DE102017212479A1 - Refrigeration system of a vehicle with a refrigerant circuit - Google Patents

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Uwe Gerlinger
Peter Heyl
David Günther
Andreas Roeder
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Audi AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf Kälteanlage (10) eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (1) und umfasst einen ersten Kältekreis (1.1) zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs mit einem Kältemittelverdichter (2), einem Kondensator oder Gaskühler (3) und einem Klima-Verdampfer (4) mit zugeordnetem Expansionsorgan (4.1), einen zweiten Kältekreis (1.2) mit einem zur Kopplung mit einer Wärmequelle (5.0) vorgesehenen Wärmeübertrager (5) mit zugeordnetem Expansionsorgan (5.1), und einen dem Kondensator oder Gaskühler (3) stromaufwärts nachgeschalteten Kältemittelleitungsabschnitt (1.0) zum Verbinden des ersten Kältekreises (1.1) mit dem zweiten Kältekreis (1.2) mit einer Verzweigungseinrichtung (6), welche ausgebildet ist einen ersten Teilmassenstrom (m1) vom Kältemittel für den zweiten Kältekreis (1.2) mit einem dem Kältemittelleitungsabschnitt (1.0) folgenden Strömungsverlauf abzuzweigen.

Figure DE102017212479A1_0000
The invention relates to a refrigeration system of a vehicle having a refrigerant circuit (10) of a vehicle with a refrigerant circuit (1) and comprises a first refrigeration circuit (1.1) for the interior air conditioning of the vehicle with a refrigerant compressor (2), a condenser or gas cooler (3) and a A climatic evaporator (4) with an associated expansion element (4.1), a second cooling circuit (1.2) with a heat exchanger (5) provided for coupling to a heat source (5) with an associated expansion element (5.1), and a condenser or gas cooler (3). upstream refrigerant line section (1.0) for connecting the first refrigerant circuit (1.1) to the second refrigerant circuit (1.2) with a branching device (6), which is formed a first partial mass flow (m 1 ) from the refrigerant for the second refrigerant circuit (1.2) with a Branch off the refrigerant flow section (1.0) following flow.
Figure DE102017212479A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf.The invention relates to a refrigeration system of a vehicle with a refrigerant circuit.

Es ist bekannt einen Kältemittelkreislauf für eine Fahrzeugklimaanlage mit einer 2-Verdampferanlage zu realisieren, nämlich mit einem Frontverdampfer und einem Heckanlagenverdampfer. Elektrifizierte Fahrzeuge benötigen neben dem Frontverdampfer (auch Klima-Verdampfer genannt) als mindestens einen Innenraumverdampfer einen separaten Wärmeübertrager zur Kühlung einer Batterie oder einer weiteren Elektronik. Dieser Wärmeübertrager kann als Chiller einem Kühlwasserkreislauf oder als kältemittelbetriebener Batteriekühler (Direktverdampfer) ausgebildet sein.It is known to realize a refrigerant circuit for a vehicle air conditioner with a 2-evaporator system, namely with a front evaporator and a rear system evaporator. Electrified vehicles require in addition to the front evaporator (also called air conditioner evaporator) as at least one interior evaporator a separate heat exchanger for cooling a battery or other electronics. This heat exchanger can be designed as a chiller a cooling water circuit or as a refrigerant-powered battery cooler (direct evaporator).

Eine Fahrzeugklimaanlage ist aus der DE 198 39 477 A1 bekannt, bei welcher nach einem Kältemittelkondensator und einem Flüssigkeitssammler eine erste Verzweigung des Kältemittelkreislaufes vorgesehen ist, an der das Kältemittel in einen ersten Kältemittelstrom und einen zweiten Kältemittelstrom verzweigt wird. Der erste Kältemittelstrom fließt über ein erstes Expansionsorgan einem Verdampfer als Wärmeübertrager zu, während ein zweiter Kältemittelstrom über ein zweites Expansionsorgan einem zusätzlichen Wärmeübertrager zufließt, der von einer HV (Hochvolt)-Batterie beheizt wird.A vehicle air conditioner is out of the DE 198 39 477 A1 in which, after a refrigerant condenser and a liquid collector, a first branch of the refrigerant circuit is provided, at which the refrigerant is branched into a first refrigerant flow and a second refrigerant flow. The first refrigerant flow flows via a first expansion element to an evaporator as a heat exchanger, while a second refrigerant flow via a second expansion element to an additional heat exchanger, which is heated by a HV (high-voltage) battery.

Solche zusätzlichen Wärmeübertrager für eine Hochvoltbatterie befinden sich in der Regel aus Gründen einer optimalen geometrischen und funktionalen Anordnung (Package) im Hinterwagen des Fahrzeugs. Das jeweilige temperaturgeregelte Expansionsorgan ist dabei zumeist zusammen mit dem Verdampfer bzw. dem zusätzlichen Wärmeübertrager untergebracht oder in direkter Nähe zu dem Verdampfer bzw. dem zusätzlichen Wärmeübertrager verbaut. Die Regelung des Kältemittels über die Verdichterdrehzahl des Kältemittelverdichters erfolgt über die Austrittstemperatur der Luft am Verdampfer. Hierbei ergeben sich ungenügende Kälteleistungen zur Kühlung der Hochvoltbatterie, insbesondere in Betriebspunkten mit niedriger Kälteleistung des Luftverdampfers und hohen Leistungen des Batteriekühlers im Kombinationsbetrieb, da die Luftaustrittstemperatur die Leistung des Verdichters regelt.Such additional heat exchanger for a high-voltage battery are usually for reasons of optimal geometric and functional arrangement (Package) in the rear of the vehicle. The respective temperature-controlled expansion element is usually housed together with the evaporator or the additional heat exchanger or installed in close proximity to the evaporator or the additional heat exchanger. The control of the refrigerant via the compressor speed of the refrigerant compressor via the outlet temperature of the air at the evaporator. This results in insufficient cooling capacity for cooling the high-voltage battery, especially at operating points with low cooling capacity of the air evaporator and high performance of the battery cooler in combination operation, since the air outlet temperature controls the performance of the compressor.

Der Vollständigkeit halber sei noch auf die DE 102 18 539 A1 und die DE 10 2008 027 293 A1 verwiesen.The sake of completeness is still on the DE 102 18 539 A1 and the DE 10 2008 027 293 A1 directed.

Die DE 102 18 539 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Kühlung eines Batteriesatzes für ein Fahrzeug, die eine Quelle für kühlendes Gas, eine Pumpe bzw. ein Kompressor zur Kompression des kühlenden Gases sowie ein Hochdruck-Leitungssystem, welches in Fluidverbindung mit der Pumpe steht und das komprimierte kühlende Gas dem Batteriesatz zuführt, ein Expansionsventil, welches in Fluidverbindung mit dem Hochdruck-Leitungssystem steht und eine Dekompression des kühlenden Gases bewirkt und ein Niederdruck-Leitungssystem, welches in Fluidverbindung mit dem Expansionsventil steht, umfasst. Mittels des Niederdruck-Leitungssystems wird das kühlende Gas durch den gesamten Batteriesatz geführt und derselbe dadurch schnell ungleichmäßig gekühlt.The DE 102 18 539 A1 describes a device for cooling a battery pack for a vehicle having a source of cooling gas, a compressor for compressing the cooling gas and a high-pressure piping system which is in fluid communication with the pump and supplies the compressed cooling gas to the battery pack an expansion valve which is in fluid communication with the high pressure piping system and effects decompression of the cooling gas and a low pressure piping system in fluid communication with the expansion valve. By means of the low-pressure piping system, the cooling gas is passed through the entire battery pack and the same quickly cooled unevenly.

Die DE 10 2008 027 293 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie, die eine Mehrzahl von elektrischen Speicherelementen und einen Kühlkörper mit Kanälen zur Durchströmung mit einem Fluidkörper umfasst. Die Speicherelemente stehen mit dem Kühlkörper in thermischem Kontakt, wodurch Wärme der Speicherelemente auf das Fluid übertragen wird.The DE 10 2008 027 293 A1 relates to a device for cooling a vehicle battery, which comprises a plurality of electrical storage elements and a heat sink with channels for flowing through a fluid body. The storage elements are in thermal contact with the heat sink, thereby transferring heat of the storage elements to the fluid.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf anzugeben, welcher einen ersten Kältekreis zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs und einen zweiten Kältekreis mit einem zur Kopplung mit einer Wärmequelle vorgesehenen Wärmeübertrager mit zugeordnetem Expansionsorgan aufweist und gegenüber dem Stand der Technik eine erhöhte Kühlleistung für den Wärmeübertrager zur Kühlung der Wärmequelle, bspw. einer Hochvoltbatterie bereitstellt.It is an object of the invention to provide a refrigeration system of a vehicle with a refrigerant circuit, which has a first cooling circuit for the interior air conditioning of the vehicle and a second cooling circuit with a provided for coupling to a heat source heat exchanger with associated expansion element and compared to the prior art, an increased cooling capacity for the Heat exchanger for cooling the heat source, eg. Provides a high-voltage battery.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved by a refrigeration system having the features of patent claim 1.

Eine solche Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf umfasst:

  • - einen ersten Kältekreis zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs mit einem Kältemittelverdichter, einem Kondensator oder Gaskühler und einem Verdampfer mit zugeordnetem Expansionsorgan,
  • - einen zweiten Kältekreis mit einem zur Kopplung mit einer Wärmequelle vorgesehenen Wärmeübertrager mit zugeordnetem Expansionsorgan, und
  • - einen dem Kondensator oder Gaskühler stromaufwärts nachgeschalteten Kältemittelleitungsabschnitt zum Verbinden des ersten Kältekreises mit dem zweiten Kältekreis mit einer Verzweigungseinrichtung, welche ausgebildet ist einen ersten Teilmassenstrom vom Kältemittel für den zweiten Kältekreis mit einem dem Kältemittelleitungsabschnitt folgenden Strömungsverlauf abzuzweigen.
Such a refrigeration system of a vehicle with a refrigerant circuit comprises:
  • a first refrigerant circuit for the interior air conditioning of the vehicle with a refrigerant compressor, a condenser or gas cooler and an evaporator with an associated expansion element,
  • - A second refrigerant circuit with a provided for coupling to a heat source heat exchanger with associated expansion element, and
  • - A downstream of the condenser or gas cooler refrigerant line section for connecting the first refrigerant circuit to the second refrigerant circuit with a branching device, which is designed to divert a first partial mass flow of the refrigerant for the second refrigerant circuit with a flow path following the refrigerant pipe section.

Zusätzlich kann diese Kälteanlage einen inneren Wärmeübertrager sowie einen Kältemittelsammler aufweisen. In addition, this refrigeration system can have an internal heat exchanger and a refrigerant collector.

Mit einer solchen erfindungsgemäßen Verzweigungseinrichtung wird eine Anschlussgeometrie geschaffen, mit welcher der Kältemittelverlauf zugunsten des zweiten Kältekreises bevorzugt wird, so dass ein ausreichender Massenstrom zur Kühlung der Wärmequelle zur Verfügung steht. Diese von der Verzweigungseinrichtung realisierte erfindungsgemäße Anschlussgeometrie besteht darin, dass der durch den Kältemittelleitungsabschnitt vorgegebene Strömungsverlauf für den ersten Teilmassenstrom beibehalten wird und damit keine Umlenkung aus der von dem Kältemittelleitungsabschnitt vorgegebenen Richtung stattfindet. Dies reduziert den Strömungswiderstand des ersten Teilmassenstromes mit der Folge der Bevorzugung des Kältemittelverlaufs zugunsten des zur Kühlung der Wärmequelle vorgesehenen Wärmeübertragers.With such a branching device according to the invention, a connection geometry is created with which the course of the refrigerant in favor of the second cooling circuit is preferred, so that a sufficient mass flow is available for cooling the heat source. This inventive connection geometry realized by the branching device is that the flow profile predetermined by the refrigerant line section is maintained for the first partial mass flow, and thus no deflection takes place from the direction predetermined by the refrigerant line section. This reduces the flow resistance of the first partial mass flow with the consequence of the preference of the refrigerant flow in favor of the heat exchanger provided for cooling the heat source.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch für die erfindungsgemäße Kälteanlage eine verdampfergesteuerte Regelung des Kältemittelverdichters realisierbar ist, was insbesondere für Hybrid-Fahrzeuge oder Elektrofahrzeuge relevant ist.Another advantage is that even for the refrigeration system according to the invention, an evaporator-controlled control of the refrigerant compressor can be realized, which is particularly relevant for hybrid vehicles or electric vehicles.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Verzweigungseinrichtung ausgebildet, einen zweiten Teilmassenstrom vom Kältemittel für den Klima-Verdampfer durch Umlenken aus der Richtung des Kältemittelleitungsabschnittes abzuzweigen. Bei diesem derart erzeugten zweiten Teilmassenstrom des Kältemittels besteht im Vergleich zu dem ersten Teilmassenstrom ein erhöhter Strömungswiderstand, so dass auch damit der Strömungsverlauf des Kältemittels in Richtung des zweiten Kältekreises bevorzugt wird.According to an advantageous development of the invention, the branching device is designed to divert a second partial mass flow from the refrigerant for the air-conditioning evaporator by deflecting it from the direction of the refrigerant line section. In this second partial mass flow of the refrigerant thus generated, there is an increased flow resistance in comparison to the first partial mass flow, so that the flow course of the refrigerant in the direction of the second refrigerant circuit is also preferred therewith.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn weiterbildungsgemäß der Kältemittelleitungsabschnitt einen geraden oder bogenförmigen Verlauf aufweist. Damit wird der Strömungsverlauf des Kältemittels in Richtung des zweiten Kältekreises im Wesentlichen nicht behindert.It is particularly advantageous if, in accordance with further development, the coolant conduit section has a straight or curved course. Thus, the flow path of the refrigerant in the direction of the second cooling circuit is not substantially hindered.

Des Weiteren sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Verzweigungseinrichtung als 3-Wegeverbindungsanordung ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die Verzweigungseinrichtung einen Einlassabschnitt und einen mit demselben fluchtenden Auslassabschnitt sowie einen mit dem Einlass- und Auslassabschnitt nichtfluchtenden Verzweigungsabschnitt auf. Furthermore, an advantageous embodiment of the invention provides that the branching device is designed as a 3-Wegeverbindungsanordung. Preferably, the branching means comprises an inlet portion and an outlet portion aligned with the same, and a branch portion not aligned with the inlet and outlet portions.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Druckverlustoptimierung dadurch erreicht, dass eine Rücklaufleitung des Wärmeübertragers zwischen dessen Austritt und einem zwischen dem Klima-Verdampfer und dem Kältemittelverdichter liegenden Verbindungspunkt mit wenigstens dem gleichen Querschnitt oder einem größeren Querschnitt im Vergleich zu dem Querschnitt der Leitungsabschnitte des Verdampferzweiges zwischen der Verzweigungseinrichtung und dem Verbindungspunkt ausgebildet ist.According to a further embodiment of the invention, a pressure loss optimization is achieved in that a return line of the heat exchanger between the outlet and a lying between the air conditioning evaporator and the refrigerant compressor connection point with at least the same cross section or a larger cross section compared to the cross section of the line sections of the evaporator branch is formed between the branching device and the connection point.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einem durch die Priorisierung des Kältemittelleitungsabschnittes hervorgerufenen Kältemitteldefizit im Klima-Verdampfer in Abhängigkeit eines mittels eines Temperatursensors erfassten Temperaturwertes die Leistung des Kältemittelverdichters unabhängig vom Zustand des Wärmeübertragers erhöht wird.A particularly advantageous embodiment of the invention provides that in a caused by the prioritization of the refrigerant pipe section refrigerant deficit in the air-evaporator in dependence of a temperature detected by a temperature sensor, the power of the refrigerant compressor is increased regardless of the state of the heat exchanger.

Nach einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Rücklaufleitungen des Klima-Verdampfers und des Wärmeübertragers gleiche Druckverluste auf, dies wird weiterbildungsgemäß dadurch erreicht, dass mindestens ein gleicher Querschnitt verwendet wird. Eine detaillierte Abstimmung kann über die jeweilige Länge der Leitungsabschnitte nach den Verdampfern bis zum Verbindungsstück und den zu erwartenden Massenstrom des Kältemittels erfolgen. Ziel ist es aber, dass der Druckverlust bei beiden Leitungen in der gleichen Größenordnung liegt, um am Verdampferaustritt beider Wärmeübertrager die gleiche Verdampfungstemperatur realisieren zu können.According to a last advantageous embodiment of the invention, the return lines of the air-conditioner evaporator and the heat exchanger on the same pressure losses, this is further education achieved in that at least one same cross-section is used. A detailed vote can be made on the length of each line sections after the evaporators to the connector and the expected mass flow of the refrigerant. The goal, however, is that the pressure drop in both lines is of the same order of magnitude in order to be able to realize the same evaporation temperature at the evaporator outlet of both heat exchangers.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:

  • 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kälteanlage, und
  • 2 eine perspektivische Detaildarstellung I einer Leitungsverzweigung der Kälteanlage nach 1 zwischen dem Klima-Verdichter und dem zur Kühlung der Wärmequelle vorgesehenen Wärmeübertrager.
The invention will now be described in detail by means of an embodiment with reference to the accompanying figures. Show it:
  • 1 a diagram of an embodiment of the refrigeration system according to the invention, and
  • 2 a detailed perspective view I a line branch of the refrigeration system after 1 between the air conditioning compressor and provided for cooling the heat source heat exchanger.

Die Kälteanlage 10 eines Fahrzeugs nach 1 besteht aus einem Kältemittelkreislauf 1 mit einem ersten Kältekreis 1.1 und einem zweiten Kältekreis 1.2.The refrigeration system 10 of a vehicle 1 consists of a refrigerant circuit 1 with a first circuit 1.1 and a second refrigeration circuit 1.2 ,

Der erste Kältekreis 1.1 dient zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs und umfasst einen Kältemittelverdichter 2, einen Kondensator oder Gaskühler 3, einen Kältemittelsammler 7 und einen Klima-Verdampfer 4 mit vorgeschaltetem Expansionsorgan 4.1, wobei diese Komponente in der aufgeführten Reihenfolge von einem Kältemittel durchströmt werden. Im Kältebetrieb der Kälteanlage 10 wird ein dem Fahrzeuginnenraum zugeführter Zuluftstrom L2 mittels des Klima-Verdampfers 4 entfeuchtet und/oder gekühlt und die dabei aufgenommene Wärme über den Kondensator oder Gaskühler 3 an einen Umgebungsluftstrom L1 abgeführt.The first circuit 1.1 is used for the interior air conditioning of the vehicle and includes a refrigerant compressor 2 , a condenser or gas cooler 3 , a refrigerant collector 7 and a climate evaporator 4 with upstream expansion element 4.1 , wherein these components are flowed through by a refrigerant in the order listed. In cold operation of the refrigeration system 10 is a supply air flow supplied to the vehicle interior L2 by means of the climate evaporator 4 dehumidified and / or cooled and the heat absorbed over the condenser or gas cooler 3 to an ambient air stream L1 dissipated.

Der Klima-Verdampfer 4 befindet sich zusammen mit dessen Expansionsorgan 4.1 in einem zwischen einer Verzweigungseinrichtung 6 und einem Verzweigungspunkt P verlaufenden Verdampferzweig 4.0, wobei mittels eines in diesem Verdampferzweig 4.0 angeordneten Abschaltventils 4.2 der Kältemittelfluss durch den Klima-Verdampfer 4 abgeschaltet werden kann.The climate evaporator 4 is located together with its expansion organ 4.1 in one between a branching device 6 and a branch point P extending evaporator branch 4.0 , wherein by means of a in this evaporator branch 4.0 arranged shut-off valve 4.2 the refrigerant flow through the climate evaporator 4 can be switched off.

Mit einem Drucksensor 8 wird der Druck des Kältemittels am Eintritt des Kondensators oder Gaskühlers 3 erfasst. Ein Temperatursensor 9 im Bereich des Zuluftstroms L2 dient der Erfassung der Lufttemperatur am Ausgang des Klima-Verdampfers 4. Der Klima-Verdampfer 4 ist gegebenenfalls mit weiteren Komponenten in einem Klimagerät des Fahrzeugs angeordnet.With a pressure sensor 8th the pressure of the refrigerant is at the inlet of the condenser or gas cooler 3 detected. A temperature sensor 9 in the area of the supply air flow L2 is used to record the air temperature at the outlet of the air-conditioning evaporator 4 , The climate evaporator 4 is optionally arranged with other components in an air conditioner of the vehicle.

In einem Kombinationsbetrieb ist mit dem ersten Kältekreis 1.1 ein zweiter Kältekreis 1.2 verbunden, um eine Wärmequelle 5.0 mittels eines in dem zweiten Kältekreis 1.2 angeordneten Wärmeübertragers 5 zu kühlen. Diese Wärmequelle 5.0 stellt bspw. eine Hochvoltbatterie (HV-Batterie) dar, mit welcher bspw. eine elektrische Antriebsmaschine eines Hybrid-Fahrzeugs oder eines reinen Elektrofahrzeugs angetrieben wird. Auch eine zu kühlende Leistungselektronik oder eine sonstige zu kühlende elektrische Komponente des Fahrzeugs stellt eine solche Wärmequelle 5.0 dar.In a combined operation is with the first refrigerant circuit 1.1 a second circuit 1.2 connected to a heat source 5.0 by means of one in the second refrigeration circuit 1.2 arranged heat exchanger 5 to cool. This heat source 5.0 represents, for example, a high-voltage battery (HV battery), with which, for example, an electric drive machine of a hybrid vehicle or a pure electric vehicle is driven. Also to be cooled power electronics or other to be cooled electrical component of the vehicle provides such a heat source 5.0 represents.

Dieser zweite Kältekreis 1.2 besteht aus einer Zulaufleitung 1.21, welche die Verzweigungseinrichtung 6 über ein Abschaltventil 5.2 mit einem Eintritt E des Wärmeübertragers 5 mit dessen zugeordneten Expansionsorgan 5.1 verbindet. Eine Rücklaufleitung 1.20 des zweiten Kältekreises 1.2 verbindet einen Austritt A des Wärmeübertragers 5 mit dem Verbindungspunkt P.This second circuit 1.2 consists of a supply line 1.21 which the branching device 6 via a shut-off valve 5.2 with an inlet E of the heat exchanger 5 with its associated expansion organ 5.1 combines. A return line 1.20 of the second refrigerant circuit 1.2 connects an outlet A of the heat exchanger 5 with the connection point P ,

Die Verzweigungseinrichtung 6 ist in einem Leitungsabschnitt 1.0 des Kältemittelkreislaufs 1 angeordnet, welchem über einen mit dem Kondensator oder Gaskühler 3 und dem Kältemittelsammler 7 verbundenen Leitungsabschnitt 1.10 ein Massenstrom m0 als Gesamtmassenstrom des Kältemittels zugeführt wird. Aus diesem Massenstrom m0 wird mittels der Verzweigungseinrichtung 6 zum einen ein erster Teilmassenstrom m1 , welcher über die Zulaufleitung 1.21 bei geöffnetem Abschaltventil 5.2 mittels des Expansionsorgans 5.1 in den Wärmeübertrager 5 expandiert wird, und zum anderen ein zweiter Teilmassenstrom m2 , welcher bei geöffnetem Abschaltventil 4.2 mittels des Expansionsorgans 4.1 in den Klima-Verdampfer 4 entspannt wird, abgezweigt.The branching device 6 is in a line section 1.0 of the refrigerant circuit 1 arranged, which via one with the condenser or gas cooler 3 and the refrigerant collector 7 connected line section 1.10 a mass flow m 0 is supplied as the total mass flow of the refrigerant. For this mass flow m 0 is by means of the branching device 6 on the one hand, a first partial mass flow m 1 , which via the supply line 1.21 with the shut-off valve open 5.2 by means of the expansion organ 5.1 in the heat exchanger 5 is expanded, and on the other a second partial mass flow m 2 , which with open shut-off valve 4.2 by means of the expansion organ 4.1 in the climate evaporator 4 is relaxed, branched off.

Die Verzweigungseinrichtung 6 ist hierbei derart eingerichtet, dass der Strömungsverlauf des ersten Teilmassenstroms m1 dem Verlauf des Kältemittelleitungsabschnittes 1.0 folgt, wie dies nachfolgend anhand des Details I nach 2 näher erläutert wird.The branching device 6 In this case, it is set up such that the flow pattern of the first partial mass flow m 1 the course of the refrigerant pipe section 1.0 follows, as described below with reference to detail I 2 is explained in more detail.

Diese 2 zeigt den Kältemittelleitungsabschnitt 1.0 mit der Verzweigungseinrichtung 6, an welche der Verdampferzweig 4.0 angebunden ist. Die Verzweigungseinrichtung 6 verbindet einen Leitungsabschnitt 1.100 der Verbindungsleitung 1.10 mit einem Leitungsabschnitt 1.210 der Zulaufleitung 1.21 des Wärmeübertragers 5.These 2 shows the refrigerant piping section 1.0 with the branching device 6 to which the evaporator branch 4.0 is connected. The branching device 6 connects a line section 1100 the connection line 1.10 with a line section 1210 the supply line 1.21 of the heat exchanger 5 ,

Die Verzweigungseinrichtung 6 besteht aus einem Einlassabschnitt 6.1, einem Auslassabschnitt 6.2 und einem Verzweigungsabschnitt 6.3. Hierbei sind der Einlass- und Auslassabschnitt 6.1 und 6.2 derart fluchtend zueinander ausgerichtet, dass der von dem Massenstrom m0 abgezweigte erste Teilmassenstrom m1 dem Verlauf der beiden Leitungsabschnitte 1.100 und 1.210 folgt. Dies führt zu einem kontinuierlichen Strömungsverlauf bzw. Strömungsweg des ersten Teilmassenstroms m1 aus der Verbindungsleitung 1.10 in die Zulaufleitung 1.21. Verlaufen die beiden Leitungsabschnitte 1.100 und 1.210 geradlinig, führt dies auch zu einem geradlinigen Strömungsverlauf bzw. Strömungsweg. Bilden die beiden Leitungsabschnitte 1.100 und 1.210 einen bogenförmigen Verlauf, ist auch der Strömungsverlauf bzw. Strömungsweg des ersten Teilmassenstroms m1 an diesen kontinuierlichen bogenförmigen Verlauf angepasst.The branching device 6 consists of an inlet section 6.1 an outlet section 6.2 and a branching section 6.3 , Here are the inlet and outlet section 6.1 and 6.2 aligned so aligned with each other that of the mass flow m 0 branched first partial mass flow m 1 the course of the two line sections 1100 and 1210 follows. This leads to a continuous flow path or flow path of the first partial mass flow m1 from the connecting line 1.10 in the supply line 1.21 , Run the two line sections 1100 and 1210 rectilinear, this also leads to a straight flow path or flow path. Form the two line sections 1100 and 1210 a curved course, is also the flow path or flow path of the first partial mass flow m 1 adapted to this continuous arcuate course.

Der erste Teilmassenstrom m1 wird also aus der durch die Richtung der beiden Leitungsabschnitte 1.100 und 1.210 vorgegebenen Verlauf durch die Verzweigungseinrichtung 6 nicht umgelenkt. Dagegen wird der zweite Teilmassenstrom m2 aus dieser vorgegebenen Strömungsrichtung mittels der Verzweigungseinrichtung 6 umgelenkt. Hierzu ist diese Verzweigungseinrichtung 6 derart ausgeführt, dass entsprechend von 2 der zweite Teilmassenstrom m2 durch eine zweifache 90°-Umlenkung aus dem Massenstrom m0 abgezweigt wird und in den Verdampferzweig 4.0 strömt.The first partial mass flow m 1 So it is out of the by the direction of the two line sections 1100 and 1210 predetermined course through the branching device 6 not diverted. In contrast, the second partial mass flow m 2 from this predetermined flow direction by means of the branching device 6 diverted. For this purpose, this branching device 6 carried out such that according to 2 the second partial mass flow m 2 by a double 90 ° deflection from the mass flow m 0 is branched off and in the evaporator branch 4.0 flows.

Mit dieser Verzweigungsgeometrie im Bereich des Kältemittelleitungsabschnittes 1.0 wird der Kältemittelverlauf in die Zulaufleitung 1.21 zugunsten des Wärmeübertragers 5 bevorzugt, d. h. priorisiert, mit der Folge dass bei ansonsten identischen Betriebsbedingungen ein größerer erster Teilmassenstrom m1 in den Wärmeübertrager 5 strömt, als im umgekehrten Fall, wenn der Auslassabschnitt 6.2 mit dem Verdampferzweig 4.0 und der Verzweigungsabschnitt 6.3 mit der Zulaufleitung 1.21 des Wärmeübertragers 5 fluidverbunden wäre.With this branching geometry in the area of the refrigerant line section 1.0 the refrigerant flow is in the supply line 1.21 in favor of the heat exchanger 5 preferably, ie prioritized, with the result that under otherwise identical operating conditions, a larger first partial mass flow m 1 in the heat exchanger 5 flows, as in the opposite case, when the outlet section 6.2 with the evaporator branch 4.0 and the branching section 6.3 with the supply line 1.21 of the heat exchanger 5 fluidly connected.

Ferner werden mit dieser Verzweigungsgeometrie im Bereich des Kältemittelleitungsabschnittes 1.0 die Druckverlustverhältnisse zwischen dem ersten Kältekreis 1.1 und dem zweiten Kältekreis 1.2 angepasst, infolgedessen auf der Saugseite des Kältemittelverdichters 2 ähnliche Drücke vorliegen, die zu gleichen Verdampfungsdrücken und damit auch zu gleichen Verdampfungstemperaturen an dem Klima-Verdampfer 4 und dem Wärmeübertrager 5 führen. Further, with this branching geometry in the area of the refrigerant piping section 1.0 the pressure loss ratios between the first refrigerant circuit 1.1 and the second refrigerant circuit 1.2 as a result, on the suction side of the refrigerant compressor 2 Similar pressures are present, the same evaporation pressures and thus at the same evaporation temperatures at the air-conditioning evaporator 4 and the heat exchanger 5 to lead.

Wird von dem Kältemittelverdichter 2 zu wenig Massenstrom m0 geliefert, führt die Regelung über die Verdampfer-Austrittstemperatur dazu, dass die Verdichterdrehzahl angehoben und damit mehr Kältemittel umgewälzt wird. Dies bedeutet, dass bei einem durch die Priorisierung des Kältemittelleitungsabschnittes 1.0 (d. h. Priorisierung des Kältemittelverlaufs in die Zulaufleitung 1.21) hervorgerufenen Kältemitteldefizit im Klima-Verdampfer 4 in Abhängigkeit eines mittels des Temperatursensors 9 erfassten Temperaturwertes die Leistung des Kältemittelverdichters 2 unabhängig vom Zustand des Wärmeübertragers 5 erhöht wird, d. h. der Regelung liegen keine Informationen des Wärmeübertragers 5 vor.Is from the refrigerant compressor 2 too little mass flow m 0 supplied, the regulation on the evaporator outlet temperature causes the compressor speed is increased, and thus more refrigerant is circulated. This means that at one by the prioritization of the refrigerant pipe section 1.0 (ie Prioritization of the refrigerant flow in the supply line 1.21 ) caused refrigerant deficit in the climate evaporator 4 depending on a means of the temperature sensor 9 recorded temperature value, the performance of the refrigerant compressor 2 regardless of the state of the heat exchanger 5 is increased, ie the control are no information of the heat exchanger 5 in front.

Damit steht nicht nur mehr Kältemittel im Klima-Verdampfer 4 zur Verfügung, sondern gleichzeitig erhält auch der Wärmeübertrager 5 mehr Kältemittel. Im Falle einer niedriger Außentemperatur, wenn also die Kühlleistung für den Fahrzeuginnenraum gering ist, wird mit der erfindungsgemäßen Verzweigungsgeometrie im Bereich des Kältemittelleitungsabschnittes 1.0 aufgrund der dadurch erreichten Priorisierung des Kältemittelverlaufs in die Zulaufleitung 1.21 ausreichend Kältemittel dem Wärmeübertrager 5 zur Kühlung der Wärmequelle 5.0 zur Verfügung gestellt.This not only means more refrigerant in the air-conditioning evaporator 4 available, but at the same time receives the heat exchanger 5 more refrigerant. In the case of a low outside temperature, that is, when the cooling capacity for the vehicle interior is low, with the branching geometry according to the invention in the region of the refrigerant line section 1.0 due to the achieved prioritization of the refrigerant flow in the supply line 1.21 sufficient refrigerant to the heat exchanger 5 for cooling the heat source 5.0 made available.

Wird das Expansionsorgan 4.1 des Klima-Verdampfers 4 als thermisches Expansionsventil (TXV) oder elektrischen Expansionsorgan (EXV) ausgeführt, wird dieses bei einer erhöhten Überhitzung geöffnet.Will the expansion organ 4.1 the climate evaporator 4 designed as a thermal expansion valve (TXV) or electrical expansion device (EXV), this is opened at an increased overheating.

Da sich der Wärmeübertrager 5 in der Regel im Hinterwagen des Fahrzeugs befindet, wird zur weiteren Optimierung der Druckverluste in dem ersten und zweiten Kältekreis 1.1 und 1.2 die Rücklaufleitung 1.20 des Wärmeübertragers 5 an die Leitungsquerschnitte des Verdampferzweiges 4.0 angepasst, indem der Leitungsquerschnitt der Rücklaufleitung 1.20 zumindest gleich groß oder größer als derjenige des Verdampferzweiges 4.0 gewählt wird, wodurch dessen Strömungswiderstand trotz der langen Verbindungsleitungen in den Hinterwagen reduziert und dadurch die Priorisierung des Kältemittelverlaufs in den zweiten Kältekreis 1.2 noch verstärkt und dadurch eine verbesserte Kühlleistung des Wärmeübertragers 5 erreicht wird. Bei einer Ausführung mit gleichem Querschnitt können Probleme hinsichtlich der Ölrückführung vermieden werden.As the heat exchanger 5 usually located in the rear of the vehicle is to further optimize the pressure losses in the first and second refrigerant circuit 1.1 and 1.2 the return line 1.20 of the heat exchanger 5 to the line cross sections of the evaporator branch 4.0 adjusted by the line cross section of the return line 1.20 at least equal to or greater than that of the evaporator branch 4.0 is selected, thereby reducing the flow resistance despite the long connecting lines in the rear carriage and thereby the prioritization of the refrigerant flow in the second refrigerant circuit 1.2 even more intensified and thus an improved cooling capacity of the heat exchanger 5 is reached. In a design with the same cross-section, oil return problems can be avoided.

Es ist auch vorgesehen, die Rücklaufleitung des Klima-Verdampfers 4 und die Rücklaufleitung 1.20 des Wärmeübertragers 5 so auszuführen, dass dort gleiche Druckverluste herrschen, dies wird dadurch erreicht, dass mindestens ein gleicher Querschnitt verwendet wird. Eine detaillierte Abstimmung kann über die jeweilige Länge der Leitungsabschnitte nach den Verdampfern bis zum Verbindungsstück und den zu erwartenden Massenstrom des Kältemittels erfolgen. Ziel ist es aber, dass der Druckverlust bei beiden Leitungen in der gleichen Größenordnung liegt, um am Verdampferaustritt beider Wärmeübertrager die gleiche Verdampfungstemperatur realisieren zu können.It is also provided, the return line of the air conditioner evaporator 4 and the return line 1.20 of the heat exchanger 5 be executed so that there are equal pressure losses, this is achieved by at least one same cross-section is used. A detailed vote can be made on the length of each line sections after the evaporators to the connector and the expected mass flow of the refrigerant. The goal, however, is that the pressure drop in both lines is of the same order of magnitude in order to be able to realize the same evaporation temperature at the evaporator outlet of both heat exchangers.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
KältemittelkreislaufRefrigerant circulation
1.01.0
Kältemittelleitungsabschnitt des Kältemittelkreislaufs 1 Refrigerant line section of the refrigerant circuit 1
1.11.1
erster Kältekreislauffirst refrigeration cycle
1.101.10
Verbindungsleitung des ersten Kältekreislaufs 1.1 Connecting line of the first refrigeration cycle 1.1
1.1001100
Leitungsabschnitt der Verbindungsleitung 1.10 Line section of the connecting line 1.10
1.21.2
zweiter Kältekreislaufsecond refrigeration cycle
1.201.20
Rücklaufleitung des Wärmeübertragers 5 Return line of the heat exchanger 5
1.211.21
Zulaufleitung des Wärmeübertragers 5 Supply line of the heat exchanger 5
1.2101210
Leitungsabschnitt der Zulaufleitung 1.21 Line section of the supply line 1.21
22
KältemittelverdichterRefrigerant compressor
33
Kondensator oder Gaskühler Condenser or gas cooler
44
Klima-VerdampferAir-evaporator
4.04.0
Verdampferzweigevaporator branch
4.14.1
Expansionsorgan des Klima-Verdampfers 4 Expansion organ of the climate evaporator 4
4.24.2
Abschaltventil shut-off valve
55
WärmeübertragerHeat exchanger
5.05.0
Wärmequelleheat source
5.15.1
Expansionsorgan des Wärmeübertragers 5 Expansion element of the heat exchanger 5
5.25.2
Abschaltventil shut-off valve
66
Verzweigungseinrichtungmanifold
6.16.1
Einlassabschnitt der Verzweigungseinrichtung 6 Inlet section of the branching device 6
6.2 6.2
Auslassabschnitt der Verzweigungseinrichtung 6 Outlet section of the branching device 6
6.36.3
Verzweigungsabschnitt der Versorgungseinrichtung 6 Branching section of the supply device 6
77
KältemittelsammlerRefrigerant collector
88th
Drucksensorpressure sensor
99
Temperatursensor temperature sensor
1010
Kälteanlage refrigeration plant
L1L1
Luftstromairflow
L2L2
Zuluftstrom supply air flow
m0 m 0
Massenstrom des KältemittelsMass flow of the refrigerant
m1 m 1
erster Teilmassenstrom des Massenstroms m0 first partial mass flow of the mass flow m 0
m2 m 2
zweiter Teilmassenstrom des Massenstroms m0 second partial mass flow of the mass flow m 0
PP
Verbindungspunktjunction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (7)

Kälteanlage (10) eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (1) umfassend - einen ersten Kältekreis (1.1) zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs mit einem Kältemittelverdichter (2), einem Kondensator oder Gaskühler (3) und einem Klima-Verdampfer (4) mit zugeordnetem Expansionsorgan (4.1), - einen zweiten Kältekreis (1.2) mit einem zur Kopplung mit einer Wärmequelle (5.0) vorgesehenen Wärmeübertrager (5) mit zugeordnetem Expansionsorgan (5.1), und - einen dem Kondensator oder Gaskühler (3) stromaufwärts nachgeschalteten Kältemittelleitungsabschnitt (1.0) zum Verbinden des ersten Kältekreises (1.1) mit dem zweiten Kältekreis (1.2) mit einer Verzweigungseinrichtung (6), welche ausgebildet ist einen ersten Teilmassenstrom (m1) vom Kältemittel für den zweiten Kältekreis (1.2) mit einem dem Kältemittelleitungsabschnitt (1.0) folgenden Strömungsverlauf abzuzweigen.Refrigeration system (10) of a vehicle having a refrigerant circuit (1) comprising - a first refrigerant circuit (1.1) for the interior air conditioning of the vehicle with a refrigerant compressor (2), a condenser or gas cooler (3) and a climate evaporator (4) with an associated expansion element ( 4.1), - a second refrigerant circuit (1.2) with a heat exchanger (5) provided for coupling with a heat exchanger (5) with associated expansion element (5.1), and - a condenser or gas cooler (3) downstream refrigerant line section (1.0) for connecting of the first refrigerant circuit (1.1) with the second refrigerant circuit (1.2) with a branching device (6), which is designed to divert a first partial mass flow (m 1 ) from the refrigerant for the second refrigerant circuit (1.2) with a flow path following the refrigerant line section (1.0). Kälteanlage (10) nach Anspruch 1, bei welcher die Verzweigungseinrichtung (6) ausgebildet ist, einen zweiten Teilmassenstrom (m2) vom Kältemittel für den Klima-Verdampfer (4) durch Umlenken aus der Richtung des Kühlmittelleitungsabschnittes (1.0) abzuzweigen.Refrigeration system (10) after Claim 1 in which the branching device (6) is designed to divert a second partial mass flow (m 2 ) from the refrigerant for the air-conditioning evaporator (4) by deflecting it from the direction of the coolant line section (1.0). Kälteanlage (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Kältemittelleitungsabschnitt (1.0) einen geraden oder bogenförmigen Verlauf aufweist.Refrigeration system (10) after Claim 1 or 2 in which the refrigerant line section (1.0) has a straight or curved course. Kälteanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Verzweigungseinrichtung (6) als 3-Wegeverbindungsanordung ausgebildet ist.Refrigeration system (10) according to one of the preceding claims, wherein the branching device (6) is designed as a 3-way connection arrangement. Kälteanlage (10) nach Anspruch 4, bei welcher die Verzweigungseinrichtung (6) einen Einlassabschnitt (6.1) und einen mit demselben fluchtenden Auslassabschnitt (6.2) sowie einen mit dem Einlass- und Auslassabschnitt (6.1, 6.2) nichtfluchtenden Verzweigungsabschnitt (6.3) aufweist.Refrigeration system (10) after Claim 4 in which the branching device (6) has an inlet section (6.1) and an outlet section (6.2) aligned with it and a branch section (6.3) not aligned with the inlet and outlet section (6.1, 6.2). Kälteanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher eine Rücklaufleitung (1.20) des Wärmeübertragers (5) zwischen dessen Austritt (A) und einem zwischen dem Klima-Verdampfer (4) und dem Kältemittelverdichter (2) liegenden Verbindungspunkt (P) mit einem größeren Querschnitt im Vergleich zu dem Querschnitt der Leitungsabschnitte des Verdampferzweiges (4.0) zwischen der Verzweigungseinrichtung (6) und dem Verbindungspunkt (P) ausgebildet ist.Refrigeration plant (10) according to any one of the preceding claims, wherein a return line (1.20) of the heat exchanger (5) between the outlet (A) and between the air conditioning evaporator (4) and the refrigerant compressor (2) lying connection point (P) a larger cross-section compared to the cross section of the line sections of the evaporator branch (4.0) between the branching device (6) and the connection point (P) is formed. Kälteanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher ein durch die Priorisierung des Kältemittelleitungsabschnittes (1.0) hervorgerufenes Kältemitteldefizit im Klima-Verdampfer (4) in Abhängigkeit eines mittels eines Temperatursensors (9) erfassten Temperaturwertes die Leistung des Kältemittelverdichters (2) unabhängig vom Zustand des Wärmeübertragers (5) erhöht wird.Refrigeration system (10) according to any one of the preceding claims, wherein a caused by the prioritization of the refrigerant line section (1.0) refrigerant deficit in the air-evaporator (4) depending on a means of a temperature sensor (9) detected temperature value of the performance of the refrigerant compressor (2) regardless of Condition of the heat exchanger (5) is increased.
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