dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (57b) zum Abscheiden gasförmigen Kältemittels von flüssigem Kältemittel in die Vorrichtung (9b) integriert ausgebildet ist und die Vorrichtung (9b) einen Verdampfungsbereich (64b) ausschließlich zum Beaufschlagen mit flüssigem Kältemittel und einen Überströmbereich (65b) ausschließlich zum Beaufschlagen mit gasförmigem Kältemittel aufweist.Air conditioning system (1 ', 1 ") of a motor vehicle with a coolant circuit (30) and a refrigerant circuit (2', 2"), comprising a device (9b) for heat transfer for the refrigerant circuit (2 ', 2 ") with a Inlet (54) and an outlet (55) for the refrigerant, a first manifold (50b) and a second manifold (51b) and pipe elements (52-1) extending between the manifolds (50b, 51b) and arranged parallel to one another, characterized in that a device (57b) for separating gaseous refrigerant from liquid refrigerant is integrated into the device (9b) and the device (9b) has an evaporation area (64b) exclusively for the application of liquid refrigerant and an overflow area (65b) exclusively for Has loading with gaseous refrigerant. Klimatisierungssystem (1', 1'') nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelrohre (50b, 51b) der Vorrichtung (9b) in horizontaler Richtung (x) ausgerichtet angeordnet sowie über parallel zueinander und in vertikaler Richtung (y) angeordnete Rohrelemente (52-1) miteinander verbunden sind.Climate system (1 ', 1'') Claim 5 , characterized in that the collecting pipes (50b, 51b) of the device (9b) are arranged aligned in the horizontal direction (x) and are connected to one another via pipe elements (52-1) arranged parallel to one another and in the vertical direction (y). Klimatisierungssystem (1', 1'') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (57b) zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel zwischen dem ersten Sammelrohr (50b) und dem zweiten Sammelrohr (51b), die Sammelrohre (50b, 51b) miteinander verbindend ausgebildet angeordnet ist.Climate system (1 ', 1'') Claim 6 , characterized in that the device (57b) for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant is arranged between the first manifold (50b) and the second manifold (51b) connecting the manifolds (50b, 51b) to one another. Klimatisierungssystem (1', 1'') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (57b) zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel in vertikaler Richtung (y) und parallel zu den Rohrelementen (52-1) angeordnet ist.Climate system (1 ', 1'') Claim 7 , characterized in that the device (57b) for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant is arranged in the vertical direction (y) and parallel to the pipe elements (52-1). Klimatisierungssystem (1', 1'') nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (54) an der Vorrichtung (57b) zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel ausgebildet ist.Climate system (1 ', 1'') Claim 7 or 8th , characterized in that the inlet (54) is formed on the device (57b) for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant. Klimatisierungssystem (1', 1'') nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (57b) zum Abscheiden des gasförmigen Kältemittels vom flüssigen Kältemittel einen Flüssigkeitsbereich (58b) und einen Gasbereich (59b) aufweist, wobei der Flüssigkeitsbereich (58b) mit dem ersten Sammelrohr (50b) und der Gasbereich (59b) mit dem zweiten Sammelrohr (51b) verbunden ausgebildet sind.Air conditioning system (1 ', 1'') according to one of the Claims 7 until 9 , characterized in that the device (57b) for separating the gaseous refrigerant from the liquid refrigerant has a liquid area (58b) and a gas area (59b), the liquid area (58b) with the first collecting tube (50b) and the gas area (59b) are formed connected to the second manifold (51b). Klimatisierungssystem (1', 1'') nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sammelrohr (50b) sowie die das erste Sammelrohr (50b) mit dem zweiten Sammelrohr (51b) verbindenden Rohrelemente (52-1) den Verdampfungsbereich (64b) und das zweite Sammelrohr (51b) den Überströmbereich (65b) ausbilden.Air conditioning system (1 ', 1'') according to one of the Claims 6 until 10 , characterized in that the first manifold (50b) and the pipe elements (52-1) connecting the first manifold (50b) to the second manifold (51b) the evaporation area (64b) and the second manifold (51b) the overflow area (65b) form. Klimatisierungssystem (1', 1'') nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass - der Kältemittelkreislauf (2', 2'') einen Verdichter (3), einen als Kondensator/Gaskühler betreibbaren Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (4) zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel und dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs (30), ein erstes Expansionsorgan (5) sowie einen ersten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) zum Konditionieren der Zuluft für den Fahrgastraum aufweist, - der Kühlmittelkreislauf (30) eine Fördervorrichtung (31), einen ersten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (32) zum Erwärmen der Zuluft für den Fahrgastraum, einen zweiten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (36) sowie den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (4) aufweist, wobei die Vorrichtung (9a, 9b) zur Wärmeübertragung als ein zweiter ausschließlich als Verdampfer betreibbarer Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9a, 9b) ausgebildet ist und dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9a, 9b) in Strömungsrichtung des Kältemittels ein zweites Expansionsorgan (8) vorgelagert ist, wobei das zweite Expansionsorgan (8) sowie der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9a, 9b) innerhalb eines ersten Strömungspfades (12) angeordnet sind.Air conditioning system (1 ', 1'') according to one of the Claims 4 until 11 , characterized in that - the refrigerant circuit (2 ', 2'') has a compressor (3), a refrigerant-coolant heat exchanger (4) that can be operated as a condenser / gas cooler for heat transfer between the refrigerant and the coolant of the coolant circuit (30), has a first expansion element (5) and a first coolant-air heat exchanger (6) for conditioning the supply air for the passenger compartment, - the coolant circuit (30) has a conveying device (31), a first coolant-air heat exchanger (32) for heating the supply air for the passenger compartment, a second coolant-air heat exchanger (36) and the refrigerant-coolant heat exchanger (4), the device (9a, 9b) for heat transfer as a second coolant-air heat exchanger that can be operated exclusively as an evaporator (9a, 9b) and the refrigerant-air heat exchanger (9a, 9b) in the flow direction of the refrigerant is upstream of a second expansion element (8), w whether the second expansion element (8) and the second refrigerant-air heat exchanger (9a, 9b) are arranged within a first flow path (12). Klimatisierungssystem (1', 1") nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager (36) des Kühlmittelkreislaufs (30) und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9a, 9b) des Kältemittelkreislaufs (2', 2") innerhalb eines Anlagenmoduls (42) sowie in Strömungsrichtung (43) der Luft nacheinander beaufschlagbar angeordnet sind.Climate system (1 ', 1 ") according to Claim 12 , characterized in that the second coolant-air heat exchanger (36) of the coolant circuit (30) and the second coolant-air heat exchanger (9a, 9b) of the refrigerant circuit (2 ', 2 ") within a system module (42) and in Direction of flow (43) of the air are arranged to be acted upon one after the other. Klimatisierungssystem (1', 1'') nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlagenmodul (42) mit aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft oder mit Umgebungsluft oder mit einem Gemisch aus aus dem Fahrgastraum abgeführter Luft und Umgebungsluft durchströmbar ausgebildet ist.Climate system (1 ', 1'') Claim 13 , characterized in that the system module (42) can be flown through with air discharged from the passenger compartment or with ambient air or with a mixture of air discharged from the passenger compartment and ambient air. Klimatisierungssystem (1') nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9a, 9b) innerhalb des Kältemittelkreislaufs (2') in Reihe zueinander durchströmbar angeordnet sind.Air conditioning system (1 ') according to one of the Claims 12 until 14th , characterized in that the first refrigerant-air heat exchanger (6) and the second refrigerant-air heat exchanger (9a, 9b) are arranged in series within the refrigerant circuit (2 ') so that there can be flow through one another. Klimatisierungssystem (1'') nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) und der zweite Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9a, 9b) innerhalb des Kältemittelkreislaufs (2'') parallel zueinander durchströmbar angeordnet sind.Air conditioning system (1 '') according to one of the Claims 12 until 14th , characterized in that the first refrigerant-air heat exchanger (6) and the second refrigerant-air heat exchanger (9a, 9b) are arranged within the refrigerant circuit (2 ″) so that they can flow through parallel to one another. Klimatisierungssystem (1'') nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass - sich der erste Strömungspfad (12) mit dem zweiten Expansionsorgan (8) und dem zweiten Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (9a, 9b) von einer Abzweigstelle (18) bis zu einer Mündungsstelle (19) erstreckend ausgebildet ist und - das erste Expansionsorgan (5), der erste Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) und ein drittes Expansionsorgan (20) innerhalb eines zweiten Strömungspfades (17) ausgebildet sind, wobei das dritte Expansionsorgan (20) dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (6) nachgeordnet angeordnet ist und sich der zweite Strömungspfad (17) von der Abzweigstelle (18) bis zur Mündungsstelle (19) erstreckend ausgebildet ist.Climate system (1 '') Claim 16 , characterized in that - the first flow path (12) with the second expansion element (8) and the second refrigerant-air heat exchanger (9a, 9b) is designed to extend from a branch point (18) to an opening point (19) and - The first expansion element (5), the first refrigerant-air heat exchanger (6) and a third expansion element (20) are formed within a second flow path (17), the third expansion element (20) being the refrigerant-air heat exchanger (6 ) is arranged downstream and the second flow path (17) is designed to extend from the branch point (18) to the opening point (19).
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