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Die Erfindung betrifft ein Aufbewahrungsraum eines Fahrzeugs mit einer Verdampferanordnung zur Realisierung einer Tiefkühl-Funktion gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein gattungsbildender Aufbewahrungsraum eines Fahrzeugs ist aus der
WO 01/36884 A1 bekannt. Dieser Aufbewahrungsraum wird von als Verdampfungs-Kühlflächen ausgebildeten Seitenwänden gebildet, in welche kältemittelführende Leitungen integriert sind, die zusammen mit einem Kältemittelverdichter, einem Kondensator und einem Expansionsorgan einen Kältekreis bilden. Mit einem solchen Aufbewahrungsraum sollen hauptsächlich aus Wasser bestehende Eiswürfel hergestellt werden.
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Dieser aus der
WO 01/36884 A1 bekannte Aufbewahrungsraum wird ferner von weiteren Verdampfungs-Kühlflächen unter Bildung eines Zwischenraumes umschlossen, wobei auch diese weiteren Verdampfungs-Kühlflächen kältemittelführende Leitungen aufweisen. Ist diese Anordnung in einem Kühlraum, bspw. in einer Kühlbox eines Fahrzeugs angeordnet, wird durch diesen Zwischenraum ein zu konditionierender Luftstrom hindurchgeführt, der sowohl an den Verdampfungs-Kühlflächen des Aufbewahrungsraum als auch an den denselben umgebenden weiteren Verdampfungs-Kühlflächen gekühlt und mittels eines Gebläses in den Kühlraum geblasen wird.
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Weiterhin beschreibt die
DE 33 33 012 A1 eine Tiefkühlbox für ein Fahrzeug mit einer Verdampferanordnung, die zusammen mit einem Expansionsorgan in einer Serienschaltung parallel zu einem der Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums dienenden Verdampferzweig eines Kältemittelkreislaufes mit einem Kältemittelverdichter und einem externen Kondensator geschaltet ist. In dem Kältemittelkreislauf sind Schaltmittel vorgesehen, mit welchen die Verdampferanordnung der Tiefkühlbox entweder ohne den Verdampferzweig oder gleichzeitig mit demselben betrieben werden kann. Bei einem gemeinsamen Betrieb sowohl der Verdampferanordnung der Tiefkühlbox als auch des Verdampferzweiges wird die Kälteleistung in dem Verdampferzweig entsprechend der benötigten Kälteleistung der Tiefkühlbox reduziert. Der externe Kondensator des Kältemittelkreislaufs ist auf dem Dach des als Nutzfahrzeug ausgeführten Fahrzeugs angeordnet.
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Auch die
US 4,483,151 B beschreibt ein Kühl- und Gefriereinheit für ein Fahrzeug mit einer Eiswürfelbereitungsfunktion. Diese Kühl- und Gefriereinheit umfasst einen Verdampfer mit einem zugeordneten Expansionsorgan, wobei die Serienschaltung dieser beiden Komponenten parallel zu zwei Verdampferzweigen eines Kältemittelkreislaufs mit einem Verdichter und einem externen Kondensator geschaltet ist. Ein Verdampferzweig besteht aus einem Frontverdampfer mit zugeordnetem Expansionsorgan, der weitere Verdampferzweig umfasst einen Heckverdampfer mit einem zugeordneten Expansionsorgan. Der Verdampfer der Kühl- und Gefriereinheit weist einen ersten Verdampferabschnitt für einen Tiefkühlraum der Kühl- und Gefriereinheit und einen zweiten Verdampferabschnitt für ein Kühlraum der Kühl- und Gefriereinheit auf.
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Eine Kühl- und Gefriereinheit für ein Fahrzeug mit einem zweigeteilten Verdampfer für eine Tiefkühl- und Kühlfunktion beschreibt auch die
US 4,748,823 B. Auch dieser zweigeteilten Verdampfer ist an einen Kältemittelkreislauf des Fahrzeugs mit einem Kältemittelverdichter und einem externen Kondensator angeschlossen, indem der zweigeteilte Verdampfer zusammen mit einem Expansionsorgan einem Verdampferzweig aus einem zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums eingesetzten Verdampfer mit zugeordnetem Expansionsorgan parallel geschaltet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Aufbewahrungsraum eines Fahrzeugs der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Tiefkühl-Funktion zur Lagerung von Tiefkühlprodukten anzugeben und mit welchem insbesondere auch eine Eiswürfelbereitungs-Funktion realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Aufbewahrungsraum mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und mit den Merkmalen des Patentanspruches 5.
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Ein solcher Aufbewahrungsraum eines Fahrzeugs mit einer Verdampferanordnung zur Realisierung einer Tiefkühl-Funktion, bei welchem die Verdampferanordnung zusammen mit einem Kältemittelverdichter, einem Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator oder Tiefkühl-Kältekreis-Gaskühler und einem Expansionsorgan einen Tiefkühl-Kältekreis bildet, zeichnet sich gemäß der erstgenannten Lösung dadurch aus, dass
- - das Fahrzeug einen Kältemittelkreislauf mit einem Wärme aus dem Kältemittelkreislauf an die Fahrzeugumgebung abgebenden Klimakondensator aufweist, und
- - der Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator ein indirekter Kondensator oder ein indirekter Gaskühler ist, welcher mit dem Klimakondensator thermisch gekoppelt ist.
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In einem solchen Aufbewahrungsraum ist es möglich Temperaturen bis zu mindestens -20 °C zu erreichen, wenn R134a und R1234yf als Kältemittel für den Tiefkühl-Kältekreis eingesetzt werden, bzw. bis zu -40 °C mit R744 als Kältemittel. Auch sind Kohlenwasserstoffe, wie bspw. Propan (R290) für den Einsatz als Kältemittel in dem Tiefkühl-Kältekreis geeignet.
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Damit wird mit einem solchen erfindungsgemäßen Aufbewahrungsraum ein ausreichend tiefgekühlter Raum innerhalb eines Fahrzeugs zur Lagerung von wärmeempfindlichen Lebensmitteln sowie zur Erzeugung von Eiswürfeln zur Getränkekühlung bereitgestellt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung gemäß der erstgenannten Lösung sieht vor, dass
- - der Kältemittelkreislauf des Fahrzeugs einen Chiller mit einem Kühlmittelkreislauf aufweist, wobei der Kühlmittelkreislauf mit wenigstens einer wärmeerzeugenden Komponente des Fahrzeugs thermisch gekoppelt ist, und
- - der Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator ein Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher ist, welcher kühlmittelseitig in dem Kühlmittelkreislauf des Chillers angeordnet ist.
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Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator als indirekter, wassergekühlter Kondensator oder indirekter, wassergekühlter Gaskühler thermisch mit einem Kühlmittelkreislauf eines Chillers verbunden, welcher bspw. ein Batterie-Kühlkreis darstellt und damit indirekt an den Kältemittelkreislauf des Fahrzeugs thermisch angebunden ist.
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Damit ergibt sich eine Kältekreis-Kaskaden-Verschaltung mit
- - Wärmesenken-Temperaturen von in der Regel unter 20 °C, insbesondere bis zu -20 °C
- - stationären Kälteleistungen von weniger als 100 W,
- - instationäre Abkühlleistungen von bis zu 1 kW, und
- - einer vollen Funktionsfähigkeit auch bei einem Wärmepumpenbetrieb des Kältemittelkreislaufs des Fahrzeugs.
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Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß der erstgenannten Lösung ist der Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator ein Kältemittel-Kältemittel-Wärmetauscher, mittels welchem der Tiefkühl-Kältekreis mit dem Kältemittelkreislauf thermisch gekoppelt ist, wobei der Kältemittelkreislauf des Fahrzeugs ein dem Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator zugeordnetes Expansionsorgan aufweist.
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Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung entsteht mittels des Kältemittel-Kältemittel-Wärmetauschers als Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator ein direkter Kaskaden-Wärmeübertrager zwischen dem Kältemittelkreislauf des Fahrzeugs und dem Tiefkühl-Kältekreis.
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Vorzugsweise ist bei dieser letztgenannten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass
- - der Kältemittelkreislauf wenigstens einen Verdampferzweig mit einem Verdampfer und einem demselben zugeordneten Expansionsorgan aufweist, und
- - die Reihenschaltung aus dem Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator und das demselben zugeordnete Expansionsorgan dem Verdampferzweig parallel oder seriell geschaltet ist.
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Damit ist dieser Kältemittel-Kältemittel-Kondensator als weiterer Verdampfer zusammen mit dem Expansionsorgan einem Verdampferzweig des Kältemittelkreislaufs des Fahrzeugs parallel oder seriell geschaltet. Der Kältemittelkreislauf des Fahrzeugs umfasst als Verdampferzweig wenigstens einen Innenraumverdampfer des Fahrzeugs zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums und gegebenenfalls zusätzlich einen Chiller als weiteren Verdampfer für die Batteriekühlung. Dies stellt eine Zwangskopplung des Tiefkühl-Kältekreises an den Betrieb des Kältemittelkreislaufs des Fahrzeugs dar, wobei auch bei einem Wärmepumpenbetrieb des Kältemittelkreislaufs der Tiefkühl-Kältekreis vollständig funktionsfähig bleibt.
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Ein Aufbewahrungsraum eines Fahrzeugs mit einer Verdampferanordnung zur Realisierung einer Tiefkühl-Funktion, bei welchem die Verdampferanordnung zusammen mit einem Kältemittelverdichter, einem Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator und einem Expansionsorgan einen Tiefkühl-Kältekreis bildet, zeichnet sich nach der zweitgenannten Lösung dadurch aus, dass
- - das Fahrzeug einen Kühlmittelkreislauf mit einem Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf an die Fahrzeugumgebung abgebenden Niedertemperaturkühler aufweist, und
- - der Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator ein indirekter Kondensator oder ein indirekter Gaskühler ist, welcher mit dem Niedertemperaturkühler thermisch gekoppelt ist.
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Bei dieser zweitgenannten erfindungsgemäßen Lösung ist der Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator als indirekter wassergekühlter Kondensator oder indirekter wassergekühlter Gaskühler mit einem Niedertemperaturkühler eines Kühlmittelkreislaufes thermisch gekoppelt, wobei dieser Kühlmittelkreislauf zur Kühlung von elektrischen Komponenten, wie bspw. einer elektrischen Antriebskomponente, einem Energiespeicher und/oder einer Leistungselektronik dient. Damit ist bei ausreichend kühlen Vorlauftemperaturen im Niedertemperatur-Kühlbetrieb ein unabhängiger Betrieb von einem Kältemittelkreislauf zur Innenraumklimatisierung und/oder von einem Batterie-Kühl-Kältekreis möglich.
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Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gemäß der ersten und zweiten Lösung weist der Tiefkühl-Kältekreis einen inneren Wärmeübertrager auf, wodurch die Effizienz des Tiefkühl-Kältekreises erhöht wird.
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Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Tiefkühl-Kältekreis einen Kältemittel-Sammler aufweist. Dies dient dazu, den einstellbaren Temperaturbereich für die Verdampferanordnung des Tiefkühl-Kältekreises zu vergrößern.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung gemäß der ersten und zweiten Lösung sieht vor, dass die Verdampferanordnung als Verdampfungs-Kühlfläche des Aufbewahrungsraum ausgebildet ist. Dies führt zu einer besseren Ausnutzung des vorhandenen als Kühlraum benutzten Aufbewahrungsraums.
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Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gemäß der ersten und zweiten Lösung ist die Verdampferanordnung als Luftverdampfer mit einem Gebläse in dem Aufbewahrungsraum ausgebildet, wodurch eine äußerst kostengünstige Lösung erreicht wird.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Aufbewahrungsraum derart ausgebildet, dass dessen Abtauen während des Betriebsstillstandes des Fahrzeugs, insbesondere bei abgeschalteten Kältemittelkreislauf automatisch erfolgt. Hierzu sind Wasserablaufvorrichtungen vorgesehen.
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Um eine Abtaufunktion unabhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs und/oder des Kältemittelkreislaufs zu realisieren, sieht eine letzte bevorzugte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Verdampferanordnung eine Heizvorrichtung aufweist, mit welcher bspw. dessen Verdampfungs-Kühlflächen kurzzeitig aufheizbar sind, um das Eis an diesen Verdampfungs-Kühlflächen abschmelzen zulassen. Für das Schmelzwasser ist natürlich ebenso eine Wasserablaufvorrichtung vorgesehen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen. Dabei zeigen:
- 1 einen an einen Batterie-Kühlkreislauf eines Kältemittelkreislauf eines Fahrzeugs thermisch gekoppelten Tiefkühl-Kältekreis eines Aufbewahrungsraum als erste Ausführungsform der Erfindung,
- 2 einen an einen Kältemittelkreislauf eines Fahrzeugs thermisch gekoppelten Tiefkühl-Kältekreis eines Aufbewahrungsraum als zweite Ausführungsform der Erfindung, und
- 3 einen an ein Niedertemperatur-Kühlkreislauf eines Fahrzeugs thermisch gekoppelten Tiefkühl-Kältekreis eines Aufbewahrungsraum als dritte Ausführungsform der Erfindung.
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Die 1 bis 3 zeigen jeweils einen als Tiefkühlbox ausgebildeten und schematisch dargestellten Aufbewahrungsraum 1 eines Fahrzeugs (in den Figuren nicht dargestellt) mit einer mittels einer Verdampferanordnung 1.1 realisierten Tiefkühl-Funktion, wobei dieser Aufbewahrungsraum 1 zur Aufnahme von Tiefkühlprodukten und zur Herstellung von Eiswürfeln für die Getränkekühlung dient und isoliert ist.
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Ein solcher Aufbewahrungsraum 1 kann entweder im Handschuhfach, in einem vorderen oder hinteren Mittelkonsolenfach oder in einem Gepäckfach an einem hinteren oder vorderen Kofferraum angeordnet werden, wobei bei einer Anordnung im Kofferraum dieser teilweise oder vollständig durch die Tiefkühlbox gefüllt wird.
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Gemäß den 1 bis 3 bildet die Verdampferanordnung 1.1 des Aufbewahrungsraums 1 zusammen mit einem Kältemittelverdichter 1.2, einem als indirekter Kondensator oder indirekter Gaskühler ausgebildeten Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator 1.3, einem als Hochdrucksammler ausgebildeten Kältemittel-Sammler 1.6 und einem der Verdampferanordnung 1.1 in deren Funktion als Verdampfer zugeordneten Expansionsorgan 1.4 einen Tiefkühl-Kältekreis 1.0. Das Expansionsorgan 1.4 kann als elektrisches Expansionsventil ausgeführt, wobei Kältemittel in der aufgeführten Reihenfolge der Komponenten durch den Tiefkühl-Kältekreis 1.0 strömt.
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Ferner enthält dieser Tiefkühl-Kältekreis 1.0 einen inneren Wärmeübertrager 1.5, wobei das Kältemittel aus der Verdampferanordnung 1.1 über einen Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 1.5 dem Kältemittelverdichter 1.2 zugeführt wird und das Kältemittel aus dem Kältemittel-Sammler 1.6 über ein Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 1.5 und dem Expansionsorgan 1.4 in die Verdampferanordnung 1.1 strömt.
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Zur Erzeugung von Verdampfungstemperaturen an der Verdampferanordnung 1.1 des Aufbewahrungsraums 1 von mindestens - 20 °C kann als Kältemittel R134a und R1234yf eingesetzt werden. Mit dem Kältemittel R744 (CO2) wäre der Tiefkühl-Kältekreis 1.0 bis - 40 °C betreibbar.
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Des Weiteren wären auch Kohlenwasserstoffe entsprechend ihrer thermodynamischen Eigenschaften und der Kältemittelmassenbegrenzung aufgrund des Kabinenvolumens des Fahrzeugs im Leckagefall einsetzbar, bspw. mit Propan (R290) mit maximal 8 g pro m3 Kabinenvolumen.
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Der Tiefkühl-Kältekreis 1.0 gemäß den 1 bis 3 weist einen hochdruckseitigen Kältemittel-Sammler 1.6 auf, da alle bekannten Kältemittel, einschließlich R744 aufgrund der niedrigen Wärmesenkentemperaturen in dem Aufbewahrungsraum 1 unterkritisch betrieben werden. Im Falle von höheren Wärmesenkentemperaturen und überkritischen Kältemitteln wäre in dem Tiefkühl-Kältekreis 1.0 - zumindest für R744 - ein niederdruckseitiger Kältemittel-Sammler als Akkumulator vorzusehen. Ein solcher Akkumulator wäre zwischen der Verdampferanordnung 1.1 und dem Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 1.5 anzuordnen.
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Gemäß den 1 und 2 ist der Tiefkühl-Kältekreis 1.0 über den indirekten Kondensator 1.3 oder den indirekten Gaskühler 1.3 mit einem Kältemittelkreislauf 2 des Fahrzeugs thermisch gekoppelt. Mit diesem Kältemittelkreislauf 2 wird eine Klimaanlage zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums realisiert.
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Der Kältemittelkreislauf 2 gemäß den 1 und 2 ist identisch aufgebaut und umfasst einen Verdampferzweig 2.20, welcher aus einer Reihenschaltung aus einem Verdampfer 2.2 und einem demselben zugeordneten Expansionsorgan V1 besteht, einem inneren Wärmeübertrager 2.5, einem Kältemittelverdichter 2.4, einem Klimakondensator 2.1 (der auch als Gaskühler ausgeführt sein kann) als äußeren Kondensator und einem dem Verdampferzweig 2.20 stromaufwärts vorgeschalteten Schaltventil V4. Das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 2 strömt aus dem Verdampfer 2.2 in ein Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 2.5 und anschließend in den Kältemittelverdichter 2.4. Das verdichtete Kältemittel wird dem Klimakondensator 2.1, anschließend dem Kältemittel-Sammler 2.6 und über einen Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 2.5 und dem Schaltventil V4 wieder dem Verdampferzweig 2.20 zugeführt. Das dem Verdampfer 2.2 zugeordnete Expansionsorgan V1 ist bspw. als thermisches Expansionsventil ausgeführt.
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Ferner weist der Kältemittelkreislauf 2 einen Chillerzweig 2.30 auf, welcher aus einer Reihenschaltung aus einem Chiller 2.3 und einem demselben zugeordneten Expansionsorgan V2 besteht, welches bspw. als elektrisches Expansionsventil ausgeführt ist.
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Der Chillerzweig 2.30 ist stromaufwärts mit dem Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 2.5 verbunden, während das Kältemittel aus dem Chiller 2.3 direkt der Saugseite unter Umgehung des Niederdruck Abschnittes des inneren Wärmeübertragers 2.5 des Kältemittelverdichters 2.4 zugeführt wird.
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Der Chiller 2.3 weist einen Kühlmittelkreislauf 2.31 auf, welcher mit einem als Batterie ausgebildeten Energiespeicher 2.32 zu dessen Kühlung thermisch gekoppelt ist. Das Kühlmittel, bspw. Wasser wird in dem Kühlmittelkreislauf 2.31 mittels einer Pumpe 2.33 umgewälzt.
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Im Folgenden werden im Detail die thermische Kopplung des Tiefkühl-Kältekreises 1.0 mit dem Kältemittelkreislauf 2 mittels des Tiefkühl-Kältekreis-Kondensators 1.3 gemäß den 1 und 2 beschrieben.
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Nach 1 ist der als indirekter Kondensator oder indirekter Gaskühler ausgeführte Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator 1.3 ein Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 1.31. Dieser Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 1.31 ist kühlmittelseitig von dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs 2.31 des Chillers 2.3 durchströmt. Damit wird die Wärme aus dem Aufbewahrungsraum 1 über diesen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 1.31 auf den Kühlmittelkreislauf 2.31 und von dort mittels des Chillers 2.3 auf das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 2 übertragen und schließlich über den Klimakondensator 2.1 an die Fahrzeugumgebung abgeführt.
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Damit wird der Tiefkühl-Kältekreis 1.0 mittels des als indirekter Kondensator oder indirekter Gaskühler ausgeführten Tiefkühl-Kältekreis-Kondensators 1.3 an den als Hochvolt-Batterie-Kühlkreis dienenden Kühlmittelkreislauf 2.31 thermisch angebunden und damit indirekt mit dem Kältemittelkreislauf 2 als Klimatisierung-Kältekreis über den Wärmeübertragungsweg Chiller 2.3, Kühlmittelkreislauf 2.31 und Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher 1.31 thermisch gekoppelt.
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Damit ergibt sich eine Kältekreis-Kaskaden-Verschaltung mit einer Wärmesenkentemperatur von weniger als 20 °C, insbesondere bis -20 °C, mit einer stationären Kälteleistung von wenigen 100 W und mit einer Abkühlleistung von bis zu 1 kW sowie bei voller Funktionsfähigkeit auch bei einem Wärmepumpenbetrieb des Kältemittelkreislaufs 2.
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Wird für den Fahrzeuginnenraum keine Kühlleistung angefordert, kann der Verdampferzweig 2.20 des Kältemittelkreislaufs 2 mittels des Schaltventils V4 abgeschaltet werden.
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Nach 2 erfolgt eine direkte thermische Kopplung mittels des Tiefkühl-Kältekreis-Kondensators 1.3 an den Kältemittelkreislauf 2, indem dieser indirekte Kondensator oder indirekte Gaskühler als direkter Kaskaden-Wärmeübertrager, d. h. als Kältemittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 1.32 ausgeführt ist. Hierzu wird dieser Kältemittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 1.32 einerseits von dem Kältemittel des Tiefkühl-Kältekreises 1.0 und andererseits von dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 2 durchströmt, wobei dieser Seite des Kältemittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 1.32 ein als elektrisches Expansionsventil ausgebildetes Expansionsorgan V3 zur Realisierung einer Verdampferfunktion vorgeschaltet ist. Das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 2 strömt aus dem Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 2.5 über das Expansionsorgan V3 in die entsprechende Seite des Kältemittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 1.32 und von dort zurück zur Saugseite des Kältemittelverdichters 2.4.
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Die Reihenschaltung des als Verdampfer wirkenden Kältemittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 1.32 und des demselben zugeordneten Expansionsorgans V3 ist parallel zu dem Verdampferzweig 2.20 und dem Chillerzweig 2.30 geschaltet. Es ist auch möglich diese Reihenschaltung aus dem Kältemittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 1.32 und dem zugehörigen Expansionsorgans V3 in Reihe zu dem Verdampferzweig 2.20 oder dem Chillerzweig 2.30 anzuordnen.
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Mit diesem Kältemittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 1.32 als Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator 1.3 des Tiefkühl-Kältekreises 1.0 wird eine Zwangskopplung an den Kältemittelkreislauf 2 realisiert, wobei der Tiefkühl-Kältekreis 1.0 auch bei einem Wärmepumpenbetrieb des Kältemittelkreislaufs 2 voll funktionsfähig bleibt.
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Die Wärme aus dem Aufbewahrungsraum 1 wird mittels des Kältemittel-Kältemittel-Kondensators 1.32 direkt auf den Kältemittelkreislauf 2 und von dort mittels des Klimakondensators 2.1 an die Fahrzeugumgebung abgegeben.
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Wird für den Fahrzeuginnenraum keine Kühlleistung angefordert, kann der Verdampferzweig 2.20 des Kältemittelkreislaufs 2 mittels des Schaltventils V4 abgeschaltet werden.
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Nach 3 wird der Tiefkühl-Kältekreis 1.0 mittels des Tiefkühl-Kältekreis-Kondensators 1.3 thermisch mit einem als Niedertemperatur (NT)-Kühlkreis ausgeführten Kühlmittelkreislauf 3 gekoppelt.
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Dieser Kühlmittelkreislauf 3 umfasst einen in einem Kühlmodul 6 zusammen mit einem Klimakondensator 4 und einem zugehörigen Lüfter 5 angeordneten Niedertemperaturkühler 3.1 und mehreren wärmeerzeugenden Komponenten des Fahrzeugs, wobei das Kühlmittel, bspw. Wasser mittels einer Pumpe 3.4 umgewälzt wird. Als wärmeerzeugende Komponenten des Fahrzeugs ist beispielhaft eine elektrische Antriebskomponente 3.2 und eine Leistungselektronik 3.3 dargestellt.
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Zur thermischen Kopplung an diesen Kühlmittelkreislauf 3 ist der als indirekter Kondensator oder indirekter Gaskühler ausgeführte Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator 1.3 ein indirekter Kühlmittel-Kältemittel-Kondensator 1.33 oder ein indirekter Kühlmittel-Kältemittel-Gaskühler 1.33. Damit wird dieser Kühlmittel-Kältemittel-Kondensator bzw. Kühlmittel-Kältemittel-Gaskühler 1.33 kühlmittelseitig von dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs 3 durchströmt. Die Wärme aus dem Aufbewahrungsraum 1 wird mittels des indirekten Kühlmittel-Kältemittel-Kondensators 1.33 oder des indirekten Kühlmittel-Kältemittel-Gaskühlers 1.33 auf den Kühlmittelkreislauf 3 und von dort mittels des Niedertemperaturkühlers 3.1 an die Fahrzeugumgebung abgegeben.
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Der Klimakondensator 4 des Kühlmoduls 6 ist Teil eines Kältemittelkreislaufs, wie dies bspw. in den 1 und 2 dargestellt ist und dient der Fahrzeugklimatisierung. Mit der Anbindung des Tiefkühl-Kältekreises 1.0 an den Niedertemperaturkühler 3.1 des Kühlmittelkreislaufs 3 wird ein unabhängiger Betrieb des Tiefkühl-Kältekreises 1.0 von dem Betrieb dieses Kältemittelkreislaufes ermöglicht.
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Das Abtauen der sich vereisenden Bauteile, wie der Verdampfungs-Kühlflächen der Verdampferanordnung 1.1 der in den 1 bis 3 beschriebenen Systeme erfolgt in deren Stillstandsphasen, insbesondere im Betriebsstillstand des Fahrzeugs bzw. des Kältemittelkreislaufs 2 gemäß den 1 und 2 oder des Kühlmittelkreislaufs 3 gemäß 3 für die Abtaufunktion ist in der Verdampferanordnung 1.1 eine Wasserablaufvorrichtung installiert.
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Das Abtauen des Aufbewahrungsraums 1 danach kann unabhängig von einer Betriebsstillstandsphase des Fahrzeugs, der Kältemittelkreisläufe 2 bzw. des Kühlmittelkreislaufs 3 realisiert werden, indem die Verdampfungs-Kühlflächen der Verdampferanordnung 1.1 mit einer elektrischen Heizvorrichtung ausgebildet werden. Eine kurzzeitige Aktivierung einer solchen Heizvorrichtung führt zum Abtauen von Eis in der Verdampferanordnung 1.1, wobei das Schmelzwasser ebenso über eine Wasserablaufvorrichtung abgeführt wird.
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Ferner sind zur Vermeidung unangenehmer Gerüche antibakterielle Maßnahmen vorzusehen, insbesondere bei der Verdampferanordnung 1.1 des als Tiefkühlbox ausgeführten Aufbewahrungsraums 1.
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Zur Realisierung des Aufbewahrungsraums
1, bspw. als Tiefkühlbox werden zur Begrenzung des Aufbewahrungsraums
1 Verdampfungs-Kühlflächen als Verdampferanordnung
1.1 mit einer Abtau- sowie Wasserablauffunktion realisiert. Solche Verdampfungs-Kühlflächen sind bspw. aus der eingangs beschriebenen
WO 01/36884 A1 bekannt.
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Ferner kann die Verdampferanordnung 1.1 auch als Luftverdampfer mit Gebläse direkt in dem Aufbewahrungsraum 1 und zusätzlich mit einer Abtau- und Wasserablauffunktion realisiert werden.
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Weiterhin kann die Verdampferanordnung 1.1 auch als indirekter Wärmeübertrager ausgeführt werden, der über ein Kühlmittelgemisch mit einer eigene Pumpe versorgt wird.
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Die Kopplung des Tiefkühl-Kältekreises 1.0 entweder an den Kältemittelkreislauf 2 gemäß den 1 und 2 oder an den als Niedertemperatur-Kühlkreis ausgeführten Kühlmittelkreislauf 3 gemäß 3 kann auch bspw. über einen als Tri-Fluid-Wärmetauscher ausgeführten Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator 1.3 kombiniert werden. Damit kann die Wärmeabgabe des Tiefkühl-Kältekreises 1. 0 einerseits bei moderaten Temperaturen über den Niedertemperaturkühler 3.1 des Kühlmittelkreislaufs 3 und andererseits bei höheren Temperaturen über den Kältemittelkreislauf 2 effizient realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aufbewahrungsraum eines Fahrzeugs
- 1.0
- Tiefkühl-Kältekreis
- 1.1
- Verdampferanordnung des Tiefkühl-Kältekreises 1.0
- 1.2
- Kältemittelverdichter des Tiefkühl-Kältekreises 1.0
- 1.3
- Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator
- 1.31
- Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauscher als Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator 1.3
- 1.32
- Kältemittel-Kältemittel-Wärmetauscher als Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator 1.3
- 1.33
- indirekter Kühlmittel-Kältemittel-Kondensator, indirekter Kühlmittel-Kältemittel-Gaskühler als Tiefkühl-Kältekreis-Kondensator 1.3
- 1.4
- Expansionsorgan der Verdampferanordnung 1.1
- 1.5
- innerer Wärmetauscher des Tiefkühl-Kältekreises 1.0
- 1.6
- Kältemittel-Sammler des Tiefkühl-Kältekreises 1.0
- 2
- Kältemittelkreislauf des Fahrzeugs
- 2.1
- Klimakondensator des Kältemittelkreislaufs 2
- 2.2
- Verdampfer des Kältemittelkreislaufs 2
- 2.20
- Verdampferzweig
- 2.3
- Chiller des Kältemittelkreislaufs 2
- 2.30
- Chillerzweig
- 2.31
- Kühlmittelkreislauf des Chillers 2.3
- 2.32
- wärmeerzeugenden Komponente des Fahrzeugs
- 2.33
- Pumpe des Kühlmittelkreislaufs 2.30
- 2.4
- Kältemittelverdichter des Kältemittelkreislaufs 2
- 2.5
- innerer Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs 2
- 2.6
- Kältemittel-Sammler des Kältemittelkreislaufs 2
- 3
- Kühlmittelkreislauf
- 3.1
- Niedertemperaturkühler des Kühlmittelkreislaufs 3
- 3.2
- elektrische Antriebskomponente
- 3.3
- Leistungselektronik
- 3.4
- Pumpe des Kühlmittelkreislaufs 3
- 4
- Klimakondensator
- 5
- Lüfter
- 6
- Kühlmodul
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 0136884 A1 [0002, 0003, 0057]
- DE 3333012 A1 [0004]
- US 4483151 [0005]
- US 4748823 [0006]
