DE102018221281A1 - Refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit that can be operated for a refrigeration system operation and a heat pump operation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage (1) für ein Fahrzeug mit einem für einen Kälteanlagen-Betrieb und einen Wärmepumpenbetrieb betreibbaren Kältemittelkreislauf (2) und umfasst einen Verdampferzweig (3.1) mit einem zur Konditionierung eines dem Fahrzeuginnenraum zugeführten Zuluftstroms (L) eingesetzten Verdampfer (3) und einem dem Verdampfer (3) zugeordneten Expansionsorgan (AE1), einen Kältemittelverdichter (5), einen äußeren Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager (6) als Kältemittelkondensator oder Gaskühler, einen Heizzweig (2.2) mit einem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager (4), mit welchem der dem Fahrzeuginnenraum zugeführte Zuluftstrom (L) im Wärmepumpenbetrieb erwärmbar ist, wenigstens eine Wärmequelle (5, 6, 9) deren Wärme im Wärmepumpenbetrieb mittels des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers (4) auf den Zuluftstrom (L) übertragbar ist, und einen Speicherwärmeübertrager (7) mit wenigstens einer wärmespeicherndes Fluid aufnehmenden und geschlossenen Kammer, wobei zur Übertragung von Wärme aus dem Heizzweig (2.2) auf den Speicherwärmeübertrager (7) derselbe mit dem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager (4) des Heizzweiges (2.2) thermisch gekoppelt ist. Weiter ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass anstelle des Wärmespeichertauschers (7.1) ein in einem Kühlmittelkreislauf (8.0) angeordnetes Wärmespeicherregister (8) vorgesehen ist.The invention relates to a refrigeration system (1) for a vehicle with a refrigerant circuit (2) that can be operated for a refrigeration system operation and a heat pump operation, and comprises an evaporator branch (3.1) with an evaporator (3) used to condition a supply air flow (L) supplied to the vehicle interior. and an expansion element (AE1) assigned to the evaporator (3), a refrigerant compressor (5), an external air-refrigerant heat exchanger (6) as a refrigerant condenser or gas cooler, a heating branch (2.2) with an air-refrigerant heat exchanger (4), with which the supply air flow (L) supplied to the vehicle interior can be heated in heat pump operation, at least one heat source (5, 6, 9) whose heat in heat pump operation can be transferred to the supply air flow (L) by means of the air-refrigerant heat exchanger (4), and one Storage heat exchanger (7) with at least one heat-storing fluid-absorbing and closed chamber, wherein for the transfer of W arms from the heating branch (2.2) on the storage heat exchanger (7) which is thermally coupled to the air-refrigerant heat exchanger (4) of the heating branch (2.2). It is further provided according to the invention that instead of the heat storage exchanger (7.1), a heat storage register (8) arranged in a coolant circuit (8.0) is provided.
Description
Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem für einen Kälteanlagen-Betrieb und einen Wärmepumpenbetrieb betreibbaren Kältemittelkreislauf.The invention relates to a refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit that can be operated for a refrigeration system operation and a heat pump operation.
Es ist bekannt, dass Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge mit einer Klimaanlage ausgestattet werden, die in einem Kühlbetrieb als auch in einem Heiz- bzw. Wärmepumpenbetrieb betrieben werden können. Im Kühlbetrieb ist der Kältemittelkreislauf so geführt, dass der Reihe nach in Fließrichtung des Kältemittels ein Kältemittelverdichter, ein mit einem Kühlerlüfter in Wirkverbindung stehender äußerer Kondensator oder Gaskühler, ein Expansionsventil und ein Innenraum-Verdampfer durchströmt werden, wobei der Innenraum-Verdampfer Teil eines Klimagerätes des Fahrzeugs ist, welches neben dem Innenraumverdampfer ein Heizregister für den Wärmepumpenbetrieb aufweist. Ein durch das Klimagerät geführter Zuluftstrom wird für den Fahrzeuginnenraum mittels des Innenraum-Verdampfers und dem Heizregister konditioniert. Anstelle des Heizregisters kann auch ein Luft-Wasser-Wärmeübertrager in dem Klimagerät angeordnet werden, welcher über einen Wasserkreislauf bspw. mit einer Brennkraftmaschine zur Übertragung dessen Abwärme auf den Zuluftstrom thermisch gekoppelt ist.It is known that vehicles, in particular motor vehicles, are equipped with an air conditioning system which can be operated in a cooling mode as well as in a heating or heat pump mode. In cooling mode, the refrigerant circuit is designed so that a refrigerant compressor, an external condenser or gas cooler that is operatively connected to a cooling fan, an expansion valve and an interior evaporator are flowed through in the direction of flow of the refrigerant, the interior evaporator being part of an air conditioning unit of the Vehicle, which has a heating register for heat pump operation in addition to the interior evaporator. A supply air flow led through the air conditioning unit is conditioned for the vehicle interior by means of the interior evaporator and the heating register. Instead of the heating register, an air-water heat exchanger can also be arranged in the air conditioning device, which is thermally coupled via a water circuit, for example, to an internal combustion engine for transferring its waste heat to the supply air flow.
Elektrifizierte Fahrzeuge benötigen neben mindestens einem Innenraum-Verdampfer einen separaten Kühlmittelkreislauf zur Konditionierung und Temperierung des in der Regel als Hochvoltbatterie realisierten Energiespeichers. Ein solcher Kühlmittelkreislauf wird mittels eines Wärmeübertragers mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt, wobei ein solcher Wärmeübertrager seinerseits ebenfalls als Verdampfer zum Kühlen eines Luftstromes bzw. als sogenannter Chiller zum Kühlen von Wasser ausgebildet ist. Ein solcher Wärmeübertrager wird neben dem äußeren Kondensator oder Gaskühler auch als Wärmequelle zur Realisierung einer Wärmepumpenfunktion eingesetzt.In addition to at least one interior evaporator, electrified vehicles require a separate coolant circuit for conditioning and temperature control of the energy store, which is generally implemented as a high-voltage battery. Such a coolant circuit is coupled to the refrigerant circuit by means of a heat exchanger, such a heat exchanger in turn also being designed as an evaporator for cooling an air stream or as a so-called chiller for cooling water. In addition to the external condenser or gas cooler, such a heat exchanger is also used as a heat source for realizing a heat pump function.
Ferner ist es bekannt, dass je nach Zuheizbedarf in einer Klimaanlage ein elektrischer Zuheizer auf Basis einer Niedervolt-Bordspannung von bspw. 12V oder 48V oder auf der Basis einer Hochvoltspannung von 200V bis 1kV eingesetzt wird.Furthermore, it is known that, depending on the heating requirement in an air conditioning system, an electrical auxiliary heater based on a low-voltage on-board voltage of, for example, 12V or 48V or on the basis of a high-voltage voltage of 200V to 1kV is used.
Wird ein mittels einer Wärmepumpe mit Wärme versorgtes Heizregister ohne einen aktiven elektrischen Zuheizer betrieben, so besteht die Gefahr, dass bei kurzzeitigen Abschaltungen der Wärmepumpe und damit auch des Heizregisters von bspw. 3 oder mehr Sekunden eine schnelle Absenkung der Temperatur des in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstroms auftreten kann, die zu Komforteinbußen führt.If a heating register supplied with heat by means of a heat pump is operated without an active electrical auxiliary heater, there is a risk that if the heat pump and thus the heating register are briefly switched off, for example 3 or more seconds, the temperature of the supply air flow led into the vehicle interior will drop quickly can occur, which leads to loss of comfort.
Aus der
Die
Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem für einen Kälteanlagen-Betrieb und einen Wärmepumpenbetrieb betreibbaren Kältemittelkreislauf anzugeben, mit welchem eine kurzzeitige Absenkung der Temperatur eines dem Fahrzeuginnenraum zugeführten Zuluftstroms verhindert, zumindest jedoch gedämpft wird.The object of the present invention is to provide a refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit that can be operated for a refrigeration system operation and a heat pump operation, with which a brief drop in the temperature of a supply air flow supplied to the vehicle interior is prevented, but at least is damped.
Diese Aufgabe wird durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und den Merkmalen des Patentanspruches 9 gelöst.This object is achieved by a refrigeration system with the features of
Eine solche Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem für einen Kälteanlagen-Betrieb und einen Wärmepumpenbetrieb betreibbaren Kältemittelkreislauf umfasst gemäß der erstgenannten Lösung:
- - einen Verdampferzweig mit einem zur Konditionierung eines dem Fahrzeuginnenraum zugeführten Zuluftstroms eingesetzten Verdampfer und ein dem Verdampfer zugeordnetes Expansionsorgan,
- - einen Kältemittelverdichter,
- - einen äußeren Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager als Kältemittelkondensator oder Gaskühler,
- - einen Heizzweig mit einem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager, mit welchem der dem Fahrzeuginnenraum zugeführte Zuluftstrom im Wärmepumpenbetrieb erwärmbar ist,
- - wenigstens eine Wärmequelle, deren Wärme im Wärmepumpenbetrieb mittels des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers auf den Zuluftstrom übertragbar ist, und
- -einen Speicherwärmeübertragermit wenigstens einer ein wärmespeicherndes Fluid aufnehmenden und geschlossenen Kammer, wobei zur Übertragung von Wärme aus dem Heizzweig auf den Speicherwärmeübertrager derselbe mit dem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager des Heizzweiges thermisch gekoppelt ist.
- an evaporator branch with an evaporator used to condition a supply air flow supplied to the vehicle interior and an expansion element assigned to the evaporator,
- - a refrigerant compressor,
- - an external air-refrigerant heat exchanger as a refrigerant condenser or gas cooler,
- a heating branch with an air-refrigerant heat exchanger, with which the supply air flow supplied to the vehicle interior can be heated in the heat pump mode,
- - At least one heat source, the heat of which can be transferred to the supply air flow in the heat pump mode by means of the air / refrigerant heat exchanger, and
- a storage heat exchanger with at least one chamber which receives and stores a heat-storing fluid, the same being thermally coupled to the air-refrigerant heat exchanger of the heating branch for the transfer of heat from the heating branch to the storage heat exchanger.
Zur Wärmepufferung wird bei dieser erfindungsgemäßen Kälteanlage ein in einem Speicherwärmeübertrager hermetisch eingeschlossenes Speichermedium eingesetzt, welches mit dem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager als Heizregister des Heizzweiges thermisch gekoppelt ist. So ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass der Speicherwärmeübertrager im Zuluftstrom stromabwärts des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers angeordnet ist. Damit wird bei aktivem Wärmepumpen- oder auch Reheatbetrieb der von dem Heizregister erwärmte Zuluftstrom über den Speicherwärmeübertrager geführt und damit mit Wärme „geladen“. Mit dem Abschalten der Wärmepumpe und damit der Reduktion des Volumenstroms durch oder dem Beendigen der Durchströmung des Heizregisters mit Kältemittel fällt die Temperatur des Zuluftstromes ab, infolgedessen das wärmegeladene Speichermedium des Speicherwärmeübertragers durch eine fortsetzende Erwärmung des Zuluftstromes entladen wird. Damit kann eine kurzzeitige Absenkung der Temperatur des Zuluftstromes ausgeglichen, zumindest aber gedämpft werden und hierdurch eine Komforteinbuße für Fahrzeuginsassen gering gehalten oder auch vermieden werden.For heat buffering, in this refrigeration system according to the invention, a storage medium which is hermetically enclosed in a storage heat exchanger is used and which is thermally coupled to the air / refrigerant heat exchanger as the heating register of the heating branch. According to a further development, it is provided that the storage heat exchanger is arranged in the supply air flow downstream of the air / refrigerant heat exchanger. This means that when the heat pump or reheat mode is active, the supply air flow heated by the heating register is routed via the storage heat exchanger and thus "charged" with heat. When the heat pump is switched off and thus the volume flow is reduced due to or the flow of refrigerant through the heating register, the temperature of the supply air flow drops, as a result of which the heat-charged storage medium of the storage heat exchanger is discharged due to continued heating of the supply air flow. A short-term lowering of the temperature of the supply air flow can thus be compensated for, or at least dampened, and a loss of comfort for vehicle occupants can thereby be kept low or avoided.
Der Speicherwärmeübertrager kann auch mit mehreren abgeschlossenen Kammern, die bspw. als Flachrohre ausgeführt sind, aufgebaut werden. Bei einer seriellen Anordnung des Speicherwärmeübertragers im Zuluftstrom stromabwärts des Heizregisters fluchten bspw. die Flachrohre des Wärmespeichertauschers mit den Flachrohren des Heizregisters. Zwischen den Flachrohren des Wärmespeichertauschers als auch des Heizregisters sind im Idealfall Wellenrippen vorgesehen.The storage heat exchanger can also be constructed with several closed chambers, which are designed, for example, as flat tubes. With a serial arrangement of the storage heat exchanger in the supply air flow downstream of the heating register, for example, the flat tubes of the heat storage exchanger are aligned with the flat tubes of the heating register. Ideally, corrugated fins are provided between the flat tubes of the heat storage exchanger and the heating register.
Die thermische Kopplung zwischen dem Speicherwärmeübertrager und dem Luft-Kältemittel-Wärmetauscher als Heizregister mittels des Zuluftstroms kann zusätzlich auch dadurch realisiert werden, dass der Speicherwärmeübertrager nicht räumlich getrennt vom Heizregister angeordnet, sondern in das Heizregister ohne räumliche Trennung integriert ist und somit ein Zusammenbauteil entsteht, bei welchem die thermische Kopplung zusätzlich zur luftseitigen Wärmekopplung als bauteilseitige Wärmekopplung über den mechanischen Kontakt des Speicherwärmeübertrager mit dem Heizregister erfolgt.The thermal coupling between the storage heat exchanger and the air-refrigerant heat exchanger as a heating register by means of the supply air flow can also be realized in that the storage heat exchanger is not spatially separated from the heating register, but is integrated in the heating register without spatial separation and thus an assembly part is created, in which the thermal coupling takes place in addition to the air-side heat coupling as a component-side heat coupling via the mechanical contact of the storage heat exchanger with the heating register.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
- - der Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager des Heizzweiges mit wenigstens zwei Heizregister-Abschnitten ausgebildet ist, und
- - der Speicherwärmeübertrager mit wenigstens zwei Speicherwärmeübertrager-Abschnitten vorgesehen ist, wobei jeweils ein Speicherwärmeübertrager-Abschnitt im Zuluftstrom stromabwärts eines Heizregister-Abschnittes angeordnet ist.
- - The air-refrigerant heat exchanger of the heating branch is formed with at least two heating register sections, and
- - The storage heat exchanger is provided with at least two storage heat exchanger sections, wherein a storage heat exchanger section is arranged in the supply air flow downstream of a heating register section.
Bei einem solchen segmentierten Heizregister mit wenigstens zwei Heizregister-Abschnitten wird jeweils ein Speicherwärmeübertrager-Abschnitt stromabwärts hinsichtlich des Zuluftstromes angeordnet, wobei die einzelnen Komponenten - wie oben erläutert - räumlich getrennt oder in einem Zusammenbauteil ohne räumliche Trennung aufgebaut sind. So erfolgt die thermische Kopplung entweder nur mittels des Zuluftstroms als luftseitige Wärmekopplung oder sowohl mittels der luftseitigen Wärmekopplung und mittels des mechanischen Kontaktes als bauteilseitige Wärmekopplung zwischen den einzelnen Komponenten. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass zwischen zwei im Zuluftstrom hintereinander angeordneten Speicherwärmeübertrager-Abschnitten zwei Heizregister-Abschnitte des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers angeordnet sind. Dies bietet den Vorteil, dass die Wärmeübergänge zwischen den Abschnitten von Heizregister und Speicherwärmeübertrager aufgrund der vergrößerten Kontaktflächen verbessert und eine schnellere Aufladung der Speicherwärmeübertragers erfolgen kann.In such a segmented heating register with at least two heating register sections, a storage heat exchanger section is arranged downstream with respect to the supply air flow, the individual components - as explained above - being spatially separated or constructed in an assembly part without spatial separation. The thermal coupling takes place either only by means of the supply air flow as an air-side heat coupling or both by means of the air-side heat coupling and by means of the mechanical contact as a component-side heat coupling between the individual components. It is preferably provided that two heating register sections of the air-refrigerant heat exchanger are arranged between two storage heat exchanger sections arranged one behind the other in the supply air flow. This offers the advantage that the heat transfers between the sections of the heating register and the storage heat exchanger can be improved due to the enlarged contact areas and the storage heat exchanger can be charged more quickly.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass
- - der Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager des Heizzweiges mit wenigstens zwei Heizregister-Abschnitten ausgebildet ist,
- - die Heizregister-Abschnitte im Zuluftstrom senkrecht zu dessen Strömungsrichtung angeordnet sind, und
- - ein Speicherwärmeübertrager mit wenigstens zwei Speicherwärmeübertrager-Abschnitten ausgebildet ist, die im Zuluftstrom senkrecht zu dessen Strömungsrichtung und in abwechselnder Reihenfolge mit den Heizregister-Abschnitten in wenigstens einer Reihe angeordnet sind, wobei jeweils ein Speicherwärmeübertrager-Abschnitt und ein Heizregister-Abschnitt als Zusammenbauteil ohne räumliche Trennung verbunden sind.
- - the air-refrigerant heat exchanger of the heating branch is designed with at least two heating register sections,
- - The heating register sections are arranged in the supply air flow perpendicular to its flow direction, and
- - A storage heat exchanger is formed with at least two storage heat exchanger sections, which are arranged in the supply air flow perpendicular to its direction of flow and in an alternating order with the heating register sections in at least one row, each with a storage heat exchanger section and a heating register section as an assembly part without spatial Separation are connected.
Bei dieser parallelen Anordnung von Heizregister-Abschnitten und Speicherwärmeübertrager-Abschnitten erfolgt die thermische Kopplung über den mechanischen Kontakt als bauteilseitige Wärmekopplung eines Heizregister-Abschnittes mit einem Speicherwärmeübertrager-Abschnitt , die als Zusammenbauteil hergestellt sind.In this parallel arrangement of heating register sections and storage heat exchanger sections, the thermal coupling takes place via the mechanical contact as component-side heat coupling of a heating register section with a storage heat exchanger section, which are produced as an assembly part.
In einer weiteren Ausführungsform können die mindestens zwei untereinander paarweise verbundenen Heizregister- und Speicherwärmeübertrager-Abschnitte mechanisch getrennt oder auch mechanisch aneinander gekoppelt zur Realisierung einer bauteilseitigen Wärmekopplung ausgeführt werden.In a further embodiment, the at least two heating register and storage heat exchanger sections which are connected to one another in pairs can be designed to be mechanically separated or also mechanically coupled to one another in order to implement heat coupling on the component side.
Bei dieser parallelen Anordnung von Heizregister-Abschnitten und Speicherwärmeübertrager-Abschnitten mit dem Zusammenbauteil aus einem Speicherwärmeübertrager-Abschnitt und einem Heizregister-Abschnitt ist weiterbildungsgemäß ein weiterer Heizregister-Abschnitt derart kombiniert, dass der Speicherwärmeübertrager-Abschnitt zwischen den beiden Heizregister-Abschnitten liegt. Damit sind diese drei Komponenten bauteilseitig wärmegekoppelt. Dies bietet den Vorteil einer zügigeren und dynamischeren Aufladung des Speichermediums mit Wärme, da diese konstruktive Maßnahme die Kontaktfläche und damit die wärmeübertragende Fläche vom Kältemittel hin zum Speichermedium erhöht,In this parallel arrangement of heating register sections and storage heat exchanger sections with the assembly of a storage heat exchanger section and a heating register section, a further heating register section is combined in such a way that the storage heat exchanger section lies between the two heating register sections. These three components are thus heat-coupled on the component side. This offers the advantage of a quicker and more dynamic charging of the storage medium with heat, since this constructive measure increases the contact area and thus the heat transfer area from the refrigerant to the storage medium.
Eine andere Weiterbildung dieser parallelen Anordnung von Heizregister-Abschnitten und Speicherwärmeübertrager-Abschnitten sieht vor, dass mit dem Zusammenbauteil aus einem Speicherwärmeübertrager-Abschnitt und einem Heizregister-Abschnitt ein weiterer Speicherwärmeübertrager-Abschnitt derart kombiniert ist, dass der Heizregister-Abschnitt zwischen den beiden Speicherwärmeübertrager-Abschnitten liegt. Damit sind diese drei Komponenten bauteilseitig wärmegekoppelt. Dies bietet den Vorteil, dass neben einer großflächigen und priorisierten Aufladung der Speicherwärmeübertrager-Abschnitte auch die Zeitdauer der Wärmeübertragung an den Luftstrom während der Abschaltzeiten einer Wärmepumpenanlage angehoben werden kann.Another development of this parallel arrangement of heating register sections and storage heat exchanger sections provides that with the assembly part comprising a storage heat exchanger section and a heating register section, a further storage heat exchanger section is combined such that the heating register section is between the two storage heat exchangers. Sections. These three components are thus heat-coupled on the component side. This offers the advantage that, in addition to a large-scale and prioritized charging of the storage heat exchanger sections, the duration of the heat transfer to the air flow can also be increased during the shutdown times of a heat pump system.
Eine weitere andere Weiterbildung dieser parallelen Anordnung von Heizregister-Abschnitten und Speicherwärmeübertrager-Abschnitten sieht vor, dass
- - eine erste Reihe aus wenigstens zwei Speicherwärmeübertrager-Abschnitten im Zuluftstrom senkrecht zu dessen Strömungsrichtung und in abwechselnder Reihenfolge mit wenigstens zwei Heizregister-Abschnitten des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers angeordnet sind,
- - eine zweite Reihe aus wenigstens zwei Speicherwärmeübertrager-Abschnitten im Zuluftstrom senkrecht zu dessen Strömungsrichtung und in abwechselnder Reihenfolge mit wenigstens zwei Heizregister-Abschnitten des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers angeordnet sind, und
- - die beiden Reihen in Strömungsrichtung des Zuluftstroms hintereinander und derart versetzt angeordnet sind, dass ein Heizregister-Abschnitt der ersten Reihe mit einem Wärmespeichertauscher der zweiten Reihe in Strömungsrichtung des Zuluftstroms fluchtet.
- a first row of at least two storage heat exchanger sections are arranged in the supply air flow perpendicular to its flow direction and in an alternating sequence with at least two heating register sections of the air-refrigerant heat exchanger,
- - A second row of at least two storage heat exchanger sections are arranged in the supply air flow perpendicular to its flow direction and in an alternating sequence with at least two heating register sections of the air-refrigerant heat exchanger, and
- - The two rows are arranged one behind the other in the flow direction of the supply air flow and offset such that a heating register section of the first row is aligned with a heat storage exchanger of the second row in the flow direction of the supply air flow.
Eine solche mindestens zweireihige Anordnung von Speicherwärmeübertrager-Abschnitten und Heizregister-Abschnitten, bei welcher alle Bauteile bauteilseitig wärmegekoppelt und teilweise auch luftseitig wärmegekoppelt sind, bietet den Vorteil, dass neben einer raschen Aufladung des Speichermediums mit Wärme auch eine zügige Erwärmung des Kabinenzuluftstroms erfolgen kann.Such an at least two-row arrangement of storage heat exchanger sections and heating register sections, in which all components are heat-coupled on the component side and partially also heat-coupled on the air side, offers the advantage that, in addition to rapid charging of the storage medium with heat, the cabin supply air flow can also be rapidly heated.
Besteht der als Heizregister ausgeführte Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager aus mehreren Heizregister-Abschnitten, können diese in unterschiedlicher Weise mit Kältemittel durchströmt werden. So können diese bspw. kältemittelseitig nacheinander, also seriell fluidverbunden sein. Ferner ist auch möglich diese gleichzeitig mit Kältemittel zu beaufschlagen und damit eine parallele Durchströmung der einzelnen Abschnitte zu ermöglichen.If the air / refrigerant heat exchanger designed as a heating register consists of several heating register sections, refrigerant can flow through them in different ways. For example, on the refrigerant side, these can be fluidly connected in series. Furthermore, it is also possible to apply refrigerant to them at the same time and thus to allow a parallel flow through the individual sections.
Nach der zweitgenannten Lösung umfasst die Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem für einen Kälteanlagen-Betrieb und einen Wärmepumpenbetrieb betreibbaren Kältemittelkreislauf:
- - einen Verdampferzweig mit einem zur Konditionierung eines dem Fahrzeuginnenraum zugeführten Zuluftstroms eingesetzten Verdampfer und einem dem Verdampfer zugeordneten Expansionsorgan,
- - einen Kältemittelverdichter,
- - einen äußeren Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager als Kältemittelkondensator oder Gaskühler,
- - einen Heizzweig mit einem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager, mit welchem der dem Fahrzeuginnenraum zugeführte Zuluftstrom im Wärmepumpenbetrieb erwärmbar ist,
- - wenigstens eine Wärmequelle, deren Wärme im Wärmepumpenbetrieb mittels des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers auf den Zuluftstrom übertragbar ist, und
- - einen Kühlmittelkreislauf mit einem als Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildeten Wärmespeicherregister , wobei zur Übertragung von Wärme aus dem Heizzweig auf das Wärmespeicherregister dasselbe mit dem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager thermisch gekoppelt ist.
- an evaporator branch with an evaporator used to condition a supply air flow supplied to the vehicle interior and an expansion element assigned to the evaporator,
- - a refrigerant compressor,
- - an external air-refrigerant heat exchanger as a refrigerant condenser or gas cooler,
- a heating branch with an air-refrigerant heat exchanger, with which the supply air flow supplied to the vehicle interior can be heated in the heat pump mode,
- - At least one heat source, the heat of which can be transferred to the supply air flow in the heat pump mode by means of the air / refrigerant heat exchanger, and
- - A coolant circuit with a heat storage register designed as an air-coolant heat exchanger, the same being thermally coupled to the air-coolant heat exchanger for transferring heat from the heating branch to the heat storage register.
Bei dieser zweitgenannten erfindungsgemäßen Lösung wird zur Wärmepufferung bei dieser erfindungsgemäßen Kälteanlage ein Wärmespeicherregister eines Kühlmittelkreislaufs eingesetzt, welches mit dem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager als Heizregister des Heizzweiges thermisch gekoppelt ist. So ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass das Wärmespeicherregister im Zuluftstrom stromabwärts des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers angeordnet ist. Damit wird bei aktivem Wärmepumpen- oder auch Reheatbetrieb der von dem Heizregister erwärmte Zuluftstrom über das Wärmespeicherregister geführt und dieses damit mit Wärme „geladen“, wobei das in dem Kühlmittelkreislauf angeordnete Wärmespeicherregister entweder bei stehendem Fluid, bspw. Wasser oder bei strömenden Fluid eingesetzt werden kann. Die Zirkulation des Fluids in dem Kühlmittelkreislauf wird mittels einer Pumpe erzeugt. Mit dem Abschalten der Wärmepumpe und damit der Reduktion des Volumenstroms durch oder dem Beendigen der Durchströmung des Heizregisters mit Kältemittel fällt die Temperatur des Zuluftstromes ab, infolgedessen das wärmegeladene Speichermedium des Speicherwärmeübertragers durch eine fortsetzende Erwärmung des Zuluftstromes entladen wird. Damit kann eine kurzzeitige Absenkung der Temperatur des Zuluftstromes ausgeglichen, zumindest aber gedämpft werden und hierdurch eine Komforteinbuße für Fahrzeuginsassen gering gehalten oder auch vermieden werden.In this second-mentioned solution according to the invention, a heat storage register of a coolant circuit is used for heat buffering in this refrigeration system according to the invention, which is thermally coupled to the air-refrigerant heat exchanger as the heating register of the heating branch. According to a further development, it is provided that the heat storage register is arranged in the supply air flow downstream of the air / refrigerant heat exchanger. Thus, when the heat pump or reheat mode is active, the supply air flow heated by the heating register is conducted via the heat storage register and is thus “charged” with heat, the heat storage register arranged in the coolant circuit being able to be used either with standing fluid, for example water or with flowing fluid . The circulation of the fluid in the coolant circuit is generated by means of a pump. When the heat pump is switched off and thus the volume flow is reduced due to or the flow of refrigerant through the heating register, the temperature of the supply air flow drops, as a result of which the heat-charged storage medium of the storage heat exchanger is discharged due to continued heating of the supply air flow. A short-term lowering of the temperature of the supply air flow can thus be compensated for, or at least dampened, and a loss of comfort for vehicle occupants can thereby be kept low or avoided.
Dieses Wärmespeicherregister kann nicht nur über den Zuluftstrom mit Wärme „beladen“ werden, sondern weiterbildungsgemäß auch mittels eines in dem Kühlmittelkreislauf angeordneten elektrischen Zuheizers. Damit besteht eine thermische Kopplung zwischen dem Heizregister und dem Wärmespeicherregister sowie dem Kühlmittelkreis, in den das Wärmespeicherregister seinerseits eingebunden ist.This heat storage register can not only be “loaded” with heat via the supply air flow, but also according to a further development by means of an electrical auxiliary heater arranged in the coolant circuit. There is thus a thermal coupling between the heating register and the heat storage register and the coolant circuit, in which the heat storage register is in turn integrated.
Die thermische Kopplung zwischen dem Wärmespeicherregister und dem Luft-Kältemittel-Wärmetauscher als Heizregister erfolgt einerseits nur mittels des Zuluftstroms als luftseitige Wärmekopplung oder sowohl mittels der luftseitigen Wärmekopplung als auch zusätzlich dadurch, dass das Wärmespeicherregister nicht räumlich getrennt vom Heizregister angeordnet, sondern in das Heizregister ohne räumliche Trennung angebunden oder integriert ist und somit ein Zusammenbauteil entsteht, bei welchem die thermische Kopplung als bauseitige Wärmekopplung über den mechanischen Kontakt des Wärmespeicherregisters mit dem Heizregister erfolgt.The thermal coupling between the heat storage register and the air-refrigerant heat exchanger as the heating register takes place on the one hand only by means of the supply air flow as air-side heat coupling or both by means of the air-side heat coupling and also in that the heat storage register is not spatially separated from the heating register but in the heating register without spatial separation is connected or integrated and thus an assembly part is formed, in which the thermal coupling takes place as on-site heat coupling via the mechanical contact of the heat storage register with the heating register.
Mit dieser erfindungsgemäßen Kälteanlage kann eine bspw. durch eine kurzzeitige Abschaltung der Wärmepumpe erfolgte Absenkung der Temperatur des in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstroms mittels einer Entladung des Wärmespeicherregisters ausgeglichen bzw. gedämpft werden, wobei die hierfür eingesetzte Wärme entweder aus einer vorab mittels des Zuluftstroms erfolgten Ladung stammt oder zusätzlich, wenn die über den Zuluftstrom zugeführte Wärmemenge nicht ausreichend ist, mittels des elektrischen Zuheizer erzeugt ist.With this refrigeration system according to the invention, a reduction in the temperature of the supply air flow led into the vehicle interior, for example by a brief shutdown of the heat pump, can be compensated or damped by discharging the heat storage register, the heat used for this either originating from a charge previously carried out by means of the supply air flow or additionally, if the amount of heat supplied via the supply air flow is insufficient, is generated by means of the electrical auxiliary heater.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager des Heizzweiges mit wenigstens zwei Heizregister-Abschnitten ausgebildet ist, wobei das Wärmespeicherregister mit wenigstens zwei Wärmespeicherregister-Abschnitten in dem Kühlmittelkreislauf angeordnet sind, so dass jeweils ein Wärmespeicherregister-Abschnitt im Zuluftstrom stromabwärts eines Heizregister-Abschnittes angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass durch den erhöhten Flächenkontakt eine wirksame Wärmeübertragung von der Kältemittelseite auf die Kühlmittelseite erfolgen kann.According to an advantageous development of the invention, the air-refrigerant heat exchanger of the heating branch is designed with at least two heating register sections, the heat storage register having at least two heat storage register sections being arranged in the coolant circuit, so that in each case one heat storage register section in the supply air flow downstream of one Heating register section is arranged. This offers the advantage that the increased surface contact enables effective heat transfer from the refrigerant side to the coolant side.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
- - der Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager des Heizzweiges mit wenigstens zwei Heizregister-Abschnitten ausgebildet ist,
- - die Heizregister-Abschnitte im Zuluftstrom senkrecht zu dessen Strömungsrichtung angeordnet sind, und
- - das Wärmespeicherregister mit wenigstens zwei Wärmespeicherregister-Abschnitten im Zuluftstrom senkrecht zu dessen Strömungsrichtung und in abwechselnder Reihenfolge mit den Heizregister-Abschnitten in wenigstens einer Reihe angeordnet sind, wobei jeweils ein Wärmespeicherregister-Abschnitt und ein Heizregister-Abschnitt als Zusammenbauteil ohne räumliche Trennung verbunden sind.
- the air-refrigerant heat exchanger of the heating branch is designed with at least two heating register sections,
- - The heating register sections are arranged in the supply air flow perpendicular to its flow direction, and
- - The heat storage register with at least two heat storage register sections are arranged in the supply air flow perpendicular to its flow direction and in an alternating sequence with the heating register sections in at least one row, wherein a heat storage register section and a heating register section are connected as an assembly part without spatial separation.
Bei dieser parallelen Anordnung von Heizregister-Abschnitten und Wärmespeicherregister-Abschnitten erfolgt eine thermische Kopplung als bauteilseitige Wärmekopplung über den mechanischen Kontakt eines Heizregister-Abschnittes mit einem Wärmespeicherregister, die als Zusammenbauteil hergestellt sind.With this parallel arrangement of heating register sections and heat storage register Sections are thermally coupled as component-side heat coupling via the mechanical contact of a heating register section with a heat storage register, which are produced as an assembly part.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der zuletzt genannten Ausführungsform sind
- - eine erste Reihe aus wenigstens zwei Wärmespeicherregister-Abschnitten im Zuluftstrom senkrecht zu dessen Strömungsrichtung und in abwechselnder Reihenfolge mit wenigstens zwei Heizregister-Abschnitten des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers angeordnet,
- - eine zweite Reihe aus wenigstens zwei Wärmespeicherregister-Abschnitten im Zuluftstrom senkrecht zu dessen Strömungsrichtung und in abwechselnder Reihenfolge mit wenigstens zwei Heizregister-Abschnitten des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers angeordnet, und
- - die beiden Reihen in Strömungsrichtung des Zuluftstroms hintereinander und derart versetzt angeordnet, dass ein Heizregister-Abschnitt der ersten Reihe mit einem Wärmespeicherregister-Abschnitt der zweiten Reihe in Strömungsrichtung des Zuluftstroms fluchtet.
- a first row of at least two heat storage register sections is arranged in the supply air flow perpendicular to its flow direction and in an alternating sequence with at least two heating register sections of the air-refrigerant heat exchanger,
- - A second row of at least two heat storage register sections in the supply air flow perpendicular to its flow direction and arranged in an alternating sequence with at least two heating register sections of the air-refrigerant heat exchanger, and
- - The two rows in the flow direction of the supply air flow one behind the other and arranged such that a heating register section of the first row is aligned with a heat storage register section of the second row in the flow direction of the supply air flow.
Dies bietet den Vorteil, dass aufgrund der wechselnden Anordnung der Heizregister- zu den Wärmespeicherregister-Abschnitten ein optimierter Wärmeübergang in das Kühlmittel als Speichermedium erfolgt und dieses in optimierter Weise kurzzeitige Abschaltvorgänge einer Wärmepumpenanlage kompensieren und überbrücken kann, bezogen auf einen Temperaturabfall in dem das Gesamtbauteil durchströmenden Kabinenzuluftstrom. Bei dieser Anordnung sind alle Bauteile bauteilseitig wärmegekoppelt und zusätzlich ein Teil der Bauteile luftseitig wärmegekoppelt, bei welchen in Strömungsrichtung des Zuluftstroms ein Wärmespeicherregister-Abschnitt einem Heizregister-Abschnitt nachgeordneten ist.This offers the advantage that, due to the changing arrangement of the heating register to the heat storage register sections, there is an optimized heat transfer into the coolant as the storage medium and this can compensate and bridge short-term shutdown processes of a heat pump system in an optimized manner, based on a temperature drop in which the entire component flows Cabin airflow. In this arrangement, all components are heat-coupled on the component side and additionally some of the components are heat-coupled on the air side, in which a heat storage register section is arranged downstream of a heating register section in the flow direction of the supply air flow.
Besteht der als Heizregister ausgeführte Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager aus mehreren Heizregister-Abschnitten, können diese in unterschiedlicher Weise mit Kältemittel durchströmt werden. So können diese bspw. kältemittelseitig seriell fluidverbunden sein. Ferner ist auch möglich, diese gleichzeitig mit Kältemittel zu beaufschlagen und damit eine parallele Durchströmung der einzelnen Abschnitte zu ermöglichen.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung koppelt thermisch ein in dem Heizzweig angeordneter Wärmepumpen-Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager den Heizzweig mit dem Kühlmittelkreislauf. Damit wird erreicht, dass unabhängig von komplex ausgebildeten und teilweise großvolumigen Kombinationsbauteilen oder Zusammenbauteilen zur Realisierung einer bauteilseitig in Wärmekopplung einfache Standardkomponenten ohne bauteilseitig Wärmekopplung vorgesehen und verbaut werden können, die ihrerseits durch vorteilhafte Verschaltung und Inbetriebnahme vergleichbaren Wärmespeichereffekt umsetzen können.If the air / refrigerant heat exchanger designed as a heating register consists of several heating register sections, refrigerant can flow through them in different ways. For example, they can be serially fluid-connected on the refrigerant side. Furthermore, it is also possible to apply refrigerant to them at the same time and thus to allow a parallel flow through the individual sections.
According to a further preferred embodiment of the invention, a heat pump-coolant-coolant-heat exchanger arranged in the heating branch thermally couples the heating branch to the coolant circuit. This ensures that, regardless of complex and sometimes large-volume combination components or assemblies for realizing a component-side in heat coupling, simple standard components without component-side heat coupling can be provided and installed, which in turn can implement comparable heat storage effects through advantageous interconnection and commissioning.
Ferner weist in bevorzugter Weise die Kälteanlage einen zur Kühlung einer elektrischen Komponente des Fahrzeugs eingesetzten Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager mit einem zugeordneten Expansionsorgan auf.Furthermore, the refrigeration system preferably has a coolant-refrigerant heat exchanger used for cooling an electrical component of the vehicle with an associated expansion element.
Zur Realisierung einer Luft-Wärmepumpe ist der als Wärmepumpenverdampfer eingesetzte äußere Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager eine Wärmequelle. Des Weiteren ist auch der als Chiller eingesetzte Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager zur Konditionierung eines Energiespeichers eine Wärmequelle. Schließlich ist es auch möglich, den Kältemittelverdichter als Wärmequelle einzusetzen, indem dessen Abwärme zur Realisierung einer Wärmepumpe in Form eines Dreiecksprozesses genutzt wird.The external air / refrigerant heat exchanger used as a heat pump evaporator is a heat source for realizing an air heat pump. Furthermore, the coolant-refrigerant heat exchanger used as a chiller for conditioning an energy store is also a heat source. Finally, it is also possible to use the refrigerant compressor as a heat source by using its waste heat to implement a heat pump in the form of a triangular process.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 eine Kälteanlage mit einem einen Speicherwärmeübertrager aufweisenden Kältemittelkreislauf mit Wärmepumpenfunktion, -
2 schematische Darstellungen von Anordnungen aus einem Speicherwärmeübertrager oder einem Speicherwärmeübertrager mit mehreren Speicherwärmeübertrager-Abschnitten und einem Luft-Kältemittel-Wärmetauscher als Heizregister, -
3 eine Kälteanlage mit einem Kühlmittelkreis mit einem als Luft-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgeführten Wärmespeicherregister in Kombination mit einem Kältemittelkreislauf mit Wärmepumpenfunktion, -
4 schematische Darstellungen von Anordnungen aus einem Wärmespeicherregister oder einem Wärmespeicherregister mit mehreren Wärmespeicherregister-Abschnitten und einem Luft-Kältemittel-Wärmetauscher als Heizregister, und -
5 eine Kälteanlage mit einem Heizregister und einen Wärmespeicherregister aufweisenden Kühlmittelkreislauf mit einem in einen Heizkreis angeordneten Wärmepumpen-Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager, der den Kältemittelkreislauf mit dem Kühlmittelkreislauf direkt koppelt.
-
1 a refrigeration system with a refrigerant circuit with a heat pump function and a heat pump function, -
2nd schematic representations of arrangements of a storage heat exchanger or a storage heat exchanger with several storage heat exchanger sections and an air-refrigerant heat exchanger as a heating register, -
3rd a refrigeration system with a coolant circuit with a heat storage register designed as an air-coolant heat exchanger in combination with a refrigerant circuit with a heat pump function, -
4th schematic representations of arrangements of a heat storage register or a heat storage register with several heat storage register sections and an air-refrigerant heat exchanger as a heating register, and -
5 a refrigeration system with a heating register and a heat storage register having coolant circuit with a heat pump-refrigerant-coolant heat exchanger arranged in a heating circuit, which directly couples the refrigerant circuit to the coolant circuit.
Die
Ferner ist in dem Klimagerät
Anstelle des Speicherwärmeübertrager
Zunächst wird der Aufbau des Kältemittelkreislaufs
Jeder Kältemittelkreislauf
Der Kältemittelkreislauf
- - dem Klimagerät
1.1 mit einem Verdampfer 3 , bspw. ein Front-Verdampfer und einem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 als Heizregister, wobei der Verdampfer3 in einem Verdampferzweig3.1 und der Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 in einem Heizregisterzweig4.1 angeordnet ist, - - einem Kältemittelverdichter
5 , - - einem als Kondensator oder Gaskühler ausgebildeten äußeren Luft-Kältemittel-
Wärmeübertrager 6 mit einem demselben in seiner Funktion als Wärmepumpenverdampfer für den Heizbetrieb zugeordneten ExpansionsorganAE3 , - - einem inneren Wärmeübertrager
11 , - - einem niederdruckseitigen Akkumulator
10 , - - einem in dem Verdampferzweig
3.1 angeordneten unddem Verdampfer 3 stromaufwärtsseitig vorgeschalteten ExpansionsorganAE1 , - - einem dem Verdampferzweig
3.1 nachgeschalteten RückschlagventilR1 , welches überden Akkumulator 10 und den niederdruckseitigen Abschnitt des inneren Wärmeübertragers11 mit der Eintrittsseite des Kältemittelverdichters5 fluidverbunden ist, - - einem Chiller-Zweig
9.1 mit dem Chiller 9 , einem diesem vorgeschalteten ExpansionsorganAE2 , wobei derChiller 9 neben der Kühlung bspw. einer elektrischen Komponente des Fahrzeugs auch zur Realisierung einer Wasser-Wärmepumpenfunktion unter Nutzung der Abwärme mindestens einer elektrischen Komponente eingesetzt wird, - - einem AC- und Wärmepumpenzweig
2.1 mit dem äußeren Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager 6 und dem ExpansionsorganAE3 , wobei im Heizbetrieb der AC- und Wärmepumpenzweig2.1 stromaufwärts über das ExpansionsorganAE3 mit dem Verdampferzweig3.1 unter Bildung eines AbzweigpunktesAb1 fluidverbindbar ist und stromabwärts über ein AbsperrorganA2 mit dem Niederdruckeingang des Kältemittelverdichters5 fluidverbindbar ist, während im AC-Betrieb der AC- und Wärmepumpenzweig2.1 stromaufwärts über ein AbsperrorganA4 mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters5 fluidverbindbar ist, - - einem Heizzweig
2.2 mit dem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 , wobei der Heizzweig2.2 stromaufwärts über ein AbsperrorganA3 mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters5 fluidverbindbar ist und stromabwärts über ein AbsperrorganA1 mit dem AbzweigpunktAb1 und damit mit dem Verdampferzweig3.1 und dem Chillerzweig9.1 fluidverbindbar ist, - - einem Reheat-Zweig
2.3 mit einem als Expansionsventil ausgebildeten Nachheiz- oder Zwischendruck-ExpansionsorganAE4 , wobei der Reheat-Zweig2.3 stromabwärts mit dem äußeren Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager 6 unter Bildung eines AbzweigpunktesAb2 und stromaufwärts mit dem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager 4 fluidverbunden ist, - - einem Wärmepumpenrückführzweig
2.4 mit dem AbsperrorganA2 und einem RückschlagventilR2 , wobei der Wärmepumpenrückführzweig2.4 stromaufwärts über den AbzweigpunktAb2 mit dem äußeren Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager 6 und stromabwärtsmit dem Akkumulator 10 fluidverbindbar ist, - - einem Absaugzweig
2.5 mit einem AbsperrventilA5 , wobei der Absaugzweig2.5 stromabwärts über einen AbzweigpunktAb3 mit dem AbsperrventilA2 und dem RückschlagventilR2 des Wärmepumpenrückführzweiges2.4 fluidverbunden ist.
- - the air conditioner
1.1 with an evaporator3rd , for example a front evaporator and an air-refrigerant heat exchanger4th as a heating register, the evaporator3rd in an evaporator branch3.1 and the air-refrigerant heat exchanger4th in a heating register branch4.1 is arranged - - a refrigerant compressor
5 , - - An external air-refrigerant heat exchanger designed as a condenser or
gas cooler 6 with an expansion element assigned to it in its function as a heat pump evaporator for heating operationAE3 , - - an
internal heat exchanger 11 , - - a low-pressure side accumulator
10th , - - one in the evaporator branch
3.1 arranged and the evaporator3rd Upstream expansion elementAE1 , - - one the evaporator branch
3.1 downstream check valveR1 which over the accumulator10th and the low-pressure side section of theinner heat exchanger 11 with the inlet side of the refrigerant compressor5 is fluid connected, - - a chiller branch
9.1 with thechiller 9 , an expansion organ upstream of thisAE2 , thechiller 9 in addition to cooling, for example an electrical component of the vehicle, is also used to implement a water heat pump function using the waste heat of at least one electrical component, - - an AC and heat pump branch
2.1 with the external air-refrigerant heat exchanger 6 and the expansion organAE3 , with the AC and heat pump branch in heating mode2.1 upstream via the expansion organAE3 with the evaporator branch3.1 forming a branch pointFrom1 is fluid connectable and downstream via a shut-off deviceA2 with the low pressure inlet of the refrigerant compressor5 is fluid connectable, while in AC operation the AC and heat pump branch2.1 upstream via a shut-off deviceA4 with the high pressure outlet of the refrigerant compressor5 is fluid connectable, - - a heating branch
2.2 with the air-refrigerant heat exchanger4th , the heating branch2.2 upstream via a shut-off deviceA3 with the high pressure outlet of the refrigerant compressor5 is fluid connectable and downstream via a shut-off deviceA1 with the branch pointFrom1 and thus with the evaporator branch3.1 and the chiller branch9.1 is fluid connectable, - - a reheat branch
2.3 with a post-heating or intermediate pressure expansion element designed as an expansion valveAE4 , the reheat branch2.3 downstream with the external air-refrigerant heat exchanger 6 forming a branch pointStarting at 2 and upstream with the air-refrigerant heat exchanger4th is fluid connected, - - a heat pump return branch
2.4 with the shut-off deviceA2 and a check valveR2 , with the heat pump return branch2.4 upstream via the branch pointStarting at 2 with the external air-refrigerant heat exchanger 6 and downstream with the accumulator10th is fluid connectable, - - a suction branch
2.5 with a shut-off valveA5 , the suction branch2.5 downstream via a branch pointFrom 3 with the shut-off valveA2 and the check valveR2 of the heat pump return branch2.4 is fluid-connected.
Als Sensoren sind in dem Kältemittelkreislauf
So ist dem Kältemittelverdichter
Im Folgenden wird der AC-Betrieb und der Heizbetrieb der Kälteanlage
Mit den beiden Absperrorganen
Im AC-Betrieb des Kältemittelkreislaufs
In diesem AC-Betrieb ist der Heizzweig
Im Folgenden soll der Heizbetrieb des Kältemittelkreislaufs
Im Wärmepumpenbetrieb des Kältemittelkreislaufes
Dieses Laden des Speicherwärmeübertragers
So zeigt
Eine Anordnung dieser beiden Komponenten ohne räumliche Trennung ist schematisch in
Der Vorteil des Einsatzes eines solchen Speicherwärmeübertragers
Weitere Ausgestaltungen des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers
Gemäß
Sind diese Komponenten nicht räumlich getrennt in dem Klimagerät
Diese abwechselnde Anordnung aus einem Heizregister-Abschnitt und einem Speicherwärmeübertrager-Abschnitt kann auch mit jeweils mehr als zwei Komponenten eines Heizregister-Abschnittes und eines Speicherwärmeübertrager-Abschnittes durchgeführt werden.This alternating arrangement of a heating register section and a storage heat exchanger section can also be carried out with more than two components each of a heating register section and a storage heat exchanger section.
Eine Weiterentwicklung der Anordnung aus mehreren Heizregister-Abschnitten und mehreren Speicherwärmeübertrager-Abschnitten gemäß
Gemäß dieser
Die
So umfasst gemäß
Bei dieser Anordnung gemäß
Gemäß
Gemäß
Die
Die Reihe
Diese beiden Reihen
In diesen beiden mindestens zwei Reihen
Die Anordnung der Heizregister-Abschnitte zu den Speicherwärmeübertrager-Abschnitten kann in beliebiger Weise und Ausführungsformen fortgeführt werden. In Analogie zu den
In dem Kältemittelkreislauf
Im Folgenden wird der Wärmepumpenbetrieb der Kälteanlage
Hierzu weist der Kältemittelkreislauf
Dieses Wärmespeicherregister
Somit kann der Kältemittel-Wärmeübertrager
In dem Kühlmittelkreislauf
Der Kältemittelkreislauf
Im Wärmepumpenbetrieb des Kältemittelkreislaufes
In einem weiteren Schritt kann der aus dem Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager
Die thermische Kopplung zwischen dem Wärmespeicherregister
So zeigt
Eine Anordnung dieser beiden Komponenten ohne räumliche Trennung ist schematisch in
Der Vorteil des Einsatzes eines solchen Wärmespeicherregister
Weitere Ausgestaltungen des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers
Gemäß
Sind diese Komponenten nicht räumlich getrennt in dem Klimagerät
Diese abwechselnde Anordnung aus einem Heizregister-Abschnitt und einem Wärmespeicherregister-Abschnitt kann auch mit jeweils mehr als zwei Heizregister-Abschnitten und zwei Wärmespeicherregister-Abschnitten durchgeführt werden.This alternating arrangement of a heating register section and a heat storage register section can also be carried out with more than two heating register sections and two heat storage register sections.
Die
So umfasst gemäß
Bei dieser Anordnung gemäß
Weitere nichtin den dargestellte Ausführungsformen können wie folgt gestaltet sein: Ein Heizregister-Abschnitt weist zwei getrennte oder angebundene benachbarte Wärmespeicherregister-Abschnitte auf bzw. umgekehrt grenzen an einen Wärmespeicherregister-Abschnitt zwei Heizregister-Abschnitte an. Die
Die Reihe
Diese beiden Reihen
In diesen beiden Reihen
Grundsätzlich ist bei der Ausbildung einer Kombination und Anordnung aus Heizregister-Abschnitten und Wärmespeicherregister-Abschnitten darauf zu achten, dass diese eine ungehinderte und geringe Druckverluste bewirkende Luftdurchströmung gewährleisten, so dass in gewohnter Weise die für eine jeweilige Gebläseansteuerstufe korrespondierenden Luftmassenströme über die Wärmeübertrageranordnung strömen können.When designing a combination and arrangement of heating register sections and heat storage register sections, it must be ensured that these ensure an unimpeded and low pressure loss-causing air flow, so that the air mass flows corresponding to a respective fan control stage can flow via the heat exchanger arrangement.
In dem Kältemittelkreislauf
Im Heizbetrieb des Kältemittelkreislaufs
Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des Chillers
Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des äußeren Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers
Wird ein Kombinationsbetrieb aus Wasser- und Luft-Wärmepumpe realisiert, so ist neben dem Expansionsorgan
Eine indirekte Dreiecksprozessverschaltung wird dadurch realisiert, dass bei geöffnetem Absperrorgan
Bei einem Reheat-Betrieb wird der in den Fahrzeuginnenraum zugeführte Zuluftstrom
Die in dem Kältemittelkreislauf
Der erste Druck-Temperatursensor
Der zweite Druck-Temperatursensor
Der an der Austrittsseite des äußeren Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers
Der stromabwärts des Luft-Kältemittel-Wärmeübertragers
Der fünfte Druck-Temperatursensor
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- KälteanlageRefrigeration system
- 1.11.1
- Klimagerät Air conditioner
- 22nd
-
Kältemittelkreislauf der Kälteanlage
1 Refrigerant circuit of therefrigeration system 1 - 2.12.1
-
AC-und Wärmepumpenzweig des Kältemittelkreislauf
2 AC and heat pump branch of the refrigerant circuit2nd - 2.22.2
- HeizzweigHeating branch
- 2.32.3
- Reheat-ZweigReheat branch
- 2.42.4
- WärmepumpenrückführzweigHeat pump return branch
- 2.52.5
- Absaugzweig Suction branch
- 33rd
- VerdampferEvaporator
- 3.13.1
- Verdampferzweig Evaporator branch
- 44th
- Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager, HeizregisterAir / refrigerant heat exchanger, heating register
- 4.14.1
- HeizregisterzweigHeating register branch
- 4.104.10
- Heizregister-AbschnittHeating register section
- 4.114.11
- Heizregister-AbschnittHeating register section
- 4.154.15
- Heizregister-AbschnittHeating register section
- 4.164.16
- Heizregister-AbschnittHeating register section
- 4.204.20
- Heizregister-AbschnittHeating register section
- 4.214.21
- Heizregister-AbschnittHeating register section
- 4.254.25
- Heizregister-AbschnittHeating register section
- 4.304.30
- Heizregister-AbschnittHeating register section
- 4.404.40
- Heizregister-AbschnittHeating register section
- 4.504.50
- Heizregister-AbschnittHeating register section
- 4.604.60
- Heizregister-Abschnitt Heating register section
- 55
- Kältemittelverdichter Refrigerant compressors
- 66
- äußerer Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager external air-refrigerant heat exchanger
- 7 7
- SpeicherwärmeübertragerStorage heat exchangers
- 7.17.1
- Speicherwärmeübertrager-AbschnittStorage heat exchanger section
- 7.117.11
- Speicherwärmeübertrager-AbschnittStorage heat exchanger section
- 7.157.15
- Speicherwärmeübertrager-AbschnittStorage heat exchanger section
- 7.27.2
- Speicherwärmeübertrager-AbschnittStorage heat exchanger section
- 7.207.20
- Speicherwärmeübertrager-AbschnittStorage heat exchanger section
- 7.217.21
- Speicherwärmeübertrager-AbschnittStorage heat exchanger section
- 7.257.25
- Speicherwärmeübertrager-AbschnittStorage heat exchanger section
- 7.267.26
- Speicherwärmeübertrager-AbschnittStorage heat exchanger section
- 7.37.3
- Speicherwärmeübertrager-AbschnittStorage heat exchanger section
- 7.317.31
- Speicherwärmeübertrager-AbschnittStorage heat exchanger section
- 7.47.4
- Speicherwärmeübertrager-AbschnittStorage heat exchanger section
- 7.57.5
- Speicherwärmeübertrager-Abschnitt Storage heat exchanger section
- 88th
- WärmespeicherregisterHeat storage register
- 8.18.1
- Wärmespeicherregister-AbschnittHeat storage register section
- 8.108.10
- Wärmespeicherregister-AbschnittHeat storage register section
- 8.118.11
- Wärmespeicherregister-AbschnittHeat storage register section
- 8.158.15
- Wärmespeicherregister-AbschnittHeat storage register section
- 8.28.2
- Wärmespeicherregister-AbschnittHeat storage register section
- 8.208.20
- Wärmespeicherregister-AbschnittHeat storage register section
- 8.218.21
- Wärmespeicherregister-AbschnittHeat storage register section
- 8.258.25
- Wärmespeicherregister-AbschnittHeat storage register section
- 8.268.26
- Wärmespeicherregister-AbschnittHeat storage register section
- 8.38.3
- Wärmespeicherregister-AbschnittHeat storage register section
- 8.48.4
- Wärmespeicherregister-AbschnittHeat storage register section
- 8.58.5
- Wärmespeicherregister-AbschnittHeat storage register section
- 8.68.6
- Wärmespeicherregister-Abschnitt Heat storage register section
- 99
- ChillerChiller
- 9.09.0
-
Kühlmittelkreislauf des Chillers
8 Coolant circuit of the chiller8th - 9.19.1
- Chillerzweig Chiller branch
- 1010th
- Akkumulatoraccumulator
- 1111
- innerer Wärmeübertragerinternal heat exchanger
- 1212
- Wärmepumpen-Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager Heat pumps-refrigerants-coolants-heat exchangers
- A1A1
- erstes Absperrorganfirst shut-off device
- A2A2
- zweites Absperrorgansecond shut-off device
- A3A3
- drittes Absperrorganthird shut-off device
- A4A4
- AbsperrorganShut-off device
- A5A5
- Absperrorgan Shut-off device
- Ab1From1
- AbzweigpunktBranch point
- Ab2Starting at 2
- AbzweigpunktBranch point
- Ab3From 3
- Abzweigpunkt Branch point
- AE1AE1
- absperrbares erstes Expansionsorganlockable first expansion organ
- AE2AE2
- absperrbares zweites Expansionsorganlockable second expansion organ
- AE3AE3
- absperrbares Expansionsorganlockable expansion device
- AE4AE4
- absperrbares Expansionsorgan lockable expansion device
- E1E1
- ZusammenbauteilAssembly part
- E2E2
- ZusammenbauteilAssembly part
- E3E3
- Zusammenbauteil Assembly part
- KK
- WärmekopplungHeat coupling
- LL
- Zuluftstrom Supply air flow
- R1R1
- erstes Rückschlagventilfirst check valve
- R2R2
- zweites Rückschlagventil second check valve
- SS
- System komponente System component
- PT1PT1
- erster Druck-Temperatursensorfirst pressure-temperature sensor
- PT2PT2
- zweiter Druck-Temperatursensorsecond pressure-temperature sensor
- PT3PT3
- dritter Druck-Temperatursensorthird pressure-temperature sensor
- PT4PT4
- vierter Druck-Temperatursensorfourth pressure-temperature sensor
- Z1Z1
- erste Reihefirst row
- Z2Z2
- zweite Reihesecond row
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- DE 102012024080 A1 [0007]DE 102012024080 A1 [0007]
- DE 10207344 A1 [0008]DE 10207344 A1 [0008]
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018221281.3A DE102018221281A1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit that can be operated for a refrigeration system operation and a heat pump operation |
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---|---|---|---|
DE102018221281.3A DE102018221281A1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit that can be operated for a refrigeration system operation and a heat pump operation |
Publications (1)
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---|---|
DE102018221281A1 true DE102018221281A1 (en) | 2020-06-10 |
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ID=70776415
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DE (1) | DE102018221281A1 (en) |
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-
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- 2018-12-10 DE DE102018221281.3A patent/DE102018221281A1/en active Pending
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