DE102017206628A1 - Kälteanlage eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage (1) eines Fahrzeugs mit einem als Kältekreislauf (2.1) für einen AC-Betrieb und als Wärmepumpenkreislauf (2.2) für einen Heizbetrieb betreibaren Kältemittelkreislauf (2), umfassend einen Verdampfer (3), einen Kältemittelverdichter (4), einen Wärmeübertrager (5) als Kältemittelkondensator oder Gaskühler für den Kältemittelkreislauf (2.1) oder als Wärmepumpenverdampfer für den Wärmepumpenkreislauf (2.2), ein dem Verdampfer (3) zugeordnetes erstes Expansionsorgan (6.1), ein dem Wärmeübertrager (5) in seiner Funktion als Wärmepumpenverdampfer zugeordnetes steuerbares zweites Expansionsorgan (6.2), einen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (7.1) oder einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (7.2), welcher stromabwärts mit dem Kältemittelverdichter (4) und stromaufwärts mit dem zweiten Expansionsorgan (6.2) verbunden ist, eine Bypass-Leitung (8), mit welcher der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (7.1) oder der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (7.2) umströmbar ist, und ein Bypass-Ventilorgan (9), mit welchem der Massenstrom des Kältemittels des Kältemittelkreislaufs (2) durch die Bypass-Leitung (8) steuerbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem als Kältekreislauf für einen AC-Betrieb und als Wärmepumpenkreislauf für einen Heizbetrieb betreibaren Kältemittelkreislauf.
  • Wärmepumpensysteme für elektrifizierte Fahrzeuge geben die Wärme an die aufzuheizende Kabinenluft in der Regel direkt über einen zusätzlichen in einem Klimagerät angeordneten Kondensator bzw. Gaskühler (Heizregister oder Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager genannt) oder indirekt über einen im Vorderwagen der Fahrzeuge verbauten Kondensator bzw. Gaskühler (Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager genannt) ab.
  • Ein Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug mit einem in einem Klimagerät angeordneten Heizregister ist aus der DE 10 2011 057 177 A1 bekannt. Mit diesem Wärmepumpensystem können mehrere Betriebsmodi, wie Kühlbetrieb, Heizbetrieb, Entfeuchtungsbetrieb und Entfeuchtungs-/Enteisungsbetrieb realisiert werden.
  • Ist der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager oder der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager seriell zum Kondensator bzw. Gaskühler für die Innenraumkühlung verschaltet, werden diese Wärmeübertrager in allen Betriebsfällen mit Kältemittel durchströmt, insbesondere auch im Kühlbetrieb mit bei hoher Außentemperatur erforderlichen maximalen Innenraumkühlung. In einem solchen Fall können die Temperaturen des Kältemittels bis zu 140 °C bei Einsatz von FKWs wie bspw. R134a oder R1234yf oder bis zu 180 °C bei Einsatz von R744 betragen, ohne dass diese Wärmeübertrager luftseitig bzw. kühlmittelseitig durchströmt werden, um Wärme abzuführen.
  • Aufgrund der fehlenden Wärmeabfuhr im Betriebsfall der Innenraumkühlung des Fahrzeugs werden bei dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager die umgebenden Kunststoffteile des Klimagerätes sehr stark beansprucht und bei einem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager wird das stehende Fluid, bspw. Wasser zum Sieden gebracht. Daher würden ohne die Verwendung geeigneter Materialien dauerhafte Schäden entstehen.
  • Ein weiterer Nachteil bei einem Einsatz eines Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers im Klimagerät besteht darin, dass mit permanenter Durchströmung nicht ausgeschlossen werden kann, dass insbesondere bei maximalem Kälteleistungsbedarf und trotz luftseitiger, über Klappen realisierter Abschottung des Wärmeübertragers eine Wärmeaufnahme des in die Fahrzeugkabine strömenden Zuluftstroms stattfindet und damit per sogenanntem Heat-Pick-Up eine mehr oder weniger starke, aber unerwünschte Erwärmung des seitens des Verdampfers abgekühlten Luftstromes für die Fahrzeugkabine erfolgt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung eine Kälteanlage mit AC-Betrieb und Wärmepumpenbetrieb anzugeben, deren Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager oder Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager im AC-Betrieb einer reduzierten thermischen Belastung, insbesondere bei hohen Außentemperaturen des Fahrzeugs ausgesetzt sind.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Eine solche Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem als Kältekreislauf für einen AC-Betrieb und als Wärmepumpenkreislauf für einen Heizbetrieb betreibaren Kältemittelkreislauf umfasst folgende Komponenten:
    • - einen Verdampfer,
    • - einen Kältemittelverdichter,
    • - einen Wärmeübertrager als Kältemittelkondensator oder Gaskühler für den Kältemittelkreislauf oder als Wärmepumpenverdampfer für den Wärmepumpenkreislauf,
    • - ein dem Verdampfer zugeordnetes erstes Expansionsorgan,
    • - ein dem Wärmeübertrager in seiner Funktion als Wärmepumpenverdampfer zugeordnetes steuerbares zweites Expansionsorgan,
    • - einen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager oder einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager, welcher stromabwärts mit dem Kältemittelverdichter und stromaufwärts mit dem zweiten Expansionsorgan verbunden ist,
    • - eine Bypass-Leitung, mit welcher der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager oder der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager umströmbar ist, und
    • - ein Bypass-Ventilorgan, mit welchem der Massenstrom des Kältemittels des Kältemittelkreislaufs durch die Bypass-Leitung steuerbar ist.
  • Damit kann bei einer solchen erfindungsgemäßen Kälteanlage im AC-Betrieb der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager oder der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager, wenn also diese luft- oder kühlmittelseitig nicht oder nur in geringem Maß durchströmt werden, mittels der Bypass-Leitung und dem zugehörigen Bypass-Ventilorgan kältemittelseitig umströmt werden, so dass ein solcher Wärmeübertrager nicht mehr erwärmt bzw. erhitzt wird.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Bypass-Ventilorgan als Bypass-Absperrventil in der Bypass-Leitung angeordnet. Wird dieses Bypass-Absperrventil geöffnet, strömt ein Teilmassenstrom des Kältemittels, idealerweise ein Großteil des gesamten Massenstroms über die Bypass-Leitung und durch den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager bzw. den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager der verbleibende Teilmassenstrom. Die Massenstromaufteilung stellt sich über die Druckverluste der Strömungsabschnitte selbstständig ein. Vorzugsweise ist dieses Bypass-Absperrventil mit variabel steuerbaren Querschnitt ausgebildet. Damit kann der über die Bypass-Leitung abgezweigte Teilmassenstrom stufenlos eingestellt werden.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein weiteres Ventilorgan stromabwärts dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager oder dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager vorgeschaltet ist, wobei das Bypass-Ventilorgan als auch das weitere Ventilorgan dem Kältemittelverdichter nachgeschaltet sind. Vorzugsweise ist auch das weitere Ventilorgan als Absperrventil ausgebildet. Damit befindet sich sowohl in der Bypass-Leitung als auch in der Zuströmleitung des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers bzw. des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers jeweils ein Absperrventil. Somit kann der Massenstrom durch den Wärmeübertrager entweder durch Öffnen des in der Bypass-Leitung angeordneten Bypass-Absperrventils auf einen Teilmassenstrom reduziert werden oder durch Öffnen des Bypass-Absperrventils und gleichzeitigem Schließen des weiteren Ventilorgans in der Zuströmleitung des Wärmeübertragers der Massenstrom durch diesen vollständig zum Erliegen gebracht werden.
  • Weiterbildungsgemäß ist das weitere Ventilorgan ebenso als Absperrventil mit variabel steuerbarem Querschnitt ausgebildet. Ist auch das Bypass-Ventilorgan als Bypass-Absperrventil mit variabel steuerbarem Querschnitt ausgebildet, werden diese beiden Absperrventile mit jeweils variablem Querschnitt gegenläufig angesteuert.
  • Es ist auch vorteilhaft, wenn das Bypass-Ventilorgan als 3-Wegeventil ausgebildet ist, so dass entweder über die Bypass-Leitung oder über den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager bzw. den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager der komplette Massenstrom des Kältemittels strömt.
  • Mit der weiterbildungsgemäßen Ausbildung des Bypass-Ventilorgans als Drehschieberventil kann der gesamte Massenstrom stufenlos zwischen dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager bzw. dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager und der Bypass-Leitung stufenlos aufgeteilt werden.
  • Es wird bei einer nicht vollständigen Absperrung eines Kältemitteldurchflusses über den Kältemittel-Luft- oder Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager als vorteilhaft angesehen, dass ein permanenter Kältemittelstrom über den quasi inaktiven Wärmeübertragerabschnitt eine Ölumverlagerung/-auslagerung im Wesentlichen vermieden wird. Ständiges Durchspülen versetzt den inaktiven Strang dauerhaft in Turbulenzen und wäscht ausgelagertes Öl aus. Im Gegensatz zu einer Bypassleitung ist im Volumen eines Wärmeübertragers, speziell auch aufgrund seines inneren Aufbaus, mit Ölauslagerungen zu rechnen. Die Bypassleitung sollte über konstruktive Maßnahmen (Siphon) als Ölfalle ausscheiden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
    • 1 ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen Kälteanlage eines Fahrzeugs,
    • 2 ein schematisches Diagramm einer weiteren erfindungsgemäßen Kälteanlage eines Fahrzeugs,
    • 3 eine Teildarstellung der Kälteanlage nach 1 in einer alternativen Realisierung der Erfindung,
    • 3 eine Teildarstellung der Kälteanlage nach 1 mit einer weiteren alternativen Realisierung der Erfindung,
    • 4 eine Teildarstellung der Kälteanlage nach 1 mit einer weiteren alternativen Realisierung der Erfindung,
    • 5 eine Teildarstellung der Kälteanlage nach 1 mit einer weiteren alternativen Realisierung der Erfindung, und
    • 6 eine Teildarstellung der Kälteanlage nach 1 mit einer weiteren alternativen Realisierung der Erfindung.
  • Die 1 zeigt eine Kälteanlage 1 eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf 2, welcher sowohl in einem AC-Betrieb (Kältebetrieb) mittels eines Kältekreislaufs 2.1 als auch in einem Wärmepumpenbetrieb mittels eines Wärmepumpenkreislaufs 2.2 zum Heizen eines in eine Fahrzeugkabine des Fahrzeugs geführten Zuluftstroms betreibbar ist.
  • Dieser Kältemittelkreislauf 2 umfasst einen Verdampfer 3, einen Kältemittelverdichter 4, einen als Kältemittelkondensator oder Gaskühler für den Kältemittelkreislauf 2.1 oder als Wärmepumpenverdampfer für den Wärmepumpenkreislauf 2.2 ausgeführten Wärmeübertrager 5, ein dem Verdampfer 3 zugeordnetes erstes als Expansionsventil ausgebildetes Expansionsorgan 6.1, ein dem Wärmeübertrager 5 zugeordnetes zweites als Expansionsventil ausgebildetes Expansionsorgan 6.2, einen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1, der auch als Heizregister bezeichnet wird, einen elektrischen (Zusatz-)Heizer 12 (ausgestaltbar als Hoch- bzw. Niedervoltheizer), einen inneren Wärmeübertrager 10 und einen Kältemittelsammler 11. Die Komponenten Verdampfer 3, Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 und Heizer 12 des Kältemittelkreislaufs 2 sind in einem Klimagerät 1.1 angeordnet.
  • Das erste Expansionsorgan 6.1 ist als Expansionsventil mit steuerbaren Querschnitt ausgeführt und kann in einen den Durchfluss von Kältemittel sperrenden Zustand geschaltet werden. Auch das zweite Expansionsorgan 6.2 ist als Expansionsventil ausgeführt und kann in einen Zustand mit maximalem Durchflussquerschnitt für das Kältemittel gesteuert werden kann.
  • Der Kältemittelkreislauf 2 umfasst auch eine Bypass-Leitung 8, mit welcher der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 von dem Kältemittel gebypasst, d. h. umströmt werden kann. Um einen solchen den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 umströmenden Teilmassenstrom des Kältemittels zu ermöglichen, ist in der Bypass-Leitung 8 ein als Bypass-Absperrventil 9.1 ausgebildetes Ventilorgan 9 angeordnet. Ausgehend von einem Verzweigungspunkt Z1 kann das Kältemittel in den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 und in Abhängigkeit der Schaltstellung des Bypass-Absperrventils 9.1 auch in die Bypass-Leitung 8 strömen. In einem stromabwärts liegenden Verzweigungspunkt Z2 werden die Teilmassenströme durch den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 und der Bypass-Leitung 8 wieder vereinigt.
  • Das Ventilorgan 9 ist aus energetischen Gründen bevorzugt als
    • - stromlos geschlossene Variante ausgeführt, da in den meisten Betriebsfällen eine aktive Durchströmung des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7.1 zum Erwärmen des Luftstroms gegeben ist (abgesehen bei maximaler Kälteleistungsanforderung), oder
    • - bistabiles Ventil, welches nur für den eigentlichen Schaltvorgang eine Leistungsaufnahme aufweist und sich darüber hinaus in dem jeweiligen Endanschlag (offen/ geschlossen) in Ruheposition befindet
  • Die aufgeführten Komponenten sind über Kältemittelleitungen verbunden, wobei die Strömungsrichtungen des Kältemittels in diesen Kältemittelleitungen durch den Schaltzustand der Expansionsorgane 6.1 und 6.2 sowie von in den Kältemittelleitungen angeordneten Absperrventilen V1, V2 und einem Rückschlagventil RV1 bestimmt werden.
  • Im Wärmepumpenmodus wird die von dem Wärmeübertrager 5 aus der Umgebungsluft des Fahrzeugs aufgenommene Wärmeenergie zum Heizen des an dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 hindurchgeführten Zuluftstroms verwendet. Hierzu strömt das von dem Kältemittelverdichter 4 verdichtete Kältemittel durch den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1, an welchem der Zuluftstrom erwärmt wird. In diesem Betriebsmodus ist das Bypass-Absperrventil 9.1 in seinen gesperrten Zustand geschaltet, wie dies in 1 dargestellt ist, so dass kein Kältemittel die Bypass-Leitung 8 durchströmen kann. Das Kältemittel strömt anschließend über das zweite Expansionsorgan 6.2 in den Wärmeübertrager 5. Das zweite Expansionsorgan 6.2 ist in diesem Betriebsmodus so gesteuert, dass das Kältemittel in den Wärmeübertrager 5 entspannt wird und dieser daher als Verdampfer zur Aufnahme von Wärmeenergie aus der Umgebungsluft arbeitet. Das Kältemittel strömt anschließend in den inneren Wärmeübertrager 10 über das geöffnete Absperrventil V2 in den Kältemittelsammler 11 und nachfolgend über den inneren Wärmeübertrager 10 zurück zum Kältemittelverdichter 4. Das Absperrventil V1 ist in diesem Heizmodus gesperrt.
  • Im AC-Betrieb wird das Bypass-Absperrventil 9.1 in seinen offenen Zustand geschaltet, so dass möglichst der gesamte Massenstrom des von dem Kältemittelverdichter 4 verdichteten und dadurch erhitzten Kältemittels den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 umströmen kann. Die Massenstromaufteilung des Kältemittels stellt sich über die Druckverluste der jeweiligen Strömungsabschnitte selbstständig ein. Nach der Vereinigung der Teilmassenströme im Verzweigungspunkt Z2 strömt das Kältemittel über das vollständig offene und damit druckverlustfreie zweite Expansionsorgan 6.2 in den Wärmeübertrager 5, der in diesem AC-Betriebsmodus als Kältemittelkondensator oder Gaskühler arbeitet und hierbei die von dem Verdampfer 3 aufgenommene Wärme des Zuluftstroms an die Umgebungsluft des Fahrzeugs abgibt. Das abgekühlte Kältemittel strömt anschließend über den inneren Wärmeübertrager 10 und das geöffnete Absperrventil V1 und wird mittels des Expansionsorgans 6.1 in den Verdampfer 3 zur Aufnahme von Wärmeenergie des Zuluftstroms entspannt. Das verdampfte Kältemittel wird anschließend über das Rückschlagventil RV1 bei gesperrten Absperrventil V2 über den Kältemittelsammler 11 und den inneren Wärmeübertrager 10 zum Kältemittelverdichter 4 zurückgeführt.
  • Mit der Umströmung des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7.1 mittels der Bypass-Leitung 8 wird dieser Wärmeübertrager 7.1 thermisch entlastet, einschließlich der diesen umgebenden Bauteile. So wird im AC-Betrieb, insbesondere wenn eine maximale Innenraumkühlung bei hohen Außentemperaturen angefordert wird, eine Wärmeaufnahme des in die Fahrzeugkabine geführten Zuluftstroms bei geschlossenen, jedoch potenziell Leckage aufweisenden Luftklappen verhindert.
  • Die 2 zeigt eine Kälteanlage 1 mit einem Kältemittelkreislauf 2, welcher ebenso für den AC-Betrieb einen Kältekreislauf 2.1 und für einen Heizbetrieb einen Wärmepumpenkreislauf 2.2 aufweist. Im Unterschied zu dem Kältemittelkreislauf gemäß 2 ist anstelle des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7.1 ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 7.2 eingesetzt, mit welchem die im Heizbetrieb von der Umgebungsluft des Fahrzeugs aufgenommene Wärmeenergie indirekt mittels eines in einem Kühlmittelkreislauf 7.20 des Wärmeübertragers 7.2 angeordneten Heizungswärmeübertragers 7.3 auf den in die Fahrzeugkabine geführten Zuluftstrom übertragen wird. Als Kühlmittel für diesen Kühlmittelkreislauf 7.20 wird bspw. Wasser verwendet, welches mittels einer Pumpe 7.21 umgewälzt wird.
  • Auch dieser Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 7.2 kann mittels einer Bypass-Leitung 8 umströmt werden. Hierzu ist in der Bypass-Leitung 8 ein als Bypass-Absperrventil 9.1 ausgebildetes Ventilorgan 9 angeordnet. Damit kann das Kältemittel ausgehend von dem Kältemittelverdichter 4 in einem Verzweigungspunkt Z1 sowohl durch den Wärmeübertrager 7.2 und in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Bypass-Absperrventils 9.1 durch die Bypass-Leitung 8 strömen. Die beiden Teilmassenströme des Kältemittels vereinigen sich in einem stromaufwärtsseitigen Verzweigungspunkt Z2.
  • Im Wärmepumpenbetrieb ist das Bypass-Absperrventil 9.1 geschlossen, so dass der gesamte Massenstrom des Kältemittels durch den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 7.2 strömt und dabei die Wärmeenergie in den Kühlmittelkreislauf 7.20 übertragen und dadurch mittels des Heizungswärmeübertragers 7.3 der Zuluftstrom erwärmt werden kann. Der Strömungsverlauf im AC-Betrieb entspricht demjenigen des Kältemittelkreislaufs 2 gemäß 1.
  • Im AC-Betrieb soll jedoch eine Erwärmung des Zuluftstroms durch den Heizungswärmeübertrager 7.3 verhindert werden. Daher wird das Bypass-Absperrventil 9.1 geöffnet, so dass möglichst der gesamte Massenstrom des von dem Kältemittelverdichter 4 verdichteten und dadurch erhitzten Kältemittels den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 7.2 umströmen kann. Die Massenstromaufteilung des Kältemittels stellt sich über die Druckverluste der jeweiligen Strömungsabschnitte selbstständig ein. Ansonsten entspricht der Strömungsverlauf im Heizmodus demjenigen des Kältemittelkreislaufs 2 gemäß 1.
  • Die 3 bis 6 zeigen lediglich einen Ausschnitt des Kältemittelkreislaufs 2 der Kälteanlage 1 nach 1, nämlich den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 mit der das Bypass-Ventilorgan 9 aufweisende Bypass-Leitung 8, die über die Verzweigungspunkte Z1 und Z2 mit dem Kältemittelkreislauf 2 verbunden ist. Dieses Bypass-Ventilorgan 9 ist in den 3 bis 6 in unterschiedlichen Ausführungen dargestellt.
  • Nach 3 ist das Bypass-Ventilorgan 9 als Bypass-Absperrventil 9.2 mit steuerbarem variablem Querschnitt ausgeführt. Damit kann der in die Bypass-Leitung 8 strömende Teilmassenstrom stufenlos eingestellt werden. Auch dieses Bypass-Absperrventil 9.2 kann im Wärmepumpenbetrieb des Kältemittelkreislaufs 2 geschlossen werden, so dass der gesamte Massenstrom durch den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 strömen kann.
  • In 4 ist eine Variante dargestellt, wonach ausgehend von dem Verzweigungspunkt Z1 sowohl in der Zuströmleitung zum Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 ein als Absperrventil ausgebildetes weiteres Ventilorgan 9.5 als auch in der Bypass-Leitung 8 ein Bypass-Absperrventil 9.1 angeordnet sind. Der in den Verzweigungspunkte Z1 strömende Massenstrom des Kältemittels strömt bei geöffnetem Bypass-Absperrventil 9.1 und geöffnetem weiteren Ventilorgan 9.5 weitestgehend in die Bypass-Leitung 8, wie dies im Zusammenhang mit 1 erläutert wurde. Wird dagegen bei geöffnetem Bypass-Absperrventil 9.1 das weitere Ventilorgan 9.5 geschlossen, strömt der gesamte Massenstrom des Kältemittels zwangsläufig über die Bypass-Leitung 8.
  • Ausgehend von dem Kältemittelkreislauf 2 nach 4 kann das Bypass-Absperrventil 9.1 auch als Bypass-Absperrventil 9.2 mit steuerbarem variablem Querschnitt, wie in 5 dargestellt, ausgeführt werden. Dies bietet den Vorteil, dass sowohl der über die Bypass-Leitung 8 geführte Massenstrom stufenlos einstellbar ist als auch bei geschlossenem weiterem Ventilorgan 9.5 der gesamte Massenstrom des Kältemittels über die Bypass-Leitung 8 strömt.
  • Um darüber hinaus auch gezielt den Kältemittelmassenstrom über den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1. zu steuern, kann in einer weiteren Ausbaustufe auch das weitere Ventilorgan 9.5 durch ein stufenlos verstellbares Ventilorgan entsprechend dem Bypass-Absperrventil 9.2 (vgl. 3) ausgeführt werden. In diesem Fall sind solche Ventilorgane 9.2 in der Bypass-Leitung 8 und im Heizregisterstrang des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7.1 gegenläufig anzusteuern, um aufstauendes Kältemittel zu verhindern.
  • Die 6 zeigt eine Ausführung des Kältemittelkreislaufs 2, bei welchem als Bypass-Ventilorgan 9 ein 3-Wegeventil 9.3 oder ein Drehschieberventil 9.4 eingesetzt wird. Ein solches Bypass-Ventilorgan 9.3 bzw. 9.4 befindet sich im Verzweigungspunkt Z1. Mit dem 3-Wegeventil 9.3 strömt der Massenstrom entweder vollständig über den Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 oder vollständig über die Bypass-Leitung 8. Mit dem Drehschieberventil 9.4 kann der gesamte Massenstrom im Verzweigungspunkte Z1 stufenlos zwischen dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 und der Bypass-Leitung 8 aufgeteilt werden.
  • Anstelle des Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 kann in den 3 bis 6 auch der in 2 beschriebene Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 7.2 eingesetzt werden.
  • Zusammenfassend werden mit der Erfindung folgende Vorteile erreicht:
    • - Thermische Entlastung des Kältemittel-Luft-Wärmeübertragers 7.1 und des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 7.2, einschließlich der diese Wärmeübertrager umgebenden Bauteile,
    • - Einsparungen von Aufwendungen und Bauteilmehrkosten wegen der nicht mehr erforderlichen thermischen Aufqualifizierung des Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager 7.1 und des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 7.2, insbesondere jedoch der diese umgebenden Bauteile,
    • - Vermeidung einer möglichen Umpositionierung von Bauteilen, und
    • - Verhinderung des Nachheizens des in die Fahrzeugkabine geführten Zuluftstromes bei maximalem Kühlbedarf im AC-Betrieb.
  • Bei den in den 1 bis 6 beschriebenen Kältemittelkreisläufen 2 wird als Wärmequelle für den Wärmepumpenkreislauf 2.2 die Umgebungsluft des Fahrzeugs verwendet. Es ist natürlich auch möglich alternativ oder zusätzlich eine elektronische Komponente oder eine Batterie als Wärmequelle einzusetzen. So kann zur Kühlung einer Batterie ein sogenannter Chiller verwendet werden, der zusätzlich in den Kältemittelkreislauf 2 eingebunden wird.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Kälteanlage eines Fahrzeugs
    1.1
    Klimagerät des Kälteanlage 1
    2
    Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 1
    2.1
    Kältekreislauf des Kältemittelkreislaufs 2
    2.2
    Wärmepumpenkreislauf des Kältemittelkreislaufs 2
    3
    Verdampfer
    4
    Kältemittelverdichter
    5
    Wärmeübertrager
    5.1
    Gebläse
    6.1
    erstes Expansionsorgan
    6.2
    zweites Expansionsorgan
    7.1
    Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager
    7.2
    Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager
    7.20
    Kühlmittelkreislauf des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 7.2
    7.21
    Pumpe
    7.3
    Heizungswärmeübertrager
    8
    Bypass-Leitung
    9
    Bypass-Ventilorgan
    9.1
    Bypass-Absperrventil
    9.2
    Bypass-Absperrventil mit steuerbarem Querschnitt
    9.3
    3-Wegeventil
    9.4
    Drehschieberventil
    9.5
    weiteres Ventilorgan
    10
    innerer Wärmeübertrager
    11
    Kältemittelsammler
    12
    (Zusatz-)Heizer
    RV1
    Rückschlagventil
    V1
    Absperrventil
    V2
    Absperrventil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011057177 A1 [0003]

Claims (8)

  1. Kälteanlage (1) eines Fahrzeugs mit einem als Kältekreislauf (2.1) für einen AC-Betrieb und als Wärmepumpenkreislauf (2.2) für einen Heizbetrieb betreibaren Kältemittelkreislauf (2), umfassend: - einen Verdampfer (3), - einen Kältemittelverdichter (4), - einen Wärmeübertrager (5) als Kältemittelkondensator oder Gaskühler für den Kältemittelkreislauf (2.1) oder als Wärmepumpenverdampfer für den Wärmepumpenkreislauf (2.2), - ein dem Verdampfer (3) zugeordnetes erstes Expansionsorgan (6.1), - ein dem Wärmeübertrager (5) in seiner Funktion als Wärmepumpenverdampfer zugeordnetes steuerbares zweites Expansionsorgan (6.2), - einen Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (7.1) oder einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (7.2), welcher stromabwärts mit dem Kältemittelverdichter (4) und stromaufwärts mit dem zweiten Expansionsorgan (6.2) verbunden ist, - eine Bypass-Leitung (8), mit welcher der Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (7.1) oder der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (7.2) umströmbar ist, und - ein Bypass-Ventilorgan (9), mit welchem der Massenstrom des Kältemittels des Kältemittelkreislaufs (2) durch die Bypass-Leitung (8) steuerbar ist.
  2. Kälteanlage (1) nach Anspruch 1, bei welcher das Bypass-Ventilorgan (9) als Bypass-Absperrventil (9.1) in der Bypass-Leitung (8) angeordnet ist.
  3. Kälteanlage (1) nach Anspruch 1, bei welcher das Ventilorgan (9) als Bypass-Absperrventil (9.2) mit variabel steuerbarem Querschnitt ausgebildet ist.
  4. Kälteanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher ein weiteres Ventilorgan (9.5) stromabwärts dem Kältemittel-Luft-Wärmeübertrager (7.1) oder dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (7.2) vorgeschaltet ist, wobei das Bypass-Ventilorgan (9) als auch das weitere Ventilorgan (9.5) dem Kältemittelverdichter nachgeschaltet sind.
  5. Kälteanlage (1) nach Anspruch 4, bei welcher das weitere Ventilorgan (9.5) als Absperrventil ausgebildet ist.
  6. Kälteanlage (1) nach Anspruch 3 und 4, bei welcher das weitere Ventilorgan (9.5) als Absperrventil mit variabel steuerbarem Querschnitt ausgebildet ist, wobei das Bypass-Absperrventil (9.2) mit variablem Querschnitt und das weitere Ventilorgan (9.5) als Absperrventil mit variabel steuerbarem Querschnitt gegenläufig ansteuerbar sind.
  7. Kälteanlage (1) nach Anspruch 1, bei welcher das Bypass-Ventilorgan als 3-Wegeventil (9.3) ausgebildet ist.
  8. Kälteanlage (1) nach Anspruch 1, bei welcher das Bypass-Ventilorgan als Drehschieberventil (9.4) ausgebildet ist.
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