DE102017208231A1 - Fahrzeug-Kälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage (1) für ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf (1.1) für einen AC-Betrieb, umfassend einen Kältemittelverdichter (2), einen Kältemittelkondensator (3) oder Gaskühler (3), einen ersten Kreislaufzweig (1.10) mit einem ersten Verdampfer (4.1) zum Kühlen und Entfeuchten eines dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführten Luftstroms und einem dem ersten Verdampfer (4.1) stromabwärts vorgeschalteten ersten Expansionsorgan (5.1), einen zweiten Verdampfer (4.2) zum Kühlen eines Fondbereichs des Fahrgastraums des Fahrzeugs, einen dritten Verdampfer (4.3) zur Klimatisierung einer Elektronikkomponente des Fahrzeugs, welcher mit dem zweiten Verdampfer (4.2) in Reihe fluidverbunden ist, ein zweites Expansionsorgan (5.2), welches der Reihenschaltung aus dem zweiten und dritten Verdampfer (4.2, 4.3) stromabwärts vorgeschaltet ist, und einen dritten Kreislaufzweig (1.11) mit dem zweiten Expansionsorgan (5.2) und der Reihenschaltung aus dem zweiten und dritten Verdampfer (4.2, 4.3), wobei der dritte Kreislaufzweig (1.11) dem zweiten Kreislaufzweig (1.10) parallel geschaltet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf für einen AC-Betrieb.
- Der Einsatz von Kälteanlagen in Fahrzeugklimaanlagen ist bekannt, wobei manche Varianten für die Innenraumklimatisierung eine 2-Verdampferanlage vorsehen, nämlich einen Frontverdampfer und einen Heckverdampfer, die in der Regel parallel fluidverbunden sind.
- Elektrifizierte Fahrzeuge benötigen neben mindestens einem Innenraumverdampfer in einem Kältemittelkreislauf einen separaten Kühlmittelkreislauf zur Konditionierung und Temperierung des in der Regel als Hochvoltbatterie realisierten Energiespeichers. Ein solcher Kühlmittelkreislauf kann mittels eines Wärmeübertragers mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt werden, wobei ein solcher Wärmeübertrager seinerseits ebenfalls als Verdampfer zum Kühlen eines Luftstromes bzw. als sogenannter Chiller zum Kühlen von Wasser ausgebildet ist. Nach der
DE 10 2012 224 484 A 1 wird ein solcher Verdampfer bzw. Chiller einer Parallelschaltung aus einem Hauptverdampfer zur Kühlung der Fahrzeugkabine und einem Verdampfer zur Kühlung des Fondbereichs der Fahrzeugkabine parallel geschaltet. - Auch die
DE 10 2012 217 980 A 1 beschreibt einen Kältemittelkreislauf, bei welchem ein Verdampfer zur Klimatisierung eines Fahrgastraums mit einem Verdampfer für einen Hochvoltspeicher dem Chiller parallel geschaltet sind. - Aus der
DE 10 2011 015 427 A 1 ist ein Kältemittelkreislauf für ein Fahrzeug bekannt, welcher zwei parallel verschaltete Kreislaufzweige aufweist. In einem ersten Kreislaufzweig ist ein Verdampfer zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums mit einem Expansionsorgan angeordnet, während in einem zweiten Kreislaufzweig ein weiteres Expansionsorgan geschaltet ist, dem in Reihe ein Verdampfer zur Kühlung eines elektrischen Energiespeichers und ein weiterer Verdampfer zur Klimatisierung einer Leistungselektronik stromabwärts nachgeschaltet sind. - Bei einer parallelen Verschaltung von mehreren Verdampfern besteht die Gefahr von Kältemittelverlagerungen und Ölversackungen. Außerdem ist ein erhöhter Abstimmungsbedarf hinsichtlich der Funktion und des Betriebes erforderlich.
- Es ist Aufgabe der Erfindung eine Fahrzeug-Kälteanlage mit drei Verdampfern in einer gegenüber der Standardtechnik verbesserten Konfiguration anzugeben.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kälteanlage für Fahrzeuge mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
- Gemäß der Erfindung umfasst eine solche Kälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf für einen AC-Betrieb:
- - einen Kältemittelverdichter,
- - einen Kältemittelkondensator oder Gaskühler,
- - einen ersten Kreislaufzweig mit einem ersten Verdampfer zum Kühlen und Entfeuchten eines dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführten Luftstroms und einem dem ersten Verdampfer stromabwärts vorgeschalteten ersten Expansionsorgan,
- - einen zweiten Verdampfer zum Kühlen eines Fondbereichs des Fahrgastraums des Fahrzeugs,
- - einen dritten Verdampfer zur Klimatisierung einer Elektronikkomponente des Fahrzeugs, welcher mit dem zweiten Verdampfer in Reihe fluidverbunden ist,
- - ein zweites Expansionsorgan, welches der Reihenschaltung aus dem zweiten und dritten Verdampfer stromabwärts vorgeschaltet ist, und
- - einen zweiten Kreislaufzweig mit dem zweiten Expansionsorgan und der Reihenschaltung aus dem zweiten und dritten Verdampfer, wobei der zweite Kreislaufzweig dem ersten Kreislaufzweig parallel geschaltet ist.
- Bei diesem erfindungsgemäßen Kältemittelkreislauf mit drei Verdampfern sind zwei Verdampfer hintereinander in Reihe fluidverbunden, während der dritte Verdampfer parallel zu dieser Reihenschaltung aus zwei Verdampfer geschaltet ist. Hierbei wird der erste Verdampfer als Innenraum-Frontverdampfer zur Kühlung und Entfeuchtung des Zuluftstroms des Fahrgastraums eingesetzt, während der zweite Verdampfer zur Klimatisierung des Fondbereichs des Fahrgastraums verwendet wird. Der dritte in Reihe mit dem zweiten Verdampfer verbundene Verdampfer dient der Konditionierung bzw. Kühlung einer Elektronikkomponente, bspw. eines elektrischen Energiespeichers.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in der Reihenschaltung aus dem zweiten und dritten Verdampfer entweder der zweite Verdampfer dem dritten Verdampfer stromabwärts vorgeschaltet oder umgekehrt der dritte Verdampfer dem zweiten Verdampfer stromabwärts vorgeschaltet. Ein Vertauschen der Positionen kann sich vorteilhaft auf das Kältemittelmanagement des Gesamtsystems auswirken.
- Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine erste Bypassleitung mit einem Absperrventil vorgesehen ist, wobei die erste Bypassleitung den Eingang des zweiten Verdampfers mit dessen Ausgang verbindet. Zusätzlich oder alternativ ist eine zweite Bypassleitung mit einem Absperrventil vorgesehen, die den Eingang des dritten Verdampfers mit dessen Ausgang verbindet. Mit solchen Bypassleitungen kann die Systemeffizienz verbessert werden, wenn die jeweils inaktiven Verdampfer in dem zweiten Kreislaufzweig inaktiv sind.
- Weiterbildungsgemäß können der zweite und dritte Verdampfer als direkte Verdampfer realisiert werden.
- Alternativ ist es in bevorzugter Weise auch möglich, den dritten Verdampfer als indirekter Verdampfer mit einem Kühlmittelkreislauf als sogenannter Chiller zur Kühlung eines elektrischen Speichers auszubilden.
- In einer weiteren Variante ist es auch möglich beide Verdampfer des Parallelstrangs, d.h. den zweiten und auch den dritten Verdampfer als indirekte Wärmeübertrager auszuführen.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn weiterbildungsgemäß das erste und zweite Expansionsorgan jeweils mit einer Absperrfunktion ausgebildet sind. Damit ist es möglich, den ersten oder zweiten Kreislaufzweig abzusperren um die entsprechende Verdampfer zu aktivieren oder zu deaktivieren.
- Schließlich weist nach einer letzten Ausführungsform der Erfindung der Kältemittelkreislauf einen inneren Wärmeübertrager auf, dem hochdruckseitig die Parallelschaltung aus dem ersten und zweiten Kreislaufzweig stromabwärts nachgeschaltet ist.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Die
1 bis4 zeigen jeweils ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs. - Der Kältemittelkreislauf
1.1 der Kälteanlagen1 gemäß den1 bis4 ist mit einer identischen Struktur aufgebaut. - Neben einem Kältemittelverdichter
2 , einem Gaskühler3 oder Kondensator3 , einem inneren Wärmeübertrager6 sowie einem Sammler7 umfasst jeder Kältemittelkreislauf1.1 gemäß den1 bis4 einen ersten Kreislaufzweig1.10 mit einem ersten Verdampfer4.1 als Innenraum-Frontverdampfer des Fahrzeugs sowie einem ersten Expansionsorgan5.1 , das als absperrbares Expansionsventil dem ersten Verdampfer4.1 stromaufwärts vorgeschaltet ist. - Des Weiteren umfasst jeder Kältemittelkreislauf
1.1 einen zweiten Kreislaufzweig1.11 mit einer Reihenschaltung4.0 aus einem zweiten Verdampfer4.2 und einem dritten Verdampfer4.3 sowie einem dieser Reihenschaltung4.0 stromaufwärts vorgeschalteten zweiten Expansionsorgan5.2 , welches ebenso als absperrbares Expansionsventil ausgeführt ist. Die beiden Kreislaufzweige1.10 und1.11 sind über Abzweigungen8.1 und8.2 parallel geschaltet. - Das Kältemittel, bspw. R744, wird von dem Kältemittelverdichter
2 auf Hochdruck verdichtet und in StrömungsrichtungR dem Gaskühler bzw. Kondensator3 zur Kühlung mittels der Umgebungsluft des Fahrzeugs zugeführt. Anschließend wird das Kältemittel stromabwärts des Hochdruckabschnitts des inneren Wärmeübertragers6 einerseits in den ersten Kreislaufzweig1.10 und damit über das erste Expansionsorgan5.1 in den ersten Verdampfer4.1 entspannt und andererseits in den zweiten Kreislaufzweig1.11 über das zweite Expansionsorgan5.2 in die beiden Verdampfer4.2 und4.3 der Reihenschaltung4.0 entspannt. Anschließend wird das Kältemittel über den Sammler7 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers6 dem Kältemittelverdichters2 zugeführt. - Ferner sind in jedem Kältemittelkreislauf
1.1 der1 bis4 Druck-Temperatur-SensorenPT1 bisPT4 angeordnet. Der Druck-Temperatur-SensorPT1 befindet sich in der Reihenschaltung4.0 zwischen dem zweiten und dritten Verdampfer4.2 bzw.4.3 , der Druck-Temperatur-SensorPT2 am Ende der Reihenschaltung4.0 der beiden Verdampfer4.2 und4.3 , der Druck-Temperatur-SensorPT3 zwischen dem Sammler7 und dem Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers6 und der Druck-Temperatur-SensorPT4 zwischen dem Kältemittelverdichter2 und dem Gaskühler bzw. Kondensator3 . Diese Druck-Temperatur-SensorenPT1 bisPT4 dienen der Steuerung der Kälteanlage1 . - Da es sich bei den dargestellten Systemskizzen um eine Anlage mit Niederdrucksammler handelt, ist ein weiterer Druck-Temperatur-Sensor
PT5 am Austritt des Kondensators bzw. Gaskühlers3 vorgesehen. - Im Folgenden werden die Kälteanlagen
1 gemäß den1 bis4 im Detail erläutert. - Bei der Reihenschaltung
4.0 des Kältemittelkreislaufs1.1 nach1 ist der zweite Verdampfer4.2 dem zweiten Expansionsorgan5.2 stromabwärts nachgeschaltet und der dritte Verdampfer4.3 dem zweiten Verdampfer4.2 stromabwärts nachgeschaltet. Der zweite Verdampfer4.2 stellt als Heckverdampfer einen direkten Verdampfer dar, dient also zur Kühlung des Fondbereichs des Fahrgastraums. Der diesem stromabwärts nachgeschaltete dritte Verdampfer4.3 ist ein indirekter Verdampfer und als Chiller mit einem Kühlmittelkreislauf4.32 zum Kühlen eines elektrischen Energiespeichers ausgeführt. - Sind beide Expansionsorgane
5.1 und5.2 nicht gesperrt, sind die beiden Kreislaufzweige1.10 und1.11 aktiv. Das zweite Expansionsorgan5.2 regelt die Kühlleistung im als Chiller ausgebildeten dritten Verdampfer4.3 und damit die Temperaturdifferenz im Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes4.32 zwischen einem kühlmittelseitigen Ein- und Austritt. Das erste Expansionsorgan5.1 regelt den optimalen Hochdruck hinsichtlich Überhitzung und Unterkühlung usw. Das Verdampfungstemperaturniveau wird über den ersten Verdampfer4.1 vorgegeben. Die Ausblastemperatur des zweiten Verdampfers4.2 stellt sich automatisch über die mit dem resultierenden Niederdruck sich einstellende Verdampfungstemperatur ein. - Wird nur das zweite Expansionsorgan
5.2 gesperrt, ist nur der erste Kreislaufzweig1.10 aktiv, so dass das erste Expansionsorgan5.1 den optimalen Hochdruck, die optimale Unterkühlung. am Austritt des Gaskühlers bzw. Kondensators3 bzw. andere Betriebsgrößen regelt. - Wird nur das erste Expansionsorgan
5.1 gesperrt, ist nur der zweite Kreislaufzweig1.11 aktiv, wodurch der optimale Hochdruck oder die optimale Unterkühlung am Austritt des Gaskühlers bzw. Kondensators3 mittels des zweiten Expansionsorgans5.2 eingeregelt wird. Üblicherweise ist in diesem Fall der als Heckverdampfer eingesetzte zweite Verdampfer4.2 nicht aktiv, d. h. ein zugehöriges Gebläse ist abgeschaltet und somit wird über das eingestellte Niederdruckniveau die Kühlleistung im als Chiller betriebenen dritten Verdampfer4.3 festgelegt. - Dieser Kältemittelkreislauf
1.1 gemäß1 stellt sicher, dass der als Heckverdampfer betriebene zweite Verdampfer4.2 stets mit flüssigem Kältemittel beaufschlagt wird. Gegebenenfalls kann dieser Betriebsfall über den Druck-Temperatur-SensorPT1 , der zwischen dem zweiten und dritten Verdampfer4.2 bzw.4.3 angeordnet ist, oder über den nach dem dritten Verdampfer4.3 angeordneten Druck-Temperatur-SensorPT2 überwacht werden. - Insbesondere zur Überwachung des Austrittszustands des Kältemittels am zweiten Verdampfer
4.2 für den Fall, dass der dritte Verdampfer4.3 inaktiv ist, ist mindestens ein PT-Sensor empfehlenswert bzw. kann sich die Einbringung eines solchen Sensors als vorteilhaft erweisen. Jedoch sind wederPT1 nochPT2 bei dieser Verschaltungsvariante der beiden Verdampfer zwingend erforderlich. - Hinsichtlich Einstellbarkeit und Regelbarkeit der luftseitigen und kühlmittelseitigen Zustände der Wärmesenken stellt diese Verschaltungsvariante gemäß
1 die bevorzugte Lösung dar. Insbesondere für den Fall, dass beide Verdampfer4.2 und4.3 . aktiv sind, ist es für den zweiten Verdampfer4.2 sichergestellt, dass das Kältemittel diesen in 2-phasigem Zustand verlässt und mit diesem den dritten Verdampfer4.3 eintrittsseitig beaufschlägt. Eine kältemittelseitige Überhitzung im zweiten Verdampfer4.2 ist damit ausgeschlossen. Das zweite Expansionsventil5.2 dosiert die Kältemittelmenge im zweiten Kreislaufzweig1.11 . in der Weise, dass sich kühlmittelseitig die gewünschte Abkühlung einstellt. Dabei kann das austretende Kältemittel auch einen überhitzten Zustand einnehmen, insbesondere dann, wenn auch der erste Verdampfer4.1 aktiv ist. - Der Kältemittelkreislauf
1.1 gemäß2 unterscheidet sich von demjenigen gemäß1 dadurch, dass die Reihenfolge der Anordnung der beiden Verdampfer4.2 und4.3 in der Reihenschaltung4.0 umgekehrt ist. So ist der als Chiller ausgebildete dritte Verdampfer4.3 stromaufwärts vor dem zweiten Verdampfer4.2 angeordnet, d. h., dass das Kältemittel aus dem zweiten Expansionsorgan5.2 zuerst in den dritten Verdampfer4.3 und anschließend in den zweiten Verdampfer4.2 strömt. - Bei diesem Kältemittelkreislauf
1.1 gemäß2 kann mittels des Druck-Temperatur-SensorsPT2 , welcher dem zweiten Verdampfer4.2 stromabwärts nachgeschaltet ist, über die Steuerung des zweiten Expansionsorgans5.2 die Kältemittelgüte über den gesamten zweiten Kreislaufzweig1.11 eingestellt und überwacht werden. Bei geringen Überhitzungswerten (< 10 K) am AusgangA des zweiten Verdampfers4.2 kann luftseitig eine homogene Temperaturverteilung erzielt werden. Entsprechendes gilt bei geringen Überhitzungen am AusgangA des dritten Verdampfers4.3 , sollte dieser direkt verdampfend arbeiten - zumindest wird die Zweiphasigkeit bzw. ein zweiphasigkeitsnaher Austrittszustands des Kältemittels so gesichert,. Eine Temperaturschichtung bzw. luftseitig inhomogene Temperaturverteilung wird somit vermieden. Das Niederdruckniveau wird hierbei mittels des ersten Verdampfers4.1 , sollte dieser aktiv sein, vorgegeben und über den Verdichter2 eingestellt. - Zusätzlich können bei diesem Kältemittelkreislauf
1.1 gemäß2 der zweite und dritte Verdampfer4.2 bzw.4.3 jeweils mit einer Bypassleitung4.21 bzw.4.31 (in2 gestrichelt dargestellt) umströmt werden, die den EingangE des zweiten Verdampfers4.2 bzw. den EingangE des dritten Verdampfers4.3 mit dem AusgangA des zweiten Verdampfers4.2 bzw. dem AusgangA des dritten Verdampfers4.3 verbindet. Die Bypassleitung4.21 des zweiten Verdampfers4.2 enthält ein Absperrventil4.20 , die Bypassleitung des dritten Verdampfers4.3 ein Absperrventil4.30 . Damit können zur Maximierung der Systemeffizienz die jeweiligen inaktiven Verdampfer4.2 oder4.3 in dem zweiten Kreislaufzweig1.11 gebypasst werden. Bei einem offenen Absperrventil4.20 und/oder4.30 stellt sich die durch den Verdampfer4.2 und/oder4.3 minimal strömende Kältemittelmenge entsprechend den resultierenden Druckverlusten an den beteiligten Komponenten ein. Soll eine Minimaldurchströmung des zweiten und/oder dritten Verdampfers4.2 bzw.4.3 vollständig vermieden werden, sind am EingangE des zweiten Verdampfers4.2 und/oder am EingangE des dritten Verdampfers4.3 separate Absperrventile oder Mehrwegeabsperrorgane anzuordnen. - Auch der Kältemittelkreislauf
1.1 gemäß1 kann mit solchen Bypassleitungen4.21 und4.31 mit zugehörigen Absperrventilen4.20 und4.30 für den zweiten Verdampfer4.2 und den dritten Verdampfer4.3 ausgeführt werden. - Der Kältemittelkreislauf
1.1 gemäß3 unterscheidet sich von demjenigen gemäß1 dadurch, dass der dritte Verdampfer4.3 nicht als indirekter Verdampfer, sondern als direkter Verdampfer zur Kühlung eines elektrischen Speichers ausgebildet ist. In der Reihenschaltung4.0 ist der zweite Verdampfer4.2 dem zweiten Expansionsorgan5.2 stromabwärts nachgeschaltet, während der dritte Verdampfer4.3 dem zweiten Verdampfer4.2 stromabwärts nachgeschaltet ist. - Bei diesem Kältemittelkreislauf
1.1 gemäß3 kann mittels des Druck-Temperatur-SensorsPT2 , welcher dem dritten Verdampfer4.3 stromabwärts nachgeschaltet ist, über die Steuerung des zweiten Expansionsorgans5.2 die Kältemittelgüte über den gesamten zweiten Kreislaufzweig1.11 eingestellt und überwacht werden. Sind beide Verdampfer4.2 und4.3 aktiv kann bei geringen kältemittelseitigen Überhitzungswerten (< 10 K) am AusgangA des dritten Verdampfers4.3 eine homogene Lufttemperaturverteilung sowohl am dritten Verdampfer4.3 als auch am zweiten Verdampfer4.2 gewährleistet werden. Eine Temperaturschichtung bzw. inhomogene Lufttemperaturverteilung wird somit vermieden. Das Niederdruckniveau wird hierbei mittels des ersten Verdampfers4.1 vorgegeben und über den Verdichter2 eingestellt. - Ist jeweils nur einer der beiden Verdampfer aktiv gilt ebenso bei Überhitzungen des Kältemittels von unter 10 K an dem jeweiligen Ausgang
A , wird das Kältemittel mittels der Druck-Temperatur-Sensor(en)PT1 und/oderPT2 überwacht, damit luftseitig eine homogene Temperaturverteilung eingestellt werden kann. - Da es sich bei den Verdampfern der Reihenschaltung
4.0 um direkte Verdampfer handelt, können deren Positionen vertauscht werden, wie dies in4 dargestellt ist. Wesentlich hierbei ist, dass am Ausgang des jeweils letzten in der Reihenschaltung aktiven Verdampfers die Überhitzung mit einem Betrag von unter 10K einzustellen ist, um die luftseitige Homogenität hinsichtlich der Temperaturverteilung zu gewährleisten. - Diese Anordnung der beiden Verdampfer
4.2 und4.3 nach4 , bei welcher der zur Kühlung eines elektrischen Speichers eingesetzte dritte Verdampfer4.3 dem zweiten Expansionsorgan5.2 und der zweite Verdampfer4.2 dem dritten Verdampfer4.3 stromabwärts nachgeschaltet ist, ist besonders vorteilhaft, da bei einer Verwendung des dritten Verdampfers4.3 zur direkten Kühlung eines elektrischen Speichers dieser äußerst empfindlich auf kältemittelseitige Überhitzungen bzw. inhomogene Lufttemperaturverteilungen reagiert. Ferner ist aufgrund der Druckverluste ein höherer Niederdruck am dritten Verdampfer4.3 eher zu akzeptieren, als gegebenenfalls am zweiten Verdampfer4.2 , der direkt die Ausblastemperatur im Fondbereich der Fahrzeugkabine bestimmt. - Auch bei diesem Kältemittelkreislauf
1.1 gemäß4 können der zweite und dritte Verdampfer4.2 bzw.4.3 jeweils mit einer Bypassleitung4.21 bzw.4.31 umströmt werden (in4 gestrichelt dargestellt), die den EingangE des zweiten Verdampfers4.2 bzw. den EingangE des dritten Verdampfers4.3 mit dem AusgangA des zweiten Verdampfers4.2 bzw. dem AusgangA des dritten Verdampfers4.3 verbinden. Die Bypassleitung4.21 des zweiten Verdampfers4.2 enthält ein Absperrventil4.20 , die Bypassleitung4.31 des dritten Verdampfers4.3 ein Absperrventil4.30 . Damit können zur Maximierung der Systemeffizienz die jeweiligen inaktiven Verdampfer4.2 oder4.3 in dem zweiten Kreislaufzweig1.11 gebypasst werden. Bei einem offenen Absperrvehtil4.20 und/oder4.30 stellt sich die durch den Verdampfer4.2 und/oder4.3 minimal strömende Kältemittelmenge entsprechend den resultierenden Druckverlusten in den beteiligten Komponenten ein. Soll eine Minimaldurchströmung des zweiten und/oder dritten Verdampfers4.2 bzw.4.3 vollständig vermieden werden, sind am EingangE des zweiten Verdampfers4.2 und/oder am EingangE des dritten Verdampfers4.3 separate Absperrventile oder Mehrwegeabsperrorgane anzuordnen. - Schließlich kann auch der Kältemittelkreislauf
1.1 gemäß3 mit solchen Bypassleitungen4.21 und4.31 mit zugehörigen Absperrventilen4.20 und4.30 für den zweiten Verdampfer4.2 und den dritten Verdampfer4.3 ausgeführt werden. - Unabhängig von der Reihenfolge der Anordnung der Verdampfer
4.2 und4.3 bzw. deren Ausführung als direkte oder indirekte Wärmeübertrager kühlend, können die Absperrventile4.20 und4.30 mit den Leitungsabschnitten4.21 und4.31 vorgesehen oder auf diese verzichtet werden. - Bei den Kältemittelkreisläufen
1.1 gemäß den1 bis4 kann der zweite Kreislaufzweig1.11 für eine Wärmepumpe genutzt werden. Bei einem Betrieb unter der Vereisungsgrenze, d. h. einer Verdampfungstemperatur von kleiner als 3 °C wird nur der dritte Verdampfer4.3 aktiv durchströmt, während der zweite Verdampfer mittels des Absperrventils4.20 der Bypassleitung4.21 umströmt wird. Bei einer Verdampfungstemperatur von größer als 0 °C können beide Verdampfer4.2 und4.3 des zweiten Kreislaufzweiges1.11 durchströmt und zur Wärmeaufnahme genutzt werden. - Wird bei Temperaturen unter 0°C auf eine luftseitige Beaufschlagung des zweiten Verdampfers
4.2 verzichtet, so ist ein Umgehen des zweitens Verdampfers nicht zwingend erforderlich, da aufgrund der stehenden Luft im Zustromluftkanal keine kontinuierliche Entfeuchtung und damit Vereisung des Verdampfers erfolgen kann. Ist es nicht möglich den Luftstrom über den zweiten Verdampfer4.2 abzustellen, so müsste dieser luftseitig im Klimagerät oder über beschriebenes Absperrventil4.20 kältemittelseitig gebypasst werden. - Sollte bei den Kältemittelkreisläufen
1.1 gemäß den1 bis4 der zweite Kreislaufzweig1.11 nicht aktiv durchströmt werden, kann an dessen stromabwärts gelegenen Ende, also am stromabwärtsseitigen Ende der Reihenschaltung4.0 ein Rückschlagventil angeordnet werden, um auf diese Weise eine Kältemittelverlagerung in die Anlagenabschnitte des zweiten Kreislaufzweigs1.11 zu vermeiden. Um in diesem Fall eine hohe Drucklage im Gesamtsystem dieser Kälteanlage1 unter den kritischen Wert von 93 bar einzustellen, sollte das zweite Expansionsorgan5.2 des zweiten Kreislaufzweig1.11 mit dem Abschalten der Kälteanlage1 geöffnet werden, um das segmentierte Volumen im zweiten Kreislaufzweig1.11 zur Ruhedruckreduktion im Bedarfsfall freizugeben. - Der Druck-Temperatur-Sensor
PT3 wird neben der Überwachung des Niederdrucks auch für die Unterfüllungserkennung des Systems eingesetzt. Ist keine Unterfüllungserkennung durch Überwachung des Austrittszustands des Kältemittels am Niederdrucksammler umgesetzt, so kann der SensorPT3 auch direkt an den Eintritt des Kältemittelverdichters2 versetzt werden. Ist des Weiteren auch eine Überwachung des Niederdruckniveaus nicht erforderlich, so kann der SensorPT3 entfallen. - Eine erfindungsgemäße Kälteanlage
1 gemäß den1 bis4 weist ein einfaches Systemdesign auf und führt zu folgenden Vorteilen: - - Einsparung von Verzweigungsstellen und gegebenenfalls Leitungsmaterial sowie von Aktoren,
- - Vereinfachung des Kältemittelmanagements, insbesondere wenn darauf geachtet wird, dass der örtlich betrachtet im Parallelzweig am weitesten abseits gelegene Verdampfer stets als erstes mit Kältemittel beaufschlagt wird.
- - Reduktion der Gefahr einer Ölversackung,
- - vereinfachter Systembetrieb hinsichtlich Regelbarkeit und Funktion, und
- - Kältemittelverlagerung und Ruhedrucklagen können aktiv beeinflusst werden.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kälteanlage eines Fahrzeugs
- 1.1
- Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 1
- 1.10
- erster Kreislaufzweig des Kältemittelkreislaufs 1.1
- 1.11
- zweiter Kreislaufzweig des Kältemittelkreislaufs 1.1
- 2
- Kältemittelverdichter
- 3
- Kondensator oder Gaskühler
- 4.0
- Reihenschaltung aus zweitem und dritten Verdampfer 4.2, 4.3
- 4.1
- erster Verdampfer
- 4.2
- zweiter Verdampfer
- 4.20
- Absperrventil
- 4.21
- Bypassleitung
- 4.3
- dritter Verdampfer
- 4.30
- Absperrventil
- 4.31
- Bypassleitung
- 4.32
- Kühlmittelkreislauf
- 5.1
- erstes Expansionsorgan
- 5.2
- zweites Expansionsorgan
- 6
- innerer Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs 1.1
- 7
- Sammler
- 8.1
- Abzweigung des Kältemittelkreislaufs 1.1
- 8.2
- Abzweigung des Kältemittelkreislaufs 1.1
- E
- Eingang des Verdampfers 4.2, 4.3
- A
- Ausgang des Verdampfers 4.2, 4.3
- PT1
- Druck-Temperatur-Sensor
- PT2
- Druck-Temperatur-Sensor
- PT3
- Druck-Temperatur-Sensor
- PT4
- Druck-Temperatur-Sensor
- PT5
- Druck-Temperatur-Sensor
- R
- Strömungsrichtung
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012224484 A [0003]
- DE 102012217980 A [0004]
- DE 102011015427 A [0005]
Claims (10)
- Kälteanlage (1) für ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf (1.1) für einen AC-Betrieb, umfassend - einen Kältemittelverdichter (2), - einen Kältemittelkondensator (3) oder Gaskühler (3), - einen ersten Kreislaufzweig (1.10) mit einem ersten Verdampfer (4.1) zum Kühlen und Entfeuchten eines dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführten Luftstroms und einem dem ersten Verdampfer (4.1) stromabwärts vorgeschalteten ersten Expansionsorgan (5.1), - einen zweiten Verdampfer (4.2) zum Kühlen eines Fondbereichs des Fahrgastraums des Fahrzeugs, - einen dritten Verdampfer (4.3) zur Klimatisierung einer Elektronikkomponente des Fahrzeugs, welcher mit dem zweiten Verdampfer (4.2) in Reihe fluidverbunden ist, - ein zweites Expansionsorgan (5.2), welches der Reihenschaltung aus dem zweiten und dritten Verdampfer (4.2, 4.3) stromabwärts vorgeschaltet ist, und - einen zweiten Kreislaufzweig (1.11) mit dem zweiten Expansionsorgan (5.2) und der Reihenschaltung aus dem zweiten und dritten Verdampfer (4.2, 4.3), wobei der zweite Kreislaufzweig (1.11) dem ersten Kreislaufzweig (1.10) parallel geschaltet ist.
- Kälteanlage (1) nach
Anspruch 1 , bei welcher in der Reihenschaltung aus dem zweiten und dritten Verdampfer (4.2, 4.3) der zweite Verdampfer (4.2) dem dritten Verdampfer (4.3) stromabwärts vorgeschaltet ist. - Kälteanlage (1) nach
Anspruch 1 , bei welcher in der Reihenschaltung aus dem zweiten und dritten Verdampfer (4.2, 4.3) der dritte Verdampfer (4.2) dem zweiten Verdampfer (4.3) stromabwärts vorgeschaltet ist. - Kälteanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher eine erste Bypassleitung (4.21) mit einem Absperrventil (4.20) vorgesehen ist, wobei die erste Bypassleitung (4.21) den Eingang (E) des zweiten Verdampfers (4.2) mit dessen Ausgang (A) verbindet.
- Kälteanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher eine zweite Bypassleitung (4.31) mit einem Absperrventil (4.30) vorgesehen ist, wobei die zweite Bypassleitung (4.31) den Eingang (E) des dritten Verdampfers (4.2) mit dessen Ausgang (A) verbindet.
- Kälteanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der zweite Verdampfer (4.2) als direkter Verdampfer ausgebildet ist.
- Kälteanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der dritte Verdampfer (4.3) als direkter Verdampfer ausgebildet ist.
- Kälteanlage (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , bei welcher der dritte Verdampfer (4.3) als indirekter Verdampfer mit einem Kühlmittelkreislauf ausgebildet ist. - Kälteanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das erste und zweite Expansionsorgan (5.1, 5.2) jeweils mit einer Absperrfunktion ausgebildet sind.
- Kälteanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Kältemittelkreislauf (1.1) einen inneren Wärmeübertrager (6) aufweist, dem hochdruckseitig die Parallelschaltung aus dem ersten und zweiten Kreislaufzweig (1.10, 1.11) stromabwärts nachgeschaltet ist.
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