DE102018222101A1 - Refrigeration system with heat pump function with actively flowed refrigerant collector, method for operating such a refrigeration system and motor vehicle with such a refrigeration system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion miteinem Verdichter (12), der mit einem Primärstrang (S1) und einem Sekundärstrang (S2) verbindbar oder verbunden ist;einem mit dem Primärstrang (S1) und dem Sekundärstrang (S2) verbundenen Kältemittelsammler (22) mit wenigstens zwei Kältemittelanschlüssen (21, 23, 25), wobei der Primärstrang (S1) mit einem ersten Kältemittelanschluss (21) verbunden ist;einem stromabwärts des Kältemittelsammlers (22) angeordneten inne-ren Wärmeübertrager (20), wobei der innere Wärmeübertrager (20) mit einem zweiten Kältemittelanschluss (23) des Kältemittelsammlers (22) verbunden ist;wobei der Primärstrang (S1) einen bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager (16) umfasst, der je nach Betriebsart der Kälteanlage (10) als Kälteanlagenkondensator oder Wärmepumpenverdampfer dient, und wobei der Sekundärstrang (S2) einen Heizkondensator (24) umfasst. Dabei wird vorgeschlagen, dass stromaufwärts des ersten Kältemittelan-schlusses (21) des Kältemittelsammlers (22) zwischen dem bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager (16) und dem Kältemittelsammler (22) ein erstes Absperrventil (A2) angeordnet ist, und dass stromabwärts des zweiten Kältemittelanschlusses (23) des Kältemittelsammlers (22) ein Bypassabschnitt (32) angeordnet ist, der das erste Absperrventil (A2) im Betrieb des Wärmetauschers als Wärmepumpenverdampfer umgeht, wobei in dem Bypassabschnitt (32) ein Expansionsorgan (AE3) angeordnet ist.The invention relates to a refrigeration system with a heat pump function comprising a compressor (12) which can be connected or is connected to a primary line (S1) and a secondary line (S2); a refrigerant collector (22) connected to the primary line (S1) and the secondary line (S2) at least two refrigerant connections (21, 23, 25), the primary line (S1) being connected to a first refrigerant connection (21); an inner heat exchanger (20) arranged downstream of the refrigerant collector (22), the inner heat exchanger (20) is connected to a second refrigerant connection (23) of the refrigerant collector (22); the primary line (S1) comprises a bidirectionally flowable heat exchanger (16) which, depending on the mode of operation of the refrigeration system (10), serves as a refrigeration system condenser or heat pump evaporator, and the secondary line ( S2) comprises a heating capacitor (24). It is proposed that a first shut-off valve (A2) be arranged upstream of the first refrigerant connection (21) of the refrigerant collector (22) between the heat exchanger (16) through which the flow can flow bidirectionally and that of the refrigerant collector (22), and that downstream of the second refrigerant connection (23 ) of the refrigerant collector (22) a bypass section (32) is arranged which bypasses the first shut-off valve (A2) during operation of the heat exchanger as a heat pump evaporator, an expansion element (AE3) being arranged in the bypass section (32).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen mit geringer Abwärmeentwicklung, wie Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kälteanlage und ein Verfahren zum Betrieben der Kälteanlage.The invention relates to a refrigeration system with a heat pump function, in particular for use in motor vehicles with low waste heat generation, such as electric vehicles or hybrid vehicles. The invention further relates to a motor vehicle with such a refrigeration system and a method for operating the refrigeration system.

Kältekreise bzw. Kälteanlagen mit Wärmepumpenfunktion, die über den Au-ßenwärmetauscher, d.h. den AC-Kondensator die Umgebungswärme nutzen und/oder auch einen Kältemittel-Kühlmittelwärmeübertrager als weitere Wärmequelle mit in den Prozess einbeziehen, sind in der Regel mit einem niederdruckseitigen Akkumulator bzw. Kältemittelsammler ausgeführt. Alternativ sind auch Verschaltungen mit zwei hochdruckseitigen Sammlern realisierbar, die aber einen hohen Aufwand an Schalt- und Bypassventilen zur Folge haben.Refrigeration circuits or refrigeration systems with a heat pump function that operate via the external heat exchanger, i.e. the AC condenser using the ambient heat and / or including a refrigerant-coolant heat exchanger as an additional heat source in the process are usually designed with a low-pressure side accumulator or refrigerant collector. Alternatively, interconnections with two collectors on the high-pressure side can also be implemented, but this results in a high outlay on switching and bypass valves.

In der zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung noch nicht veröffentlichten DE 10 2018 211 589.3 wurde daher eine Kälteanlage mit einem einzigen Hochdrucksammler vorgeschlagen, der im Vergleich zu bisherigen Hochdrucksammlern drei statt bisher zwei Anschlüsse erfordert. Die dort beschriebene Kälteanlage kommt zwar mit einem einzigen Hochdrucksammler aus, umfasst aber keinen inneren Wärmeübertrager mehr. Außerdem hat sich gezeigt, dass ein Hochdrucksammler mit drei Anschlüssen zwar dazu führt, dass die äußere Systemkomplexität (Verschaltungen, Anzahl sperrbare Organe etc.) vereinfacht werden kann, aber der innere Aufbau des Hochdrucksammlers komplexer wird.In the not yet published at the time of filing this application DE 10 2018 211 589.3 Therefore, a refrigeration system with a single high-pressure collector was proposed, which requires three instead of two connections compared to previous high-pressure collectors. The refrigeration system described there manages with a single high-pressure collector, but no longer includes an internal heat exchanger. In addition, it has been shown that a high-pressure manifold with three connections can lead to simplification of the external system complexity (circuits, number of lockable elements, etc.), but the internal structure of the high-pressure manifold becomes more complex.

Ein anderes Beispiel für eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion ist aus der DE 10 2011 118 162 A1 bekannt. Dort sind auch verschiedene Betriebsmodi einer solchen Kälteanlage beschrieben, wie Kälteanlagenmodus, Luftwärmepumpenmodus, Wasserwärmepumpenmodus und Reheatmodus.Another example of a refrigeration system with a heat pump function is from the DE 10 2011 118 162 A1 known. Various operating modes of such a refrigeration system are also described there, such as refrigeration system mode, air heat pump mode, water heat pump mode and reheat mode.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Kälteanlage mit innerem Wärmeübertrager anzugeben, bei der eine aktive Durchströmung des Hochdrucksammlers in allen Betriebsarten der Kälteanlage gewährleistet werden kann.The object on which the invention is based is seen in specifying a refrigeration system with an internal heat exchanger in which an active flow through the high-pressure collector can be ensured in all operating modes of the refrigeration system.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 3, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a refrigeration system with the features of claim 1 or 3, by a motor vehicle with the features of claim 11 and by a method with the features of claim 12. Advantageous refinements with expedient further developments are specified in the dependent claims.

Vorgeschlagen wird gemäß einem ersten Aspekt also eine Kälteanlage mit einem Verdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekundärstrang verbindbar oder verbunden ist; mit einem mit dem Primärstrang und dem Sekundärstrang verbundenen Kältemittelsammler mit wenigstens zwei Kältemittelanschlüssen, wobei der Primärstrang mit einem ersten Kältemittelanschluss verbunden ist; mit einem stromabwärts des Kältemittelsammlers angeordneten inneren Wärmeübertrager, wobei der innere Wärmeübertrager mit einem zweiten Kältemittelanschluss des Kältemittelsammlers verbunden ist; wobei der Primärstrang einen bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager umfasst, der je nach Betriebsart der Kälteanlage als Kälteanlagenkondensator oder Wärmepumpenverdampfer dient, und wobei der Sekundärstrang einen Heizkondensator umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass stromaufwärts des ersten Kältemittelanschlusses des Kältemittelsammlers zwischen dem bidirektional durchströmbaren Wärmetauscher und dem Kältemittelsammler ein erstes Absperrventil angeordnet ist, und dass stromabwärts des zweiten Kältemittelanschlusses des Kältemittelsammlers ein Bypassabschnitt angeordnet ist, der das erste Absperrventil im Betrieb des Wärmeübertragers als Wärmepumpenverdampfer umgeht, wobei in dem Bypassabschnitt ein Expansionsorgan angeordnet ist.According to a first aspect, a refrigeration system with a compressor is proposed, which can be connected or is connected to a primary line and a secondary line; with a refrigerant collector connected to the primary branch and the secondary branch with at least two refrigerant connections, the primary branch being connected to a first refrigerant connection; with an inner heat exchanger arranged downstream of the refrigerant collector, the inner heat exchanger being connected to a second refrigerant connection of the refrigerant collector; wherein the primary branch comprises a heat exchanger which can be flowed through in a bidirectional manner and which, depending on the operating mode of the cooling system, serves as a cooling system condenser or heat pump evaporator, and wherein the secondary branch comprises a heating condenser. It is provided that a first shutoff valve is arranged upstream of the first refrigerant connection of the refrigerant collector between the bidirectionally flowable heat exchanger and the refrigerant collector, and that a bypass section is arranged downstream of the second refrigerant connection of the refrigerant collector, which bypasses the first shutoff valve during operation of the heat exchanger as a heat pump. an expansion element being arranged in the bypass section.

Durch die Einbindung des inneren Wärmeübertragers kann die Systemeffizienz gesteigert werden, da der innere Wärmeübertrager zumindest für mindestens einen für die Innenraumklimatisierung vorgesehenen Verdampfer wirksam ist. Durch das Bereitstellen des ersten Absperrorgans und des Bypassabschnitts mit dem Expansionsorgan ist es möglich, einen an sich bekannten Kältemittelsammler mit zwei Anschlüssen einzusetzen. Die Kälteanlage bietet somit hinsichtlich der Systemkomplexität eine einfache Alternative zu dem Einsatz eines Hochdrucksammlers mit drei Anschlüssen. Dabei wird das Expansionsorgan, das lediglich für einen Luftwärmepumpenmodus durchströmt werden muss, in den Bypassabschnitt verlagert und parallel dazu ein zusätzliches Absperrorgan angeordnet, das nur in einem Kälteanlagenmodus durchströmt wird.The system efficiency can be increased by integrating the inner heat exchanger, since the inner heat exchanger is effective for at least one evaporator provided for indoor air conditioning. By providing the first shut-off element and the bypass section with the expansion element, it is possible to use a refrigerant collector known per se with two connections. In terms of system complexity, the refrigeration system therefore offers a simple alternative to using a high-pressure collector with three connections. The expansion element, which only has to be flowed through for an air heat pump mode, is shifted into the bypass section and an additional shut-off element is arranged in parallel, which is only flowed through in a refrigeration system mode.

Zwischen dem Heizkondensator und dem ersten Kältemittelanschluss des Kältemittelsammlers kann ein zweites Absperrventil angeordnet sein. Dieses zweite Absperrorgan wird geöffnet, wenn die Kälteanlage in einem Wärmepumpenmodus, insbesondere im Luftwärmepumpenmodus oder im Wasserwärmepumpenmodus betrieben wird, so dass vom Verdichter zum Heizkondensator gefördertes Kältemittel stromaufwärts des Hochdrucksammlers und stromabwärts der ersten Absperreinrichtung eingeleitet werden kann.A second shut-off valve can be arranged between the heating condenser and the first refrigerant connection of the refrigerant collector. This second shut-off device is opened when the refrigeration system is operated in a heat pump mode, in particular in an air heat pump mode or in a water heat pump mode, so that refrigerant conveyed from the compressor to the heating condenser upstream of the high-pressure collector and can be initiated downstream of the first shut-off device.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion vorgeschlagen mit einem Verdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekundärstrang verbindbar oder verbunden ist; mit einem mit dem Primärstrang und dem Sekundärstrang verbundenen Kältemittelsammler mit wenigstens zwei Kältemittelanschlüssen, wobei der Primärstrang mit einem ersten Kältemittelanschluss verbunden ist; mit einem stromabwärts des Kältemittelsammlers angeordneten inneren Wärmeübertrager, wobei der innere Wärmeübertrager mit einem zweiten Kältemittelanschluss des Kältemittelsammlers verbunden ist; wobei der Primärstrang einen bidirektional durchströmbaren Wärmetauscher umfasst, der je nach Betriebsart der Kälteanlage als Kälteanlagenkondensator oder Wärmepumpenverdampfer dient, und wobei der Sekundärstrang einen Heizkondensator umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass stromaufwärts des ersten Kältemittelanschlusses des Kältemittelsammlers zwischen dem bidirektional durchströmbaren Wärmetauscher und dem Kältemittelsammler ein Expansionsorgan angeordnet ist, und dass der Kältemittelsammler einen dritten Kältemittelanschluss aufweist, der mit dem Sekundärstrang verbunden ist, wobei stromaufwärts des dritten Kältemittelanschlusses ein Absperrventil angeordnet ist.According to a second aspect, a refrigeration system with a heat pump function is proposed with a compressor which can be connected or is connected to a primary line and a secondary line; with a refrigerant collector connected to the primary branch and the secondary branch with at least two refrigerant connections, the primary branch being connected to a first refrigerant connection; with an inner heat exchanger arranged downstream of the refrigerant collector, the inner heat exchanger being connected to a second refrigerant connection of the refrigerant collector; wherein the primary branch comprises a heat exchanger which can be flowed through bidirectionally and which, depending on the operating mode of the refrigeration system, serves as a refrigeration system condenser or heat pump evaporator, and wherein the secondary branch comprises a heating condenser. It is provided that an expansion element is arranged upstream of the first refrigerant connection of the refrigerant collector between the bidirectionally flowable heat exchanger and the refrigerant collector, and that the refrigerant collector has a third refrigerant connection which is connected to the secondary line, a shutoff valve being arranged upstream of the third refrigerant connection.

Auch bei diesem Aufbau der Kälteanlage kann durch die Einbindung des inneren Wärmeübertragers die System effizienz gesteigert werden, da der innere Wärmeübertrager zumindest für mindestens einen für die Innenraumklimatisierung vorgesehenen Verdampfer wirksam ist. Dabei kommt ein Kältemittelsammler mit drei Anschlüssen zum Einsatz, der mit dem inneren Wärmeübertrager kombiniert wird.With this construction of the refrigeration system, the system efficiency can be increased by integrating the inner heat exchanger, since the inner heat exchanger is effective at least for at least one evaporator provided for indoor air conditioning. A refrigerant collector with three connections is used, which is combined with the internal heat exchanger.

Stromabwärts des inneren Wärmeübertragers kann mindestens ein Verdampfer angeordnet sein, wobei zwischen dem inneren Wärmeübertrager und dem Verdampfer ein Expansionsorgan angeordnet ist.At least one evaporator can be arranged downstream of the inner heat exchanger, an expansion element being arranged between the inner heat exchanger and the evaporator.

Zwischen dem Kältemittelsammler und dem Verdichter kann ein Chiller angeordnet sein, dessen Kältemittelzuleitung stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers abzweigt. Alternativ kann zwischen dem Kältemittelsammler und dem Verdichter ein Chiller angeordnet sein, dessen Kältemittelzuleitung stromabwärts des inneren Wärmeübertragers und stromaufwärts des Verdampfers abzweigt. Der Chiller ist in beiden Fällen parallel zu dem Verdampfer in der Kälteanlage vorgesehen, allerdings außerhalb eines Leitungsabschnitts, der beim inneren Wärmeübertrager (hochdruckseitig) beginnt und beim inneren Wärmeübertrager (niederdruckseitig) endet und den Verdampfer sowie das zugehörige Expansionsorgan umfasst. Der innere Wärmeübertrager ist somit ausschließlich für den mindestens einen Verdampfer wirksam, wobei die Systemleistung bei Hochlastbetrieb in Bezug auf die Innenraumklimatisierung erhöht werden kann.A chiller can be arranged between the refrigerant collector and the compressor, the refrigerant feed branching upstream of the inner heat exchanger. Alternatively, a chiller can be arranged between the refrigerant collector and the compressor, the refrigerant supply branching downstream of the inner heat exchanger and upstream of the evaporator. The chiller is provided in both cases parallel to the evaporator in the refrigeration system, but outside of a line section that begins at the inner heat exchanger (high pressure side) and ends at the inner heat exchanger (low pressure side) and includes the evaporator and the associated expansion element. The internal heat exchanger is therefore only effective for the at least one evaporator, and the system performance in high-load operation can be increased in relation to the interior air conditioning.

In der zum Chiller führenden Kältemittelzuleitung kann ein Expansionsorgan angeordnet sein. Das Expansionsorgan kann dabei zwischen dem Kältemittelsammler und dem Chiller angeordnet sein, wenn der Abzweig der Kältemittelzuleitung stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers vorgesehen ist. Alternativ kann das Expansionsorgan zwischen dem inneren Wärmeübertrager und dem Chiller angeordnet sein, wenn der Abzweig der Kältemittelzuleitung stromabwärts des inneren Wärmeübertragers vorgesehen ist.An expansion element can be arranged in the refrigerant supply line leading to the chiller. The expansion element can be arranged between the refrigerant collector and the chiller if the branch of the refrigerant supply line is provided upstream of the inner heat exchanger. Alternatively, the expansion element can be arranged between the inner heat exchanger and the chiller if the branch of the refrigerant supply line is provided downstream of the inner heat exchanger.

Ein niederdruckseitiger Anschluss des Chillers kann stromabwärts des inneren Wärmeübertragers und stromaufwärts des Verdichters angeordnet sein. Somit kann durch den Chiller geführtes Kältemittel und durch den inneren Wärmeübertrager geführtes Kältemittel vor dem Verdichter wieder zusammengeführt werden.A low-pressure connection of the chiller can be arranged downstream of the internal heat exchanger and upstream of the compressor. Thus, refrigerant guided by the chiller and refrigerant guided by the internal heat exchanger can be brought together again in front of the compressor.

Eine weitere Anbindungsvariante des Chillers, dessen Kältemittelstrang hochdruckseitig stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers und stromabwärts des Kältemittelsammlers abzweigt, ist niederdruckseitig stromaufwärts des niederdruckseitigen Abschnitts des inneren Wärmeübertragers und stromabwärts des mindestens einen im System vorgesehenen Verdampfers, gegeben. Damit ist auch in diesem Fall gewährt, dass der innere Wärmeübertrager nur für den mindestens einen vorgesehen Verdampfer aktiv ist.Another connection variant of the chiller, the refrigerant branch of which branches off on the high-pressure side upstream of the inner heat exchanger and downstream of the refrigerant collector, is provided on the low-pressure side upstream of the low-pressure side section of the inner heat exchanger and downstream of the at least one evaporator provided in the system. This also ensures that the internal heat exchanger is only active for the at least one evaporator provided.

Der Kältemittelsammler kann hochdruckseitig in der Kälteanlage derart eingebunden sein, dass er in jedem Betriebszustand der Kälteanlage aktiv durchströmt ist.The refrigerant collector can be integrated in the refrigeration system on the high-pressure side in such a way that it is actively flowed through in every operating state of the refrigeration system.

Die Kälteanlage kann eine Steuereinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, einen gewünschten Betriebsmodus einzustellen, insbesondere durch Ansteuern von wenigstens einem betreffenden Absperrventil oder/und wenigstens einem betreffenden Expansionsorgan. Die Steuereinrichtung kann dabei auch Teil eine übergeordneten Fahrzeugsteuerung sein. Insbesondere ist die Steuereinrichtung auch dazu eingerichtet, je nach Betriebsmodus der Kälteanlage ein Ventil oder/und Expansionsorgan nicht nur vollständig zu öffnen oder zu schließen, sondern auch variable Öffnungsstellungen von betreffenden Ventilen oder/und Expansionsorganen anzusteuern bzw. zu regeln.The refrigeration system can have a control device which is set up to set a desired operating mode, in particular by activating at least one relevant shut-off valve and / or at least one relevant expansion element. The control device can also be part of a higher-level vehicle control system. In particular, the control device is also set up, depending on the operating mode of the refrigeration system, not only to completely open or close a valve and / or expansion element, but also to control or regulate variable opening positions of the relevant valves or / and expansion elements.

Die voranstehend aufgeführten optionalen Merkmale der Kälteanlage können mit beiden alternativ vorgestellten Kälteanlagen nach dem ersten Aspekt bzw. nach dem zweiten Aspekt der Erfindung kombiniert werden. The optional features of the refrigeration system listed above can be combined with the two refrigeration systems presented alternatively according to the first aspect or according to the second aspect of the invention.

Vorgeschlagen wird auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einer der oben beschriebenen Eigenschaften. Das Kraftfahrzeug kann ein reines Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein.A motor vehicle, in particular an electrically driven motor vehicle, with one of the properties described above is also proposed. The motor vehicle can be a purely electric vehicle or a hybrid vehicle.

Vorgeschlagen wird weiter ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei:

  • - in einem Kälteanlagenmodus das erste Absperrventil geöffnet wird bzw. ist und das im Bypassabschnitt angeordnete Expansionsorgan geschlossen wird bzw. ist; und
  • - in einem Luftwärmepumpenmodus das erste Absperrventil geschlossen wird bzw. ist und das Expansionsorgan im Bypassabschnitt geöffnet wird bzw. ist;
  • - in einem Wasserwärmepumpenmodus das erste Absperrventil geschlossen wird bzw. ist und das Expansionsorgan im Bypassabschnitt geschlossen wird bzw. ist.
A method for operating a refrigeration system according to the first aspect of the invention is also proposed, wherein:
  • - In a refrigeration system mode, the first shut-off valve is opened and the expansion element arranged in the bypass section is closed or is closed; and
  • - In an air heat pump mode, the first shut-off valve is or is closed and the expansion element is or is opened in the bypass section;
  • - In a water heat pump mode, the first shut-off valve is or is closed and the expansion element in the bypass section is or is closed.

In einem kombinierten Modus aus Wasserwärmepumpenmodus und Luftwärmepumpenmodus kann das erste Absperrventil geschlossen werden bzw. sein und das im Bypassabschnitt angeordnete Expansionsorgan kann entsprechend einer Ansteuerung durch die Steuereinheit insbesondere variabel geöffnet werden bzw. sein.In a combined mode comprising the water heat pump mode and the air heat pump mode, the first shut-off valve can be closed or the expansion element arranged in the bypass section can be opened or opened in a variable manner in accordance with a control by the control unit.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:

  • 1 ein schematisches Diagramm einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
  • 2 ein schematisches Diagramm einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Further advantages, features and details of the invention result from the patent claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the drawings. It shows:
  • 1 is a schematic diagram of a refrigeration system with heat pump function according to the first aspect of the invention;
  • 2nd is a schematic diagram of a refrigeration system with heat pump function according to the second aspect of the invention.

1 zeigt in einer schematischen Schaltkreisdarstellung eine Kältemittelanlage 10 mit Wärmepumpenfunktion. Die Kältemittelanlage 10 umfasst einen Verdichter 12, an den sich eine Ventileinrichtung 14 anschließt. Mittels der Ventileinrichtung 14 kann Kältemittel zu einem Primärstrang S1 (im Schema nach links) beim Ventileinrichtungsausgang 2 oder/und einem Sekundärstrang S2 (im Schema nach rechts) beim Ventileinrichtungausgang 3 geleitet werden, je nach gewünschtem Betriebsmodus der Kälteanlage 10. 1 shows a refrigerant system in a schematic circuit diagram 10th with heat pump function. The refrigerant system 10th includes a compressor 12 to which a valve device 14 connects. By means of the valve device 14 can refrigerant to a primary line S1 (to the left in the diagram) at the valve device outlet 2nd or / and a secondary strand S2 (in the diagram to the right) at the valve device outlet 3rd depending on the desired operating mode of the refrigeration system 10th .

Der Primärstrang S1 umfasst einen bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager 16 und einen Verdampfer 18. Der bidirektional durchströmbare Wärmeübertrager 16 kann auch als Umgebungswärmeübertrager bezeichnet werden. Zwischen dem Wärmeübertrager 16 und dem Verdampfer 18 ist ein innerer Wärmeübertrager 20 angeordnet. Der Primärstrang S1 wird im dargestellten Schema an einem ersten Kältemittelanschluss 21 in einen Kältemittelsammler 22 geführt. Der Kältemittelsammler 22 weist einen zweiten Kältemittelanschluss 23. An diesem zweiten Kältemittelanschluss 23 sind der innere Wärmeübertrager 20, der Chiller 26 und der Verdampfer 18 angeschlossen.The primary line S1 includes a bidirectionally flowable heat exchanger 16 and an evaporator 18th . The heat exchanger that can be flowed through bidirectionally 16 can also be called an ambient heat exchanger. Between the heat exchanger 16 and the evaporator 18th is an internal heat exchanger 20th arranged. The primary line S1 is in the diagram shown on a first refrigerant connection 21st into a refrigerant collector 22 guided. The refrigerant collector 22 has a second refrigerant connection 23 . At this second refrigerant connection 23 are the internal heat exchanger 20th , the chiller 26 and the evaporator 18th connected.

Die Kälteanlage 10 umfasst im Sekundärstrang S2 einen Heizkondensator 24. Die Verbindung des Sekundärstrangs S2 mit dem Kältemittelsammler 22 ist stromaufwärts des ersten Kältemittelanschlusses 21 vorgesehen.The refrigeration system 10th includes in the secondary strand S2 a heating condenser 24th . The connection of the secondary line S2 with the refrigerant collector 22 is upstream of the first refrigerant connection 21st intended.

Die Kälteanlage 10 umfasst einen Chiller 26. Der Chiller 26 ist stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 angeordnet. Eine Kältemittelzuleitung 28 zu dem Chiller 26 hin weist ein absperrbares Expansionsorgan AE1 auf. Die Abzweigung 30 für den Chiller 26 ist stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 und stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 vorgesehen. Alternativ kann statt der Abzweigung 30 stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 auch eine Abzweigung 30a stromabwärts des inneren Wärmeübertragers 20 vorgesehen sein, was als gestrichelter Leitungsverlauf stromaufwärts des Expansionsorgans AE1 der Zuleitung 28 dargestellt ist.The refrigeration system 10th includes a chiller 26 . The chiller 26 is downstream of the refrigerant collector 22 arranged. A refrigerant supply 28 to the chiller 26 indicates a lockable expansion device AE1 on. The junction 30th for the chiller 26 is downstream of the refrigerant collector 22 and upstream of the inner heat exchanger 20th intended. Alternatively, instead of the junction 30th upstream of the inner heat exchanger 20th also a turnoff 30a downstream of the inner heat exchanger 20th be provided as a dashed line upstream of the expansion element AE1 the supply line 28 is shown.

Die Kälteanlage 10 weist stromaufwärts des Kältemittelsammlers 22 bzw. des ersten Kältemittelanschlusses 21 ein erstes Absperrventil A2 auf. Stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 zweigt insbesondere nach dem zweiten Kältemittelanschluss 23 ein Bypassabschnitt 32 ab. In dem Bypassabschnitt 32 ist ein Expansionsorgan AE3 angeordnet. Der Bypassabschnitt 32 ist mit einem Leitungsabschnitt 34 verbunden, der zwischen dem bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager 16 und dem ersten Absperrventil A2 angeordnet ist. Der Bypassabschnitt 32 bildet somit eine Umgehung des ersten Absperrventils A2. Anders ausgedrückt ermöglicht der Bypassabschnitt 32 das Fördern von Kältemittel über den ersten Kältemittelanschluss 21 hin zu dem zweiten Kältemittelanschluss 23, jedoch an dem ersten Absperrventil A2 vorbei.The refrigeration system 10th points upstream of the refrigerant collector 22 or the first refrigerant connection 21st a first shut-off valve A2 on. Downstream of the refrigerant collector 22 branches in particular after the second refrigerant connection 23 a bypass section 32 from. In the bypass section 32 is an expansion organ AE3 arranged. The bypass section 32 is with a line section 34 connected, that between the bidirectionally flowable heat exchanger 16 and the first shut-off valve A2 is arranged. The bypass section 32 thus forms a bypass of the first shut-off valve A2 . In other words, the bypass section enables 32 the delivery of refrigerant via the first refrigerant connection 21st towards the second refrigerant connection 23 , but on the first shut-off valve A2 past.

Ein zweites Absperrventil A1 ist in dem Sekundärstrang S2 vorgesehen. Das zweite Absperrventil A1 ist ausgangsseitig zwischen dem ersten Absperrventil A2 und dem Kältemittelsammler 22 angeschlossen. Somit sind der Primärstrang S1 und der Sekundärstrang S2 mit dem ersten Kältemittelanschluss 21 (Kältemitteleingang) des Kältemittelsammlers 22 verbunden.A second shut-off valve A1 is in the secondary line S2 intended. The second shut-off valve A1 is on the outlet side between the first shut-off valve A2 and the refrigerant collector 22 connected. So are the primary strand S1 and the secondary strand S2 with the first refrigerant connection 21st (Refrigerant inlet) of the refrigerant collector 22 connected.

Mit pT1 bis pT5 sind mögliche Positionen gekennzeichnet, an denen Druck-/Temperatursensoren angeordnet sein können, wobei die Anzahl der entsprechenden Sensoren und deren genaue Positionierung auch an andere Ausgestaltungen angepasst werden können. Mit R3 und R4 sind beispielhaft zwei Rückschlagventile gekennzeichnet.With pT1 to pT5 possible positions are marked at which pressure / temperature sensors can be arranged, the number of the corresponding sensors and their exact positioning also being able to be adapted to other configurations. With R3 and R4 two check valves are marked as examples.

Wird die Kälteanlage 10 in einem Kälteanlagenmodus betrieben, wird Kältemittel durch den Verdichter 12 komprimiert und zur Ventileinrichtung 14 gefördert. Die Ventileinrichtung 14 ist bzw. wird so geschaltet, dass das Kältemittel zum Wärmeübertrager 16 geführt wird, der in diesem Fall als Kälteanlagenkondensator arbeitet. Im Kälteanlagenmodus ist das Expansionsorgan AE3 geschlossen bzw. gesperrt, so dass aus dem Wärmeübertrager 16 austretendes Kältemittel durch das geöffnete erste Absperrventil A2 in den Kältemittelsammler 22 gelangt. Es ist selbstredend, dass in dem Kälteanlagenmodus das zweite Absperrventil A1 geschlossen bzw. gesperrt ist. Aus dem Kältemittelsammler 22 austretendes Kältemittel wird über die Hochdruckseite des inneren Wärmeübertragers 20 dem Expansionsorgan AE2 und dem Verdampfer 18 zugeführt. Vom Verdampfer 18 gelangt das Kältemittel zur Niederdruckseite des inneren Wärmeübertragers und zurück zum Verdichter 12.Will the refrigeration system 10th Operated in a refrigeration system mode, refrigerant is supplied by the compressor 12 compressed and to the valve device 14 promoted. The valve device 14 is or is switched so that the refrigerant to the heat exchanger 16 is performed, which in this case works as a refrigeration system condenser. The expansion device is in refrigeration mode AE3 closed or locked so that from the heat exchanger 16 escaping refrigerant through the opened first shut-off valve A2 in the refrigerant collector 22 reached. It goes without saying that in the refrigeration system mode the second shut-off valve A1 is closed or locked. From the refrigerant collector 22 escaping refrigerant is on the high pressure side of the internal heat exchanger 20th the expansion organ AE2 and the evaporator 18th fed. From the evaporator 18th the refrigerant reaches the low pressure side of the internal heat exchanger and back to the compressor 12 .

In dem Kälteanlagenmodus kann das Expansionsorgan AE1, das stromaufwärts des Chillers 26 angeordnet ist, offen oder geschlossen sein. Im geöffneten Zustand kann Kältemittel durch den Chiller 26 strömen, so dass der als Verdampfer arbeitende Chiller 26 beispielsweise dazu eingesetzt werden kann, einen Elektromotor oder/und eine Batterie eines Kraftfahrzeugs zu kühlen.In the refrigeration system mode, the expansion device AE1 , the upstream of the chiller 26 is arranged to be open or closed. When opened, refrigerant can be released through the chiller 26 flow so that the chiller working as an evaporator 26 can be used, for example, to cool an electric motor and / or a battery of a motor vehicle.

Neben dem Verdampfer 18 mit dem ihm zugeordneten Expansionsorgan AE1 kann in dem System mindestens ein weiterer Innenraumverdampfer bspw. als Fondsraumverdampfer mit einem diesen vorgeschalteten Expansionsorgan vorgesehen werdenNext to the evaporator 18th with the expansion organ assigned to it AE1 For example, at least one further interior evaporator can be provided in the system, for example as a fund space evaporator with an expansion element connected upstream thereof

Die Kälteanlage 10 kann auch in einem Luftwärmepumpenmodus betrieben werden. Von dem Verdichter 12 komprimiertes Kältemittel wird dabei durch die Ventileinrichtung 14 in den Sekundärstrang S2 geleitet und strömt durch den Heizkondensator 24. Es ist selbstverständlich, dass die Ventileinrichtung 14 hierzu entsprechend angesteuert werden kann, insbesondere umstellbar zwischen Kälteanlagenmodus und Wärmepumpenmodus ausgebildet ist. Vom Heizkondensator 24 gelangt das Kältemittel zum geöffneten zweiten Absperrventil A1 der Kälteanlage 10 und zum Kältemittelsammler 22. Das erste Absperrventil A2 des Primärstrangs S1 ist dabei geschlossen. Stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 sind die beiden absperrbaren Expansionsorgane AE1 und AE2 geschlossen. Entsprechend strömt das Kältemittel vom Kältemittelsammler 22 her durch den Bypassabschnitt 32 und das in diesem Betriebsmodus gemäß Steuergerätevorgabe veränderlich geöffnete Expansionsorgan AE3. Schließlich gelangt Kältemittel zum Wärmeübertrager 16, der als Luftwärmepumpenverdampfer arbeitet. Vom Wärmeübertrager 16 wird das Kältemittel niederdruckseitig durch die Ventileinrichtung 14 und das Rückschlagventi R4 wieder zum Verdichter 12 geleitet.The refrigeration system 10th can also be operated in an air heat pump mode. From the compressor 12 The refrigerant is compressed by the valve device 14 in the secondary line S2 passed and flows through the heating condenser 24th . It goes without saying that the valve device 14 can be controlled accordingly, in particular is designed to be switchable between the refrigeration system mode and the heat pump mode. From the heating condenser 24th the refrigerant reaches the open second shut-off valve A1 the refrigeration system 10th and to the refrigerant collector 22 . The first shut-off valve A2 of the primary line S1 is closed. Downstream of the refrigerant collector 22 are the two lockable expansion devices AE1 and AE2 closed. Accordingly, the refrigerant flows from the refrigerant collector 22 forth through the bypass section 32 and the expansion element which is variably opened in this operating mode in accordance with control unit specification AE3 . Finally, refrigerant gets to the heat exchanger 16 , which works as an air heat pump evaporator. From the heat exchanger 16 the refrigerant is on the low pressure side through the valve device 14 and the check valve R4 back to the compressor 12 headed.

In einem Wasserwärmepumpenmodus und/ oder Reheat-Modus wird von dem Verdichter 12 komprimiertes Kältemittel durch die Ventileinrichtung 14 in den Sekundärstrang S2 geleitet und strömt durch den Heizkondensator 24. Vom Heizkondensator 24 gelangt das Kältemittel zum geöffneten zweiten Absperrventil A1 der Kälteanlage 10 und zum Kältemittelsammler 22. Das erste Absperrventil A2 des Primärstrangs S1 ist dabei geschlossen. Ebenso ist das Expansionsorgan AE3 im Bypassabschnitt 32 geschlossen. Stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 können die beiden absperrbaren Expansionsorgane AE1 und AE2 geöffnet sein oder es kann nur eines der beiden Expansionsorgane AE1 , AE2 geöffnet sein. Entsprechend der Stellung der Expansionsorgane AE1, AE2 strömt das Kältemittel vom Kältemittelsammler 22 her durch Verdampfer 18 oder/und durch den Chiller 26. Vom Verdampfer 18 oder/und vom Chiller 26 wird das Kältemittel niederdruckseitig wieder zum Verdichter 12 geleitet.In a water heat pump mode and / or reheat mode, the compressor 12 compressed refrigerant through the valve device 14 in the secondary line S2 passed and flows through the heating condenser 24th . From the heating condenser 24th the refrigerant reaches the open second shut-off valve A1 the refrigeration system 10th and to the refrigerant collector 22 . The first shut-off valve A2 of the primary line S1 is closed. So is the expansion organ AE3 in the bypass section 32 closed. Downstream of the refrigerant collector 22 can the two lockable expansion organs AE1 and AE2 open or only one of the two expansion organs can AE1 , AE2 to be open. According to the position of the expansion organs AE1 , AE2 the refrigerant flows from the refrigerant collector 22 forth by evaporator 18th or / and through the chiller 26 . From the evaporator 18th or / and from the chiller 26 the refrigerant becomes a compressor again on the low pressure side 12 headed.

Im Betrieb einer Kälteanlage 10 der 1 können folgende Schritte ausgeführt werden. Im Kälteanlagenmodus Öffnen des erste Absperrventils (A2) und Schließen des im Bypassabschnitt (32) angeordnete Expansionsorgans (AE3). Im Luftwärmepumpenmodus Schließen des ersten Absperrventils (A2) und Öffnen des Expansionsorgans (AE3) im Bypassabschnitt (32).
Im Wasserwärmepumpenmodus Schließen des ersten Absperrventils (A2) und Schließen des Expansionsorgans (AE3) im Bypassabschnitt (32). Im Kombinationsmodus aus Wasserwärmepumpe und Luftwärmepumpe Schließen des ersten Absperrventils (A2) und Öffnen der Expansionsorgane (AE1 und AE3).
Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass der hochdruckseitige Eingang 1 der Ventileinrichtung und der niederdruckseitige Ausgang 4 der Ventileinrichtung 14 umstellbar sind. Die in der 1 dargestellte Stellung zeigt den Kälteanlagenmodus. Es ist klar, dass in den Wärmepumpenmodi die bei 1 und 4 dargestellten umstellbaren Organe umgeschaltet werden, so dass der Kältemittelfluss entlang dem gestrichelt dargestellten Verlauf erfolgt.In the operation of a refrigeration system 10th of the 1 the following steps can be carried out. In refrigeration system mode, opening the first shut-off valve ( A2 ) and closing the in the bypass section ( 32 ) arranged expansion organ ( AE3 ). In the air heat pump mode, closing the first shut-off valve ( A2 ) and opening the expansion device ( AE3 ) in the bypass section ( 32 ).
In the water heat pump mode, closing the first shut-off valve ( A2 ) and closing the expansion element ( AE3 ) in the bypass section ( 32 ). In the combination mode of water heat pump and air heat pump, closing the first shut-off valve ( A2 ) and opening the expansion organs ( AE1 and AE3 ).
For the sake of completeness, it is pointed out that the high-pressure input 1 the valve device and the low pressure side outlet 4th the valve device 14 are convertible. The in the 1 position shown shows the refrigeration system mode. It is clear that in the heat pump modes the switchable organs shown at 1 and 4 are switched so that the refrigerant flow takes place along the course shown in dashed lines.

2 zeigt eine alternative Kälteanlage 10, die im Wesentlichen gleich aufgebaut ist, wie die Kälteanlage 10 der 1. Auch diese Kältemittelanlage 10 umfasst einen Verdichter 12, an den sich eine Ventileinrichtung 14 anschließt. Mittels der Ventileinrichtung 14 kann Kältemittel zu einem Primärstrang S1 (im Schema nach links) oder/und einem Sekundärstrang S2 (im Schema nach rechts) geleitet werden, je nach gewünschtem Betriebsmodus der Kälteanlage 10. 2nd shows an alternative refrigeration system 10th , which is essentially the same as the refrigeration system 10th of the 1 . This refrigerant system too 10th includes a compressor 12 to which a valve device 14 connects. By means of the valve device 14 can refrigerant to a primary line S1 (to the left in the diagram) and / or a secondary line S2 (to the right in the diagram), depending on the desired operating mode of the refrigeration system 10th .

Der Primärstrang S1 umfasst einen bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager 16 und einen Verdampfer 18. Zwischen dem Wärmeübertrager 16 und dem Verdampfer 18 ist ein innerer Wärmeübertrager 20 angeordnet. Der Primärstrang S1 wird im dargestellten Schema an einem ersten Kältemittelanschluss 21 in einen Kältemittelsammler 22 geführt. Der Kältemittelsammler 22 weist einen zweiten Kältemittelanschluss 23 auf. An diesem zweiten Kältemittelanschluss 23 sind der innere Wärmeübertrager 20 und der Verdampfer 18 angeschlossen.The primary line S1 includes a bidirectionally flowable heat exchanger 16 and an evaporator 18th . Between the heat exchanger 16 and the evaporator 18th is an internal heat exchanger 20th arranged. The primary line S1 is in the diagram shown on a first refrigerant connection 21st into a refrigerant collector 22 guided. The refrigerant collector 22 has a second refrigerant connection 23 on. At this second refrigerant connection 23 are the internal heat exchanger 20th and the evaporator 18th connected.

Die Kälteanlage 10 umfasst im Sekundärstrang S2 einen Heizkondensator 24. Die Verbindung des Sekundärstrangs S2 mit dem Kältemittelsammler 22 ist über einen dritten Kältemittelanschluss 25 vorgesehen. Somit weist die Kälteanlage 10 der 2 einen Kältemittelsammler 22 mit drei Anschlüssen 21, 23, 25 auf im Gegensatz zu dem Kältemittelsammler 22 mit zwei Anschlüssen 21, 23 der Kälteanlage 10 der 1.The refrigeration system 10th includes in the secondary strand S2 a heating condenser 24th . The connection of the secondary line S2 with the refrigerant collector 22 is via a third refrigerant connection 25th intended. Thus, the refrigeration system 10th of the 2nd a refrigerant collector 22 with three connections 21st , 23 , 25th unlike the refrigerant collector 22 with two connections 21st , 23 the refrigeration system 10th of the 1 .

Die Kälteanlage 10 umfasst einen Chiller 26. Der Chiller 26 ist stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 angeordnet. Eine Kältemittelzuleitung 28 zu dem Chiller 26 hin weist ein absperrbares Expansionsorgan AE1 auf. Die Abzweigung 30 für den Chiller 26 ist stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 und stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 vorgesehen. Alternativ kann statt der Abzweigung 30 stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 auch eine Abzweigung 30a stromabwärts des inneren Wärmeübertragers 20 vorgesehen sein, was als gestrichelter Leitungsverlauf dargestellt stromaufwärts des Expansionsorgans AE1 der Zuleitung 28.The refrigeration system 10th includes a chiller 26 . The chiller 26 is downstream of the refrigerant collector 22 arranged. A refrigerant supply 28 to the chiller 26 indicates a lockable expansion device AE1 on. The junction 30th for the chiller 26 is downstream of the refrigerant collector 22 and upstream of the inner heat exchanger 20th intended. Alternatively, instead of the junction 30th upstream of the inner heat exchanger 20th also a turnoff 30a downstream of the inner heat exchanger 20th be provided, which is shown as a dashed line upstream of the expansion element AE1 the supply line 28 .

Alternativ kann bei der Wahl eines Abzweiges 30 für den Chiller 26 dessen niederdruckseitige Anbindung stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 und stromabwärts des Rückschlagventils R3 erfolgen.Alternatively, when choosing a branch 30th for the chiller 26 its low-pressure connection upstream of the inner heat exchanger 20th and downstream of the check valve R3 respectively.

Die Kälteanlage 10 der 2 weist stromaufwärts des Kältemittelsammlers 22 bzw. des ersten Kältemittelanschlusses 21 ein Expansionsorgan AE3 auf. Ein Absperrventil A1 ist in dem Sekundärstrang S2 vorgesehen. Das Absperrventil A1 ist ausgangsseitig an dem dritten Kältemittelanschluss 25 des Kältemittelsammlers 22 angeschlossen. Somit sind der Primärstrang S1 und der Sekundärstrang S2 im Kältemittelsammler 22 zusammengeführt.The refrigeration system 10th of the 2nd points upstream of the refrigerant collector 22 or the first refrigerant connection 21st an expansion organ AE3 on. A shut-off valve A1 is in the secondary line S2 intended. The shut-off valve A1 is on the output side at the third refrigerant connection 25th of the refrigerant collector 22 connected. So are the primary strand S1 and the secondary strand S2 in the refrigerant collector 22 merged.

Mit pT1 bis pT5 sind mögliche Positionen gekennzeichnet, an denen Druck-/Temperatursensoren angeordnet sein können, wobei die Anzahl der entsprechenden Sensoren und deren genaue Positionierung auch an andere Ausgestaltungen angepasst werden kann. Mit R3 und R4 sind beispielhaft zwei Rückschlagventile gekennzeichnet.With pT1 to pT5 possible positions are marked at which pressure / temperature sensors can be arranged, the number of the corresponding sensors and their exact positioning also being able to be adapted to other configurations. With R3 and R4 two check valves are marked as examples.

Wird die Kälteanlage 10 in einem Kälteanlagenmodus betrieben, wird Kältemittel durch den Verdichter 12 komprimiert und zur Ventileinrichtung 14 gepumpt. Die Ventileinrichtung 14 ist bzw. wird so geschaltet, dass das Kältemittel zum Wärmetauscher 16 geführt wird, der in diesem Fall als Kälteanlagenkondensator arbeitet. Im Kälteanlagenmodus gelangt aus dem Wärmeübertrager 16 austretendes Kältemittel durch das geöffnete Expansionsorgan AE3 in den Kältemittelsammler 22. Es ist selbstredend, dass in dem Kälteanlagenmodus das Absperrventil A1 geschlossen bzw. gesperrt ist. Aus dem Kältemittelsammler 22 austretendes Kältemittel wird über die Hochdruckseite des inneren Wärmeübertragers 20 dem Expansionsorgan AE2 und dem Verdampfer 18 zugeführt. Vom Verdampfer 18 gelangt das Kältemittel zur Niederdruckseite des inneren Wärmeübertragers und zurück zum Verdichter 12. Will the refrigeration system 10th Operated in a refrigeration system mode, refrigerant is supplied by the compressor 12 compressed and to the valve device 14 pumped. The valve device 14 is or is switched so that the refrigerant to the heat exchanger 16 is performed, which in this case works as a refrigeration system condenser. In the refrigeration system mode it comes out of the heat exchanger 16 escaping refrigerant through the opened expansion element AE3 in the refrigerant collector 22 . It goes without saying that in the refrigeration system mode the shut-off valve A1 is closed or locked. From the refrigerant collector 22 escaping refrigerant is on the high pressure side of the internal heat exchanger 20th the expansion organ AE2 and the evaporator 18th fed. From the evaporator 18th the refrigerant reaches the low pressure side of the internal heat exchanger and back to the compressor 12 .

Neben dem Verdampfer 18 mit dem ihm zugeordneten Expansionsorgan AE1 kann in dem System bzw. der Kälteanlage 10 mindestens ein weiterer Innenraumverdampfer bspw. als Fondsraumverdampfer mit einem diesem vorgeschalteten Expansionsorgan vorgesehen werden.Next to the evaporator 18th with the expansion organ assigned to it AE1 can in the system or the refrigeration system 10th at least one further interior evaporator can be provided, for example, as a fund space evaporator with an expansion element connected upstream thereof.

In dem Kälteanlagenmodus kann das Expansionsorgan AE1, das stromaufwärts des Chillers 26 angeordnet ist, offen oder geschlossen sein. Im geöffneten Zustand kann Kältemittel durch den Chiller 26 strömen, so dass der als Verdampfer arbeitende Chiller 26 beispielsweise dazu eingesetzt werden kann, einen Elektromotor oder/und ein Batterie eines Kraftfahrzeugs zu kühlen.In the refrigeration system mode, the expansion device AE1 , the upstream of the chiller 26 is arranged to be open or closed. When opened, refrigerant can be released through the chiller 26 flow so that the chiller working as an evaporator 26 can be used, for example, to cool an electric motor and / or a battery of a motor vehicle.

Die Kälteanlage 10 kann auch in einem Luftwärmepumpenmodus betrieben werden. Von dem Verdichter 12 komprimiertes Kältemittel wird dabei durch die Ventileinrichtung 14 in den Sekundärstrang S2 geleitet und strömt durch den Heizkondensator 24. Es ist selbstverständlich, dass die Ventileinrichtung 14 hierzu entsprechend angesteuert werden kann, insbesondere umstellbar zwischen Kälteanlagenmodus und Wärmepumpenmodus ausgebildet ist. Vom Heizkondensator 24 gelangt das Kältemittel zum geöffneten Absperrventil A1 der Kälteanlage 10 und zum Kältemittelsammler 22. Stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 sind die beiden absperrbaren Expansionsorgane AE1 und AE2 geschlossen. Entsprechend strömt das Kältemittel vom Kältemittelsammler 22 her durch den ersten Kältemittelanschluss 21 zu dem Expansionsorgan AE3. Schließlich gelangt Kältemittel zum Wärmeübertrager 16, der als Luftwärmepumpe arbeitet. Vom Wärmeübertrager 16 wird das Kältemittel niederdruckseitig durch die Ventileinrichtung 14 und das Rückschlagventil R4 wieder zum Verdichter 12 geleitet.The refrigeration system 10th can also be operated in an air heat pump mode. From the compressor 12 The refrigerant is compressed by the valve device 14 in the secondary line S2 passed and flows through the heating condenser 24th . It goes without saying that the valve device 14 can be controlled accordingly, in particular is designed to be switchable between the refrigeration system mode and the heat pump mode. From the heating condenser 24th the refrigerant reaches the open shut-off valve A1 of the Refrigeration system 10th and to the refrigerant collector 22 . Downstream of the refrigerant collector 22 are the two lockable expansion devices AE1 and AE2 closed. Accordingly, the refrigerant flows from the refrigerant collector 22 through the first refrigerant connection 21st to the expansion organ AE3 . Finally, refrigerant gets to the heat exchanger 16 that works as an air source heat pump. From the heat exchanger 16 the refrigerant is on the low pressure side through the valve device 14 and the check valve R4 back to the compressor 12 headed.

In einem Wasserwärmepumpenmodus und/oder Reheatmodus wird von dem Verdichter 12 komprimiertes Kältemittel durch die Ventileinrichtung 14 in den Sekundärstrang S2 geleitet und strömt durch den Heizkondensator 24. Vom Heizkondensator 24 gelangt das Kältemittel zum geöffneten Absperrventil A1 der Kälteanlage 10 und zum Kältemittelsammler 22. Das Expansionsorgan AE3 ist dabei geschlossen. Stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 können die beiden absperrbaren Expansionsorgane AE1 und AE2 geöffnet sein oder es kann nur eines der beiden Expansionsorgane AE1, AE2 geöffnet sein. Entsprechend der Stellung der Expansionsorgane AE1, AE2 strömt das Kältemittel vom Kältemittelsammler 22 her durch den Verdampfer 18 oder/und durch den Chiller 26. Vom Verdampfer 18 oder/und vom Chiller 26 wird das Kältemittel niederdruckseitig wieder zum Verdichter 12 geleitet.In a water heat pump mode and / or reheat mode, the compressor 12 compressed refrigerant through the valve device 14 in the secondary line S2 passed and flows through the heating condenser 24th . From the heating condenser 24th the refrigerant reaches the open shut-off valve A1 the refrigeration system 10th and to the refrigerant collector 22 . The expansion organ AE3 is closed. Downstream of the refrigerant collector 22 can the two lockable expansion organs AE1 and AE2 open or only one of the two expansion organs can AE1 , AE2 to be open. According to the position of the expansion organs AE1 , AE2 the refrigerant flows from the refrigerant collector 22 through the evaporator 18th or / and through the chiller 26 . From the evaporator 18th or / and from the chiller 26 the refrigerant becomes a compressor again on the low pressure side 12 headed.

Im Kombinationsmodus aus Wasserwärmepumpe und Luftwärmepumpe können durch Öffnen der Expansionsorgane (AE1 und AE3) sowohl der Wärmeübertrager 16 als auch der Chiller 26 mit Kältemittel beaufschlagt werden und durch Verdampfung des sie durchströmenden Mediums Wärme aufnehmen.In the combined mode consisting of a water heat pump and an air heat pump, opening the expansion units ( AE1 and AE3 ) both the heat exchanger 16 as well as the chiller 26 are charged with refrigerant and absorb heat by evaporation of the medium flowing through them.

Analog zu 1 kann der Abgang zum Chiller 26 über den Abzweig 30 stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 bzw. stromabwärts des inneren Wärmeübertragers 20 vorgesehen werden. Alternativ kann bei der Wahl eines Abzweiges 30 für den Chiller 26 dessen niederdruckseitige Anbindung stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 und stromabwärts des Rückschlagventils R3 erfolgen.Analogous to 1 can the exit to the chiller 26 over the branch 30th upstream of the inner heat exchanger 20th or downstream of the inner heat exchanger 20th be provided. Alternatively, when choosing a branch 30th for the chiller 26 its low-pressure connection upstream of the inner heat exchanger 20th and downstream of the check valve R3 respectively.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102018211589 [0003]DE 102018211589 [0003]
  • DE 102011118162 A1 [0004]DE 102011118162 A1 [0004]

Claims (13)

Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion mit einem Verdichter (12), der mit einem Primärstrang (S1) und einem Sekundärstrang (S2) verbindbar oder verbunden ist; einem mit dem Primärstrang (S1) und dem Sekundärstrang (S2) verbundenen Kältemittelsammler (22) mit wenigstens zwei Kältemittelanschlüssen (21, 23, 25), wobei der Primärstrang (S1) mit einem ersten Kältemittelanschluss (21) verbunden ist; einem stromabwärts des Kältemittelsammlers (22) angeordneten inneren Wärmeübertrager (20), wobei der innere Wärmeübertrager (20) mit einem zweiten Kältemittelanschluss (23) des Kältemittelsammlers (22) verbunden ist; wobei der Primärstrang (S1) einen bidirektional durchströmbaren Wärmetübertrager (16) umfasst, der je nach Betriebsart der Kälteanlage (10) als Kälteanlagenkondensator oder Wärmepumpenverdampfer dient, und wobei der Sekundärstrang (S2) einen Heizkondensator (24) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des ersten Kältemittelanschlusses (21) des Kältemittelsammlers (22) zwischen dem bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager (16) und dem Kältemittelsammler (22) ein erstes Absperrventil (A2) angeordnet ist, und dass stromabwärts des zweiten Kältemittelanschlusses (23) des Kältemittelsammlers (22) ein Bypassabschnitt (32) angeordnet ist, der das erste Absperrventil (A2) im Betrieb des Wärmetauschers als Wärmepumpenverdampfer umgeht, wobei in dem Bypassabschnitt (32) ein Expansionsorgan (AE3) angeordnet ist.Refrigeration system with heat pump function with a compressor (12) which can be connected or is connected to a primary line (S1) and a secondary line (S2); a refrigerant collector (22) connected to the primary line (S1) and the secondary line (S2) with at least two refrigerant connections (21, 23, 25), the primary line (S1) being connected to a first refrigerant connection (21); an inner heat exchanger (20) arranged downstream of the refrigerant collector (22), the inner heat exchanger (20) being connected to a second refrigerant connection (23) of the refrigerant collector (22); wherein the primary line (S1) comprises a bidirectionally flowable heat exchanger (16) which, depending on the operating mode of the refrigeration system (10), serves as a refrigeration system condenser or heat pump evaporator, and wherein the secondary line (S2) comprises a heating condenser (24), characterized in that upstream of the the first refrigerant connection (21) of the refrigerant collector (22) between the bidirectionally flowable heat exchanger (16) and the refrigerant collector (22) a first shut-off valve (A2) is arranged and that a bypass section (22) downstream of the second refrigerant connection (23) of the refrigerant collector (22) 32) is arranged, which bypasses the first shut-off valve (A2) during operation of the heat exchanger as a heat pump evaporator, an expansion element (AE3) being arranged in the bypass section (32). Kälteanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Heizkondensator (24) und dem ersten Kältemittelanschluss (21) des Kältemittelsammlers (22) ein zweites Absperrventil (A1) angeordnet ist.Refrigeration system after Claim 1 , characterized in that a second shut-off valve (A1) is arranged between the heating condenser (24) and the first refrigerant connection (21) of the refrigerant collector (22). Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion mit einem Verdichter (12), der mit einem Primärstrang (S1) und einem Sekundärstrang (S2) verbindbar oder verbunden ist; einem mit dem Primärstrang (S1) und dem Sekundärstrang (S2) verbundenen Kältemittelsammler (22) mit wenigstens zwei Kältemittelanschlüssen (21, 23, 25), wobei der Primärstrang (S1) mit einem ersten Kältemittelanschluss (21) verbunden ist; einem stromabwärts des Kältemittelsammlers (22) angeordneten inneren Wärmeübertrager (20), wobei der innere Wärmeübertrager (20) mit einem zweiten Kältemittelanschluss (23) des Kältemittelsammlers (22) verbunden ist; wobei der Primärstrang (S1) einen bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager (16) umfasst, der je nach Betriebsart der Kälteanlage (10) als Kälteanlagenkondensator oder Wärmepumpenverdampfer dient, und wobei der Sekundärstrang (S2) einen Heizkondensator (24) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des ersten Kältemittelanschlusses (21) des Kältemittelsammlers (22) zwischen dem bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager (16) und dem Kältemittelsammler (22) ein Expansionsorgan (AE3) angeordnet ist, und dass der Kältemittelsammler (22) einen dritten Kältemittelanschluss (25) aufweist, der mit dem Sekundärstrang (S2) verbunden ist, wobei stromaufwärts des dritten Kältemittelanschlusses (25) ein Absperrventil (A1) angeordnet ist.Refrigeration system with heat pump function with a compressor (12) which can be connected or is connected to a primary line (S1) and a secondary line (S2); a refrigerant collector (22) connected to the primary line (S1) and the secondary line (S2) with at least two refrigerant connections (21, 23, 25), the primary line (S1) being connected to a first refrigerant connection (21); an inner heat exchanger (20) arranged downstream of the refrigerant collector (22), the inner heat exchanger (20) being connected to a second refrigerant connection (23) of the refrigerant collector (22); wherein the primary line (S1) comprises a heat exchanger (16) through which flow can be flowed, which serves as a cooling system condenser or heat pump evaporator, depending on the operating mode of the cooling system (10), and wherein the secondary line (S2) comprises a heating condenser (24), characterized in that upstream of the the first refrigerant connection (21) of the refrigerant collector (22) between the bidirectionally flowable heat exchanger (16) and the refrigerant collector (22), an expansion element (AE3) is arranged, and that the refrigerant collector (22) has a third refrigerant connection (25) which is connected to the Secondary line (S2) is connected, a shut-off valve (A1) being arranged upstream of the third refrigerant connection (25). Kälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des inneren Wärmeübertragers (20) mindestens ein Verdampfer (18) angeordnet ist, wobei zwischen dem inneren Wärmeübertrager (20) und dem Verdampfer (18) ein Expansionsorgan (AE2) angeordnet ist.Refrigeration system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one evaporator (18) is arranged downstream of the inner heat exchanger (20), an expansion element (AE2) being arranged between the inner heat exchanger (20) and the evaporator (18). Kälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kältemittelsammler (22) und dem Verdichter (12) ein Chiller (26) angeordnet ist, dessen Kältemittelzuleitung (28, 30) stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers (20) abzweigt.Refrigeration system according to one of the preceding claims, characterized in that a chiller (26) is arranged between the refrigerant collector (22) and the compressor (12), the refrigerant feed line (28, 30) branches upstream of the inner heat exchanger (20). Kälteanalage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kältemittelsammler (22) und dem Verdichter (12) ein Chiller (26) angeordnet ist, dessen Kältemittelzuleitung (28, 30a) stromabwärts des inneren Wärmeübertragers (20) und stromaufwärts des Verdampfers (18) abzweigt.Refrigeration system after Claim 4 , characterized in that a chiller (26) is arranged between the refrigerant collector (22) and the compressor (12), the refrigerant feed line (28, 30a) branches off downstream of the inner heat exchanger (20) and upstream of the evaporator (18). Kälteanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der zum Chiller (26) führenden Kältemittelzuleitung (28) ein Expansionsorgan (AE1) angeordnet ist.Refrigeration system after Claim 5 or 6 , characterized in that an expansion element (AE1) is arranged in the coolant supply line (28) leading to the chiller (26). Kälteanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein niederdruckseitiger Anschluss des Chillers (26) stromabwärts des inneren Wärmeübertragers (20) und stromaufwärts des Verdichters (12) angeordnet ist.Refrigeration system according to one of the Claims 5 to 7 , characterized in that a low-pressure connection of the chiller (26) is arranged downstream of the inner heat exchanger (20) and upstream of the compressor (12). Kälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelsammler (22) hochdruckseitig in der Kälteanlage (10) derart eingebunden ist, dass er in jedem Betriebszustand der Kälteanlage (10) aktiv durchströmt ist.Refrigeration system according to one of the preceding claims, characterized in that the refrigerant collector (22) is integrated on the high-pressure side in the refrigeration system (10) in such a way that it is actively flowed through in every operating state of the refrigeration system (10). Kälteanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, einen gewünschten Betriebsmodus einzustellen, insbesondere durch Ansteuern von wenigstens einem betreffenden Absperrventile oder/und wenigstens einem betreffenden Expansionsorgan.Refrigeration system according to one of the preceding claims, characterized in that it has a control device which is set up to set a desired operating mode, in particular by controlling at least one relevant shut-off valves and / or at least one relevant expansion element. Kraftfahrzeug, insbesondere elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einer Kälteanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Motor vehicle, in particular electrically powered motor vehicle, with a refrigeration system (10) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage nach Anspruch 1 oder 2 oder nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei in einem Kälteanlagenmodus das erste Absperrventil (A2) geöffnet wird bzw. ist und das im Bypassabschnitt (32) angeordnete Expansionsorgan (AE3) geschlossen wird bzw. ist; in einem Luftwärmepumpenmodus das erste Absperrventil (A2) geschlossen wird bzw. ist und das Expansionsorgan (AE3) im Bypassabschnitt (32) geöffnet wird bzw. ist; in einem Wasserwärmepumpenmodus das erste Absperrventil (A2) geschlossen wird bzw. ist und das Expansionsorgan (AE3) im Bypassabschnitt (32) geschlossen wird bzw. ist.Method of operating a refrigeration system according to Claim 1 or 2nd or according to one of the Claims 4 to 10th , wherein in a refrigeration system mode the first shut-off valve (A2) is opened and the expansion element (AE3) arranged in the bypass section (32) is closed; in an air heat pump mode, the first shut-off valve (A2) is or is closed and the expansion element (AE3) in the bypass section (32) is or is opened; in a water heat pump mode, the first shut-off valve (A2) is or is closed and the expansion element (AE3) in the bypass section (32) is or is closed. Verfahren nach Anspruch 12, wobei in einem kombinierten Modus aus Wasserwärmepumpenmodus und Luftwärmepumpenmodus das erste Absperrventil (A2) geschlossen wird bzw. ist und das im Bypassabschnitt (32) angeordnete Expansionsorgan (AE3) entsprechend einer Ansteuerung durch die Steuereinheit insbesondere variabel geöffnet wird bzw. ist.Procedure according to Claim 12 , In a combined mode consisting of water heat pump mode and air heat pump mode, the first shut-off valve (A2) is or is closed and the expansion element (AE3) arranged in the bypass section (32) is or is in particular variably opened according to a control by the control unit.
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