DE102018215026B4 - Refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit having a double-flow heat exchanger, as well as heat exchangers and a method for operating the refrigeration system - Google Patents

Refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit having a double-flow heat exchanger, as well as heat exchangers and a method for operating the refrigeration system Download PDF

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Abstract

Kälteanlage (10) für ein Fahrzeug mit einem einen zweiflutigen Wärmeübertrager (2) aufweisenden Kältemittelkreislauf (1), wobei der zweiflutige Wärmeübertrager (2) als Kältemittelkondensator oder Gaskühler für einen Kälteanlagen-Betrieb oder als Luftwärmepumpenverdampfer für einen Wärmepumpen-Betrieb betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass- die erste Flut (2.1) des Wärmeübertragers (2) einen ersten Kältemittelanschluss (2.10) und die in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) unterhalb der ersten Flut (2.1) angeordnete zweite Flut (2.2) des Wärmeübertragers (2) einen zweiten Kältemittelanschluss (2.20) aufweist, wobei für die zweiflutige Durchströmung des Wärmeübertragers im Kälteanlagen-Betrieb der erste Kältemittelanschluss (2.10) ein Kältemitteleinlass (EAc) und der zweite Kältemittelanschluss (2.20) ein Kältemittelauslass (AAC) ist,- der Wärmeübertrager (2) zur ausschließlichen Durchströmung der zweiten Flut (2.2) im Wärmepumpen-Betrieb einen mit der zweiten Flut (2.2) verbundenen und im Bereich der zweiten Flut (2.2) angeordneten dritten Kältemittelanschluss (2.30) als Kältemittelauslass (AWP) der zweiten Flut (2.2) aufweist, und- der dritte Kältemittelanschluss (2.30) mit einem Ventilorgan (2.5) zur Steuerung des aus dem Wärmeübertrager (2) austretenden Kältemittels fluidverbunden ist.Refrigeration system (10) for a vehicle with a refrigerant circuit (1) having a double-flow heat exchanger (2), the double-flow heat exchanger (2) being operable as a refrigerant condenser or gas cooler for a refrigeration system operation or as an air heat pump evaporator for a heat pump operation, characterized in that that- the first flow (2.1) of the heat exchanger (2) has a first refrigerant connection (2.10) and the second flow (2.2) of the heat exchanger (2) arranged in the vertical direction of the vehicle (z-direction) below the first flow (2.1) has a second refrigerant connection (2.20), the first refrigerant connection (2.10) being a refrigerant inlet (EAc) and the second refrigerant connection (2.20) being a refrigerant outlet (AAC) for the double-flow flow through the heat exchanger in the refrigeration system operation, - the heat exchanger (2) for exclusive flow the second tide (2.2) in heat pump operation a with the second tide (2.2) connected u nd in the area of the second flow (2.2) arranged third refrigerant connection (2.30) as a refrigerant outlet (AWP) of the second flow (2.2), and - the third refrigerant connection (2.30) with a valve element (2.5) for controlling the heat exchanger (2 ) escaping refrigerant is fluidly connected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem einen zweiflutigen Wärmeübertrager aufweisenden Kältemittelkreislauf sowie einen Wärmeübertrager für die erfindungsgemäße Kälteanlage. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Kälteanlage.The invention relates to a refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit having a double-flow heat exchanger and a heat exchanger for the refrigeration system according to the invention. The invention also relates to a method for operating the refrigeration system according to the invention.

Aus der nachveröffentlichten DE 10 2017 211 256 A1 ist eine Kälteanlage mit einem einen zweiflutigen Wärmeübertrager aufweisenden Kältemittelkreislauf bekannt. Der zweiflutige Wärmeübertrager ist als Kältemittelkondensator oder Gaskühler für einen AC-Betreib oder als Luftwärmepumpenverdampfer für einen Wärmepumpen-Betrieb betreibbar. Die erste Flut des Wärmeübertragers weist einen ersten Kältemittelanschluss und die zweite Flut des Wärmeübertragers weist einen zweiten Kältemittelanschluss auf. Für die zweiflutige Durchströmung des Wärmeübertragers im AC-Betrieb ist der erste Kältemittelanschluss ein Kältemitteleinlass und der zweite Kältemittelanschluss ein Kältemittelauslass. Zur einflutigen Durchströmung des Wärmeübertragers im Wärmepumpen-Betrieb ist der zweite Kältemittelanschluss ein Kältemitteleinlass ist, wobei zur Steuerung der Strömung des Kältemittels vom zweiten Kältemittelanschluss zum ersten Kältemittelanschluss ein unidirektionales Ventilorgan den zweiten Kältemittelanschluss mit dem ersten Kältemittelanschluss fluidverbindet, der Wärmeübertrager einen dritten Kältemittelanschluss aufweist, welcher als Kältemittelauslass mit der ersten Flut kältemittelausgangsseitig und der zweiten Flut kältemittelausgangsseitig fluidverbunden ist und schließlich der dritte Kältemittelanschluss mit einem Ventilorgan zur Steuerung des aus dem Wärmeübertrager austretenden Kältemittels fluidverbunden ist.From the postpublished DE 10 2017 211 256 A1 a refrigeration system with a refrigerant circuit having a double-flow heat exchanger is known. The double-flow heat exchanger can be operated as a refrigerant condenser or gas cooler for AC operation or as an air heat pump evaporator for heat pump operation. The first channel of the heat exchanger has a first refrigerant connection and the second channel of the heat exchanger has a second refrigerant connection. For the dual-flow flow through the heat exchanger in AC operation, the first refrigerant connection is a refrigerant inlet and the second refrigerant connection is a refrigerant outlet. For a single flow through the heat exchanger in heat pump operation, the second refrigerant connection is a refrigerant inlet, with a unidirectional valve element fluidly connecting the second refrigerant connection to the first refrigerant connection to control the flow of the refrigerant from the second refrigerant connection to the first refrigerant connection, the heat exchanger having a third refrigerant connection which as a refrigerant outlet is fluidly connected to the first channel on the refrigerant outlet side and the second channel on the refrigerant outlet side and finally the third refrigerant connection is fluidly connected to a valve element for controlling the refrigerant emerging from the heat exchanger.

Aus der EP 1 895 255 A2 ist ein zweiflutiger Wärmeübertrager mit zwei beabstandeten und parallel zueinander angeordneten Sammelrohren bekannt, zwischen welchen sich mehrere Wärmeübertrager(-flach)rohre erstrecken und eine Fluidverbindung mit den Sammelrohren herstellen. Im ersten Sammelrohr ist ein Trennelement angeordnet, welches den Hohlraum des Sammelrohres in eine erste und eine zweite Kammer und damit die Wärmeübertragerrohre in eine erste und eine zweite Flut teilt. An dem ersten Sammelrohr ist für die erste und zweite Flut jeweils ein Kältemittelanschluss vorgesehen, ein weiterer Kältemittelanschluss ist an dem zweiten Sammelrohr angeordnet. Mittels einer Steuervorrichtung wird der Wärmeübertrager zwischen einem Verdampfer-Modus für einen Wärmepumpenbetrieb und einem Kondensator-/ Gaskühler-Modus für einen Kälteanlagenbetrieb umgeschaltet, indem die Kältemittelanschlüsse derart geöffnet oder geschlossen werden, dass das Kältemittel im Verdampfer-Modus einflutig und im Kondensator-/ Gaskühler-Modus zweiflutig durch alle Wärmeübertragerrohre zirkuliert.From the EP 1 895 255 A2 a double-flow heat exchanger is known with two spaced-apart manifolds arranged parallel to one another, between which several heat exchangers (flat) pipes extend and establish a fluid connection with the manifolds. A separating element is arranged in the first collecting tube, which divides the cavity of the collecting tube into a first and a second chamber and thus divides the heat exchanger tubes into a first and a second channel. A refrigerant connection is provided on the first manifold for the first and second flow, and a further refrigerant connection is arranged on the second manifold. By means of a control device, the heat exchanger is switched between an evaporator mode for a heat pump operation and a condenser / gas cooler mode for a refrigeration system operation by opening or closing the refrigerant connections in such a way that the refrigerant is single-flow in the evaporator mode and in the condenser / gas cooler -Mode circulates double flow through all heat exchanger pipes.

Als Flut werden die in gleicher Richtung und parallel zueinander von Teilmassenströmen des Kältemittels durchströmten Wärmeübertragerrohre bezeichnet, deren Anzahl durch die Lage eines in einem Sammelrohr angeord- neten Trennelementes oder mehrerer solcher Trennelemente bestimmt wird bzw. werden. Werden die Fluten parallel von Kältemittel durchströmt, wird dies als einflutige Durchströmung bezeichnet. Werden bei zwei Fluten des Wärmeübertragers diese Fluten nacheinander in entgegengesetzten Richtungen durchströmt, wird dies als zweiflutige Durchströmung bezeichnet.The heat exchanger tubes through which partial mass flows of the refrigerant flow in the same direction and parallel to one another are referred to as flood, the number of which is or are determined by the position of a separating element or several such separating elements arranged in a collecting tube. If refrigerant flows through the flows in parallel, this is referred to as single flow. If, in the case of two flows of the heat exchanger, these flows are flown through one after the other in opposite directions, this is referred to as double flow.

Eine gattungsbildende Kälteanlage mit einem mehrflutigen Wärmeübertrager für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagenbetrieb (AC-Betrieb) oder Wärmepumpen-Betrieb ist aus der DE 10 2012 110 702 A1 bekannt. Bei diesem mehrflutigen Wärmeübertrager sind die Trennmittel in den Sammelrohren .schaltbar ausgebildet, sodass das Kältemittel je nach Strömungsrichtung und Betriebsmodus durch eine unterschiedliche Anzahl von Fluten ableitbar ist. Im AC-Betrieb ist die Strömungsrichtung des Kältemittels entgegengesetzt der Strömungsrichtung des Kältemittels im Wärmepumpen-Betrieb.A generic refrigeration system with a multi-flow heat exchanger for combined operation in refrigeration system operation (AC operation) or heat pump operation is from the DE 10 2012 110 702 A1 known. In this multi-flow heat exchanger, the separating means in the manifolds are designed to be switchable, so that the refrigerant can be diverted by a different number of flows depending on the direction of flow and operating mode. In AC operation, the direction of flow of the refrigerant is opposite to the direction of flow of the refrigerant in heat pump operation.

Eine Verdampferanordnung für eine Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einer Mehrzahl von als Luft-Kältemittel-Wärmeübertragerebenen ausgebildeten Verdampferebenen ist aus der DE 10 2016 201 027 A1 bekannt. Diese Verdampferebenen sind luft- und Kältemittelseitig seriell zueinander geschaltet, wobei die kältemittelseitig letzte Verdampferebene einflutig und wenigstens eine weitere Verdampferebene mehrflutig ausgebildet ist. Hierbei ist die kältemittelseitig letzte, einflutige Verdampferebene in Montageendlage von oben nach unten mit Kältemittel durchflutbar.An evaporator arrangement for a refrigeration system of a vehicle with a plurality of evaporator levels designed as air-refrigerant heat exchanger levels is from FIG DE 10 2016 201 027 A1 known. These evaporator levels are connected in series to one another on the air and refrigerant side, the last evaporator level on the refrigerant side being single-flow and at least one further evaporator level multi-flow. The last, single-flow evaporator level on the refrigerant side can be flooded with refrigerant from top to bottom in the final assembly position.

Die WO 2012/112802 A2 beschreibt ein Wärmepumpensystem mit in einem Kältemittelkreislauf angeordneten zweiflutigen Außen-Wärmeübertrager und einem Innen-Wärmeübertrager. Der Außen-Wärmeübertrager ist zwischen einer einflutigen und einer zweiflutigen Durchströmung schaltbar und entweder als zweiflutiger Kondensator in einem AC-Betrieb oder als einflutiger Verdampfer in einem Wärmepumpen-Betrieb betreibbar.the WO 2012/112802 A2 describes a heat pump system with a double-flow external heat exchanger arranged in a refrigerant circuit and an internal heat exchanger. The external heat exchanger can be switched between a single-flow and a double-flow flow and can be operated either as a double-flow condenser in AC operation or as a single-flow evaporator in a heat pump operation.

Ein Parallelfluss-Wärmetauscher für Wärmepumpenanwendungen ist aus der US 2008/0296005 A1 bekannt, welcher zwischen einem AC-Betreib und einen Wärmepumpen-Betrieb umschaltbar und hierbei entweder einflutig oder mehrflutig durchströmbar ist.A parallel flow heat exchanger for heat pump applications is from the US 2008/0296005 A1 known, which can be switched between an AC operation and a heat pump operation and can flow through either single-flow or multiple-flow.

Aus der DE 36 31 795 A1 ist eine Kälteanlage mit zwei Kältemittelkreisläufen bekannt, die jeweils einen Verdampfer und einem Kondensator aufweisen. Einer der Verdampfer ist in eine Mehrzahl von Verdampferteilen unterteilt, die in Reihe miteinander verbunden sind. Außerdem ist auch einer der Kondensatoren in parallel miteinander verbundenen Kondensatorteile unterteilt, deren Anzahl der Anzahl der Verdampferteile entspricht.From the DE 36 31 795 A1 a refrigeration system with two refrigerant circuits is known, each having an evaporator and a condenser. One of the evaporators is divided into a plurality of evaporator parts which are connected to one another in series. In addition, one of the condensers is also divided into condenser parts connected in parallel, the number of which corresponds to the number of evaporator parts.

Schließlich beschreibt die DE, 199 07 435 A1 eine Kälteanlage mit zwei Kältemittelkreisläufen, die jeweils in bekannter Weise miteinander verschaltete Verdichter, Kondensatoren, Drosseln und Verdampfer aufweisen, wobei einer der beiden Kältemittelkreisläufe mit zwei Verdampfern ausgebildet ist. Einer der beiden Verdampfer bildet mit einem Kondensator des anderen Kältemittelkreislaufs einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen den beiden Kältemittelkreisläufen.Finally describes the DE, 199 07 435 A1 a refrigeration system with two refrigerant circuits each having compressors, condensers, chokes and evaporators interconnected in a known manner, one of the two refrigerant circuits being designed with two evaporators. One of the two evaporators, together with a condenser of the other refrigerant circuit, forms a heat exchanger for transferring heat between the two refrigerant circuits.

Bei der Nutzung eines für den Kälteanlagen-Betrieb (AC-Betrieb) vorgesehenen Kondensators oder Gaskühlers als Luftwärmepumpen-Verdampfer zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft des Fahrzeugs können in nachteiliger Weise an einem solchen Wärmeübertrager hoher Druckverluste auftreten, die die Systemeffizienz der Kälteanlage und damit auch deren Leistungsfähigkeit negativ beeinflussen.When using a condenser or gas cooler intended for refrigeration system operation (AC operation) as an air heat pump evaporator to absorb heat from the ambient air of the vehicle, high pressure losses can disadvantageously occur in such a heat exchanger, which reduce the system efficiency of the refrigeration system and thus also have a negative impact on their performance.

Ferner kann an einem solchen Luftwärmepumpen-Verdampfer die Gefahr einer Vereisung auftreten. Denn zum einen soll ein maximales Quantum an Wärme der Fahrzeugumgebung entzogen werden, aber zum anderen ein möglichst geringer Druckverlust damit ein geringer Temperaturabfall an einem solchen Wärmeübertrager auftreten. Stellen sich dadurch Verdampfungstemperaturen im Bereich des Taupunkt der Luft oder unterhalb des Taupunkt ein, so kann Entfeuchtung der den Luftwärmepumpen-Verdampfer durchströmenden Luft erfolgen und das Kondensat sich dort niederschlagen und gefrieren.Furthermore, such an air heat pump evaporator can run the risk of icing. This is because, on the one hand, a maximum amount of heat should be extracted from the vehicle environment, but on the other hand, the lowest possible pressure loss so that a low temperature drop occurs at such a heat exchanger. If this results in evaporation temperatures in the range of the dew point of the air or below the dew point, the air flowing through the air heat pump evaporator can be dehumidified and the condensate precipitates and freezes there.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem einen Wärmeübertrager aufweisenden Kältemittelkreislauf anzugeben, mit welcher sowohl in einem AC-Betrieb als auch in einem Wärmepumpen-Betrieb eine optimale Durchströmung zur Sicherstellung der besten Leistungsfähigkeit ermöglicht wird. Ferner soll der Wärmepumpen-Betrieb druckverlustoptimiert durchführbar sein. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung einen hierfür geeigneten Wärmeübertrager für die Kälteanlage anzugeben.The object of the invention is to specify a refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit having a heat exchanger, with which an optimal flow is made possible both in AC operation and in heat pump operation to ensure the best performance. Furthermore, the heat pump operation should be able to be carried out with optimized pressure loss. A further object of the invention is to specify a heat exchanger suitable for this for the refrigeration system.

Schließlich ist es auch Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs zu schaffen.Finally, it is also the object of the invention to create a method for operating the refrigerant circuit according to the invention.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The first-mentioned object is achieved by a refrigeration system with the features of claim 1.

Eine solche Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem einen zweiflutigen Wärmeübertrager aufweisenden Kältemittelkreislauf, bei welcher der zweiflutige Wärmeübertrager als Kältemittelkondensator oder Gaskühler für einen Kälteanlagen-Betrieb oder als Luftwärmepumpenverdampfer für einen Wärmepumpen-Betrieb betreibbar ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass

  • - die erste Flut des Wärmeübertragers einen ersten Kältemittelanschluss und die in Fahrzeughochrichtung unterhalb der ersten Flut angeordnete zweite Flut des Wärmeübertragers einen zweiten Kältemittelanschluss aufweist, wobei für die zweiflutige Durchströmung des Wärmeübertragers im Kälteanlagen-Betrieb der erste Kältemittelanschluss ein Kältemitteleinlass und der zweite Kältemittelanschluss ein Kältemittelauslass ist,
  • - der Wärmeübertrager zur ausschließlichen Durchströmung der zweiten Flut im Wärmepumpen-Betrieb einen mit der zweiten Flut verbundenen und im Bereich der zweiten Flut angeordnete dritten Kältemittelanschluss als Kältemittelauslass aufweist, und
  • - der dritte Kältemittelanschluss mit einem Ventilorgan zur Steuerung des aus dem Wärmeübertrager austretenden Kältemittels fluidverbunden ist.
Such a refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit having a double-flow heat exchanger, in which the double-flow heat exchanger can be operated as a refrigerant condenser or gas cooler for a refrigeration system operation or as an air heat pump evaporator for a heat pump operation, is characterized according to the invention in that
  • The first flow of the heat exchanger has a first refrigerant connection and the second flow of the heat exchanger, which is arranged in the vertical direction of the vehicle below the first flow, has a second refrigerant connection, the first refrigerant connection being a refrigerant inlet and the second refrigerant connection being a refrigerant outlet for the double flow through the heat exchanger in refrigeration system operation ,
  • the heat exchanger has a third refrigerant connection as a refrigerant outlet, which is connected to the second flow and is arranged in the area of the second flow, for the exclusive flow through the second flow in heat pump operation, and
  • - The third refrigerant connection is fluidly connected to a valve element for controlling the refrigerant emerging from the heat exchanger.

Eine solche erfindungsgemäße Kälteanlage kann im Wärmepumpenbetrieb mit geringstem Druckverlust betrieben werden, da aufgrund der einflutigen Durchströmung ausschließlich der zweiten Flut des Wärmeübertragers nur in reduziertem Maß Wärme mit der Fahrzeugumgebung ausgetauscht wird, wodurch das Vereisungsrisiko minimiert wird. Die Systemeffizienz bzw. die Leistungsfähigkeit wird dadurch gesteigert, dass aufgrund der verkürzten Strömungswege letztlich auch die systemseitigen Druckverluste reduziert werden und damit aufgrund eines gleichmäßigen Druckverlaufs über die eine aktiv durchströmte zweite Flut letztlich das System auf niedrigerem Verdampfungsdruckniveau betrieben und somit eine größere Temperaturdifferenz zur Umgebung erzielt werden kann.Such a refrigeration system according to the invention can be operated with the lowest pressure loss in heat pump mode, since only a reduced amount of heat is exchanged with the vehicle environment due to the single-flow flow through only the second flow of the heat exchanger, which minimizes the risk of icing. The system efficiency or the performance is increased by the fact that, due to the shortened flow paths, the pressure losses on the system side are ultimately also reduced and thus the system is operated at a lower evaporation pressure level due to a uniform pressure profile over the actively flowing through second tide and thus achieves a greater temperature difference to the environment can be.

Durch die Anordnung der zweiten Flut in Fahrzeughochrichtung unterhalb der ersten Flut des Wärmeübertragers ist im Luftwärmepumpe-Betrieb sichergestellt, dass in der fiächenreduziertenDurchströmung, nämlich ausschließlich über die zweite Flut des Wärmeübertragers im Wärmepumpen-Betrieb kein Öl in undurchströmte Abschnitte, insbesondere in die erste Flut durch Schwerkrafteffekte gelangen kann und damit temporär dem Kältemittelkreislauf nicht zur Verfügung stehen kann.The arrangement of the second channel in the vertical direction of the vehicle below the first channel of the heat exchanger in air heat pump operation ensures that in the area-reduced flow, namely exclusively via the second channel of the heat exchanger in heat pump operation, no oil flows into sections with no flow, in particular into the first channel Gravity effects can reach and thus temporarily not be available to the refrigerant circuit.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Kältemittelanschluss und der zweite Kältemittelanschluss über ein steuerbares Absperrorgan derart fluidverbindbar sind, dass im Wärmepumpen-Betrieb bei geschlossenem Absperrorgan ausschließlich die zweite Flut durchströmbar ist und bei offenem Absperrorgan sowohl die erste Flut als auch die zweite Flut parallel durchströmbar sind und das Kältemittel über den dritten Anschluss aus dem Wärmeübertrager wieder heraustritt. Damit wird der Wärmeübertrager bei offenem Absperrorgan einflutig, d.h. ganzflächig durchströmt.A particularly preferred development of the invention provides that the first refrigerant connection and the second refrigerant connection can be fluidly connected via a controllable shut-off element in such a way that, when the shut-off element is closed, only the second flow can flow through when the shut-off element is closed, and both the first flow and the flow when the shut-off element is open second flood can be flowed through in parallel and the refrigerant emerges again from the heat exchanger via the third connection. This means that the heat exchanger is single-flow when the shut-off element is open, i.e. flow over the entire surface.

Mit einer solchen Fluidverbindung zwischen den beiden Kältemittelanschlüssen wird die ganzflächige Durchströmung des Wärmeübertragers im Wärmepumpen-Betrieb ermöglicht. Ferner ist es mit einem solchen Absperrungsorgan möglich, im Wärmepumpen-Betrieb zwischen der einflutigen flächenreduzierten Durchströmung des Wärmeübertragers, also ausschließlich über die zweite Flut und der einflutigen, d. h.. ganzflächigen Durchströmung des Wärmeübertragers sowohl über die erste Flut als auch über die zweite Flut zu wechseln. Bei der ganzflächigen Durchströmung werden beide Fluten gleichsinnig durchströmt unter Beaufschlagung und aktiver Durchströmung aller Flachrohre mit Kältemittel. Dies bietet den Vorteil, dass eine weitere Leistungssteigerung im Wärmepumpen-Betrieb mit Luft als Wärmequelle erzielt wird, ausschließlich aufgrund der Tatsache, dass die wärmeübertragende Fläche angehoben wird bei gleichzeitiger Reduktion der Druckverluste aufgrund des Verteilens des gesamten Kältemittelstroms auf alle Flachrohre.With such a fluid connection between the two refrigerant connections, the full-area flow through the heat exchanger is made possible in heat pump operation. Furthermore, with such a shut-off element it is possible, in heat pump operation, between the single-flow, area-reduced flow through the heat exchanger, i.e. exclusively via the second flow and the single-flow, i.e. h .. to alternate full-area flow through the heat exchanger both over the first flow and over the second flow. In the case of a full-area flow, the flow through both floods is in the same direction, with the application and active flow of refrigerant through all of the flat tubes. This offers the advantage that a further increase in performance is achieved in heat pump operation with air as the heat source, solely due to the fact that the heat-transferring surface is raised with a simultaneous reduction in pressure losses due to the distribution of the entire refrigerant flow to all flat tubes.

Bei einer einflutigen und damit ganzflächigen Durchströmung des Wärmeübertragers im Wärmepumpen-Betrieb bei geöffnetem Absperrorgan wird eine homogene Temperaturverteilung über die gesamte Fläche des Wärmeübertragers erreicht. Damit besteht einerseits die Möglichkeit, dass das Niederdruckniveau am Austritt, nämlich dem dritten Kältemittelanschluss angehoben, jedoch das mittlere Niederdruckniveau gesenkt wird bzw. sich auf ein Druckniveau einstellt , welches einer druckverlustbehafteten zweiflutigen Ausführung entspricht. Hierdurch kann einerseits die Systemeffizienz gesteigert und andererseits der umgesetzte Kältemittel-Massenstrom gesteigert werden, da das System, insbesondere jedoch der Kältemittelverdichter erst zu einem späteren Zeitpunkt abgeregelt werden muss. Der zulässige Minimaldruck kann letztlich bei höherer Verdichterdrehzahl eingestellt werden.With a single-flow and thus all-over flow through the heat exchanger in heat pump operation with the shut-off element open, a homogeneous temperature distribution is achieved over the entire surface of the heat exchanger. Thus, on the one hand, there is the possibility that the low pressure level at the outlet, namely the third refrigerant connection, is raised, but the mean low pressure level is lowered or sets itself to a pressure level which corresponds to a double-flow design subject to pressure loss. In this way, on the one hand, the system efficiency can be increased and, on the other hand, the converted refrigerant mass flow can be increased, since the system, but in particular the refrigerant compressor, does not have to be regulated until a later point in time. The permissible minimum pressure can ultimately be set at a higher compressor speed.

Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4.The second-mentioned object is achieved by a heat exchanger with the features of claim 4.

Ein solcher Wärmeübertrager für eine erfindungsgemäße Kälteanlage umfasst:

  • - ein erstes Sammelrohr und ein zweites Sammelrohr, welche beabstandet zueinander ausgerichtet sind,
  • - Wärmeübertragerrohre zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen den Sammelrohren,
  • - ein in dem ersten Sammelrohr angeordnetes Trennelement zur Unterteilung der Wärmeübertragerrohre in eine erste und eine zweite Flut, wobei das erste Sammelrohr einen ersten Kältemittelanschluss für die erste Flut und einen zweiten Kältemittelanschluss für die zweite Flut aufweist, und
  • - einen mit dem zweiten Sammelrohr verbundener dritter Kältemittelanschluss, welche im Bereich der zweiten Flut angeordnet ist.
Such a heat exchanger for a refrigeration system according to the invention comprises:
  • - a first collecting pipe and a second collecting pipe which are aligned at a distance from one another,
  • - heat exchanger tubes for establishing a fluid connection between the manifolds,
  • a separating element arranged in the first manifold for dividing the heat exchanger tubes into a first and a second flow, the first manifold having a first refrigerant connection for the first flow and a second refrigerant connection for the second flow, and
  • - A third refrigerant connection which is connected to the second manifold and which is arranged in the area of the second flow.

Die drittgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 5 oder mit den Merkmalen des Patentanspruches 6.The third object is achieved by a method with the features of claim 5 or with the features of claim 6.

Dieses Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kälteanlage mit einem einen zweiflutigen Wärmeübertrager aufweisenden Kältemittelkreislauf zeichnet sich nach der erstgenannten Lösung dadurch aus, dass

  • - zur Durchführung eines Kälteanlagen-Betriebs der Wärmeübertrager zweiflutig zunächst über eine erste Flut und anschließend über eine zweite Flut des Wärmeübertragers mit Kältemittel durchströmt wird, und
  • - zur Durchführung eines Luftwärmepumpen-Betriebs der Wärmeübertrager ausschließlich über die zweite Flut durchströmt wird.
According to the first-mentioned solution, this method for operating a refrigeration system designed according to the invention with a refrigerant circuit having a double-flow heat exchanger is characterized in that
  • - To carry out a refrigeration system operation, the heat exchanger is flowed through with two flow lines, initially via a first flow and then over a second flow of the heat exchanger with refrigerant, and
  • - To carry out an air heat pump operation, the heat exchanger flows through exclusively via the second flow.

Mit diesem Verfahren gemäß des erstgenannte Lösung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass bei dieser einflutigen Durchströmung über die zweite Flut des Wärmeübertragers mit reduzierter Wärmeübertragungsfläche erreicht wird, dass aufgrund der verkürzten Strömungswege letztlich auch die systemseitigen Druckverluste reduziert werden und damit aufgrund eines gleichmäßigen Druckverlaufs über die eine aktiv durchströmte Flut letztlich das System auf niedrigerem Verdampfungsdruckniveau betrieben und somit eine größere Temperaturdifferenz zur Umgebung erzielt werden kann.With this method according to the first-mentioned solution, it is achieved in an advantageous manner that with this single-flow flow through the second flow of the heat exchanger with a reduced heat transfer surface, the system-side pressure losses are ultimately also reduced due to the shortened flow paths and thus due to a uniform pressure profile over the an actively flowing flood ultimately operates the system at a lower evaporation pressure level and thus a greater temperature difference to the environment can be achieved.

Das Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kälteanlage mit einem einen zweiflutigen Wärmeübertrager aufweisenden Kältemittelkreislauf zeichnet sich gemäß der zweitgenannten Lösung erfindungsgemäß dadurch aus, dass

  • - zur Durchführung eines Kälteanlagen-Betriebs der Wärmeübertrager zweiflutig zunächst über eine erste Flut und anschließend über eine zweite Flut des Wärmeübertragers mit Kältemittel durchströmt wird, und
  • - zur Durchführung eines Wärmepumpen-Betriebs der Wärmeübertrager entweder ausschließlich über die zweite Flut durchströmt wird oder einflutig parallel über die erste Flut und die zweite Flut durchströmt wird, wobei ein den ersten Kältemitteleinlass und den zweiten Kältemitteleinlass verbindendes steuerbares Absperrorgan zur Durchströmung des Wärmeübertragers ausschließlich über die zweite Flut gesperrt und zur parallelen Durchströmung der ersten und zweiten Flut des Wärmeübertragers geöffnet wird.
According to the second-mentioned solution, the method for operating a refrigeration system designed according to the invention with a refrigerant circuit having a double-flow heat exchanger is distinguished according to the invention in that
  • - To carry out a refrigeration system operation, the heat exchanger is flowed through with two-flow lines, initially via a first flow and then via a second flow of the heat exchanger with refrigerant, and
  • - To carry out a heat pump operation, the heat exchanger either flows through exclusively via the second flow or is flowed through in parallel via the first flow and the second flow, with a controllable shut-off element connecting the first refrigerant inlet and the second refrigerant inlet for flow through the heat exchanger exclusively via the second flow is blocked and opened for parallel flow through the first and second flow of the heat exchanger.

Bei diesem Verfahren ist es möglich, in Abhängigkeit des Wärmebedarfs aus der Umgebungsluft des Fahrzeugs im Luftwärmepumpen-Betrieb zwischen einer flächenreduzierten Durchströmung des Wärmeübertragers, nämlich ausschließlich über die zweite Flut und einer ganzflächigen Durchströmung des Wärmeübertragers, nämlich parallel über die erste und zweite Flut zu wechseln.With this method, it is possible, depending on the heat demand from the ambient air of the vehicle in air heat pump operation, to switch between a reduced-area flow through the heat exchanger, namely exclusively via the second flow, and a full-area flow through the heat exchanger, namely in parallel via the first and second flow .

In der Regel findet im AC-Modus die Einströmung des Kältemittels in die obere Flut und danach die Umlenkung des Kältemittels über das zweite Sammelrohr in die untere zweite Flut statt. Bei asymmetrischer Flachrohraufteilung ist dabei die größere Flachrohranzahl in vorteilhafter Weise dem Eintrittsabschnitt zugeteilt, die geringere dem Austrittabschnitt.As a rule, in AC mode, the refrigerant flows into the upper flow and then the refrigerant is diverted via the second manifold into the lower, second flow. In the case of an asymmetrical flat tube division, the larger number of flat tubes is advantageously assigned to the inlet section, the smaller to the outlet section.

Für den Wärmepumpenmodus würde dies bei einer flächenreduzierten Durchströmung eine Einströmung in die untere Flut bedeuten.For the heat pump mode, this would mean a flow into the lower tide with a reduced-area flow.

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

  • 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kälteanlage mit einem Wärmeübertrager,
  • 2 schematische Darstellung des Wärmeübertragers der Kälteanlage nach 1,
  • 3 ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Kälteanlage mit einem Wärmeübertrager, und
  • 4 eine schematische Darstellung des Wärmeübertragers der Kälteanlage nach 3.
The invention is described in detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:
  • 1 a circuit diagram of an embodiment of a refrigeration system according to the invention with a heat exchanger,
  • 2 schematic representation of the heat exchanger of the refrigeration system according to 1 ,
  • 3 a circuit diagram of a further embodiment of a refrigeration system according to the invention with a heat exchanger, and
  • 4th a schematic representation of the heat exchanger of the refrigeration system according to 3 .

Die in den 1 und 3 dargestellten Kälteanlagen 10 für ein Fahrzeug weisen eine identische Grundstruktur auf und werden daher zunächst gemeinsam beschrieben und erläutert, bevor auf die Unterschiede dieser Kälteanlagen 10 gemäß den 1 und 3 eingegangen wird.The ones in the 1 and 3 refrigeration systems shown 10 for a vehicle have an identical basic structure and are therefore first described and explained together before the differences between these refrigeration systems 10 according to the 1 and 3 is received.

Jede Kälteanlage 10 gemäß den 1 und 3 besteht aus einem Kältemittelkreislauf 1 mit Kohlendioxid (R744) als Kältemittel oder mit einem sonstigen geeigneten Kältemittel. Dieser Kältemittelkreislauf 1 kann sowohl in einem Kälteanlagenbetrieb, im Folgenden AC-Betrieb genannt, als auch in einem Wärmepumpen-Betrieb zur Konditionierung eines in den Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs zu führenden Zuluftstroms betrieben werden.Any refrigeration system 10 according to the 1 and 3 consists of a refrigerant circuit 1 with carbon dioxide (R744) as refrigerant or with another suitable refrigerant. This refrigerant circuit 1 can be operated both in a refrigeration system operation, hereinafter referred to as AC operation, and in a heat pump operation for conditioning a supply air flow to be conducted into the interior of the vehicle.

Dieser Kältemittelkreislauf 1 weist einen zweiflutigen Wärmeübertrager 2 auf, welcher sowohl als Gaskühler bzw. Kondensator für den AC-Betrieb eingesetzt wird als auch im Wärmepumpen-Betrieb die Funktion eines Wärmepumpenverdampfers übernimmt. Dieser Wärmeübertrager 2 mit einer ersten Flut 2.1 und einer zweiten Flut 2.2 ist mit drei Kältemittelanschlüssen, nämlich einem ersten Kältemittelanschluss 2.10, einem zweiten Kältemittelanschluss 2.20 und einem dritten Kältemittelanschluss 2.30 ausgeführt.This refrigerant circuit 1 has a double-flow heat exchanger 2 which is used both as a gas cooler or condenser for AC operation and also takes on the function of a heat pump evaporator in heat pump operation. This heat exchanger 2 with a first tide 2.1 and a second flood 2.2 has three refrigerant connections, namely a first refrigerant connection 2.10 , a second refrigerant connection 2.20 and a third refrigerant connection 2.30 executed.

Der dritte Kältemittelanschluss 2.30 ist mit einem als Absperrventil ausgeführten Ventilorgan 2.5 verbunden. Im Detail wird der Aufbau dieses zweiflutigen Wärmeübertragers 2 anhand der 2 und 4 erläutert, die jeweils einen identischen Grundaufbau aufweisen. Der Unterschied dieser beiden Wärmeübertrager gemäß den 2 und 4 wird zusammen mit den Unterschieden zwischen den Kälteanlagen gemäß den 1 und 3 beschrieben.The third refrigerant connection 2.30 is equipped with a valve element designed as a shut-off valve 2.5 tied together. The structure of this double-flow heat exchanger is shown in detail 2 based on 2 and 4th explained, each of which has an identical basic structure. The difference between these two heat exchangers according to the 2 and 4th together with the differences between the refrigeration systems according to the 1 and 3 described.

Der Kältemittelkreislauf 1 gemäß den 1 und 3 besteht neben dem Wärmeübertrager 2 aus einem Kältemittelverdichter 3, einem Kältemittel-Kühlmittelwärmeübertrager 4 mit einem kühlmittelseitigen Heizungswärmeübertrager 4.1, einem Verdampfer 5, einem Chiller 6, der kühlmittelseitig mit mindestens einer in einem Kühlmittelkreislauf 6 angeordneten wärmeerzeugenden elektrischen bzw. elektronischen Komponente, wie bspw. einem elektrischen Energiespeicher thermisch gekoppelt ist, einem inneren Wärmeübertrager 8 und einem Kältemittelsammler 9. Diese aufgeführten Komponenten werden zur Realisierung der unterschiedlichen Betriebsweisen des Kältemittelkreislaufs 1 mit Absperrventilen A1 bis A3 sowie Rückschlagventilen R1 bis R4 verbunden. Jedem als Verdampfer arbeitenden Wärmeübertrager 5 und 6 ist darüber hinaus jeweils ein Expansionsorgan 5.0 und 6.0 vorgeschaltet. Arbeitet der Wärmeübertrager 2 nicht als Kältemittelkondensator oder Gaskühler sondern als Luftwärmepumpenverdampfer ist auch in diesem Wärmeübertrager 2 ein Expansionsorgan 2.0 zugeordnet.The refrigerant circuit 1 according to the 1 and 3 exists next to the heat exchanger 2 from a refrigerant compressor 3 , a refrigerant-coolant heat exchanger 4th with a coolant-side heating heat exchanger 4.1 , an evaporator 5 , a chiller 6th , which is thermally coupled on the coolant side to at least one heat-generating electrical or electronic component, such as an electrical energy store, arranged in a coolant circuit 6, an internal heat exchanger 8th and a refrigerant collector 9 . These listed components are used to implement the different operating modes of the refrigerant circuit 1 with shut-off valves A1 to A3 as well as check valves R1 to R4 tied together. Any heat exchanger working as an evaporator 5 and 6th is also an expansion organ in each case 5.0 and 6.0 upstream. Is the heat exchanger working? 2 not as a refrigerant condenser or gas cooler but as an air heat pump evaporator is also in this heat exchanger 2 an expansion organ 2.0 assigned.

Auf die Darstellung der für einen regulären Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1 erforderlichen Sensorik wird verzichtet, da diese für den Fachmann bekannt ist.On the representation of the regular operation of the refrigerant circuit 1 The necessary sensor technology is dispensed with, as this is known to the person skilled in the art.

Im AC-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1 wird das mittels des Kältemittelverdichters 3 verdichtete Kältemittel in Strömungsrichtung S bei geschlossenem Absperrventil A2 über das offene Absperrventil A1 in den Wärmeübertrager 2, nämlich über dessen ersten Kältemittelanschluss 2.10 geführt. Der Wärmeübertrager 2 wird zweiflutig durchströmt und verlässt den Wärmeübertrager 2 über dessen zweiten Kältemittelanschluss 2.20, wodurch das Kältemittel abkühlt bzw. abkühlt und kondensiert und Kondensationswärme an die Fahrzeugumgebung abgegeben wird. Das als Abschaltventil ausgebildete Ventilorgan 2.5 ist in diesem AC-Betriebsmodus geschlossen. In diesem AC-Betrieb wird der Wärmeübertrager 2 ganzflächig durchströmt.In AC operation of the refrigerant circuit 1 this is done by means of the refrigerant compressor 3 compressed refrigerant in the direction of flow S. with the shut-off valve closed A2 via the open shut-off valve A1 in the heat exchanger 2 , namely via its first refrigerant connection 2.10 guided. The heat exchanger 2 has a double flow and leaves the heat exchanger 2 via its second refrigerant connection 2.20 , whereby the refrigerant cools or cools and condenses and condensation heat is given off to the vehicle environment. The valve member designed as a shut-off valve 2.5 is closed in this AC operating mode. In this AC operation, the heat exchanger 2 flows through the entire surface.

Im AC-Betrieb wird somit der erste Kältemittelanschluss 2.10 als Kältemitteleinlass EAC und der zweite Kältemittelanschluss 2.20 als Kältemittelauslass AAC verwendet, so dass das Kältemittel zuerst über den Kältemitteleinlass EAC in die erste Flut 2.1 und anschließend durch die zweite Flut 2.2 strömt, bevor es über den Kältemittelauslass AAC den Wärmeübertrager 2 wieder verlässt.The first refrigerant connection is therefore used in AC operation 2.10 as a refrigerant inlet E AC and the second refrigerant connection 2.20 as a refrigerant outlet A AC used so the refrigerant is first through the refrigerant inlet E AC into the first tide 2.1 and then through the second flood 2.2 flows before it via the refrigerant outlet A AC the heat exchanger 2 again leaves.

Nach 2 und 4 ist dieser zweiflutige Wärmeübertrager 2 aus zwei parallelen und beabstandet zueinander angeordneten Sammelrohren, nämlich einem ersten Sammelrohr 2.01 und einem zweiten Sammelrohr 2.02 aufgebaut. Zwischen den beiden Sammelrohren 2.01 und 2.02 stellen Wärmeübertragerrohre 2.100 und 2.200 eine Fluidverbindung her. Die Aufteilung der Wärmeübertragerrohre in eine erste Flut 2.1 und eine zweite Flut 2.2 erfolgt mittels eines in dem ersten Sammelrohr 2.01 angeordneten Trennelementes 2.010. Damit bilden die Wärmeübertragerrohre 2.100 die erste Flut 2.1, welche mit dem ersten Kältemittelanschluss 2.10 verbunden ist, während die Wärmeübertragerrohre 2.200 die zweite Flut 2.2 bilden, die mit dem zweiten Kältemittelanschluss 2.20 verbunden ist.To 2 and 4th is this double-flow heat exchanger 2 of two parallel manifolds arranged at a distance from one another, namely a first manifold 2.01 and a second manifold 2.02 built up. Between the two manifolds 2.01 and 2.02 put heat exchanger tubes 2,100 and 2,200 establish a fluid connection. The division of the heat exchanger tubes into a first flood 2.1 and a second flood 2.2 takes place by means of one in the first manifold 2.01 arranged separating element 2.010 . This forms the heat exchanger tubes 2,100 the first flood 2.1 , which with the first refrigerant connection 2.10 connected while the heat exchanger tubes 2,200 the second tide 2.2 form that with the second refrigerant connection 2.20 connected is.

Damit fließt im AC-Betrieb das Kältemittel entsprechend den Pfeilen PAC über den ersten Kältemittelanschluss 2.10 als Kältemitteleinlass EAC zunächst durch die Wärmeübertragerrohre 2.100 der ersten Flut 2.1 und anschließend über das zweite Sammelrohr 2.02 in entgegengesetzter Richtung durch die Wärmeübertragerrohre 2.200 der zweiten Flut 2.2 zurück in das erste Sammelrohr 2.01 und verlässt den Wärmeübertrager 2 über den zweiten Kältemittelanschluss 2.20 als Kältemittelauslass AAC . In den 2 und 4 ist der Wärmeübertrager 2 schematisch mit einer asymmetrischen Rohrverteilung dargestellt. Bspw. beträgt die Aufteilung der ersten Flut 2.1 und der zweiten Flut 2.2 2/3 zu 1/3. Mit einer solchen asymmetrischen Rohrverteilung wird die beste Leistungsfähigkeit im AC-Betrieb erreicht.This means that the refrigerant flows according to the arrows in AC operation P AC via the first refrigerant connection 2.10 as a refrigerant inlet E AC first through the heat exchanger pipes 2,100 the first flood 2.1 and then via the second manifold 2.02 in the opposite direction through the heat exchanger tubes 2,200 the second flood 2.2 back into the first manifold 2.01 and leaves the heat exchanger 2 via the second refrigerant connection 2.20 as a refrigerant outlet A AC . In the 2 and 4th is the heat exchanger 2 shown schematically with an asymmetrical pipe distribution. For example, the division of the first flood is 2.1 and the second tide 2.2 2/3 to 1/3 . The best performance in AC operation is achieved with such an asymmetrical pipe distribution.

Nachdem das Kältemittel den Kältemittelauslass AAC des Wärmeübertragers 2 verlassen hat, wird es über den Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 8 und das offen gesteuerte Expansionsorgan 2.0 mittels der Expansionsorgane 5.0 und 6.0 in den Verdampfer 5 und/oder den Chiller 6 entspannt, um Wärme aus dem Fahrzeuginnenraum und Abwärme bspw. des Hochvoltspeichers aufzunehmen. Hierbei ist das Rückschlagventil R1 so geschaltet, dass eine Rückströmung in das Heizregister 7 und den Kältemittel-Kühlmittelwärmeübertrager 4 verhindert wird. Anschließend wird das Kältemittel über die Rückschlagventile R2 und R3, den Kältemittelsammler 9 sowie der Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 8 zum Kältemittelverdichter 3 zurückgeführt, wobei in Richtung des Rückschlagventils R4 kein Kältemittel strömen kann.After the refrigerant the refrigerant outlet A AC of the heat exchanger 2 it will be via the high pressure section of the internal heat exchanger 8th and the openly controlled expansion device 2.0 by means of the expansion organs 5.0 and 6.0 into the vaporizer 5 and / or the chiller 6th relaxed to absorb heat from the vehicle interior and waste heat, e.g. from the high-voltage storage system. Here is the check valve R1 switched so that a return flow into the heating register 7th and the refrigerant-to-coolant heat exchanger 4th is prevented. Then the refrigerant is released through the check valves R2 and R3 , the refrigerant collector 9 as well as the low pressure section of the internal heat exchanger 8th to the refrigerant compressor 3 returned, taking in the direction of the check valve R4 no refrigerant can flow.

Im Wärmepumpenbetrieb-Betrieb wird das von dem Kältemittelverdichter 3 verdichtete Kältemittel in Strömungsrichtung S bei geschlossenem Absperrventil A1 und offenem Absperrventil A2 über den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 und das Heizregister 7 mittels des Expansionsorgans 2.0 sowohl in den nachgeschalteten inneren Wärmeübertrager 8 als auch in den Wärmeübertrager 2 entspannt, der nunmehr als Wärmepumpenverdampfer arbeitet, indem das Kältemittel den Wärmeübertrager 2 ausschließlich über die zweite Flut 2.2 durchströmt. Hierzu dient der zweite Kältemittelanschluss 2.20 für das Kältemittel als Kältemitteleinlass, während ein dritter Kältemittelanschluss 2.30 als Kältemittelauslass AWP dient, über welchen das Kältemittel und anschließend über das als offenes Absperrventil ausgebildete Ventilorgan 2.5, das Rückschlagventil R4, den Kältemittelsammler 9 sowie den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 8 zum Kältemittelverdichter 3 zurückgeführt wird. Hierbei verhindern die beiden Rückschlagventile R2 und R3 ein Fluten des Verdampfers 5 und des Chillers 6 mit Kältemittel.In heat pump operation, this is done by the refrigerant compressor 3 compressed refrigerant in the direction of flow S. with the shut-off valve closed A1 and open shut-off valve A2 via the refrigerant-coolant heat exchanger 4th and the heating register 7th by means of the expansion organ 2.0 both in the downstream internal heat exchanger 8th as well as in the heat exchanger 2 relaxed, which now works as a heat pump evaporator by the refrigerant the heat exchanger 2 only over the second tide 2.2 flows through. The second refrigerant connection is used for this 2.20 for the refrigerant as a refrigerant inlet, while a third refrigerant connection 2.30 as a refrigerant outlet A WP serves, via which the refrigerant and then via the valve element designed as an open shut-off valve 2.5 , the check valve R4 , the refrigerant collector 9 and the low pressure section of the internal heat exchanger 8th to the refrigerant compressor 3 is returned. The two check valves prevent this R2 and R3 a flooding of the evaporator 5 and the chiller 6th with refrigerant.

Nach 2 und nach 4 dient also im Wärmepumpen-Betrieb der zweite Kältemittelanschluss 2.20 als Kältemitteleinlass EWP , so dass Kältemittel vom zweiten Kältemittelanschluss 2.20 nur in die zweite Flut 2.2 einströmen kann. Nachdem das Kältemittel die zweite Flut 2.2 durchströmt hat, wird es aus dem zweiten Sammelrohr 2.02 über den dritten Kältemittelanschluss 2.30 als Kältemittelauslass AWP und das geöffnete Ventilorgan 2.5 zum Eintritt des Kältemittelverdichters 3 zurückgeführt. Der Kältemittelfluss im Wärmepumpenbetrieb-Betrieb ist in 2 und in 4 schematisch mit den Pfeilen PWP angedeutet. Der dritte Kältemittelanschluss 2.30 ist in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) im Bereich der zweiten Flut 2.2 angeordnet, so dass in der Durchströmung des Wärmeübertragers 2 ausschließlich über die zweite Flut 2.2 im Wärmepumpen-Betrieb kein Öl in undurchströmte Abschnitte, insbesondere in die erste Flut 2.1 durch Schwerkrafteffekte gelangen kann und damit temporär dem Kältemittelkreislauf 1 nicht zur Verfügung stehen kann.To 2 and after 4th The second refrigerant connection is used in heat pump operation 2.20 as a refrigerant inlet E WP so that refrigerant from the second refrigerant connection 2.20 only in the second tide 2.2 can flow in. After the refrigerant the second flood 2.2 has flowed through, it is from the second manifold 2.02 via the third refrigerant connection 2.30 as a refrigerant outlet A WP and the open valve member 2.5 to the inlet of the refrigerant compressor 3 returned. The refrigerant flow in heat pump operation is in 2 and in 4th schematically with the arrows P WP indicated. The third refrigerant connection 2.30 is in the vertical direction of the vehicle (z-direction) Second flood area 2.2 arranged so that in the flow through the heat exchanger 2 only over the second tide 2.2 In heat pump operation, no oil in sections with no flow, especially in the first flood 2.1 can get through the effects of gravity and thus temporarily the refrigerant circuit 1 may not be available.

Dieser Wärmeübertrager 2 gemäß den 1 und 2 wird im Wärmepumpen-Betrieb druckverlustoptimiert ausschließlich über die zweite Flut 2.2 durchströmt. Für eine weitere Optimierung des Wärmepumpen-Betriebs ist es lediglich erforderlich, dass der Niederdruckzweig des Kältemittelkreislaufs 1, also die Leitungsabschnitte stromaufwärts des Expansionsorgans 2.0 bis zum niederdruckseitigen Eingang des Kältemittelverdichters 3 hinsichtlich der Leitungs- und Strömungsquerschnitte auf Niederdruckdimension angepasst sind. Gleiches gilt für die Leitungsdimensionen stromabwärts vom dritten Kältemittelanschluss 2.30 bis inklusive des Leitungsabschnitts stromabwärts vom Rückschlagventil R4. Die Kältemittelanschlüsse 2.10 und 2.20 des Wärmeübertragers 2 können auf Optimalmaß für den AC-Betrieb ausgelegt werden.This heat exchanger 2 according to the 1 and 2 is pressure loss-optimized in heat pump operation exclusively via the second flow 2.2 flows through. For a further optimization of the heat pump operation, it is only necessary that the low-pressure branch of the refrigerant circuit 1 , so the line sections upstream of the expansion member 2.0 up to the low-pressure side inlet of the refrigerant compressor 3 are adapted to the low-pressure dimension with regard to the line and flow cross-sections. The same applies to the pipe dimensions downstream of the third refrigerant connection 2.30 up to and including the line section downstream of the check valve R4 . The refrigerant connections 2.10 and 2.20 of the heat exchanger 2 can be designed to the optimum for AC operation.

Die mittels des Wärmeübertragers 2 aufgenommene Wärme wird gemeinsam mit der vom Kältemittelverdichter 3 ins System eingetragenen Energie zum einen indirekt über den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4, der über einen eine Kühlmittelpumpe 4.2 aufweisenden Heizungskreislauf 4.0 mit dem Heizungswärmeübertrager 4.1 thermisch gekoppelt ist, und zum anderen direkt mittels des Heizregisters 7 an den in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom übertragen. Der Verdampfer 5, das Heizregister 7 sowie der Heizungswärmeübertrager 4.1 sind in einem Klimagerät 1.1 der Kälteanlage 10 angeordnet.The means of the heat exchanger 2 The heat absorbed is shared with that of the refrigerant compressor 3 Energy introduced into the system on the one hand indirectly via the refrigerant-coolant heat exchanger 4th that has a coolant pump 4.2 having heating circuit 4.0 with the heating heat exchanger 4.1 is thermally coupled, and on the other hand directly by means of the heating register 7th transferred to the supply air flow directed into the vehicle interior. The evaporator 5 , the heating register 7th as well as the heating heat exchanger 4.1 are in an air conditioner 1.1 the refrigeration system 10 arranged.

Der Leitungsabschnitt mit dem Absperrventil A3 des Kältemittelkreislaufs 1 ist ein Absaugleitungsabschnitt, der den Leitungsabschnitt zwischen dem Absperrventil A2 und dem Rückschlagventil R1 mit dem Leitungsabschnitt zwischen dem Ventilorgan 2.5 und dem Rückschlagventil R4 verbindet.The line section with the shut-off valve A3 of the refrigerant circuit 1 is a suction line section, which is the line section between the shut-off valve A2 and the check valve R1 with the line section between the valve member 2.5 and the check valve R4 connects.

Der Unterschied zwischen dem Kältemittelkreislauf 1 gemäß 1 und dem Kältemittelkreislauf 1 gemäß 3 und damit übereinstimmend auch der Unterschied zwischen dem Wärmeübertrager 2 gemäß 2 und dem Wärmeübertrager 2 gemäß 4 besteht darin, dass der erste Kältemitteleinlass 2.10 des Wärmeübertragers 2 mit dessen zweiten Kältemitteleinlass 2.20 über ein als Absperrventil ausgeführtes steuerbares Absperrorgan 2.4 fluidverbunden ist.The difference between the refrigerant circuit 1 according to 1 and the refrigerant circuit 1 according to 3 and accordingly also the difference between the heat exchanger 2 according to 2 and the heat exchanger 2 according to 4th is that the first refrigerant inlet 2.10 of the heat exchanger 2 with its second refrigerant inlet 2.20 via a controllable shut-off device designed as a shut-off valve 2.4 is fluid-connected.

Im AC-Betrieb ist dieses Absperrorgan 2.4 gesperrt, so dass Kältemittel bei Eintritt in die erste Flut 2.1 nicht gleichzeitig in die zweite Flut 2.2 eintreten kann.This shut-off device is in AC operation 2.4 locked so that refrigerant when entering the first flood 2.1 not at the same time in the second tide 2.2 can occur.

Bei dem Kältemittelkreislauf 1 gemäß 3 mit dem zugehörigen Wärmeübertrager 2 kann im Wärmepumpen-Betrieb dieser entweder teilflächig, also ausschließlich über die zweite Flut 2.2 durchströmt oder einflutig, also ganzflächig durchströmt werden, indem die erste und zweite Flut 2.1 und 2.2 des Wärmeübertragers 2 von dem Kältemittel parallel in gleicher Richtung durchströmt werden. Hierzu wird das Absperrorgan 2.4, bspw. mittels einer Steuereinheit in dessen geöffneten Zustand gesteuert, so dass über den zweiten Kältemittelanschluss 2.20 als Kältemitteleinlass EWP für den Wärmepumpen-Betrieb das Kältemittel über dieses Absperrorgan 2.4 zusätzlich auch in die erste Flut 2.1 strömen kann. Das Kältemittel wird in dem zweiten Sammelrohr 2.02 zusammen mit dem Kältemittel aus der zweiten Flut 2.2 gesammelt und von dort über den dritten Kältemittelanschluss 2.30 als Kältemittelauslass AWP über das geöffnete Ventilorgan 2.5 in Richtung des Kältemittelsammlers 9 des Kältemittelkreislaufs 1 abgeführt.With the refrigerant circuit 1 according to 3 with the associated heat exchanger 2 In heat pump operation, this can either be over part of the area, i.e. exclusively via the second flood 2.2 flows through or single-flow, that is to say flow through the entire surface, by the first and second flow 2.1 and 2.2 of the heat exchanger 2 be flowed through by the refrigerant in parallel in the same direction. The shut-off device is used for this purpose 2.4 , for example. Controlled in its open state by means of a control unit, so that via the second refrigerant connection 2.20 as a refrigerant inlet E WP for the heat pump operation, the refrigerant via this shut-off device 2.4 also in the first tide 2.1 can flow. The refrigerant is in the second manifold 2.02 together with the refrigerant from the second flood 2.2 collected and from there via the third refrigerant connection 2.30 as a refrigerant outlet A WP via the open valve member 2.5 towards the refrigerant receiver 9 of the refrigerant circuit 1 discharged.

Mit diesem Absperrorgan 2.4 ist es möglich, im Wärmepumpen-Betrieb des Wärmeübertragers 2 zwischen der ausschließlichen Durchströmung der zweiten Flut 2.2 mit reduzierter Wärmeübertragungsfläche des Wärmeübertragers 2 mit der Umgebungsluft und der einflutigen, also ganzflächigen Durchströmung parallel über die erste und zweite Flut 2.1 und 2.2 zu wechseln, wobei in dieser Variante der einflutigen Durchströmung die maximale Wärmeübertragungsfläche des Wärmeübertragers 2 zur Verfügung steht.With this shut-off device 2.4 it is possible to use the heat exchanger in heat pump mode 2 between the exclusive flow of the second flood 2.2 with reduced heat transfer surface of the heat exchanger 2 with the ambient air and the single-flow, i.e. all-over flow, parallel over the first and second flow 2.1 and 2.2 to change, with the maximum heat transfer area of the heat exchanger in this variant of the single-flow throughflow 2 is available.

Die flächenreduzierte Durchströmung des Wärmeübertragers 2 im Wärmepumpen-Betrieb wird dann gewählt, wenn seitens einer Steuereinheit nur eine geringe Wärmeaufnahme aus der Umgebung erforderlich ist. Falls die reduzierte Wärmeübertragungsfläche bei ausschließlicher Durchströmung der zweiten Flut 2.2 generell ausreichend ist, wird auf die Verbindungsleitung des ersten und zweiten Kältemittelanschlusses 2.10 und 2.20 mit dem Absperrorgan 2.4 verzichtet, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist.The area-reduced flow through the heat exchanger 2 in heat pump operation is selected when a control unit only requires a small amount of heat to be absorbed from the environment. If the reduced heat transfer area with only flow through the second flood 2.2 is generally sufficient, is on the connecting line of the first and second refrigerant connection 2.10 and 2.20 with the shut-off device 2.4 waived like this in the 1 and 2 is shown.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 10Refrigerant circuit of the refrigeration system 10
1.11.1
Klimagerät Air conditioner
22
Wärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs 1Heat exchanger of the refrigerant circuit 1
2.02.0
Expansionsorgan des Kältemittelkreislaufs 1Expansion device of the refrigerant circuit 1
2.012.01
erstes Sammelrohr des Wärmeübertragers 2first header pipe of the heat exchanger 2
2.0102.010
Trennelement des ersten Sammelrohrs 2.01Separating element of the first manifold 2.01
2.022.02
zweites Sammelrohr des Wärmeübertragers 2second header pipe of the heat exchanger 2
2.12.1
erste Flut des Wärmeübertragers 2first flood of the heat exchanger 2
2.102.10
erster Kältemittelanschluss der ersten Flut 2.1first refrigerant connection of the first flood 2.1
2.1002,100
Wärmeübertragerrohre der ersten Flut 2.1First flood heat exchanger tubes 2.1
2.22.2
zweite Flut des Wärmeübertragers 2second flood of the heat exchanger 2
2.202.20
zweiter Kältemittelanschluss der zweiten Flut 2.2second refrigerant connection of the second flood 2.2
2.2002,200
Wärmeübertragerrohre der zweiten Flut 2.2Second flow heat exchanger tubes 2.2
2.302.30
dritter Kältemittelanschlussthird refrigerant connection
2.42.4
AbsperrorganShut-off device
2.52.5
Ventilorgan Valve element
33
Kältemittelverdichter des Kältemittelkreislaufs 1 Refrigerant compressor of the refrigerant circuit 1
44th
Kältemittel-Kühlmittelwärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs 1Refrigerant coolant heat exchanger of the refrigerant circuit 1
4.04.0
HeizungskreislaufHeating circuit
4.14.1
Heizungswärmeübertrager des Kältemittelkreislaufs 1Heating heat exchanger of the refrigerant circuit 1
4.24.2
Kühlmittelpumpe Coolant pump
55
Verdampfer des Kältemittelkreislaufs 1Refrigerant circuit evaporator 1
5.05.0
Expansionsorgan des Kältemittelkreislaufs 1 Expansion device of the refrigerant circuit 1
66th
Chiller des Kältemittelkreislaufs 1Refrigerant circuit chiller 1
6.06.0
Expansionsorgan des Kältemittelkreislaufs 1 Expansion device of the refrigerant circuit 1
77th
Heizregister des Kältemittelkreislaufs 1 Refrigerant circuit heating register 1
88th
innerer Wärmeübertragerinternal heat exchanger
99
Kältemittelsammler Refrigerant collector
1010
Kälteanlage eines Fahrzeugs Refrigeration system of a vehicle
AACAAC
Kältemittelauslass im AC-BetriebRefrigerant outlet in AC operation
AWPAWP
Kältemittelauslass im Wärmepumpen-BetriebRefrigerant outlet in heat pump operation
EACEAC
Kältemitteleinlass immer AC-BetriebRefrigerant inlet always AC operation
EWPEWP
Kältemitteleinlass Wärmepumpen-Betrieb Refrigerant inlet heat pump operation
A1 bis A3A1 to A3
AbsperrventileShut-off valves
R1 bis R4R1 to R4
RückschlagventileCheck valves
PACPAC
Pfeil für Kältemittelfluss im AC-BetriebArrow for refrigerant flow in AC operation
PWPPWP
Pfeil für Kältemittelfluss Wärmepumpen-BetriebArrow for refrigerant flow heat pump operation
SS.
Strömungsrichtung des Kältemittelkreislaufs 1Direction of flow of the refrigerant circuit 1

Claims (6)

Kälteanlage (10) für ein Fahrzeug mit einem einen zweiflutigen Wärmeübertrager (2) aufweisenden Kältemittelkreislauf (1), wobei der zweiflutige Wärmeübertrager (2) als Kältemittelkondensator oder Gaskühler für einen Kälteanlagen-Betrieb oder als Luftwärmepumpenverdampfer für einen Wärmepumpen-Betrieb betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Flut (2.1) des Wärmeübertragers (2) einen ersten Kältemittelanschluss (2.10) und die in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) unterhalb der ersten Flut (2.1) angeordnete zweite Flut (2.2) des Wärmeübertragers (2) einen zweiten Kältemittelanschluss (2.20) aufweist, wobei für die zweiflutige Durchströmung des Wärmeübertragers im Kälteanlagen-Betrieb der erste Kältemittelanschluss (2.10) ein Kältemitteleinlass (EAc) und der zweite Kältemittelanschluss (2.20) ein Kältemittelauslass (AAC) ist, - der Wärmeübertrager (2) zur ausschließlichen Durchströmung der zweiten Flut (2.2) im Wärmepumpen-Betrieb einen mit der zweiten Flut (2.2) verbundenen und im Bereich der zweiten Flut (2.2) angeordneten dritten Kältemittelanschluss (2.30) als Kältemittelauslass (AWP) der zweiten Flut (2.2) aufweist, und - der dritte Kältemittelanschluss (2.30) mit einem Ventilorgan (2.5) zur Steuerung des aus dem Wärmeübertrager (2) austretenden Kältemittels fluidverbunden ist.Refrigeration system (10) for a vehicle with a refrigerant circuit (1) having a double-flow heat exchanger (2), the double-flow heat exchanger (2) being operable as a refrigerant condenser or gas cooler for a refrigeration system operation or as an air heat pump evaporator for a heat pump operation, characterized in that that - the first flow (2.1) of the heat exchanger (2) has a first refrigerant connection (2.10) and the second flow (2.2) of the heat exchanger (2) arranged in the vertical direction of the vehicle (z-direction) below the first flow (2.1) has a second refrigerant connection (2.20), the first refrigerant connection (2.10) being a refrigerant inlet (E Ac ) and the second refrigerant connection (2.20) being a refrigerant outlet (A AC ) for the double-flow flow through the heat exchanger in the refrigeration system operation, - the heat exchanger (2) for exclusive flow through the second tide (2.2) in heat pump operation a verbun with the second tide (2.2) which and in the area of the second flow (2.2) arranged third refrigerant connection (2.30) as the refrigerant outlet (A WP ) of the second flow (2.2), and - the third refrigerant connection (2.30) with a valve member (2.5) for controlling the heat exchanger (2) escaping refrigerant is fluidly connected. Kälteanlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kältemittelanschluss (2.10) und der zweite Kältemittelanschluss (2.20) über ein steuerbares Absperrorgan (2.4) derart fluid-verbindbar sind, dass im Wärmepumpen-Betrieb bei geschlossenem Absperrorgan (2.4) ausschließlich die zweite Flut (2.2) durchströmbar ist und bei offenem Absperrorgan (2.4) sowohl die erste Flut (2.1) als auch die zweite Flut (2.2) parallel durchströmbar sind.Refrigeration system (10) Claim 1 , characterized in that the first refrigerant connection (2.10) and the second refrigerant connection (2.20) can be fluidly connected via a controllable shut-off element (2.4) in such a way that, in heat pump operation with the shut-off element (2.4) closed, only the second flow (2.2) can flow through and with the shut-off element (2.4) open, both the first flow (2.1) and the second flow (2.2) can flow through in parallel. Wärmeübertrager (2) für eine Kälteanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend - ein erstes Sammelrohr (2.01) und ein zweites Sammelrohr (2.02), welche beabstandet zueinander ausgerichtet sind, - Wärmeübertragerrohre (2.100, 2.200) zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen den Sammelrohren (2.01, 2.02),. - ein in dem ersten Sammelrohr (2.01) angeordnetes Trennelement (2.010) zur Unterteilung der Wärmeübertragerrohre (2.100, 2.200) in eine erste und eine zweite Flut (2.1, 2.2), wobei das erste Sammelrohr (2.01) einen ersten Kältemittelanschluss (2.10) für die erste Flut (2.1) und einen zweiten Kältemittelanschluss (2.20) für die zweite Flut (2.2) aufweist, und - einen mit dem zweiten Sammelrohr (2.02) verbundener dritter Kältemittelanschluss (2.30), welcher im Bereich der zweiten Flut (2.2) angeordnet ist.Heat exchanger (2) for a refrigeration system (10) according to one of the preceding claims, comprising - a first collecting pipe (2.01) and a second collecting pipe (2.02) which are aligned at a distance from one another, - heat exchanger pipes (2.100, 2.200) for establishing a fluid connection between the collecting pipes (2.01, 2.02) ,. - A separating element (2.010) arranged in the first header tube (2.01) for dividing the heat exchanger tubes (2.100, 2200) into a first and a second channel (2.1, 2.2), the first header tube (2.01) having a first refrigerant connection (2.10) for the first flow (2.1) and a second refrigerant connection (2.20) for the second flow (2.2), and - a third refrigerant connection (2.30) connected to the second manifold (2.02), which is arranged in the area of the second flow (2.2) . Wärmeübertrager nach Anspruch 3, bei welchem die zweite Flut (2.2) in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) unterhalb der ersten Flut (2.1) angeordnet ist.Heat exchanger after Claim 3 , in which the second tide (2.2) is arranged in the vertical direction of the vehicle (z-direction) below the first tide (2.1). Verfahren zum Betreiben einer gemäß Anspruch 1 und 3 oder 4 ausgebildeten Kälteanlage (10) mit einem einen zweiflutigen Wärmeübertrager (2) aufweisenden Kältemittelkreislauf (1), bei welchem - zur Durchführung eines Kälteanlagen-Betriebs der Wärmeübertrager (2) zweiflutig zunächst über eine erste Flut (2.1) und anschließend über eine zweite Flut (2.2) des Wärmeübertragers (2) mit Kältemittel durchströmt wird, und - zur Durchführung eines Luftwärmepumpen-Betriebs der Wärmeübertrager (2) ausschließlich über die zweite Flut (2.2) durchströmt wird.Method for operating a according to Claim 1 and 3 or 4th trained refrigeration system (10) with a double-flow heat exchanger (2) having refrigerant circuit (1), in which - to carry out a refrigeration system operation, the heat exchanger (2) has two flows, initially via a first flow (2.1) and then over a second flow (2.2 ) of the heat exchanger (2) is flowed through with refrigerant, and - to carry out an air heat pump operation, the heat exchanger (2) is flowed through exclusively via the second flow (2.2). Verfahren zum Betreiben einer gemäß Anspruch 2 und 3 oder 4 ausgebildeten Kälteanlage (10) mit einem einen zweiflutigen Wärmeübertrager (2) aufweisenden Kältemittelkreislauf (1), bei welchem - zur Durchführung eines Kälteanlagen-Betriebs der Wärmeübertrager (2) zweiflutig zunächst über eine erste Flut (2.1) und anschließend über eine zweite Flut (2.2) des Wärmeübertragers (2) mit Kältemittel durchströmt wird, und - zur Durchführung eines Wärmepumpen-Betriebs der Wärmeübertrager (2) entweder ausschließlich über die zweite Flut (2.2) durchströmt wird oder einflutig parallel über die erste Flut (2.1) und die zweite Flut (2.2) durchströmt wird, wobei ein den ersten Kältemitteleinlass (2.10) und den zweiten Kältemitteleinlass (2.20) verbindendes steuerbares Absperrorgan zur Durchströmung des Wärmeübertragers (2) ausschließlich über die zweite Flut (2.2) gesperrt und zur parallelen Durchströmung der ersten und zweiten Flut (2.1, 2.2) des Wärmeübertragers (2) geöffnet wird.Method for operating a according to Claim 2 and 3 or 4th trained refrigeration system (10) with a double-flow heat exchanger (2) having refrigerant circuit (1), in which - to carry out a refrigeration system operation, the heat exchanger (2) has two flows, initially via a first flow (2.1) and then over a second flow (2.2 ) of the heat exchanger (2) is flowed through with refrigerant, and - to carry out a heat pump operation, the heat exchanger (2) is either flowed through exclusively via the second flow (2.2) or single flow parallel over the first flow (2.1) and the second flow ( 2 , 2.2) of the heat exchanger (2) is opened.
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