DE102020007489A1 - Temperierungsanordnung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperierungsanordnung (1) mit einem inneren Temperierungskreislauf (10) und zwei äußeren Temperierungskreisläufen (21, 22). Der innere Temperierungskreislauf (10) weist eine Wärme abgebende Schnittstelle (11) und eine Kälte abgebende Schnittstelle (12) auf, mit denen die zwei äußeren Temperierungskreisläufe (21, 22) jeweils thermisch gekoppelt sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperierungsanordnung. Sie dient z.B. dem Erwärmen oder Abkühlen von Raumluft oder dem Bereitstellen von heißem Wasser.
  • Im Stand der Technik ist es bekannt, dass bei Elektrofahrzeugen die Wärme des Motors und insbesondere der Batterie abgeführt wird. Im Sinne der Ökologie lässt sich diese Wärme beispielweise für eine Heizung im Fahrzeug verwenden. Daher sind Thermomanagementsysteme für Elektro- oder Hybridfahrzeugen bekannt, die über Solekreisläufe mit der Wärme von Batterie, Inverter und Elektromotor den Fahrgastraum klimatisieren.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Temperierungsanordnung vorzuschlagen, die die in einem System zur Verfügung stehende bzw. erzeugte Energie möglichst optimal ausnutzt.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe mit einer Temperierungsanordnung mit einem inneren Temperierungskreislauf und zwei äußeren Temperierungskreisläufen, wobei der innere Temperierungskreislauf eine Wärme abgebende Schnittstelle und eine Kälte abgebende Schnittstelle aufweist, und wobei die zwei äußeren Temperierungskreisläufe jeweils mit einer Schnittstelle thermisch gekoppelt sind.
  • Bei der Temperierungsanordnung sind drei Temperierungskreisläufe vorgesehen. Der innere Kreislauf produziert einerseits Wärme und andererseits Kälte. Die Wärme und die Kälte lassen sich jeweils über eine Schnittstelle abgreifen. Daher sind die zwei separaten äußeren Temperierungskreisläufe jeweils thermisch mit den Schnittstellen gekoppelt. Somit wird also von einem Kreislauf Wärme und Kälte abgegriffen, um diese jeweils in den beiden nachgeordneten Kreisläufen optimal zu verwenden.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die thermische Kopplung zwischen den äußeren Temperierungskreisläufen und den Schnittstellen jeweils über einen Wärmetauscher erfolgt.
  • Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass der innere Temperierungskreislauf als Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel realisiert ist. Solche Kühlkreisläufe sind bei der Anwendung in Klimaanlagen bekannt. Das Prinzip ist beispielsweise in der WO 2007/042065 A1 beschrieben.
  • Ein solcher Kühlkreislauf verfügt zumeist über zwei Wärmetauscher. Über einen Wärmetauscher wird als Teil des Verdampfers Kälte auf das zu kühlenden Medium übertragen. Der andere Wärmetauscher gehört zu dem Verflüssiger und dient der Abführung von Wärme. Weiterhin sind ein Kompressor (eine alternative Bezeichnung ist Verdichter) sowie eine Expansionseinrichtung vorhanden und zwischen dem Verdampfer und dem Verflüssiger angeordnet.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Kühlmittel CO2 ist. Der innere Temperierungskreislauf ist in dieser Ausgestaltung somit ein CO2-Kühlkreislauf. Die Verwendung von CO2 erlaubt es, sehr hohe Temperaturen zu erzeugen, indem der innere Temperierungskreislauf überkritisch betrieben wird. Die hohen Temperaturen (vorzugsweise höher als 70 °C) sind beispielsweise erforderlich, wenn Brauchwasser ausreichend erhitzt werden soll (beispielsweise in Bezug auf die Abtötung von Legionellen).
  • Eine Ausgestaltung beinhaltet, dass die zwei äußeren Temperierungskreisläufe jeweils als Solekreisläufe realisiert sind. In einem Solekreislauf wird beispielsweise eine Mischung aus Wasser und einem Frostschutzmittel (beispielsweise Kohlenwasserstoffverbindungen wie Methanol, Ethanol oder Glycerin) zirkuliert, um Wärme (oder Kälte) von einem Bereich zu einem anderen zu transportieren.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Temperierungsanordnung ferner einen Flüssigkeitserhitzer - insbesondere in Form eines Wassererhitzers - aufweist, und dass ein äußerer Temperierungskreislauf mit dem Flüssigkeitserhitzer thermisch gekoppelt ist. In dieser Ausgestaltung ist eine thermische Kopplung zwischen einem äußeren Temperierungskreislauf und einem Flüssigkeitserhitzer gegeben. Somit wird also die Wärme, die der innere Temperierungskreislauf erzeugt, z. B. zum Erhitzen von Wasser verwendet. Der betroffene äußere Temperierungskreislauf ist vorzugsweise derjenige, der mit der Wärme abgebenden Schnittstelle des inneren Temperierungskreislaufs gekoppelt ist. Um die teilweise gewünschten bzw. durch Normen und Vorgaben erforderlichen Temperaturen der zu erhitzenden Flüssigkeit (z. B. ca. 70 °C bei Brauchwasser) zu erhalten, ist es daher erforderlich, dass der innere Temperierungskreislauf Temperaturen erzeugt, die z. B. deutlich oberhalb der Temperaturen liegen, wie sie z. B. von der Batterie eines Elektromotors bzw. vom Elektromotor abgeführt werden.
  • Alternativ oder ergänzend ist der angesprochene und mit der Wärme abgebenden Schnittstelle gekoppelte äußere Temperierungskreislauf noch mit Wärme abgebenden Radiatoren gekoppelt.
  • Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Temperierungsanordnung ferner ein Kühlbehältnis - insbesondere in Form eines Kühlschranks - aufweist, und dass ein äußerer Temperierungskreislauf mit dem Kühlbehältnis thermisch gekoppelt ist. In dieser Ausgestaltung überträgt der äußere Temperierungskreislauf, der mit der Kälte abgebenden Schnittstelle des inneren Temperierungskreislaufs thermisch gekoppelt ist, die Kälte auf ein Kühlbehältnis. Das Kühlbehältnis ist beispielweise ein Kühlschrank.
  • Der die Kälte führende äußere Temperierungskreislauf ist in einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung mit weiteren Radiatoren oder der Kühlung von Luft vorgesehenen Komponenten thermisch gekoppelt.
  • In einer Ausgestaltung sind die äußeren Temperierungskreisläufe mit den Wärme bzw. Kälte verwendenden Komponenten (z. B. Wassererhitzer, Luftauslass oder Kühlbehältnis) mittelbar (z. B. über einen Wärmetauscher) thermisch gekoppelt.
  • In einer alternativen Ausgestaltung strömt das in dem jeweiligen äußeren Temperierungskreislauf bewegte Transportmedium direkt durch die jeweilige Komponente hindurch. Ein Beispiel hierfür ist das Strömen einer Sole durch einen Heizkörper. Eine angeschlossene Komponente ist beispielsweise eine Fußbodenheizung, über die die Wärme abgegeben wird. Eine weitere Komponente dient beispielsweise der Entfeuchtung der Raumluft.
  • In einer Ausgestaltung wird insgesamt ein sogenanntes 3-in-1-System realisiert, indem eine Raumheizung, eine Klimaanlage und ein Warmwasserbereiter durch das eine System gegeben sind.
  • Gemäß einer Ausgestaltung weist mindestens ein äußerer Temperierungskreislauf einen Ausgleichswärmetauscher auf, wobei der Ausgleichswärmetauscher derartig ausgestaltet ist, dass er in dem Fall, dass sich in dem zugeordneten äußeren Temperierungskreislauf eine über einen vorgebbaren Grenzwert hinausgehende Menge an Wärme oder Kälte befindet, Wärme bzw. Kälte aus dem äußeren Temperierungskreislauf abführt. In dieser Ausgestaltung ist somit in mindestens einem der äußeren Temperierungskreisläufe eine Art von Überdruckventil vorhanden, das ein Übermaß an Wärme oder Kälte abführt. Wird somit an den äußeren Temperierungskreislauf zu viel Wärme oder Kälte übertragen, so erlaubt der Ausgleichswärmetauscher die Abgabe dieser zusätzlichen Wärm- bzw. Kältemenge. Dies geschieht z. B. an die Abgabe an die Umwelt oder an die Luft.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der innere Temperierungskreislauf mit einem Elektromotor eines Fahrzeugs thermisch koppelbar ist. Die Kopplung erfolgt dabei insbesondere mit dem Zweck, die Wärme der Batterie des Elektromotors abzuführen.
  • Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Temperierungsvorrichtung für die Anwendung in einem Wohnmobil oder einem Wohnwagen ausgestaltet ist.
  • Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Temperierungsanordnung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Temperierungsanordnung.
  • Die Temperierungsanordnung 1 der 1 kann alternativ auch als Temperierungssystem bezeichnet werden.
  • Den Kern bildet der innere Temperierungskreislauf 10, in dem CO2 als Kältemittel verwendet wird. Das Kältemittel wird dabei durch einen Kompressor verdichtet und zu einem Verflüssiger bewegt. Der Verflüssiger ist damit hier Teil einer ersten Schnittstelle 11 des inneren Temperaturkreislaufs 10. Die Wärme des Kältemittels wird über einen ersten Wärmetauscher 31 auf den hier oben dargestellten ersten oder warmen äußeren Temperierungskreislauf 21 übertragen.
  • Das infolge der Wärmeabgabe verflüssigte Kältemittel gelangt im inneren Temperierungskreislauf 10 zu einer Expansionseinrichtung, die z. B. als Drossel ausgestaltet ist, und dann zu einem Verdampfer, der somit von der zweiten Schnittstelle 12 umfasst wird. Die Kälte wird über einen zweiten Wärmetauscher 32 auf den hier zeichnerisch unten dargestellten zweiten oder kalten äußeren Temperierungskreislauf 22 übertragen.
  • In dem ersten und hier der Abführung der Wärme dienenden äußeren Temperierungskreislauf 10 sind mehrere Radiatoren angedeutet, über welche die Wärme abgeführt wird. Dabei handelt es sich beispielsweise um Heizkörper, die von dem über die Schnittstelle 11 erwärmten Übertragungsmittel durchströmt werden. Oder es handelt sich um eine Fußbodenheizung. Der erste Temperierungskreislauf 10 verfügt zudem noch über einen Flüssigkeitserhitzer 41, der beispielsweise der Erhitzung von Brauchwasser dient. Für die Regelung der zugehörigen Komponenten des ersten äußeren Temperierungskreislaufs 21 ist hier ein Ventil angedeutet, das das Übertragungsmittel in Richtung der Radiatoren bzw. des Flüssigkeitserhitzers 41 leitet.
  • Der zweite und der Abführung der Kälte dienende äußere Temperierungskreislauf 22 wird über einen eigenen Wärmetauscher 32 von der die Kälte abgebenden Schnittstelle 12 mit Kälte versorgt. Die Kälte wird dabei auf ein Übertragungsmittel übertragen, das als Sole ausgeführt ist, um ein Einfrieren zu verhindern. Diese Sole wird in dem zweiten äußeren Temperierungskreislauf 22 ebenfalls durch mehrere Radiatoren zum Abgeben der Kälte geführt. Zudem ist noch ein Kühlbehältnis 42 vorhanden, die hier als Kühlschrank ausgeführt und ebenfalls von der Sole gekühlt wird.
  • Beide äußeren Temperierungskreisläufe 21, 22 verfügen jeweils über einen Ausgleichswärmetauscher 51, 52. Die Ausgleichswärmetauscher 51, 52 dienen jeweils dazu, eine für den jeweiligen äußeren Temperierungskreislauf 21, 22 zu große Menge an Wärme bzw. Kälte an die Umwelt abzugeben. Das Übermaß an Wärme bzw. Kälte im zugeordneten Kreislauf 21, 22 ergibt sich beispielsweise, wenn die dem Kreislauf 21, 22 zugeordneten Komponenten nicht betrieben werden oder eine geringere Menge an Wärme bzw. Kälte verbrauchen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Temperierungsanordnung
    10
    innerer Temperierungskreislauf
    11, 12
    Schnittstelle
    21, 22
    äußerer Temperierungskreislauf
    31, 32
    Wärmetauscher
    41
    Flüssigkeitserhitzer
    42
    Kühlbehältnis
    51, 52
    Ausgleichswärmetauscher
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2007/042065 A1 [0007]

Claims (10)

  1. Temperierungsanordnung (1), mit einem inneren Temperierungskreislauf (10) und zwei äußeren Temperierungskreisläufen (21, 22), wobei der innere Temperierungskreislauf (10) eine Wärme abgebende Schnittstelle (11) und eine Kälte abgebende Schnittstelle (12) aufweist, und wobei die zwei äußeren Temperierungskreisläufe (21, 22) jeweils mit einer Schnittstelle (11, 12) thermisch gekoppelt sind.
  2. Temperierungsanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die thermische Kopplung zwischen den äußeren Temperierungskreisläufen (21, 22) und den Schnittstellen (11, 12) jeweils über einen Wärmetauscher (31, 32) erfolgt.
  3. Temperierungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der innere Temperierungskreislauf (10) als Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel realisiert ist.
  4. Temperierungsanordnung (1) nach Anspruch 3, wobei das Kühlmittel CO2 ist.
  5. Temperierungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zwei äußeren Temperierungskreisläufe (21, 22) jeweils als Solekreisläufe realisiert sind.
  6. Temperierungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Temperierungsanordnung (1) ferner einen Flüssigkeitserhitzer (41) - insbesondere in Form eines Wassererhitzers - aufweist, und wobei ein äußerer Temperierungskreislauf (21) mit dem Flüssigkeitserhitzer (41) thermisch gekoppelt ist.
  7. Temperierungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Temperierungsanordnung (1) ferner ein Kühlbehältnis (42) - insbesondere in Form eines Kühlschranks - aufweist, und wobei ein äußerer Temperierungskreislauf (22) mit dem Kühlbehältnis (42) thermisch gekoppelt ist.
  8. Temperierungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei mindestens ein äußerer Temperierungskreislauf (21, 22) einen Ausgleichswärmetauscher (51, 52) aufweist, und wobei der Ausgleichswärmetauscher (51, 52) derartig ausgestaltet ist, dass er in dem Fall, dass sich in dem zugeordneten äußeren Temperierungskreislauf (21, 22) eine über einen vorgebbaren Grenzwert hinausgehende Menge an Wärme oder Kälte befindet, Wärme bzw. Kälte aus dem äußeren Temperierungskreislauf (21, 22) abführt.
  9. Temperierungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der innere Temperierungskreislauf (10) mit einem Elektromotor eines Fahrzeugs thermisch koppelbar ist.
  10. Temperierungsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Temperierungsvorrichtung (1) für die Anwendung in einem Wohnmobil oder einem Wohnwagen ausgestaltet ist.
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