DE102020200069A1

DE102020200069A1 - Kältemaschine

Info

Publication number: DE102020200069A1
Application number: DE102020200069.7A
Authority: DE
Inventors: Henrick Brandes; Sebastian Nuber; Thomas Helming; Dana Nicgorski; Thomas Demmer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2021-07-08

Abstract

Es wird eine Kältemaschine beschrieben, dieeinen Kompressor, einen ersten Wärmeübertrager, einen zweiten Wärmeübertrager, einen dritten Wärmeübertrager, ein Expansionsorgan, ein erstes Drei-Wege-Ventil, ein zweites Drei-Wege-Ventil, ein Rückschlagventil, sowie ein zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand schaltbares Schaltventil umfasst,wobei die Kältemaschine zumindest zwei Fluidkreisläufe zur Zirkulierung eines Kältemittels umfasst, wobei die Fluidkreisläufe zur Erwärmung und/oder zur Kühlung eines zu temperierenden Volumens eingerichtet sind,wobei ein erster Fluidkreislauf von dem Kompressor, über das erste Drei-Wege-Ventil, weiter über den ersten Wärmeübertrager, weiter über das Expansionsorgan, weiter über das zweite Drei-Wege-Ventil, weiter über den zweiten Wärmeübertrager, weiter über einen Einlass und einen Auslas des geöffneten ersten Schaltventils, und weiter zurück zum Kompressor einschaltbar ist,wobei das Rückschlagventil derart zwischen einer Auslassseite des ersten Wärmeübertragers und dem Einlass des Schaltventils angeordnet ist, dass das Rückschlagventil sperrt, wenn ein Druckniveau des ersten Fluidkreislaufs an der Auslassseite des ersten Wärmeübertragers höher ist als ein Druckniveau am Einlass des Schaltventils.Ferner wird eine Klimaanlagevorrichtung beschrieben, die eine solche Kältemaschine aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kältemaschine, insbesondere Kompressionskältemaschine, sowie eine Klimaanlagenvorrichtung umfassend eine Kältemaschine.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind verschiedene Typen von Kältemaschinen bekannt, die den ihnen zugrundeliegenden physikalischen Wirkungsweisen gemäß beispielsweise als Ab- oder Adsorptionskälteanlagen, Diffusionsabsorptionskältemaschinen, Kompressionskälteanlagen, oder Dampfstrahlkälteanlagen bezeichnet werden.
Kältemaschinen werden zum Beispiel zum Beheizen sowie zum Kühlen von Gebäuden und Fahrzeugen eingesetzt, und oftmals als Bestandteil von Klimaanlagen, die neben dem Beheizen und Kühlen noch andere Funktionen wie Luftbefeuchtung, Luftentfeuchtung, und Luftfilterung haben können.
Kompressionskältemaschinen bestehen in ihrer einfachsten Ausführung aus den vier Schlüsselkomponenten Kompressor oder Verdichter, Innenraum-Wärmeübertrager, Drosseleinrichtung, und Verdampfer, die in zumindest einem geschlossenen Fluidkreislauf verbunden sind. In dem genannten Fluidkreislauf wird ein Kältemittel zirkuliert, das beim Durchlaufen des Fluidkreislaufs nacheinander Änderungen seines Aggregatzustandes erfährt. Als Kältemittel können beispielsweise Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) und teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW), Ammoniak (NH3), Kohlendioxid (CO2), oder Kohlenwasserstoffe (zum Beispiel Propylen, Isobutan und Propan) zum Einsatz kommen.
Wird beim Betrieb der Kältemaschine die thermische Energie der warmen Seite zum Heizen genutzt, spricht man auch von einer Wärmepumpe. Im Rahmen dieser Offenbarung wird zusammenfassend sowohl im Zusammenhang mit Kühlung als auch mit Heizung der Oberbegriff Kältemaschine verwendet.
Bei nahezu allen im Stand der Technik bekannten Kältemaschinen werden Systeme mit Überhitzungsregelung, beispielsweise mittels thermostatisch aktuiertem Expansionsventil („TXV“, thermal expansion valve), in Kombination mit einem in Bezug auf den Kompressor hochdruckseitigen, sogenannten „Receiver“ eingesetzt. Werden, beispielsweise im Einsatz von Kältemaschinen in Klimaanlagen von Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb, zusätzlich Vorrichtungen zur Kühlung beispielsweise einer Fahrzeugbatterie, sogenannte Batterie-Chiller, verwendet, die gegebenenfalls ohne Überhitzungsregelung betrieben werden, so ist deren Relevanz in der Regel so niedrig, dass auf einen zusätzlichen Akkumulator beziehungsweise Kältemittelsammler auf der Saugseite des Kompressors verzichtet werden kann.
Receiver bieten allgemein Bauraumvorteile, da dort flüssiges Kältemittel mit höherem Druck (und damit einhergehend höherer Dichte) vorgehalten werden kann. Darüber hinaus wird durch die häufig vorgenommene Integration des Receivers mit dem Kondensator der Integrationsaufwand reduziert und das Handling bei der Montage der Anlage vereinfacht.
Wie bereits angedeutet, wird beim Betrieb von Kältemaschinen an jeweils unterschiedlichen Komponenten des Gesamtsystems thermische Energie erhöht oder verringert, und man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer warmen Seite und einer kalten Seite der Kältemaschine. Die warme und kalte Seite können zum Heizen beziehungsweise zum Kühlen eines durch die Kältemaschine zu temperierenden Volumens, beispielsweise eines Fahrzeuginnenraumes, genutzt werden.
Im Einsatz von Kältemaschinen in Klimaanlagen gibt es ferner Betriebsmodi, bei denen sowohl die warme wie auch die kalte Seite der Kältemaschine (gegebenenfalls in unterschiedlichem Maße) gleichzeitlich genutzt werden, beispielsweise im soggenannten „Re-Heat-Betrieb“, bei dem feuchte Luft zunächst unter den Taupunkt abgekühlt wird. Durch die Absenkung der Temperatur kondensiert das in der Luft enthaltenen Wasser aus und wird der Luft damit ganz oder teilweise entzogen. Anschließend wird die kalte, wie zuvor beschrieben getrocknete Luft wieder erwärmt („re-heat“) und genutzt, beispielsweise indem sie in Fahrzeugen der Frontscheibe zugeführt wird, um das Beschlagen der Frontscheibe entweder vorab zu verhindern, oder - sofern ein Beschlag der Scheibe bereits vorhanden ist - diesen zu reduzieren und/oder zu beseitigen.
Oft gibt es, sowohl im stationären wie auch im mobilen Einsatz von Kältemaschinen, Anwendungen, die im zeitlichen Wechsel und je nach Umgebungsbedingungen sowohl das Heizen als auch das Kühlen desselben Volumens, etwa einer Kabine eines Fahrzeugs, erfordern. Eine Fahrzeugkabine muss bei hohen Au-ßentemperaturen in der Regel gekühlt, bei niedrigen Außentemperaturen dagegen aufgeheizt werden.
Da die Komponenten der Kompressionskältemaschine in der Regel ortsfest beispielsweise in einem Fahrzeug verbaut sind, muss in solchen Fällen zum Umschalten zwischen Heiz- und Kühlfunktion die Fluid- bzw. Prozessführung der Kompressionskältemaschine entsprechend modifizierbar, also umschaltbar sein. Schlüsselkomponenten hierbei sind Ventile, die zur Anpassung der Fluidführung geschaltet beziehungsweise gesteuert werden.
Ventile, die durch eine lokale Verengung des Strömungsquerschnitts den Druck des durchfließenden Fluides vermindern, und damit eine Volumenzunahme beziehungsweise Expansion bewirken, werden als Expansions- oder auch Drosselventile bezeichnet. Die als „isenthalp“ bezeichnete, also bei konstanter Enthalpie stattfindende Druckreduzierung erfolgt dabei ohne Abfuhr von Arbeit und idealisiert auch ohne Abfuhr von Wärme. In anderen Ausführungsformen kann das komprimierte Gas auch arbeitsleistend entspannt werden - beide Varianten können gleichermaßen und vorteilhaft mit der erfindungsgemäßen Kältemaschine realisiert werden.
Für die Umschaltung zwischen Kühl- und Heiz- / bzw. Wärmepumpenbetrieb einer Kompressionskältemaschine sind somit Ventile von zentraler Bedeutung. Eine beispielhafte Konfiguration, die in mobile Fahrzeuganwendungen dem Stand der Technik entspricht, ist in 1 gezeigt.
Eine solche Kältemaschine ist dem Fachmann prinzipiell vertraut, sodass an dieser Stelle lediglich darauf hingewiesen werden soll, dass der Kältemittelfluss und damit der Betriebsmodus der Anlage, also beispielsweise „Heizen“ oder „Kühlen“, durch zwei Abschaltventile („Bypass Ventile“) B1, B2 und zwei Expansionsorgane, etwa Expansionsventile, E1, E2 gesteuert wird. Ein Wärmetauscher W1, der in der gezeigten Anlage als Innenraum-Wärmeabtrager ausgeführt ist, wird im Kühlbetrieb luftseitig quasi nicht durchströmt, wohingegen der Wärmetauscher W1 nach der Umschaltung in den Heizbetrieb der Kabine Wärme zuführt, die zuvor auf niedrigem Temperaturniveau der Umgebung durch den „exterior gas cooler“ entzogen wurde.
Nachteilig an der in 1 gezeigten Kältemaschine ist unter anderem die Notwendigkeit, zwei Expansionsventile E1, E2 sowie zwei Abschaltventile vorzusehen, was nicht nur teuer ist, sondern auch einen hohen Platzbedarf und ein hohes Gewicht der Kälteanlage zur Folge hat.
Während sich der hohe Platzbedarf in einer schwierigeren Integrierbarkeit der Kältemaschine beispielsweise in Fahrzeugen niederschlägt, ist es zudem bekannt, dass in einigen Anwendungsgebieten, wie beispielsweise in der Luftfahrt, aber auch im Kraftfahrzeugbau, Entscheidungen für oder gegen bestimmte im Flugzeug oder im Kraftfahrzeug zu verbauende Komponenten, etwa Kältemaschine, direkt abhängig von scheinbar kleinen Gewichtseinsparungen sein können, die sich im Rahmen der Flugzeug- oder Kraftfahrzeugflotte insgesamt jedoch durch einen reduzierten Treibstoff- oder Kraftstoffbedarf niederschlagen.
Ferner macht sich eine hohe Komponentenanzahl regelmäßig durch eine höhere Anfälligkeit der Kältemaschine für Funktionsstörungen einzelner Bauteile nachteilig bemerkbar, sowie durch einen erhöhten Wartungsaufwand.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile zu verbessern und eine Kältemaschine, insbesondere zum Klimatisieren eines Innenraumes eines Fahrzeuges, bereitzustellen, die im Vergleich zu den Kältemaschinen des Standes der Technik robuster aufgebaut ist und einen geringeren Wartungsaufwand erfordert. Gemäß einem weiteren Aspekt ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kältemaschine anzugeben, die einen geringeren Platzbedarf und ein geringeres Gewicht aufweist als Anlagen des Stands der Technik, und die dabei möglichst einfach aufgebaut, kostengünstig und flexibel ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Kältemaschine gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Varianten und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Eine erfindungsgemäße Kältemaschine weist einen Kompressor, einen ersten Wärmeübertrager, einen zweiten Wärmeübertrager, einen dritten Wärmeübertrager, ein Expansionsorgan, ein erstes Drei-Wege-Ventil (160), ein zweites Drei-Wege-Ventil, ein Rückschlagventil, sowie ein zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand schaltbares Schaltventil, auf,
wobei die Kältemaschine zumindest zwei Fluidkreisläufe zur Zirkulierung eines Kältemittels umfasst, wobei die Fluidkreisläufe zur Erwärmung und/oder zur Kühlung eines zu temperierenden Volumens eingerichtet sind,
wobei ein erster Fluidkreislauf von dem Kompressor, über das erste Drei-Wege-Ventil, weiter über den ersten Wärmeübertrager, weiter über das Expansionsorgan, weiter über das zweite Drei-Wege-Ventil, weiter über den zweiten Wärmeübertrager, weiter über einen Einlass und einen Auslass des geöffneten ersten Schaltventils, und weiter zurück zum Kompressor einschaltbar ist,
wobei der erste Fluidkreislauf ein Rückschlagventil beinhaltet, wobei das Rückschlagventil derart zwischen einer Auslassseite des ersten Wärmeübertragers und dem Einlass des Schaltventils angeordnet ist, dass das Rückschlagventil sperrt, wenn ein Druckniveau des ersten Fluidkreislaufs an der Auslassseite des ersten Wärmeübertragers höher ist als ein Druckniveau am Einlass des Schaltventils.
Die zumindest zwei Fluidkreisläufe sind also verbunden, aber nur schaltungsabhängig durchströmt.
Durch diese Anordnung kann eine effektive Beheizung des zu temperierenden Volumens erreicht werden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass bei dieser Anordnung lediglich ein einziges Expansionsorgan, das vorteilhaft als elektrisches beziehungsweise elektronisches Expansionsventil und/oder als Kapillarrohr ausgebildet sein kann, verwendet werden muss. Dies wird bei voller Funktionalität der Kältemaschine sowohl im Heiz- als auch im Kühlmodus erreicht, wobei der Kühlmodus durch entsprechende weitere Fluidkreisläufe an und zwischen den Drei-Wege-Ventilen realisiert werden kann, wie auch ein Betrieb in allen weiteren technisch sinnvollen Mischformen dieser beiden Betriebsmodi, was an späterer Stelle noch ausführlicher beschrieben wird.
Dadurch wird gegenüber dem Stand der Technik eine Kältemaschine bereitgestellt, die durch die Einsparung zumindest eines Expansionsorgans eine niedrigere Komponentenanzahl aufweist, somit robuster, wartungsärmer, leichter, platzsparender, und somit auch einfacher zu integrieren ist als eine herkömmliche Kältemaschine, und zudem kostensparend ist.
Zur Ausgestaltung des ersten wie auch aller weiteren Fluidkreisläufe selbst kann in an sich bekannter Weise auf entsprechende Rohrleitungen aus geeignetem Material zwischen den einzelnen Komponenten Kompressor, erstem Wärmeübertrager, zweitem Wärmeübertrager, drittem Wärmeübertrager, Expansionsorgan, erstem Drei-Wege-Ventil, zweitem Drei-Wege-Ventil, Rückschlagventil, sowie Schaltventil zurückgegriffen werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist in der Kältemaschine ein zweiter Fluidkreislauf von dem Kompressor, über das erste Drei-Wege-Ventil, weiter über den zweiten Wärmeübertrager, zum einen weiter zum Einlass des geschlossenen Schaltventils, zum anderen weiter über das Rückschlagventil, weiter über das Expansionsorgan, weiter über den dritten Wärmeübertrager, zum einen weiter zum Auslass des geschlossenen ersten Schaltventils, und zum anderen weiter zurück zum Kompressor einschaltbar.
Hierdurch kann ein effektives Kühlen des zu temperierenden Volumens erreicht werden, ohne dass ein weiteres Expansionsorgan vorgesehen werden muss.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in der Kältemaschine ein dritter Fluidkreislauf von dem Kompressor, über das erste Drei-Wege-Ventil, weiter über den ersten Wärmeübertrager, weiter über das Expansionsorgan, weiter über das zweite Drei-Wege-Ventil, zum einen weiter über einen ersten Zweig zurück zum Kompressor, und zum anderen weiter über einen zweiten Zweig zurück zur Pumpe einschaltbar, wobei der erste Zweig von dem zweiten Drei-Wege-Ventil weiter über den zweiten Wärmeübertrager sowie weiter über den Einlass und den Auslass des geöffneten ersten Schaltventils, und weiter zurück zum Kompressor verläuft, und der zweite Zweig von dem zweiten Drei-Wege-Ventil weiter über den dritten Wärmeübertrager, und weiter zurück zum Kompressor verläuft.
Hierdurch kann ein sogenannter Re-Heat Betrieb erreicht werden, wenn ein Luftstrom sowohl über den dritten als auch, nachfolgend, über den ersten Wärmeübertrager geleitet wird. Wie bereits weiter oben geschildert, wird hierbei feuchte Luft zunächst durch den dritten Wärmeübertrager unter den Taupunkt abgekühlt. Durch die Absenkung der Temperatur kondensiert daraufhin das in der Luft enthaltenen Wasser aus und wird der Luft damit ganz oder teilweise entzogen. Anschließend wird die kalte, wie zuvor beschrieben getrocknete Luft wieder durch den ersten Wärmeübertrager erwärmt und genutzt, beispielsweise indem sie in Fahrzeugen der Frontscheibe zugeführt wird, um das Beschlagen der Frontscheibe zu verhindern beziehungsweise rückgängig zu machen.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kältemaschine ist ein vierter Fluidkreislauf von dem Kompressor, über das erste Drei-Wege-Ventil, weiter über den ersten Wärmeübertrager, weiter über das Expansionsorgan, weiter über das zweite Drei-Wege-Ventil, weiter über den dritten Wärmeübertrager, zum einen weiter zum Auslass des geschlossenen ersten Schaltventils, und zum anderen weiter zurück zum Kompressor einschaltbar.
In dieser Ausführungsform kann, in ähnlicher Weise wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, ein Re-Heat Betrieb erreicht werden, allerdings ohne Einbindung des zweiten Wärmeübertragers.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kältemaschine sind das erste Drei-Wege-Ventil und das zweite Drei-Wege-Ventil als Proportionalventile zur Aufteilung eines Massenstroms des Kältemittels eingerichtet, und es ist ein fünfter Fluidkreislauf einschaltbar, wobei der fünfte Fluidkreislauf sowohl den ersten Fluidkreislauf als auch den zweiten Fluidkreislauf umfasst.
In dieser Ausführungsform ist ein sogenannter flexibler Re-Heat Betrieb möglich, indem das erste und zweite Drei-Wege-Ventil jeweils derart gesteuert werden, dass ein jeweils erwünschter Volumenstrom des Kältemittels durch den ersten Fluidkreislauf beziehungsweise durch den zweiten Fluidkreislauf geleitet wird. So ist es bei entsprechender Beschickung des ersten und dritten Wärmeübertragers mit einem Luftstrom beispielsweise möglich, jeweils sehr genau den Umfang des Abkühlens und des anschließenden Erwärmens des Luftstroms zu steuern.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist auf einer Saugseite des Kompressors ein auch als Akkumulator bezeichneter Kältemittelsammler angeordnet. In dem Kältemittelsammler wird flüssiges Kältemittel mit einer Gasüberlagerung unter Sattdampfbedingungen vorgehalten. Der Füllstand des Kältemittelsammlers kann beispielsweise über einen mechanischen Schwimmerregler (Hoch- oder Niederdruckschwimmer) geregelt werden, oder es kann eine Füllstandsregelung mit einer Füllstandsonde und einem Regelventil in einer Flüssigkeitsvorlaufleitung des Kältemittelsammlers installiert sein. Der Druck im Kältemittelsammler wird auf einem bestimmten Wert gehalten, welcher durch die erforderlichen Temperaturen an den Kühlstellen festgelegt ist. Der Kompressor saugt das Gas aus dem oberen Bereich des Kältemittelsammlers ab, wodurch das Sattdampfgleichgewicht bei der geforderten Temperatur im Kältemittelsammler erhalten bleibt.
Alternativ oder ergänzend hierzu ist in bestimmten Ausführungsformen der Kältemaschine auf einer Auslassseite des zweiten Wärmeübertragers ein im Stand der Technik auch als „Receiver“ bezeichneter Kältemittelsammler angeordnet. Ein solcher Kältemittelsammler ist bevorzugterweise ein Filtertrockner.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kältemaschine einen internen Wärmeübertrager, der dazu eingerichtet ist, Wärme zwischen der Auslassseite des ersten Wärmeübertragers und einer Saugseite des Kompressors auszutauschen.
Derart kann eine Temperaturdifferenz zwischen einer Hochdruck- und einer Niederdruckseite der Kältemaschine erhöht werden, was sich in einer erhöhten Effizienz der Kältemaschine äußern kann.
In einer Ausführungsform der Kältemaschine ist der zweite Wärmeübertrager derart angeordnet, dass er im Wärmeaustausch mit einer Umgebungsluft der Kälteanlage steht.
In einer Ausführungsform der Kältemaschine ist der erste Wärmeübertrager als Innenraum-Wärmeübertrager ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform ist der dritte Wärmeübertrager 140 als Verdampfer ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform der Kältemaschine ist das Expansionsorgan als Expansionsventil und/oder als Kapillarrohr ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet der zweite Fluidkreislauf zwischen dem zweiten Drei-Wege-Ventil und einem Auslass des dritten Wärmeübertragers ein zweites Schaltventil und einen vierten Wärmeübertrager. Der vierte Wärmeübertrager ist somit parallel zum dritten Wärmeübertrager im zweiten Fluidkreislauf angeschlossen. Eine bevorzugte Ausführungsform ist zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet der erste Fluidkreislauf zwischen einer Einlassseite des zweiten Wärmeübertragers und dem Auslass des ersten Schaltventils ein drittes Schaltventil sowie dem dritten Schaltventil nachgeschaltet zumindest einen fünften Wärmeübertrager. Der fünfte Wärmeübertrager ist somit parallel zum zweiten Wärmeübertrager im ersten Fluidkreislauf angeschlossen dabei bevorzugterweise zur Wärmeentnahme an einer Fahrzeugkomponente ausgebildet. Als Fahrzeugkomponenten kommen hier Komponenten in Betracht, die sich im Betrieb erwärmen und entsprechender Wärmeabfuhr bedürfen, beispielsweise ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit Verbrennungs- oder Elektromotor, sowie eine Fahrzeugsteuerung.
Auf diese Weise können bei entsprechender Schaltung des dritten Schaltventils vorteilhaft der Fluidstrom aus dem zweiten Wärmeübertrager und dem fünften Wärmeübertrager gemischt werden, was auch als Abwärmenutzung oder „Energy Harvesting“ bezeichnet wird.
In einer Ausführungsform sind das zweite und/oder das dritte Schaltventil als Absperrventil oder als Expansionsventil ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Erfindung, die ebenfalls die als Abwärmenutzung oder „Energy Harvesting“ bezeichnete Technik nutzt, umfasst der erste Fluidkreislauf zwischen der Auslassseite des zweiten Wärmeübertragers und dem Einlass des ersten Schaltventils zumindest einen sechsten Wärmeübertrager, bevorzugterweise ausgebildet zur Wärmeentnahme an einer Fahrzeugkomponente. Es handelt sich hierbei also in Bezug auf den zweiten Wärmeübertrager um eine serielle Einbindung des sechsten Wärmeübertragers im ersten Fluidkreislauf. Als Fahrzeugkomponenten kommen wiederum, wie oben im Zusammenhang mit dem zumindest einen fünften Wärmeübertrager erwähnt, beispielsweise ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit Verbrennungs- oder Elektromotor, sowie eine Fahrzeugsteuerung in Betracht.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung eine Klimaanlagenvorrichtung, insbesondere zur Kühlung eines Fahrzeuginnenraums, umfassend zumindest eine wie vorstehend beschriebene Kältemaschine. Hierbei ist das zu temperierende Volumen bevorzugterweise der Fahrzeuginnenraum, es können jedoch auch weitere zu temperierende Volumen thermisch mit der Kältemaschine verbunden sein, beispielsweise eine oder mehrere Batterien des Fahrzeugs.
In einer Ausführungsform umfasst die Klimaanlagenvorrichtung eine Ventilatoreinheit sowie einen Strömungspfad, wobei die Ventilatoreinheit und der Strömungspfad derart mit dem zu temperierenden Volumen in fluider Kommunikation stehen, dass ein Luftstrom von der Ventilatoreinheit durch den Strömungspfad in das zu temperierende Volumen geblasen werden kann, und wobei der erste Wärmeübertrager sowie der dritte Wärmeübertrager in dem ersten Strömungspfad angeordnet sind.
In einer Ausführungsform der Klimaanlagenvorrichtung ist ein elektrisches Heizelement, bevorzugterweise ein PTC-Heizelement, in dem ersten Strömungspfad angeordnet.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung, welche in der Zeichnung dargestellt sind. Dabei ist zu beachten, dass die in den Figuren beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung nur einen beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
Figurenliste
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Kältemaschine, wie sie im Stand der Technik bekannt ist;
2 eine schematische Darstellung einer Kältemaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Kältemaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, im Betriebsmodus „Heizen“;
4 eine schematische Darstellung einer Kältemaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, im Betriebsmodus „Kühlen“;
5 eine schematische Darstellung einer Kältemaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, im Betriebsmodus „Wärmepumpe Wiederaufheizen“;
6 eine schematische Darstellung einer Kältemaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, im Betriebsmodus „Wiederaufheizen“;
7 eine schematische Darstellung einer Kältemaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, im Betriebsmodus „flexibles Wiederaufheizen“;
8 eine schematische Darstellung einer Kältemaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Receiver;
9 eine schematische Darstellung einer Kältemaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit zusätzlichem Kühlpfad;
10 eine schematische Darstellung einer Kältemaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit zusätzlichem Wärmeübertrager für eine Abwärmenutzung („Energy-Harvesting“) in paralleler Anordnung;
11 eine schematische Darstellung einer Kältemaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit zusätzlichem Wärmeübertrager für eine Abwärmenutzung („Energy-Harvesting“) in serieller Anordnung;

Detaillierte Beschreibung
1 zeigt, wie bereits weiter oben beschrieben, eine schematische Darstellung einer Kältemaschine, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Für die vorliegende Beschreibung ist von Bedeutung, dass der Kältemittelfluss und damit der Betriebsmodus der Anlage, also beispielsweise „Heizen“ oder „Kühlen“, durch zwei Abschaltventile („Bypass Ventile“) B1, B2 und zwei Expansionsorgane, etwa Expansionsventile, E1, E2 gesteuert wird. In einem Wärmetauscher W1, der in der gezeigten Anlage ein Innenraum-Wärmeübertrager ist, wird im Kühlbetrieb luftseitig quasi nicht durchströmt, wohingegen der Wärmetauscher W1 nach der Umschaltung in den Heizbetrieb der Kabine Wärme zuführt, die zuvor der Umgebung auf niedrigem Temperaturniveau im „exterior gas cooler“ entzogen wurde.
Nachteilig an der in 1 gezeigten Kältemaschine ist unter anderem die Notwendigkeit, zwei Expansionsventile E1, E2 sowie zwei Abschaltventile vorzusehen, was nicht nur teuer ist, sondern auch einen hohen Platzbedarf und ein hohes Gewicht der Kältemittelanlage zur Folge hat.
Die in 2 schematisch dargestellte Ausführungsform einer Kältemaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kompressor 110, einen ersten Wärmeübertrager 120, einen zweiten Wärmeübertrager 130, einen dritten Wärmeübertrager 140, ein Expansionsorgan 150, ein erstes Drei-Wege-Ventil 160, ein zweites Drei-Wege-Ventil 170, ein Rückschlagventil 180, sowie ein zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand schaltbares Schaltventil 190. Aufgrund des Wirkungsprinzips der Maschine und der Anordnung der Komponenten wird der Fachmann die in 2 skizzierte Kältemaschine 100 als Kompressionskältemaschine bezeichnen.
Das Expansionsorgan 150 ist in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung als bevorzugterweise elektrisches beziehungsweise elektronisches Expansionsventil und/oder als Kapillarrohr ausgebildet. Diese Art des Expansionsorgans 150 ist auch als Drosselventil bekannt.
Die Kältemaschine 100 hat in der in der 2 gezeigten Ausführungsform mehrere zu-oder abschaltbare Fluidkreisläufe zur Zirkulierung eines Kältemittels. Die Fluidkreisläufe selbst können in an sich bekannter Weise aus entsprechenden Rohrleitungen geeigneten Materials bestehen, die flüssigkeits- und druckdicht zwischen den einzelnen Komponenten Kompressor 110, erster Wärmeübertrager 120, zweiter Wärmeübertrager 130, dritter Wärmeübertrager 140, Expansionsorgan 150, erstes Drei-Wege-Ventil 160, zweites Drei-Wege-Ventil 170, Rückschlagventil 180, sowie Schaltventil 190 angeordnet sind.
Die Fluidkreisläufe sind ferner zur Erwärmung und/oder zur Kühlung eines zu temperierenden Volumens 300 eingerichtet. Das zu temperierende Volumen 300 ist in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung, beispielsweise in Anwendungen einer erfindungsgemäßen Kälteanlage 100 in einer Klimaanlagenvorrichtung 1000, siehe 3, ein Fahrzeuginnenraum. Es kann sich bei dem zu temperierenden Volumen jedoch auch um einen Wohnraum oder um ein bestimmtes Wasservolumen handeln. Das zu temperierende Volumen 300 kann, wie beispielsweise in 3 angegeben, durch einen in einem Strömungspfad 310 geführten Luftstrom 400, der durch eine nicht dargestellte Ventilatoreinheit erzeugt wird und mit dem ersten und dritten Wärmeübertrager 120, 140 thermisch gekoppelt ist, je nach Bedarf gekühlt oder erhitzt werden. In dem Strömungspfad angeordnete Luftklappen und -drosseln sowie Frischluftzuleitungen können dazu genutzt werden, den Luftstrom hinsichtlich Druck und Zusammensetzung zu beeinflussen.
In den hier gezeigten Ausführungsformen ist der zweite Wärmeübertrager 130 derart angeordnet, dass er in Wärmeübertragung mit einer Umgebungsluft der Kälteanlage 100 steht.
Wenn die erfindungsgemäße Kälteanlage 100 in einer erfindungsgemäßen Klimaanlagevorrichtung 1000 eingesetzt ist, stehen die Ventilatoreinheit und der Strömungspfad 310 derart mit dem zu temperierenden Volumen 300 in fluider Kommunikation, dass ein Luftstrom von der Ventilatoreinheit durch den Strömungspfad 310 in das zu temperierende Volumen 300 geblasen werden kann, wobei der erste Wärmeübertrager 120 sowie der dritte Wärmeübertrager 140 in dem ersten Strömungspfad 310 angeordnet sind, um den Luftstrom entsprechend zu temperieren.
Wie 3 entnommen werden kann, ist in bestimmten Ausführungsformen außerdem ein elektrisches Heizelement 230, bevorzugterweise ein PTC-Heizelement, in dem ersten Strömungspfad 310 angeordnet.
Ein erster Fluidkreislauf, der leicht anhand der in 3 dargestellten Pfeile entlang der die Komponenten der Kältemaschine 100 verbindenden Rohrleitungen nachvollzogen werden kann, ist von dem Kompressor 110, über das erste Drei-Wege-Ventil 160, weiter über den ersten Wärmeübertrager 120, weiter über das Expansionsorgan 150, weiter über das zweite Drei-Wege-Ventil 170, weiter über den zweiten Wärmeübertrager 130, weiter über einen Einlass 192 und einen Auslass 194 des geöffneten ersten Schaltventils 190, und weiter zurück zum Kompressor 110 einschaltbar. Der Fachmann wird leicht erkennen, dass das Einschalten des ersten Fluidkreislaufs in Ausführungsformen der Erfindung durch eine nicht dargestellte Steuereinheit und eine entsprechende Ansteuerung des ersten und zweiten Drei-Wege-Ventils 160, 170 sowie des Schaltventils 190 geschehen kann, die, wie es Stand der Technik bei Kältemaschinen ist, elektrisch schaltbar sein können.
Der erste Wärmeübertrager 120 ist in der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung, sowie in allen folgenden Ausführungsformen der 4 bis 8, als Innenraum-Wärmeübertrager ausgebildet, der zweite Wärmeübertrager 130 als Verdampfer. Der Fachmann erkennt anhand der Reihenfolge, in welcher das in den Fluidkreisläufen geführte Kältemittel die Komponenten der Kältemaschine 100 durchläuft, dass die in 3 gezeigte Ausführungsform der Kältemaschine 100 in Bezug auf das zu temperierende Volumen 300 als Wärmepumpe arbeitet, das zu temperierende Volumen 300 also beheizt.
Es ist ferner in den 2 und 3 erkennbar, dass das Rückschlagventil 180 derart zwischen einer Auslassseite 124 des ersten Wärmeübertragers 120 und dem Einlass 192 des Schaltventils 190 angeordnet ist, dass das Rückschlagventil 180 sperrt, wenn ein Druckniveau des ersten Fluidkreislaufs an der Auslassseite 124 des ersten Wärmeübertragers 120 höher ist als ein Druckniveau am Einlass 192 des Schaltventils 190.
Wie leicht anhand der 3 nachvollzogen werden kann, ist dies im Betrieb der Kältemaschine 100 als Wärmepumpe der Fall, sodass das Rückschlagventil keinen Kältemittelstrom zwischen der Auslassseite 124 des ersten Wärmeübertragers 120 und dem Einlass 192 des Schaltventils 190 zulässt.
Durch diese Anordnung kann eine effektive Beheizung des zu temperierenden Volumens erreicht werden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass bei dieser Anordnung lediglich ein einziges Expansionsorgan 150, das beispielsweise als Expansionsventil und/oder als Kapillarrohr ausgebildet sein kann, verwendet werden muss. Dies wird bei voller Funktionalität der Kältemaschine 100 sowohl im Heiz- als auch im Kühlmodus erreicht.
In Bezug auf die 2 und 3 sei angemerkt, dass die hier dargestellte Ausführungform der Erfindung einen auf einer Saugseite 112 des Kompressors 110 angeordneten Kältemittelsammler 200, der auch als Akkumulator bezeichnet wird, umfasst. Abhängig vom eingesetzten Kältemittel sowie dem verwendeten Regelungskonzept umfasst die Erfindung auch Ausführungsformen, bei denen hochdruckseitig eine Druckbehälter oder Fluidsammler vorgesehen ist, wie beispielsweise in 8 dargestellt, in der ein auf einer Auslassseite 134 des zweiten Wärmeübertragers 130 ein Kältemittelsammler 210 angeordnet ist, insbesondere eine Filtertrockner.
Ebenfalls in den 2 und 3 dargestellt ist ein interner Wärmeübertrager 220, der in der gezeigten Ausführungsform dazu eingerichtet ist, Wärme zwischen der Auslassseite 124 des ersten Wärmeübertragers 120 und einer Saugseite 112 des Kompressors 110 auszutauschen. Auf diese Weise kann die Effizienz der Kältemaschine noch einmal gesteigert werden.
Durch entsprechende weitere Fluidkreisläufe an und zwischen den Drei-Wege-Ventilen 160, 170 können weitere Betriebsmodi realisiert werden kann, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird.
In 4 ist diesbezüglich ein Betriebsmodus einer Ausführungsform einer Kältemaschine 100 und einer Klimaanlagenvorrichtung 1000 schematisch dargestellt, in dem die Kältemaschine 100 das zu temperierende Volumen kühlt.
Wie anhand der in 4 dargestellten Pfeile entlang der die Komponenten der Kältemaschine 100 verbindenden Rohrleitungen nachvollzogen werden kann, ist in dieser Ausführungsform ein zweiter Fluidkreislauf von dem Kompressor 110, über das erste Drei-Wege-Ventil 160, weiter über den zweiten Wärmeübertrager 130, zum einen weiter zum Einlass 192 des geschlossenen Schaltventil 190s, zum anderen weiter über das Rückschlagventil 180, weiter über das Expansionsorgan 150, weiter über den dritten Wärmeübertrager 140, zum einen weiter zum Auslass 194 des geschlossenen ersten Schaltventils 190, und zum anderen weiter zurück zum Kompressor 110 einschaltbar.
Der Fachmann erkennt, dass im Gegensatz zu dem in 3 eingeschalteten Fluidkreislauf das Rückschlagventil aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse geöffnet ist und somit ein Fluidstrom zwischen der Auslassseite 134 des zweiten Wärmeübertragers 130 und dem Expansionsorgan 150 stattfindet, ohne dass ein schaltbares Ventil an dieser Stelle vonnöten ist.
Es kann anhand eines Vergleichs zwischen den 3 und 4 außerdem leicht nachvollzogen werden, dass ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kältemaschine 100 darin zu sehen ist, dass der zweite Wärmetauscher 130 immer in der gleichen Richtung, also unidirektional, durchströmt wird, was neben strömungstechnischen Vorteilen auch eine Verbesserung des Schmieröl-Managements einer solchen Anlage bietet.
5 zeigt einen weiteren Betriebsmodus einer Ausführungsform einer Kälteanlage 100 und einer Klimaanlagenvorrichtung 1000. In dieser Ausführungsform ist ein dritter Fluidkreislauf von dem Kompressor 110, über das erste Drei-Wege-Ventil 160, weiter über den ersten Wärmeübertrager 120, weiter über das Expansionsorgan, weiter über das zweite Drei-Wege-Ventil 170, zum einen weiter über einen ersten Zweig a zurück zum Kompressor 110, und zum anderen weiter über einen zweiten Zweig b zurück zum Kompressor 110 einschaltbar, wobei der erste Zweig a von dem zweiten Drei-Wege-Ventil 170 weiter über den zweiten Wärmeübertrager 130 sowie weiter über den Einlass 192 und den Auslass 194 des geöffneten ersten Schaltventils 190, und weiter zurück zum Kompressor 110 verläuft, und der zweite Zweig b von dem zweiten Drei-Wege-Ventil 170 weiter über den dritten Wärmeübertrager 140, und weiter zurück zum Kompressor 110 verläuft.
Hierdurch kann ein sogenannter Re-Heat Betrieb erreicht werden, wenn ein Luftstrom sowohl über den dritten Wärmeübertrager 140 als auch, nachfolgend, über den ersten Wärmeübertrager 120 geleitet wird. Wie bereits weiter oben geschildert, wird hierbei feuchte Luft zunächst durch den dritten Wärmeübertrager 140 unter den Taupunkt abgekühlt. Durch die Absenkung der Temperatur kondensiert daraufhin das in der Luft enthaltenen Wasser aus und wird der Luft damit ganz oder teilweise entzogen. Anschließend wird die kalte, wie zuvor beschrieben getrocknete Luft wieder durch den ersten Wärmeübertrager 120 erwärmt.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klimaanlagenvorrichtung 1000 kann diese wiedererwärmte Luft beispielsweise dazu genutzt werden, ein Beschlagen einer Frontscheibe eines Fahrzeugs zu verhindern beziehungsweise rückgängig zu machen, indem nämlich die wiedererwärmte Luft in der Frontscheibe zugeführt wird.
In ähnlicher Weise wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kann ein Re-Heat Betrieb durch Einschalten eines Fluidkreislaufs erreicht werden, wie er in 6 dargestellt ist, allerdings ohne Einbindung des zweiten Wärmeübertragers 130.
Diesbezüglich zeigt 6 eine Ausführungsform einer Kältemaschine 100 und einer Klimaanlagenvorrichtung 1000, in der ein vierter Fluidkreislauf von dem Kompressor 110, über das erste Drei-Wege-Ventil 160, weiter über den ersten Wärmeübertrager 120, weiter über das Expansionsorgan 150, weiter über das zweite Drei-Wege-Ventil 170, weiter über den dritten Wärmeübertrager 140, zum einen weiter zum Auslass 194 des geschlossenen ersten Schaltventils 190, und zum anderen weiter zurück zum Kompressor 110 einschaltbar ist.
7 zeigt eine Ausführungsform einer Kältemaschine 100 und einer Klimaanlagevorrichtung 1000, in der das das erste Drei-Wege-Ventil 160 und das zweite Drei-Wege-Ventil 170 als Proportionalventile zur Aufteilung eines Massenstroms des Kältemittels eingerichtet sind, und dass ein fünfter Fluidkreislauf einschaltbar ist, wobei der fünfte Fluidkreislauf FK5 sowohl den ersten Fluidkreislauf als auch den zweiten Fluidkreislauf umfasst.
In dieser Ausführungsform ist ein sogenannter flexibler Re-Heat Betrieb möglich, indem das erste 160 und zweite Drei-Wege-Ventil 170 jeweils derart gesteuert werden, dass ein jeweils erwünschter Volumenstrom des Kältemittels durch den ersten Fluidkreislauf beziehungsweise durch den zweiten Fluidkreislauf geleitet wird. So ist es bei entsprechender Beschickung des ersten 120 und dritten Wärmeübertragers 140 mit einem Luftstrom 400 durch den Strömungspfad 310 beispielsweise möglich, jeweils sehr genau den Umfang des Abkühlens und des anschließenden Erwärmens des Luftstroms 400 zu steuern.
Im folgenden werden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kältemaschine 100 vorgestellt, anhand derer der Fachmann erkennt, wie unkompliziert und vorteilhaft eine Integration weiterer Funktionen in die erfindungsgemäße Kältemaschine möglich sind.
9 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kältemaschine 100, bei welcher der zweite Fluidkreislauf zwischen dem zweiten Drei-Wege-Ventil 170 und einem Auslass 144 des dritten Wärmeübertragers 140 ein zweites Schaltventil 510 sowie dem zweiten Schaltventil 510 nachgeschaltet zumindest einen vierten Wärmeübertrager 500, bevorzugterweise ausgebildet zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie 600 eines Elektrofahrzeugs, umfasst. Der vierte Wärmeübertrager 500 ist in dieser Ausführungsform also parallel zum dritten Wärmeübertrager 140 im zweiten Fluidkreislauf angeschlossen.
Bei der in 10 schematisch abgebildeten Ausführungsform einer Kältemaschine 100 umfasst der erste Fluidkreislauf zwischen der Einlassseite 132 des zweiten Wärmeübertragers 130 und dem Auslass 194 des ersten Schaltventils 190 ein drittes Schaltventil 530 sowie dem dritten Schaltventil 530 nachgeschaltet zumindest einen fünften Wärmeübertrager 540, bevorzugterweise ausgebildet zur Wärmeentnahme an einer Fahrzeugkomponente. Der fünfte Wärmeübertrager 540 ist demzufolge parallel zum zweiten Wärmeübertrager in den ersten Fluidkreislauf eingebunden.
Der Fachmann wird erkennen, dass als Fahrzeugkomponenten solche in Betracht kommen, die sich im Betrieb erhitzen und entsprechend gekühlt werden müssen. Beispiele umfassen Antriebsstränge von Fahrzeugen mit Verbrennungs- oder Elektromotor, sowie Fahrzeugsteuerungen und Fahrzeugbatterien. In 10 sind drei fünfte Wärmeübertrager 540, 540', und 540" dargestellt, die mit zu kühlenden und/oder zu erwärmenden aktiven Komponenten verbunden sind. Bezüglich der Anzahl und Art dieser Wärmeübertrager 540, 540', und 540" sind keine spezifischen Einschränkungen vorhanden.
Auf diese Weise können bei entsprechender Schaltung des dritten Schaltventils 530 vorteilhaft der Fluidstrom aus dem zweiten Wärmeübertrager 130 und dem fünften Wärmeübertrager 540 gemischt werden, was auch als Abwärmenutzung oder „Energy Harvesting“ bezeichnet wird.
In einer Ausführungsform sind das zweite 510 und/oder das dritte Schaltventil 530 als Absperrventil oder als Expansionsventil ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform der Kältemaschine 100, die in 11 schematisch abgebildet ist, umfasst der erste Fluidkreislauf zwischen der Auslassseite 134 des zweiten Wärmeübertragers 130 und dem Einlass 192 des ersten Schaltventils 190 zumindest einen sechsten Wärmeübertrager 550, bevorzugterweise ausgebildet zur Wärmeentnahme an einer Fahrzeugkomponente. In der Figur sind drei sechste Wärmeübertrager 550, 550', und 550" dargestellt, wobei diese Anzahl keine Einschränkung der Erfindung darstellen soll.
Ähnlich zu der in 11 dargestellten Ausführungsform lässt sich diese Anordnung vorteilhaft bei der Abwärmenutzung weiterer Fahrzeugkomponenten nutzen, wobei die vorliegende Ausführungsform eine serielle Verschaltung des zumindest einen sechste Wärmeübertragers 550 und des zweiten Wärmeübertragers darstellt. Während es von Vorteil ist, dass in dieser Variante kein drittes Schaltventil 530 benötigt wird, was die Komponentenanzahl klein hält, ist es ein Nachteil dieser Anordnung, dass die Serienschaltung einen höheren Druckverlust entlang des Strömungspfades des Kältefluides bewirkt, und dass der zumindest eine sechste Wärmeübertrager 550 nicht selektiv ein- und ausgeschaltet werden kann.

Claims

Kältemaschine (100), insbesondere Kompressionskältemaschine, umfassend einen Kompressor (110), einen ersten Wärmeübertrager (120), einen zweiten Wärmeübertrager (130), einen dritten Wärmeübertrager (140), ein Expansionsorgan (150), ein erstes Drei-Wege-Ventil (160), ein zweites Drei-Wege-Ventil (170), ein Rückschlagventil (180), sowie ein zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand schaltbares Schaltventil (190), wobei die Kältemaschine (100) zumindest zwei Fluidkreisläufe (FK) zur Zirkulierung eines Kältemittels umfasst, wobei die Fluidkreisläufe (FK) zur Erwärmung und/oder zur Kühlung eines zu temperierenden Volumens (300) eingerichtet sind, wobei ein erster Fluidkreislauf von dem Kompressor (110), über das erste Drei-Wege-Ventil (160), weiter über den ersten Wärmeübertrager (120), weiter über das Expansionsorgan (150), weiter über das zweite Drei-Wege-Ventil (170), weiter über den zweiten Wärmeübertrager (130), weiter über einen Einlass (192) und einen Auslass (194) des geöffneten ersten Schaltventils (190), und weiter zurück zum Kompressor (110) einschaltbar ist, wobei das Rückschlagventil (180) derart zwischen einer Auslassseite (124) des ersten Wärmeübertragers (120) und dem Einlass (192) des Schaltventils (190) angeordnet ist, dass das Rückschlagventil (180) sperrt, wenn ein Druckniveau des ersten Fluidkreislaufs an der Auslassseite (124) des ersten Wärmeübertragers (120) höher ist als ein Druckniveau am Einlass (192) des Schaltventils (190).
Kältemaschine (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Fluidkreislauf von dem Kompressor (110), über das erste Drei-Wege-Ventil (160), weiter über den zweiten Wärmeübertrager (130), zum einen weiter zum Einlass (192) des geschlossenen Schaltventil (190)s, zum anderen weiter über das Rückschlagventil (180), weiter über das Expansionsorgan (150), weiter über den dritten Wärmeübertrager (140), zum einen weiter zum Auslass (194) des geschlossenen ersten Schaltventils (190), und zum anderen weiter zurück zum Kompressor (110) einschaltbar ist.
Kältemaschine (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Fluidkreislauf von dem Kompressor (110), über das erste Drei-Wege-Ventil (160), weiter über den ersten Wärmeübertrager (120), weiter über das Expansionsorgan, weiter über das zweite Drei-Wege-Ventil (170), zum einen weiter über einen ersten Zweig (a) zurück zum Kompressor (110), und zum anderen weiter über einen zweiten Zweig (b) zurück zur Pumpe (110) einschaltbar ist, wobei der erste Zweig (a) von dem zweiten Drei-Wege-Ventil (170) weiter über den zweiten Wärmeübertrager (130) sowie weiter über den Einlass (192) und den Auslass (194) des geöffneten ersten Schaltventils (190), und weiter zurück zum Kompressor (110) verläuft, und der zweite Zweig (b) von dem zweiten Drei-Wege-Ventil (170) weiter über den dritten Wärmeübertrager (140), und weiter zurück zum Kompressor (110) verläuft.
Kältemaschine (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Fluidkreislauf von dem Kompressor (110), über das erste Drei-Wege-Ventil (160), weiter über den ersten Wärmeübertrager (120), weiter über das Expansionsorgan (150), weiter über das zweite Drei-Wege-Ventil (170), weiter über den dritten Wärmeübertrager (140), zum einen weiter zum Auslass (194) des geschlossenen ersten Schaltventils (190), und zum anderen weiter zurück zum Kompressor (110) einschaltbar ist.
Kältemaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drei-Wege-Ventil (160) und das zweite Drei-Wege-Ventil (170) als Proportionalventile zur Aufteilung eines Massenstroms des Kältemittels eingerichtet sind, und dass ein fünfter Fluidkreislauf einschaltbar ist, wobei der fünfte Fluidkreislauf sowohl den ersten Fluidkreislauf als auch den zweiten Fluidkreislauf umfasst.
Kältemaschine (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Saugseite (112) des Kompressors (110) ein Kältemittelsammler (200) angeordnet ist.
Kältemaschine (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Auslassseite (134) des zweiten Wärmeübertragers ein Kältemittelsammler (250) angeordnet ist, insbesondere eine Filtertrockner.
Kältemaschine (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine (100) einen internen Wärmeübertrager (220) umfasst, der dazu eingerichtet ist, Wärme zwischen der Auslassseite (124) des ersten Wärmeübertragers (120) und einer Saugseite (112) des Kompressors (110) zu übertragen.
Kältemaschine (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fluidkreislauf zwischen dem zweiten Drei-Wege-Ventil (170) und einem Auslass (144) des dritten Wärmeübertragers (140) ein zweites Schaltventil (510) sowie dem zweiten Schaltventil (510) nachgeschaltet zumindest einen vierten Wärmeübertrager (500), bevorzugterweise ausgebildet zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie (600) eines Elektrofahrzeugs, umfasst.
Kältemaschine (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidkreislauf zwischen einer Einlassseite (132) des zweiten Wärmeübertragers (130) und dem Auslass (194) des ersten Schaltventils (190) ein drittes Schaltventil (530) sowie dem dritten Schaltventil (530) nachgeschaltet zumindest einen fünften Wärmeübertrager (540), bevorzugterweise ausgebildet zur Wärmeentnahme an einer Fahrzeugkomponente, umfasst.
Kältemaschine (100) gemäß Anspruch einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaltventil (510) und/oder das dritte Schaltventil (530) als Absperrventil oder als Expansionsventil ausgebildet ist.
Kältemaschine (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidkreislauf zwischen der Auslassseite (134) des zweiten Wärmeübertragers (130) und dem Einlass (192) des ersten Schaltventils (190) zumindest einen sechsten Wärmeübertrager (550), bevorzugterweise ausgebildet zur Wärmeentnahme an einer Fahrzeugkomponente, umfasst.
Klimaanlagenvorrichtung (1000) insbesondere zur Kühlung eines Fahrzeuginnenraums, umfassend zumindest eine Kältemaschine (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Klimaanlagenvorrichtung (1000) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlagenvorrichtung (1000) eine Ventilatoreinheit sowie einen Strömungspfad (310) umfasst, wobei die Ventilatoreinheit und der Strömungspfad (310) derart mit dem zu temperierenden Volumen (300) in fluider Kommunikation stehen, dass ein Luftstrom von der Ventilatoreinheit durch den Strömungspfad (310) in das zu temperierende Volumen (300) geblasen werden kann, und wobei der erste Wärmeübertrager (120) sowie der dritte Wärmeübertrager (140) in dem ersten Strömungspfad (310) angeordnet sind.
Klimaanlagenvorrichtung (1000) gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Heizelement (230), bevorzugterweise ein PTC-Heizelement, in dem ersten Strömungspfad (310) angeordnet ist.