DE102018125984A1

DE102018125984A1 - Kältekreis-Ventilschalldämpfer

Info

Publication number: DE102018125984A1
Application number: DE102018125984.0A
Authority: DE
Inventors: Adrian Zimmermann; Walter Zipp; Jörg Kirchhof; Andreas Inhoff
Original assignee: Ipetronik GmbH and Co KG
Current assignee: Ipetronik GmbH and Co KG
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2020-04-23
Also published as: WO2020078609A1; US20220363109A1; DE112019005204A5; CN113167508A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kältemittelkreislauf (1), insbesondere zur Anwendung in einem Fahrzeug, vorzugsweise Kraftfahrzeug, aufweisend:einen Klimakompressor (2),einen Hauptkondensator (4),mindestens einen zuschaltbaren Kondensator (5), sowieein Umschaltmittel (3), das dazu ausgebildet ist, einen oder mehrere der zuschaltbaren Kondensatoren (5) dem Kältemittelkreislauf (1) zuzuschalten,wobei ein Druckangleichmittel (6) dazu ausgebildet ist, einen Innendruck des mindestens zuschaltbaren Kondensators (5) an einen Innendruck des Hauptkondensators (4) anzugleichen.

Description

Von modernen Klimaanlagen, insbesondere in Fahrzeugen wie beispielsweise Kraftfahrzeugen oder Lastkraftfahrzeugen, werden immer weitere Betriebsbereiche der Kälteleistung gefordert. Diese lassen sich immer weniger mit einer festen baulichen Dimensionierung der Wärmetauscher abdecken. Des Weiteren kann eine feste bauliche Dimensionierung der Wärmetauscher zu Nachteilen in der Energieeffizienz oder der Regelbarkeit der Klimaanlage führen.
Insbesondere bei Fahrzeugen mit rein elektrischem Antriebsstrang gibt es vielfältige Anforderungen zur Kühlung der verschiedenen Komponenten und Systeme. Neben der üblichen Kühlung der Fahrzeugkabine kann zusätzlich Kühlbedarf für die Batterie, die den Antriebsstrang mit Energie versorgt, oder für die Ladetechnik der Batterie bestehen. Hierdurch können zeitweise wesentlich höhere Kühlleistungen erforderlich werden. Eine solche Batterie kann ebenfalls als Triebstrangakkumulator bezeichnet werden, da diese typischerweise als sekundäre Batterie ausgeführt ist und dafür vorgesehen ist, den Antriebstrang mit Energie zu versorgen.
Herkömmlicherweise beinhaltet der Kältemittelkreislauf einer solchen Klimaanlage eines rein elektrisch betriebenen Fahrzeugs nur einen Kondensator, der dauerhaft genutzt wird. Der Kondensator ist ein Wärmetauscher, in dem das durch einen Klimakompressor verdichtete, gasförmige Kältemittel unter Wärmeabgabe kondensiert. Bei der Dimensionierung dieses Kondensators wird dieser einerseits ausreichend groß dimensioniert, so dass die benötigte Kälteleistung zur Kühlung der Fahrzeugkabine und/oder zur Kühlung der durch die Batterie erzeugten Abwärme während der Fahrt bereitgestellt werden kann. Eine zu große Dimensionierung des Kondensators führt allerdings zu einem energetisch ineffizienten Betrieb des Kältemittelkreislaufs, wodurch die Batterie mehr Energie zum Betreiben des Kältemittelkreislaufs bereitstellen muss. Hierdurch würde schlussendlich die maximal erreichbare Reichweite des rein elektrisch betriebenen Fahrzeugs erheblich sinken.
Der benötigte, weite Leistungsbereich des Klimakompressors kann durch die Drehzahl, die Druckverhältnisse und/oder den durch den Klimakompressor strömenden Massestrom des Kältemittels geregelt werden. Bei Wärmetauschern, wie beispielsweise einem Kondensator, lässt sich der energetisch effizient nutzbare Bereich nur durch eine Anordnung mehrerer, vorzugsweise verschieden dimensionierter, Kondensatoren erweitern, zwischen denen durch geeignete Ventile umgeschaltet werden kann.
Insbesondere beim Aufladen der Batterie während der Fahrt, kann ein häufiges Umschalten zwischen den verschiedenen Kondensatoren notwendig sein. Beispielsweise kann ein Aufladen der Batterie während der Fahrt durch Rekuperieren geschehen, also einer Rückspeisung von zurückgewonnener Bremsenergie. Ein Aufladen der Batterie während der Fahrt kann allerdings auch beispielsweise durch induktives Aufladen ermöglicht werden. Wird ein Streckenabschnitt befahren, in dem ein Aufladen der Batterie möglich ist, so wird ein leistungsstarker Kondensator zu einem niedrig dimensionierten, dauerhaft betriebenen Kondensator hinzugeschaltet, um eine entsprechende Kühlleistung für eine beim Aufladen entstehende Abwärme bereitzustellen. Wird dieser Streckenabschnitt verlassen, so wird der leistungsstarke Wärmetauscher deaktiviert.
Insbesondere kann beim Aufladen des Triebstrangakkumulators während des Fahrbetriebs mit einem häufigen Umschalten zwischen den Wärmetauschern gerechnet werden, da nicht jede Fahrstrecke durchgehend mit Ladetechnik ausgestattet ist. Beim Einfahren in einen Teilabschnitt mit Ladetechnik schaltet der leistungsstarke Wärmetauscher zu und kühlt die hohe Abwärme weg, die beim Aufladen erzeugt wird. Beim Verlassen des Teilabschnitts bzw. Streckenabschnitts mit Ladetechnik wird der leistungsstarke Wärmeübertrager wieder deaktiviert.
Ein Umschalten zwischen zwei verschieden Kondensatoren, die nicht dauerhaft durchströmt sind, erzeugt Druckstöße in der Gasdynamik des Kältemittels. Diese Druckstöße können zu komfortakustisch störenden Geräuschen führen. Des Weiteren kann die Haltbarkeit der Komponenten des Kältemittelkreislaufs und/oder der Klimaanlage erheblich beeinträchtigt werden. Zusätzlich kann es zu einer nachteilhaften Verlagerung des Kältemittels in zeitweise ungenutzte Bereichen des Kältemittelkreislaufs kommen, so dass das Kältemittel im Kreisprozess des Kältemittelkreislaufs nicht aktiv genutzt werden kann. Hierdurch wird die Energieeffizienz des Kältemittelkreislaufs erheblich verringert.
Aus dem bisherigen Stand der Technik wird somit ersichtlich, dass weiterhin keine zufriedenstellende technische Lösung für die oben beschriebenen Nachteile vorhanden ist. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Kältemittelkreislauf bereitzustellen, der einerseits Kälteleistungen mit möglichst weiten Betriebsbereichen ermöglicht und andererseits Druckstöße in der Gasdynamik des Kältemittels dämpft und/oder dämmt, und/oder sogar komplett verhindert.
Die Aufgabe wird insbesondere durch einen Kältemittelkreislauf nach Anspruch 1, einem Verfahren zum Betreiben des Kältemittelkreislaufs nach Anspruch 15 sowie ein Fahrzeug nach Anspruch 17 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe insbesondere durch einen Kältemittelkreislauf, insbesondere zur Anwendung in einem Fahrzeug, vorzugsweise Kraftfahrzeug, gelöst, aufweisend: einen Klimakompressor, einen Hauptkondensator, mindestens einen zuschaltbaren Kondensator, sowie ein Umschaltmittel, das dazu ausgebildet ist, einen oder mehrere der zuschaltbaren Kondensatoren dem Kältemittelkreislauf zuzuschalten, wobei ein Druckangleichmittel dazu ausgebildet ist, einen Innendruck des mindestens einen zuschaltbaren Kondensators an einen Innendruck des Hauptkondensators anzugleichen.
Insbesondere wird der Hauptkondensator dauerhaft aktiv betrieben und der oder die zuschaltbaren Kondensatoren sind während eines Normalbetriebs des Kältemittels deaktiviert. Der Hauptkondensator ist derart dimensioniert, dass dieser auf eine benötigte Kühlleistung im Normalbetrieb angepasst ist. Sobald mehr Kühlleistung benötigt wird, kann der oder die zuschaltbaren Kondensatoren durch das Umschaltmittel zugeschaltet werden. Der oder die zuvor deaktivierten zuschaltbaren Kondensatoren weisen allerdings normalerweise einen niedrigeren Innendruck als der aktive Hauptkondensator auf. Insbesondere kann durch ein Zuschalten ohne Angleichung des Innendrucks des oder der zuschaltbaren Kondensatoren ein Druckstoß durch ein ruckartiges Einströmen des Kältemittels in den oder die zuschaltbaren Kondensatoren entstehen. Es besteht folglich ein Zusammenhang zwischen einer Innendruckdifferenz des Hauptkondensators bezüglich des oder der zuschaltbaren Kondensatoren. Indem diese Innendruckdifferenz vor dem Zuschalten möglichst klein gehalten bzw. die Innendrücke komplett aneinander angeglichen werden, kann ein auftretender Druckstoß beim Zuschalten minimiert werden. Insbesondere kann durch die Angleichung sogar erreicht werden, dass Druckstöße komplett vermieden werden. Sofern der Innendruck in einem der deaktivierten Kondensatoren durch das Druckangleichmittel zu hoch ansteigen sollte, kann durch geeignete Rückschlagventile, die den Kondensatoren nachgeschaltet sind, verhindert werden, dass eine kontinuierliche Druckerhöhung stattfindet.
Unter einem Kältemittelkreislauf wird insbesondere eine Kältemaschine verstanden, bei der ein Kältemittel in einem Kreislauf bewegt wird. Vorzugsweise erfährt das Kältemittel hierbei nacheinander verschiedene Aggregatzustandsänderungen. Das zunächst gasförmige Kältemittel wird in einem Klimakompressor verdichtet. Dem Klimakompressor ist ein Kondensator nachgeschaltet, in dem das Kältemittel unter Wärmeabgabe kondensiert. Anschließend wird das verflüssigte Kältemittel aufgrund einer Druckänderung über eine Drossel entspannt, die beispielsweise als ein Expansionsventil oder eine Expansionskapillare ausgeführt ist. In einem nachgeschalteten Verdampfer verdampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme, wodurch dem Verdampfer Wärmeenergie entzogen wird. Der Kältemittelkreislauf wird nun erneut durchgeführt, so dass eine Verdichtung des gasförmigen Kältemittels im Klimakompressor stattfindet.
Unter einem Verdampfer und einem Kondensator wird im Allgemeinen ein Wärmetauscher verstanden. Insbesondere kann als Kältemittel hierbei jedes gängige Kältemittel verwendet werden.
Unter einem Klimakompressor kann insbesondere ein Rollkolbenverdichter, Scrollverdichter, Hubkolbenverdichter, Schraubenverdichter oder Turboverdichter verstanden werden, dessen Verdichtungsleistung während des Betriebs über seine Drehzahl und/oder über die Stellung einer Taumelscheibe und/oder über Zylinderabschaltung gesteuert bzw. geregelt werden kann.
Insbesondere ist unter dem Hauptkondensator ein Wärmetauscher zu verstehen, der derart dimensioniert ist, dass dieser während eines Normalbetriebs eine optimale Kühlleistung gewährt. Im Normalbetrieb ist der Hauptkondensator vorzugsweise dauerhaft aktiv. Die Dimensionierung eines Kondensators bezieht sich dabei auf die räumliche Ausdehnung des Kondensators. Hierbei gilt zumindest im Wesentlichen eine Proportionalität zwischen Kühlleistung und Größe einer Innenoberfläche des Kondensators. Ein zuschaltbarer Kondensator ist ein weiterer, vorzugsweise unterschiedlich dimensionierter, Kondensator, der durch ein Umschaltmittel dem Kältemittelkreislauf zugeschaltet werden kann.
Ein Umschaltmittel kann beispielsweise ein Umschaltventil sein, das ein an einem Eingang anliegenden Fluidstrom auf einen ersten Ausgang oder auf einen zweiten Ausgang schalten kann. Darüber hinaus ist es auch möglich, diese Funktionalität durch den Einsatz von zwei einzelnen Ventilen zu realisieren. Des Weiteren sind auch Zwischenzustände möglich, bei denen der am Eingang anliegende Fluidstrom anteilig auf die Ausgänge des Umschaltventils aufgeteilt werden kann.
Insbesondere kann unter Zuschalten auch Umschalten verstanden werden, so dass nach dem Zuschalten der Hauptkondensator deaktiviert ist und der oder die zuschaltbaren Kondensatoren aktiviert. Es ist auch möglich, dass aus einer Vielzahl von zuschaltbaren Kondensatoren nur gewisse zuschaltbare Kondensatoren zugeschaltet werden, während andere zuschaltbare Kondensatoren deaktiviert bleiben. Ebenso ist es möglich, dass einer der zuschaltbaren Kondensatoren dauerhaft aktiv während des Normalbetriebs ist und der Hauptkondensator zugeschaltet wird.
Des Weiteren ist das Druckangleichmittel insbesondere dazu geeignet, den oder die zuschaltbaren Kondensatoren und/oder den Hauptkondensator zu beheizen, wodurch eine Angleichen der Innendrücke einfach und kostengünstig realisiert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Druckangleichmittel eine elektrische Heizung, die insbesondere an- und ausschaltbar und/oder steuer- und/oder regelbar ausgeführt ist. Die elektrische Heizung ist insbesondere dafür geeignet, präzise gesteuert bzw. geregelt zu werden, wodurch eine möglichst schnelle und effiziente Anpassung der Innendrücke erreicht werden kann. Des Weiteren lässt sich eine elektrische Heizung bzw. jeweils eine elektrische Heizung einfach in den oder die zuschaltbaren Kondensatoren und/oder den Hauptkondensator integrieren. Ebenso läßt sich eine elektrisch Heizung anstelle der kompletten Integration in den Kondensator auch äußerlich anbringen. Des Weiteren können mehrere lokal aktivierbare Heizungen an jeder Stelle des Kältekreises an/in Komponenten oder an/in Leitungen platziert werden.
Vorzugsweise ist das Druckangleichmittel dazu geeignet, einen oder mehrere der zuschaltbaren Kondensatoren durch Anströmung mit einer Abwärme des Hauptkondensators zu beheizen. Hierdurch ist es möglich, die Abwärme des Hauptkondensators zu nutzen. Der Kältemittelkreislauf kann dadurch bezüglich der Energieeffizienz optimiert werden. Alternativ ist das Druckangleichmittel dazu geeignet ist, einen oder mehrere der zuschaltbaren Kondensatoren durch Anströmung mit vorgewärmter Frischluft zu beheizen.
Insbesondere kann das Druckangleichmittel zusätzlich eine Druckangleichkapillare besitzen oder nur eine solche sein, durch die der Hauptkondensator mit einem oder mehreren der zuschaltbaren Kondensatoren und/oder die zuschaltbaren Kondensatoren untereinander fluidisch verbindbar sind. Durch die Druckangleichkapillare ist jederzeit ein identischer statischer Innendruck im Hauptkondensator und in dem oder den zuschaltbaren Kondensatoren gegeben. Der resultierende Kältemittelmassenstrom führt dazu, dass eine zu geringe Kältemittelmenge sowohl im Hauptkondensator als auch in dem oder den zuschaltbaren Kondensatoren vermieden wird. Um eine Kondensation des durch die Druckangleichkapillare nachströmenden Kältemittels zu verhindern, wird/werden der oder die zuschaltbaren Kondensatoren in einem Normalbetrieb nicht gekühlt. Vorzugsweise kann dies durch eine Wärmezuführung und/oder durch eine Blockierung von Zuluft erreicht werden, beispielsweise durch JalousieKlappen. Hierdurch kann ein Angleichen der Innendrücke besonders kostengünstig realisiert werden.
Vorzugsweise weist die Druckangleichkapillare ein ansteuerbares Absperrventil und/oder ein Rückschlagventil auf, womit es möglich ist, ein geregeltes Angleichen der Innendrücke durch die kostengünstige Druckangleichkapillare zu erreichen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Umschaltmittel, insbesondere in Kombination mit dem Druckangleichmittel, derart angeordnet, dass der oder die zuschaltbaren Kondensatoren in Reihe zum Hauptkondensator zuschaltbar ist/sind, wobei das Umschaltmittel, insbesondere in Kombination mit dem Druckangleichmittel, vorzugsweise stromaufwärts bezüglich dem Hauptkondensator und dem oder den zuschaltbaren Kondensatoren angeordnet ist. Hierdurch kann ein gezieltes zuschalten des oder der zuschaltbaren Kondensatoren erfolgen. Der Hauptkondensator ist bei dieser Schaltungsvariante dauerhaft aktiv.
Alternativ ist das Umschaltmittel, insbesondere in Kombination mit dem Druckangleichmittel, derart angeordnet, dass der oder die zuschaltbaren Kondensatoren parallel zum Hauptkondensator zuschaltbar ist/sind, wobei das Umschaltmittel, insbesondere in Kombination mit dem Druckangleichmittel, vorzugsweise stromaufwärts bezüglich dem Hauptkondensator und dem oder den zuschaltbaren Kondensatoren angeordnet ist. Durch eine Parallelschaltung des Hauptkondensators und des oder der zuschaltbaren Kondensatoren ergeben sich weitere schaltungstechnische Möglichkeiten. Durch eine Parallelschaltung wird es beispielsweise ermöglicht, den oder die zuschaltbaren Kondensatoren zuzuschalten, während der Hauptkondensator entlastet bzw. deaktiviert werden kann. Darüber hinaus kann so eine feinere Aufteilung der Schaltzustände vorgenommen werden. Zum Beispiel kann ein=Hauptkondensator, der klein dimensioniert ist, und ein zuschaltbarerer Kondensator, der größer als der Hauptkondensator dimensioniert ist, durch eine Parallelschaltung, in drei Schaltzustände geschaltet werden. In einem ersten Schaltzustand ist der Hauptkondensator aktiv und der zuschaltbare Kondensator deaktiviert. In einem zweiten Schaltzustand ist der zuschaltbare Kondensator aktiv und der Hauptkondensator ist deaktiviert. Und schließlich sind in einem dritten Schaltzustand der Hauptkondensator und der zuschaltbare Kondensator aktiv. Durch die unterschiedliche Dimensionierung des Hauptkondensators und des zuschaltbaren Kondensators entstehen somit drei verschiede Kühlleitungsniveaus, mit denen der Kältemittelkreislauf betrieben werden kann.
Insbesondere wird das Druckangleichmittel durch eine Steuer- bzw. Regeleinheit gesteuert und/oder geregelt, wobei der Hauptkondensator und der oder die zuschaltbaren Kondensatoren jeweils Drucksensoren aufweisen, die dazu ausgelegt sind, Messdaten der Drucksensoren an die Steuer- bzw. Regeleinheit zu senden. Insbesondere liefern die Drucksensoren Messdaten über die Innendrücke des Hauptkondensators und des oder der zuschaltbaren Kondensatoren. Diese Messdaten werden vorzugsweise an die Steuer- bzw. Regeleinheit gesendet, wodurch es ermöglicht wird, den Innendruck in dem oder den zuschaltbaren Kondensatoren zuverlässig auf den Innendruck des Hauptkondensators zu regeln. Als Steuer- bzw. Regeleinheit kann beispielsweise ein Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) oder auch ein Proportional-Integral-Differenzial-Regler (PID-Regler) fungieren. In diesem Zusammenhang können allerdings auch mehrere Steuer- bzw. Regeleinrichtungen, die dem einzelnen Hauptkondensator oder dem mindestens einen einzelnen zuschaltbaren Kondensatoren zugeordnet sind, als Steuer- bzw. Regeleinheit verstanden werden. Vorzugsweise sind dabei die einzelnen Steuer- bzw. Regeleinrichtungen sowohl untereinander als auch mit den jeweiligen Drucksensoren über ein Bus-Kommunikationssystem verbunden.
Alternativ können auch in Zuleitungen des Hauptkondensators und des oder der zuschaltbaren Kondensatoren jeweils Drucksensoren angebracht sein, die dazu ausgelegt sind, Messdaten der Drucksensoren an die Steuer- bzw. Regeleinheit zu senden. Durch die Anbringung der Drucksensoren in den jeweiligen Zuleitungen, bleiben der Hauptkondensator und der oder die zuschaltbaren Kondensatoren günstig und einfach herstellbar, da die Drucksensoren nicht in den Kondensatoren integriert werden müssen.
Insbesondere kann das Druckangleichmittel Mittel zum Variieren eines Abwärmestroms in einem Abwärmeluftstrom des Hauptkondensators und/oder im bzw. in den zuschaltbaren Kondensatoren aufweisen, wobei insbesondere die Mittel zum Variieren des Abwärmestroms schwenkbare Jalousieklappen sind. Diese Ausführungsform ist besonders kostengünstig.
Vorzugsweise kann das Umschaltmittel als ein Umschaltventil ausgeführt sein, insbesondere ein 3/2-Wege-Umschaltventil, dass zusätzlich zu einem geöffneten und einem geschlossenen Schaltzustand einen teilweise geschlossenen Schaltzustand ermöglicht. Hierdurch kann ein Angleichen der Innendrücke direkt durch das Umschaltmittel realisiert werden.
Die obige Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs, wobei der Hauptkondensator dauerhaft aktiv betrieben wird und vor und/oder während einem Zuschalten eines oder mehrerer der zuschaltbaren Kondensatoren, der Innendruck des bzw. der zuschaltbaren Kondensatoren an den Innendruck des Hauptkondensators angeglichen wird.
Insbesondere kann vor und/oder während des Zuschalten eine Drehzahl und/oder ein Massenstrom des Klimakompressors bestimmt wird, wobei der Klimakompressor, wenn die Drehzahl und/oder der Massestrom einen sehr kleinen Wert beträgt, der vorzugsweise gleich Null ist, derart angesteuert wird, dass die Drehzahl und/oder der Massestrom auf diesen sehr kleinen Wert, der vorzugsweise gleich Null ist, geregelt wird. Durch eine solche Ansteuerung kann verhindert werden, dass der Klimakompressor durch ein Druckgefälle zwischen einem Innendruck des Klimakompressor und dem Innendruck des Hauptkondensators und/oder des bzw. der zuschaltbaren Kondensatoren oder ein durch das Druckgefälle enstehender Fluidstrom mitbewegt oder mitgedreht werden kann. Insbesondere kann unter einem sehr kleinen Wert der Drehzahl ein Wert verstanden werden, der kleiner als 0,5 U/min, vorzugsweise kleiner als 0,1 U/min oder besonders bevorzugt kleiner als 0,01 U/min ist. Unter einem sehr kleinen Wert des Massestroms kann ein Wert verstanden werden, der kleiner als 2,5 g/s, vorzugsweise kleiner als 1g/s, oder insbesondere kleiner als 0,01 g/s ist.
Die obige Aufgabe wird weiterhin insbesondere durch ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, gelöst, das einen Kältemittelkreislauf nach obiger Art umfasst, der insbesondere durch ein Verfahren obiger Art betrieben wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein elektrisches Fahrzeug oder um ein Hybridfahrzeug, wobei das Fahrzeug einen Triebstrangakkumulator aufweist. Insbesondere bei einem Aufladen des Triebstrangakkumulators während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs, ist mit einem häufigen Umschalten zwischen den Kondensatoren des Kältemittelkreislaufs zu rechnen, da nicht jede Fahrstrecke durchgehend mit Ladetechnik ausgestattet ist. Bei einem Einfahren in einen Teilabschnitt mit Ladetechnik schaltet der leistungsstarke Kondensator zu und kühlt eine hohe Abwärme weg, die beim Laden erzeugt wird. Bei einem Verlassen des Teilabschnitts mit Ladetechnik wird der leistungsstarke Kondensator wieder deaktiviert. In diesem Szenario ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt:

1 einen Schaltplan einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs;
2 einen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs;
3 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs;
4 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs;
5 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs;
6 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs;
7 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs;
8 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs;
9 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs;
10 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs;
11 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs; und
12 einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs;

In 1 ist ein Schaltplan einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs abgebildet. Der abgebildete Kältemittelkreislauf 1 umfasst folgende Komponenten: einen Klimakompressor 2, einen nachgeschalteten Vorkühler 10, ein nachgeschaltetes Umschaltventil 3, einen Hauptkondensator 4 sowie einen zuschaltbaren Kondensator 5, der in Reihe zuschaltbar angeordnet ist, sowie zwei parallelgeschaltete Expansionsventile 8 mit jeweils einem nachgeschalteten Verdampfer 7. Zwischen dem Umschaltmittel 3 und dem Hauptkondensator 4 ist ein Rückschlagventil 9 angeordnet und zwischen dem Hauptkondensator 4 und den zuschaltbaren Kondensator 5 ist ein weiteres Rückschlagventil angeordnet. Die einzelnen Komponenten sind durch Kältemittelleitungen verbunden.
Des Weiteren umfasst der Hauptkondensator 4 und der zuschaltbare Kondensator 5 jeweils einen Drucksensor 12. Der zuschaltbare Kondensator 5 umfasst ein Druckangleichmittel 6, das in der abgebildeten Ausführungsform als eine steuerbare bzw. regelbare, elektrische Heizung ausgeführt ist. In der abgebildeten Ausführungsform umfasst auch der Hauptkondensator 4 ein Druckangleichmittel 6, das ebenfalls als eine steuerbare bzw. regelbare, elektrische Heizung 6 ausgeführt ist. Darüber hinaus ist in 1 eine Steuer- bzw. Regeleinheit 11 abgebildet, die dazu geeignet ist, Messdaten der Drucksensoren 12 zu empfangen und anhand der empfangenen Messdaten die steuerbare bzw. regelbare elektrischen Heizungen im zuschaltbaren Kondensator 5 und/oder im Hauptkondensator 4 zu steuern bzw. zu regeln.
Die in 1 zwischen den abgebildeten Komponenten des Kältemittelkreislaufs 1 abgebildeten Rechtecke kennzeichnen Stellen im Kältemittelkreislauf 1, an denen weitere Modifikationen am Kältemittelkreislauf 1 vorgenommen werden können. Diese weiteren Modifikationen ermöglichen es, die gegebenenfalls auftretenden Gasdruckstöße oder deren vibroakustische Auswirkungen in ihren Amplituden weiter zu reduzieren.
Beispielsweise kann eine dieser Modifikationen aus einem Muffler bestehen, der eine Komponente, die zunächst einen erweiternden, doppelten Querschnittssprung und darauf folgend einen verengenden doppelten Querschnittssprung aufweist. Des Weiteren können die Modifikationen Helmholtz-Resonatoren oder Fluidschalldämpfer in Form kompressibler Körper innerhalb der Kältemittelleitung umfassen. Darüber hinaus sind auch Fluidschalldämpfer in Form eines an die Leitung angekoppelten Nebenvolumens (Verdichter-Schutz) denkbar. Ebenfalls möglich sind Schlauchanteile mit mechanisch nachgiebigen Elastomer-Komponenten oder auch regelbare Bypassleitungen zwischen Ein- und Ausgang des Umschaltventils. Ferner können auch aktive Gegenschall erzeugende Komponenten eingesetzt werden, die den Druckstoß mittels destruktiver Interferenz auslöschen können. Auch können Materialanhäufungen in Wandungen der Kältemittelleitungen und/oder in fluidführenden Komponenten als weitere Modifikationen vorgenommen werden. Denkbar sind auch Sperrmassen an den Kältemittelleitungen und/oder an fluidführenden Komponenten.
In 2 ist ein Schaltplan eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs 1 abgebildet. Zusätzlich zu der Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, wird hier das Umschaltventil 3 durch zwei einzelne Umschaltventile 3 ausgeführt.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs 1. Es handelt sich hier um eine Reihenschaltung zwischen dem Hauptkondensator 4 und dem zuschaltbaren Kondensator 5, ähnlich wie in 1 dargestellt, allerdings dient hier eine Druckangleichkapillare 6 als Druckangleichmittel 6. Das Umschaltmittel 3 ist in dieser Ausführungsform als ein einzelnes Umschaltventil 3 mit einem Eingang und zwei Ausgängen ausgeführt, zwischen denen umgeschaltet werden kann.
In 4 wird eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs 1 abgebildet. Der abgebildete Kältemittelkreislauf 1 umfasst ebenfalls eine Reihenschaltung zwischen dem Hauptkondensator 4 und dem zuschaltbaren Kondensator 5, ähnlich wie in 1 dargestellt. In dieser Ausführungsform dient allerdings eine Druckangleichkapillare 6 als Druckangleichmittel 6 anstelle einer elektrischen Heizung 6 wie in der Ausführungsform, die in 1 abgebildet ist. Zusätzlich zu der Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, wird hier das Umschaltventil 3 durch zwei einzelne Umschaltventile 3 ausgeführt.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs 1. Der abgebildete Kältemittelkreislauf 1 umfasst ebenfalls eine Reihenschaltung zwischen dem Hauptkondensator 4 und dem zuschaltbaren Kondensator 5, ähnlich wie in 1 dargestellt. In dieser Ausführungsform dient zusätzlich zu der steuer- bzw. regelbaren elektrischen Heizung eine Druckangleichkapillare 6 als Druckangleichmittel 6. Das Umschaltmittel 3 ist in dieser Ausführungsform als ein einzelnes Umschaltventil 3 mit einem Eingang und zwei Ausgängen ausgeführt, zwischen denen umgeschaltet werden kann.
Die in 6 abgebildete Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs 1 zeigt, wie die zuvor abgebildete Ausführungsform, ebenfalls eine Reihenschaltung zwischen dem Hauptkondensator 4 und einem zuschaltbaren Kondensator 5. Auch in dieser Ausfürhungsform werden elektrische Heizungen 6 zusammen mit einer Druckangleichkapillare 6 als Druckangleichmittel 6 verwendet. Einzig das Umschaltmittel 3 ist, anders als in der vorherigen Ausführungsform, in dieser Ausführungsform durch zwei separate Umschaltventile 3 ausgeführt.
7 zeigt einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs 1. Der in 7 abgebildete Kältemittelkreislauf 1 bildet eine Parallelanordnung des Hauptkondensator 4 und des zuschaltbaren Kondensator 5.
Die Parallelanordnung des Hauptkondensators 4 und des zuschaltbaren Kondensators 5 erfordert es, dass stromabwärts des Hauptkondensators 4 und des zuschaltbaren Kondensators 5 jeweils ein Rückschlagventil 9 angeordnet ist, da ansonsten Kältemittel, das den aktiven Kondensator (wie beispielsweise dem Hauptkondensator 4) bereits passiert hat, in den deaktiven Kondensator (wie beispielsweise dem zuschaltbaren Kondensator 5) strömt bzw. hinein gedrückt wird. Hierdurch würde das Kältemittel dem aktiven Kältemittelkreis entzogen werden, so dass die Kühlleistung des Kältemittelkreislaufs abnehmen würde.
Durch die entsprechende Anordnung der Rückschlagventile 9 kann dies verhindert werden.
Insbesondere wird es in der abgebildeten Ausführungsform durch die Parallelanordnung des Hauptkonendsators 4 und des zuschaltbaren Kondensators 5 ermöglicht, das zwischen dem Hauptkondensator 4 und dem zuschaltbaren Kondensator 5 umgeschaltet werden kann. Hierdurch kann beispielsweise zunächst der zuschaltbare Kondensator 5 aktiv sein und der Hauptkondesator deaktiviert. Ein Umschalten kann nun derart erfolgen, dass der Hauptkondensator 4 aktiv betrieben wird und der zuschaltbare Kondensator 5 deaktiviert ist. Darüber hinaus wäre es auch möglich, sowohl den Hauptkondensator 4 als auch den zuschaltbaren Kondensator 5 aktiv zu betreiben.
In 8 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs 1 dargestellt. Der hier abgebildete Kältemittelkreis 1 ist wie der in 7 abgebildete Kältemittelkreis ebenfalls eine Parallelanordnung zwischen dem Hauptkondensator 4 und dem zuschaltbaren Kondensator 5. Der Unterschied zwischen der in 7 abgebildeten Ausführungsform besteht darin, dass das Umschaltmittel 3 durch zwei Umschaltventilen 3 ausgeführt ist.
In 9 wird eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs 1 abgebildet. Die abgebildete Ausführungsform ist, wie zuvor in 7 und 8 abgebildet, weiterhin eine Parallelschaltung zwischen dem Hauptkondensator 4 und dem zuschaltbaren Kondensator 5. Im Unterschied zu der zuvor abgebildeten Ausführungsform, wird hier der Innendruck beider Kondensatoren durch eine Druckangleichkapillare 6 angeglichen. Eine elektrische Heizung 6 ist in dieser Ausführungsform nicht vorgesehen.
Die in 10 abgebildete Ausführungsform ist ebenfalls eine Parallelschaltung der Kondensatoren. Auch hier dient eine Druckangleichkapillare 6 als Druckangleichmittel 6. Das Umschaltmittel 3 wird in 10 durch separate zwei Umschaltventile 3 realisiert.
In 11 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs 1 dargestellt, bei der eine Parallelschaltung zwischen dem Hauptkondensator 4 und dem zuschaltbaren Kondensator 5 besteht. In dieser Ausführungsform dienen sowohl elektrische Heizungen 6 als auch Druckangleichkapillare 6 als Druckangleichmittel 6. Das Abgebildete Umschaltmittel ist als ein Umschaltventil 3 mit einem Eingang und zwei Ausgängen ausgeführt.
12 zeigt schließlich einen erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs 1, der im Wesentlichen dem Kältemittelkreislauf 1 entspricht, der in 11 abgebildet ist. In dieser Ausführungsform wird allerdings das Umschaltmittel 3 durch zwei separate Umschaltventile 3 realisiert.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Bezugszeichenliste

1: Kältemittelkreislauf
2: Klimakompressor
3: Umschaltmittel (Umschaltventil)
4: Hauptkondensator (Hauptwärmetauscher)
5: zuschaltbarer Kondensator (zuschaltbarer Wärmetauscher)
6: Druckangleichmittel (Druckangleichkapillare)
7: Verdampfer
8: Expansionsventil (Expansionskapillare)
9: Rückschlagventil
10: Vorkühler
11: Steuer- bzw. Regeleinheit
12: Drucksensor
13: Dämpfungs- und/oder Dämmelement und/oder Bypass-Leitungsanschluss

Claims

Kältemittelkreislauf (1), insbesondere zur Anwendung in einem Fahrzeug, vorzugsweise Kraftfahrzeug, aufweisend: einen Klimakompressor (2), einen Hauptkondensator (4), mindestens einen zuschaltbaren Kondensator (5), sowie ein Umschaltmittel (3), das dazu ausgebildet ist, einen oder mehrere der zuschaltbaren Kondensatoren (5) dem Kältemittelkreislauf (1) zuzuschalten, wobei ein Druckangleichmittel (6) dazu ausgebildet ist, einen Innendruck des mindestens einen zuschaltbaren Kondensators (5) an einen Innendruck des Hauptkondensators (4) anzugleichen.
Kältemittelkreislauf (1) nach Anspruch 1, wobei das Druckangleichmittel (6) dazu geeignet ist, den bzw. die zuschaltbaren Kondensatoren (5) und/oder den Hauptkondensator (4) zu beheizen.
Kältemittelkreislauf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Druckangleichmittel (6) eine elektrische Heizung umfasst, die insbesondere an- und ausschaltbar und/oder Steuer- und/oder regelbar ausgeführt ist.
Kältemittelkreislauf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Druckangleichmittel (6) dazu geeignet ist, einen oder mehrere der zuschaltbaren Kondensatoren (5) durch Anströmung mit einer Abwärme des Hauptkondensators (4) zu beheizen.
Kältemittelkreislauf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Druckangleichmittel (6) dazu geeignet ist, einen oder mehrere der zuschaltbaren Kondensatoren (5) durch Anströmung mit vorgewärmter Frischluft zu beheizen.
Kältemittelkreislauf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Druckangleichmittel (6) eine Druckangleichkapillare umfasst, durch die der Hauptkondensator (4) mit einem oder mehreren der zuschaltbaren Kondensatoren (5) und/oder die zuschaltbaren Kondensatoren (5) untereinander fluidisch verbindbar sind.
Kältemittelkreislauf (1) nach Anspruch 6, wobei die Druckangleichkapillare ein ansteuerbares Absperrventil und/oder ein Rückschlagventil aufweist.
Kältemittelkreislauf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Umschaltmittel (3), insbesondere in Kombination mit dem Druckangleichmittel (6), derart angeordnet ist, dass der oder die zuschaltbaren Kondensatoren (5) in Reihe zum Hauptkondensator (4) zuschaltbar ist/sind, wobei das Umschaltmittel (3), insbesondere in Kombination mit dem Druckangleichmittel (6), vorzugsweise stromaufwärts bezüglich dem Hauptkondensator (4) und dem oder den zuschaltbaren Kondensatoren (5) angeordnet ist.
Kältemittelkreislauf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Umschaltmittel (3), insbesondere in Kombination mit dem Druckangleichmittel (6), derart angeordnet ist, dass der oder die zuschaltbaren Kondensatoren (5) parallel zum Hauptkondensator (4) zuschaltbar ist/sind, wobei das Umschaltmittel (3), insbesondere in Kombination mit dem Druckangleichmittel (6), vorzugsweise stromaufwärts bezüglich dem Hauptkondensator (4) und dem oder den zuschaltbaren Kondensatoren (5) angeordnet ist.
Kältemittelkreislauf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Druckangleichmittel (6) durch eine Steuer- bzw. Regeleinheit (11) gesteuert und/oder geregelt werden kann.
Kältemittelkreislauf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, wobei der Hauptkondensator (4) und der oder die zuschaltbaren Kondensatoren (5) jeweils Drucksensoren (12) umfassen, die dazu ausgelegt sind, Messdaten der Drucksensoren (12) an die Steuer- bzw. Regeleinheit (11) zu senden.
Kältemittelkreislauf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, wobei in Zuleitungen des Hauptkondensators (4) und des oder der zuschaltbaren Kondensatoren (5) jeweils Drucksensoren (12) angebracht sind, die dazu ausgelegt sind, Messdaten der Drucksensoren (12) an die Steuer- bzw. Regeleinheit (11) zu senden.
Kältemittelkreislauf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Druckangleichmittel (6) Mittel zum Variieren eines Abwärmestroms in einem Abwärmeluftstrom des Hauptkondensators (4) und/oder im bzw. in den zuschaltbaren Kondensatoren (5) aufweist, wobei insbesondere die Mittel zum Variieren des Abwärmestroms schwenkbare Jalousieklappen sind.
Kältemittelkreislauf (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Umschaltmittel (3) als ein Umschaltventil ausgeführt ist, insbesondere ein 3/2-Wege-Umschaltventil, dass zusätzlich zu einem geöffneten und einem geschlossenen Schaltzustand einen teilweise geschlossenen Schaltzustand ermöglicht.
Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Hauptkondensator (4) dauerhaft aktiv betrieben wird und vor und/oder während einem Zuschalten eines oder mehrerer der zuschaltbaren Kondensatoren (5), der Innendruck des bzw. der zuschaltbaren Kondensatoren (5) an den Innendruck des Hauptkondensators (4) angeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei vor und/oder während des Zuschalten eine Drehzahl und/oder ein Massenstrom des Klimakompressors (2) bestimmt wird, wobei der Klimakompressor (2), wenn die Drehzahl und/oder der Massestrom einen sehr kleinen Wert beträgt, der vorzugsweise gleich Null ist, derart angesteuert wird, dass die Drehzahl und/oder der Massestrom auf diesen sehr kleinen Wert, der vorzugsweise gleich Null ist, geregelt wird.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend einen Kältemittelkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, die insbesondere durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 15 betrieben wird.