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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Kombinationsbauteil für eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, in dem eine Kühlmittelleitung zum Leiten eines Kühlmittels, die in einen Kühlmittelkreis integrierbar ist, eine Hochdruck-Kältemittelleitung zum Leiten eines verdichteten Kältemittels und eine Niederdruck-Kältemittelleitung zum Leiten eines entspannten Kältemittels, die in einen Kältemittelkreis integrierbar sind, sowie ein erster und ein zweiter Wärmeübertrager angeordnet sind, wobei die Hochdruck-Kältemittelleitung und die Niederdruck-Kältemittelleitung über den ersten Wärmeübertrager, der als interner Wärmeübertrager ausgebildet ist, thermisch miteinander gekoppelt sind.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein derartiges Kombinationsbauteil.
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Stand der Technik
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Derartige Kombinationsbauteile für eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sind aus der
DE 10 2005 028 510 A1 bekannt.
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Klimatisierungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge mit einem Kühlmittelkreis und einem Kältemittelkreis sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Üblicherweise umfasst der Kältemittelkreis wenigstens einen Verdichter, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer, die durch eine Kältemittelleitung miteinander strömungsverbunden sind. Das Kältemittel wird in dem Verdichter komprimiert, wobei sich die Temperatur des Kältemittels erhöht. Dann wird es einem Kondensator zugeführt, wo es Wärme an die Umgebung abgibt, wodurch die Temperatur des Kältemittels verringert wird. Hier sei der Begriff des „Kondensators“ weit zu verstehen. Er soll auch solche Vorrichtungen umfassen, die in Kältemittelkreisen mit nicht-kondensierbarem Kältemittel, wie z. B. CO2, als Gaskühler wirken. Analoges gilt für die Begriffe „kondensieren“, „Verdampfer“ und „verdampfen“. Nach dem Kondensator gelangt das Kältemittel zu einem Expansionsventil, in dem es auf einen niedrigeren Druck entspannt wird. Anschließend strömt das Kältemittel in einen Verdampfer, wo es unter Wärmeaufnahme verdampft. Das verdampfte Kältemittel wird zurück zu dem Verdichter geführt, sodass der Kältemittelkreis geschlossen ist. Dabei teilt sich der Kältemittelkreis in einen Hochdruck-Abschnitt und einen Niederdruck-Abschnitt auf. Der Hochdruck-Abschnitt beginnt mit dem Verdichter, umfasst den Kondensator und endet beim Expansionsventil. Die dem Hochdruck-Abschnitt zugehörigen Bauteile sind durch eine Hochdruck-Kältemittelleitung miteinander verbunden. Der Niederdruck-Abschnitt beginnt mit dem Expansionsventil, umfasst den Verdampfer und endet beim Verdichter. Die dem Niederdruck-Abschnitt zugehörigen Bauteile sind durch eine Niederdruck-Kältemittelleitung miteinander verbunden.
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Sowohl beim Kondensator als auch beim Verdampfer handelt es sich um Wärmeübertrager. Wärmeübertrager sind solche Vorrichtungen, die Wärmeenergie von einem wärmespeichernden Medium auf ein anderes wärmespeicherndes Medium übertragen. Beim Kondensator wird Wärme vom Kältemittel auf ein anderes Medium, beispielsweise Luft, ein Kühlmittel oder aber kühleres Kältemittel, übertragen. Entsprechend wird beim Verdampfer Wärme von einem anderen Medium auf das Kältemittel übertragen.
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Der Kondensator kann beispielsweise als ein Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet sein, der die Wärmeenergie des Kältemittels auf Luft überträgt. Alternativ kann der Kondensator als ein Kältemittel-Kältemittel-Wärmeübertrager, insbesondere als ein interner Wärmeübertrager, ausgebildet sein. Dieser weist einen Hochdruck-Bereich, der von komprimiertem Kältemittel durchströmt wird, und einen Niederdruck-Bereich, der von entspanntem Kältemittel durchströmt wird, auf, sodass Wärme vom wärmeren, komprimierten Kältemittel an das kühlere, entspannte Kältemittel abgegeben werden kann.
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Auch kann der Kältemittelkreis über einen Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager mit einem Kühlmittelkreis thermisch gekoppelt sein, um Wärme zwischen dem durch die Kältemittelleitung zirkulierenden Kältemittel und dem durch die Kühlmittelleitung zirkulierenden Kühlmittel zu tauschen. Üblicherweise werden Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager dazu verwendet, Wärme aus dem Fahrzeuginneren in den Kühlmittelkreis zu überführen. Dabei wirkt der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager ebenfalls als Kondensator für das Kältemittel. In dem Fall bedarf der Kühlmittelkreis eines weiteren Wärmeübertragers, genauer eines Kühlmittelkühlers, um die Wärme, die das Kühlmittel im Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager von dem Kältemittel aufgenommen hat, wieder abzugeben.
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Manche Kältemittelkreise umfassen darüber hinaus einen Akkumulator, auch Kältemittelsammler genannt, der in Strömungsrichtung des Kältemittels dem Verdampfer nachgeschaltet und dem Verdichter vorgeschaltet ist. Nachdem das Kältemittel im Verdampfer verdampft wurde, erreicht ein Gemisch aus dampfförmigem und noch flüssigem Kältemittel den Akkumulator. Dort wird der noch flüssige Anteil des Kältemittels vom dampfförmigen Anteil abgeschieden, sodass der Verdichter mit einer definierten Kältemittelqualität im dampfförmigen Zustand versorgt wird. Zudem können im Akkumulator flüssiges und dampfförmiges Kältemittel gespeichert und das Kältemittel getrocknet und gegebenenfalls filtriert werden.
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Aufgrund der engen Bauraum-Verhältnisse in Kraftfahrzeugen besteht das Bestreben, mehrere Komponenten ineinander zu integrieren. Aus der gattungsbildenden
DE 10 2005 028 510 A1 beispielsweise ist ein Kombinationsbauteil für eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug in Form eines Wärmeübertragermoduls bekannt. Das Wärmeübertragermodul weist mindestens zwei Wärmeübertrager auf, von denen einer vorzugsweise ein interner Wärmeübertrager ist. Bei dem oder den weiteren Wärmeübertragern kann es sich beispielsweise um Gaskühler, Kondensatoren, Kühlmittelkühler, Ölkühler, Ladeluftkühler, Abgaskühler und/oder Verdampfer handeln. Offenbart ist ein Wärmeübertragermodul, das mit Außenkühlluft beaufschlagt wird und dem zusätzlich über einen integrierten Lüfter Luft zugeführt werden kann. In dem Wärmeübertragermodul sind ein Gaskühler und ein interner Wärmeübertrager in einer Ebene angeordnet, sodass sie parallel mit Kühlluft versorgt werden. Hinter der Ebene aus Gaskühler und internem Wärmeübertrager befinden sich in Serie hintereinander ein Ladeluftkühler, ein Kühlmittelkühler und der integrierte Lüfter. Das Wärmeübertragermodul umfasst also ein Gehäuse, in dem eine Kühlmittelleitung, eine Hochdruck-Kältemittelleitung und eine Niederdruck-Kältemittelleitung angeordnet sind. Alle drei Leitungen sind derart in dem Gehäuse angeordnet, dass sie im Rahmen des Einbaus des Kombinationsgerätes in ein Kraftfahrzeug in dessen Kühlmittelkreis bzw. Kältemittelkreis integrierbar sind. Ferner befinden sich in dem Gehäuse ein erster und ein zweiter Wärmeübertrager, wobei die Hochdruck-Kältemittelleitung und die Niederdruck-Kältemittelleitung über den ersten Wärmeübertrager, der als interner Wärmeübertrager ausgebildet ist, thermisch miteinander gekoppelt sind. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, dass sie die wärmespeichernden Eigenschaften der verschiedenen Medien, die das Wärmeübertragermodul durchströmen, nicht optimal nutzt, um das Kältemittel im Hochdruck-Abschnitt des Kältemittelkreises herunterzukühlen.
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Aufgabenstellung
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Kombinationsbauteil für eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, das die wärmespeichernden Eigenschaften verschiedener Medien optimal nutzt und dabei Bauraum einspart und einfach zu montieren ist.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Kühlmittelleitung und die Hochdruck-Kältemittelleitung über den zweiten Wärmeübertrager, der als Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet ist, thermisch miteinander gekoppelt sind.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Hochdruck-Kältemittelleitung über den als Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten, zweiten Wärmeübertrager thermisch mit der Kühlmittelleitung zu koppeln, sodass das wärmere, verdichtete Kältemittel nicht wie im Stand der Technik ausschließlich mittels Luft und dem kühleren, entspannten Kältemittel, das die Niederdruck-Kältemittelleitung durchströmt, gekühlt wird, sondern zusätzlich mit Kühlmittel. Somit kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine im Vergleich zum Stand der Technik stärkere Kühlung des wärmeren, verdichteten Kältemittels erreicht werden. Denn als Kühlmittel kommt üblicherweise Wasser zum Einsatz. Wasser ist ein besseres Kühlmittel als Luft, da es eine höhere spezifische Wärmekapazität aufweist, d. h. mehr Wärme pro Volumen aufnehmen kann. Folglich werden die wärmespeichernden Eigenschaften der verschiedenen Medien, die das Kombinationsbauteil durchströmen, optimal genutzt, um das Kältemittel im Hochdruck-Abschnitt des Kältemittelkreises herunterzukühlen.
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Dabei können der als interner Wärmeübertrager ausgebildete, erste Wärmeübertrager und der als Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildete, zweite Wärmeübertrager als ein kombinierter Wärmeübertrager ausgebildet sein. Der kombinierte Wärmeübertrager kann beispielsweise ein Plattenwärmeübertrager sein, in dem das wärmere, verdichtete Kältemittel zunächst durch das Kühlmittel und dann durch das kühlere, entspannte Kältemittel gekühlt wird. Ein solcher Aufbau kann sich als besonders einfach, kostengünstig und platzsparend erweisen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zusätzlich ein Akkumulator in dem Gehäuse angeordnet, der dem ersten Wärmeübertrager in Niederdruck-Kältemittel-Strömungsrichtung nachgeschaltet ist. Durch die Integration des Akkumulators in das Gehäuse des Kombinationsbauteils wird Bauraum eingespart und der Aufwand bei der Montage reduziert sich. Denn die Anzahl an Bauteilen, die bei der Montage des Kältemittelkreises über Leitungen miteinander verbunden werden müssen, sinkt. Dadurch entfällt ein Teil der Verbindungstechnik, was Materialeinsparungen in Bezug auf die zur Verbindung der einzelnen Bauteile notwendigen Leitungen mit sich bringt und das Risiko für Leckagen aufgrund vom Monteur nicht richtig dicht angeschlossener Leitungen senkt.
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Weiter bevorzugt ist zusätzlich ein Verdichter in dem Gehäuse angeordnet, der eingangsseitig mit der Niederdruck-Kältemittelleitung und ausgangsseitig mit der Hochdruck-Kältemittelleitung verbunden ist. Dadurch werden der notwendige Bauraum, der Montageaufwand, die Montagekosten sowie das Risiko für Leckagen weiter reduziert.
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Besonders vorteilhaft erweist sich die Integration des Verdichters in das Kombinationsbauteil, wenn die Kühlmittelleitung zusätzlich thermisch mit dem Verdichter gekoppelt ist. Der Verdichter (bei elektrischen Verdichtern insbesondere der Motor und die Leistungselektronik des Verdichters) wird also bevorzugt mittels des Kühlmittels aus dem Kühlmittelkreis gekühlt. Die Kühlung des Verdichters mit Kühlmittel steigert im Vergleich zur Kühlung mit Sauggas, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, die Effizienz der Verdichtung des Kältemittels. Darüber hinaus kann das Kühlwasser genutzt werden, um in Kältemittel-Strömungsrichtung unmittelbar stromabwärts des Verdichters eine Vorkühlung des komprimierten Kältemittels vorzunehmen.
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Sofern der Verdichter in das Kombinationsbauteil integriert ist und dort durch das Kühlmittel gekühlt werden soll, ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse sowohl für den Abschnitt der Kühlmittelleitung, der thermisch mit der Hochdruck-Kältemittelleitung gekoppelt ist, als auch für den Abschnitt der Kühlmittelleitung, der thermisch mit dem Verdichter gekoppelt ist, je einen Kühlmitteleingang zum Einleiten kühleren Kühlmittels in das Gehäuse und einen Kühlmittelausgang zum Ableiten wärmeren Kühlmittels aus dem Gehäuse aufweist. Auf diese Weise können sowohl das komprimierte Kältemittel als auch der Verdichter mit frischem Kühlmittel versorgt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass der Temperaturunterschied zwischen dem Kühlmittel und dem komprimierten Kältemittel bzw. zwischen dem Kühlmittel und dem Verdichter hinreichend groß ist, um eine gute Kühlleistung zu erzielen.
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Alternativ kann das Gehäuse nur einen Kühlmitteleingang zum Einleiten kühleren Kühlmittels in das Gehäuse und einen oder zwei Kühlmittelausgang zum Ableiten wärmeren Kühlmittels aus dem Gehäuse aufweisen. In diesem Fall sollte die Kühlmittelleitung innerhalb des Gehäuses einen ersten Verzweigungspunkt, an dem sich die Kühlmittelleitung in zwei parallele Kühlmittelleitungen aufteilt, von der die erste mit der Hochdruck-Kältemittelleitung und die zweite mit dem Verdichter thermisch gekoppelt ist, aufweisen. Ein zweiter Verzweigungspunkt, an dem die zwei parallelen Kühlmittelleitungen wieder aufeinandertreffen, kann ebenfalls innerhalb des Gehäuses des Kombinationsbauteils oder außerhalb angeordnet sein. Dementsprechend bedarf das Gehäuse eines oder zweier Kühlmittelausgänge zum Ableiten wärmeren Kühlmittels aus dem Gehäuse. Durch die Anordnung wenigstens des ersten Verzweigungspunkts innerhalb des Gehäuses können ebenfalls sowohl das komprimierte Kältemittel als auch der Verdichter mit frischem Kühlmittel versorgt werden. Gleichzeitig kann so auf eine doppelte Leitungsverlegung außerhalb des Kombinationsbauteils verzichtet und der Kühlmittelkühler gegebenenfalls unmittelbar am Gehäuse des Kombinationsbauteils angeordnet werden.
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Weiterhin wird eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Kühlmittelkreis und einem Kältemittelkreis vorgeschlagen, in die ein Kombinationsbauteil wie vorab beschrieben, einschließlich der Variationsmöglichkeiten, eingebaut ist. Eine derartige Klimatisierungsvorrichtung nutzt die wärmespeichernden Eigenschaften der verschiedenen beteiligten Medien optimal, um das Kältemittel im Hochdruck-Abschnitt des Kältemittelkreises herunterzukühlen, und erweist sich dabei als kostengünstig, platzsparend und montagefreundlich.
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Für den Fall, dass der Verdichter in das Kombinationsbauteil integriert ist und dort durch das Kühlmittel gekühlt wird, bietet es sich an, dass der Kühlmittelkreis zwei parallelgeschaltete Kühlmittelteilkreise aufweist, wobei der Abschnitt der Kühlmittelleitung, der thermisch mit der Hochdruck-Kältemittelleitung gekoppelt ist, in dem ersten Kühlmittelteilkreis angeordnet ist und der Abschnitt der Kühlmittelleitung, der thermisch mit dem Verdichter gekoppelt ist, in dem zweiten Kühlmittelteilkreis. So können sowohl das komprimierte Kältemittel als auch der Verdichter mit frischem Kühlwasser versorgt werden. Dafür kann entweder das Gehäuse sowohl für den Abschnitt der Kühlmittelleitung, der thermisch mit der Hochdruck-Kältemittelleitung gekoppelt ist, als auch für den Abschnitt der Kühlmittelleitung, der thermisch mit dem Verdichter gekoppelt ist, je einen Kühlmitteleingang zum Einleiten kühleren Kühlmittels in das Gehäuse und einen Kühlmittelausgang zum Ableiten wärmeren Kühlmittels aus dem Gehäuse aufweisen, wobei dann je einer der Kühlmitteleingänge zum Einleiten kühleren Kühlmittels in das Gehäuse und einer der Kühlmittelausgänge zum Ableiten wärmeren Kühlmittels aus dem Gehäuse mit der Kühlmittelleitung des ersten bzw. mit der Kühlmittelleitung des parallelgeschalteten, zweiten Kühlmittelteilkreises verbunden werden. Alternativ kann das Gehäuse nur einen Kühlmitteleingang zum Einleiten kühleren Kühlmittels in das Gehäuse und einen Kühlmittelausgang zum Ableiten wärmeren Kühlmittels aus dem Gehäuse aufweisen, wobei sich die Kühlmittelleitung innerhalb des Gehäuses in zwei parallele Kühlmittelleitungen aufteilt, von der die erste mit der Hochdruck-Kältemittelleitung und die zweite mit dem Verdichter thermisch gekoppelt ist.
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Um Kosten für weitere Bauteile zu sparen, können die zwei parallelgeschalteten Kühlmittelteilkreise einen gemeinsamen Kühlmittelkühler zur Kühlung des wärmeren Kühlmittels aufweisen. Dieser Kühlmittelkühler, der vorzugsweise als ein Luft-Kühlmittelkühler ausgebildet ist, kann also an oder hinter dem Verzweigungspunkt in den Kühlmittelkreis eingebaut sein, an dem die Kühlmittelleitungen des ersten und zweiten Kühlmittelteilkreises in Kühlmittel-Strömungsrichtung stromabwärts des Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertragers bzw. des Verdichters aufeinandertreffen. Folglich benötigt der Kühlmittelkühler zwei Eingänge, über die jeweils das wärmere Kühlmittel aus dem ersten Kühlmittelteilkreis und das aus dem zweiten Kühlmittelteilkreis in den Kühlmittelkühler gelangen können, sowie einen Ausgang, über den das kühlere Kühlmittel wieder dem Kühlmittelkreis zugeführt wird.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1: eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Kombinationsbauteil gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 2: einen schematischen Aufbau eines Kombinationsbauteils gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung sowie
- 3: eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Kombinationsbauteil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1 zeigt eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Kombinationsbauteil 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Klimatisierungsvorrichtung umfasst einen Kühlmittelkreis 20 und einen Kältemittelkreis 30.
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In dem Kühlmittelkreis 20 sind der Kühlmittel-Bereich 341 eines Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 34 sowie ein Kühlmittelkühler 22 über eine Kühlmittelleitung 201 miteinander verbunden. Das Kühlmittel durchströmt den Kühlmittel-Bereich 341 des Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 34 und nimmt dort Wärme aus dem Kältemittel auf, das durch den Kältemittel-Bereich 342 des Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 34 strömt. Das durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 34 strömende Kühlmittel dient also dazu, das ebenfalls durch den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 34 strömende Kältemittel abzukühlen. Das dadurch erwärmte Kühlmittel fließt anschließend durch einen Kühlmittelkühler 22, wo es überschüssige Wärme an die Umgebung abgibt, um dann wieder durch den Kühlmittel-Bereich 341 des Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 34 zu fließen und dort das ebenfalls hindurchfließende Kältemittel zu kühlen.
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Der Kältemittelkreis 30 wird durch eine Hochdruck-Kältemittelleitung 301 und eine Niederdruck-Kältemittelleitung 302 gebildet. Die Hochdruck-Kältemittelleitung 301 verbindet einen Verdichter 32, den Kältemittel-Bereich 342 des Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 34, den Hochdruck-Bereich 361 eines internen Wärmeübertragers 36 und ein Expansionsventil 38 miteinander. Ausgehend vom Expansionsventil 38 verbindet die Niederdruck-Kältemittelleitung 302 einen Verdampfer 40 mit dem Niederdruck-Bereich 362 des internen Wärmeübertragers 36 und führt zurück zum Verdichter 32.
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Der Verdichter 32 stellt den Beginn des Hochdruck-Abschnitts des Kältemittelkreises 30 dar. Hier wird das Kältemittel verdichtet, was zu seiner Temperaturerhöhung führt. Nachfolgend gibt das wärmere, verdichtete Kältemittel mittels des Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 34 Wärme an das Kühlmittel ab und kühlt im Hochdruck-Bereich 361 des internen Wärmeübertragers 36 weiter ab. Im Expansionsventil 38 wird es auf einen niedrigeren Druck entspannt. Mit dem Expansionsventil 38 endet der Hochdruck-Abschnitt und es beginnt der Niederdruck-Abschnitt des Kältemittelkreises 30. Im sich anschließenden Verdampfer 40 verdampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme. Im Niederdruck-Bereich 362 des internen Wärmeübertragers 36 nimmt das kühlere, entspannte Kältemittel dann die Wärme des Kältemittels aus dem Hochdruck-Bereich 361 auf und gelangt wieder in den Verdichter 32, wodurch ein geschlossener Kältemittelkreis 30 entsteht.
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Es ist vorgesehen, dass der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 34 und der interne Wärmeübertrager 36 in einem Kombinationsbauteil 10 integriert sind. Der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 34 und der interne Wärmeübertrager 36 sowie die mit den beiden Bauteilen verbundenen Abschnitte der Kühlmittelleitung 201, Hochdruck-Kältemittelleitung 301 und Niederdruck-Kältemittelleitung 302 sind also in einem Gehäuse angeordnet. Dabei sind die Hochdruck-Kältemittelleitung 301 und die Niederdruck-Kältemittelleitung 302 über den internen Wärmeübertrager 36 thermisch miteinander gekoppelt. Zudem sind die Kühlmittelleitung 201 und die Hochdruck-Kältemittelleitung 301 über den Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 34 thermisch miteinander gekoppelt. Dadurch, dass Kühlmittel zur Kühlung des wärmeren, verdichteten Kältemittels eingesetzt wird, wird im Vergleich zum Stand der Technik eine effizientere Kühlung desselben erreicht.
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2 zeigt einen schematischen Aufbau eines Kombinationsbauteils 10 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Das Kombinationsbauteil 10 kann ein kombinierter Wärmeübertrager aus einem als interner Wärmeübertrager ausgebildeten, ersten Wärmeübertrager 36 und einem als Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildeten, zweiten Wärmeübertrager 34 sein. Der kombinierte Wärmeübertrager 10 verfügt über je einen Kühlmitteleingang 101, einen Kühlmittelausgang 102, einen Hochdruck-Kältemitteleingang 103, einen Hochdruck-Kältemittelausgang 104, einen Niederdruck-Kältemitteleingang 105 sowie einen Niederdruck-Kältemittelausgang 106. Das wärmere, verdichtete Kältemittel kann durch die Hochdruck-Kältemittelleitung 301 über den Hochdruck-Kältemitteleingang 103 in den ersten Bereich des Kombinationsbauteils 10 fließen, der den zweiten Wärmeübertrager 34, der als Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet ist, beherbergt. Hier wird das wärmere, verdichtete Kältemittel zunächst mithilfe des Kühlmittels abgekühlt, das durch die Kühlmittelleitung 201 über den Kühlmitteleingang 101 in den ersten Bereich des Kombinationsbauteils 10 und somit in den zweiten Wärmeübertrager 34 gelangt. Das durch die Aufnahme der Wärme des verdichteten Kältemittels erwärmte Kühlmittel wird anschließend durch den Kühlmittelausgang 102 aus dem Kombinationsbauteil 10 geleitet. Das bereits etwas abgekühlte, verdichtete Kältemittel fließt weiter in den zweiten Bereich des Kombinationsbauteils 10, der den ersten Wärmeübertrager 36 beherbergt, der als interner Wärmeübertrager ausgebildet ist. Hier wird das bereits etwas abgekühlte, verdichtete Kältemittel weiter abgekühlt, und zwar mithilfe des kühleren, entspannten Kältemittels. Dieses strömt durch die Niederdruck-Kältemittelleitung 302 über den Niederdruck-Kältemitteleingang 105 in den zweiten Bereich des Kombinationsbauteils 10 und somit in den ersten Wärmeübertrager 36 und verlässt diesen wieder durch den Niederdruck-Kältemittelausgang 106. Das durch die Wärmeübertragung zum entspannten Kältemittel stärker abgekühlte, verdichtete Kältemittel gelangt durch den Hochdruck-Kältemittelausgang 104 aus dem Kombinationsbauteil 10. In 2 sind die Temperaturübergänge des Kühlmittels und des Kältemittels durch verschiedene Strichstärken dargestellt. Dabei steht eine höhere Strichstärke für eine höhere Temperatur, eine mittlere Strichstärke für eine mittlere Temperatur und eine niedrigere Strichstärke für eine niedrigere Temperatur. Zudem ist aus Gründen der Übersichtlichkeit für jedes Medium nur eine einzige Leitung gezeigt. Dem Fachmann ist klar, dass die Medien auch durch mehrere, parallel verlaufende Leitungen, wie beispielsweise bei einem Plattenwärmeübertrager, strömen können. Dieser Aufbau ist besonders einfach, kostengünstig und platzsparend.
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3 zeigt eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Kombinationsbauteil 10' gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen aus 1 dadurch, dass zusätzlich zu dem Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager 34' und dem internen Wärmeübertrager 36' der Verdichter 32' sowie ein Akkumulator 42' in dem Kombinationsbauteil 10' integriert sind. So können Bauraum und Montagekosten eingespart werden, während sich zugleich der Montageaufwand reduziert. Der Akkumulator 42' ist dem internen Wärmeübertrager 36' in Niederdruck-Kältemittel-Strömungsrichtung nachgeschaltet. Der Verdichter 32', der eingangsseitig mit der Niederdruck-Kältemittelleitung 302' und ausgangsseitig mit der Hochdruck-Kältemittelleitung 301' verbunden ist, ist zusätzlich thermisch mit der Kühlmittelleitung 201' gekoppelt, um eine effizientere Verdichtung des Kältemittels zu erzielen. Dabei weist das Gehäuse sowohl für den Abschnitt der Kühlmittelleitung 201', der thermisch mit der Hochdruck-Kältemittelleitung 301' gekoppelt ist, als auch für den Abschnitt der Kühlmittelleitung 201', der thermisch mit dem Verdichter 32' gekoppelt ist, je einen Kühlmitteleingang 101' zum Einleiten kühleren Kühlmittels in das Gehäuse und einen Kühlmittelausgang 102' zum Ableiten wärmeren Kühlmittels aus dem Gehäuse auf. Zudem weist der Kühlmittelkreis 20' zwei parallelgeschaltete Kühlmittelteilkreise 202', 203' auf, wobei der Abschnitt der Kühlmittelleitung 201', der mittels des Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 34' thermisch mit der Hochdruck-Kältemittelleitung 301' gekoppelt ist, in dem ersten Kühlmittelteilkreis 202' angeordnet ist und der Abschnitt der Kühlmittelleitung 201', der thermisch mit dem Verdichter 32' gekoppelt ist, in dem zweiten Kühlmittelteilkreis 203'. Auf diese Weise können sowohl das komprimierte Kältemittel als auch der Verdichter 32' mit frischem Kühlmittel versorgt werden. Ferner teilen sich die zwei parallelgeschalteten Kühlmittelteilkreise 202', 203' einen Kühlmittelkühler 22' zur Kühlung des wärmeren Kühlmittels, der an dem Verzweigungspunkt in den Kühlmittelkreis 20' eingebaut ist, an dem die Kühlmittelleitungen 201' des ersten 202' und zweiten Kühlmittelteilkreises 203' in Kühlmittel-Strömungsrichtung stromabwärts des Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertragers 34' bzw. des Verdichters 32' aufeinandertreffen. So können die Kosten für einen zweiten Kühlmittelkühler gespart werden.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10'
- Kombinationsbauteil
- 101, 101'
- Kühlmitteleingang von 10, 10'
- 102, 102'
- Kühlmittelausgang von 10, 10'
- 103
- Hochdruck-Kältemitteleingang von 10
- 104, 104'
- Hochdruck-Kältemittelausgang von 10, 10'
- 105, 105'
- Niederdruck-Kältemitteleingang von 10, 10'
- 106
- Niederdruck-Kältemittelausgang von 10
- 20, 20'
- Kühlmittelkreis
- 201, 201'
- Kühlmittelleitung
- 202'
- erster Kühlmittelteilkreis
- 203'
- zweiter Kühlmittelteilkreis
- 22, 22'
- Kühlmittelkühler
- 30, 30'
- Kältemittelkreis
- 301, 301'
- Hochdruck-Kältemittelleitung
- 302, 302'
- Niederdruck-Kältemittelleitung
- 32, 32'
- Verdichter
- 34, 34'
- Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager
- 341, 341'
- Kühlmittel-Bereich von 34, 34'
- 342, 342'
- Kältemittel-Bereich von 34, 34'
- 36, 36'
- Interner Wärmeübertrager
- 361, 361'
- Hochdruck-Bereich von 36, 36'
- 362, 362'
- Niederdruck-Bereich von 36, 36'
- 38, 38'
- Expansionsventil
- 40, 40'
- Verdampfer
- 42'
- Akkumulator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005028510 A1 [0003, 0009]
