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Die Erfindung betrifft einen Kältemittelverdichter für eine Klimaanlage eines Fahrzeuges gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen nach Anspruch 8.
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Grundsätzlich ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit einer Klimaanlage ausgestattet sind. Diese kann von einem Kältebetrieb in einen Wärmebetrieb und umgekehrt geschaltet werden. Im Wärmebetrieb wird Kältemittel so geführt, dass der Reihe nach in Fließrichtung des Kältemittels ein Kompressor, ein Kondensator, ein Expansionsventil und ein Verdampfer durchströmt wird. Das Kältemittel wird von einem Kältemittelverdichter mittels mindestens einer Zuführleitung in Richtung des Kondensators geführt. Dabei muss diese Zuführleitung allerdings hochtemperaturfest ausgebildet sein, was mit hohem finanziellen Aufwand verbunden ist, da diese bedingt durch die Verdichtung des Kältemittels sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kältemittelverdichter für eine Klimaanlage eines Fahrzeuges derart weiterzuentwickeln, dass die entsprechende Zuführleitung in Richtung eines Kondensators weniger temperaturfest und somit wesentlich kostengünstiger bereitgestellt werden kann.
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Die oben genannte Aufgabe wird durch einen Kältemittelverdichter für eine Klimaanlage eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, gelöst. Der Kältemittelverdichter weist einen Kompressor und ein Gehäuse auf, wobei innerhalb des Gehäuses ein erster Wärmeübertrager angeordnet ist, um mittels des Kompressors verdichtetes Kältemittel zu kühlen. Der erste Wärmeübertrager ist vorzugsweise auf einer Hochdruckseite des Kompressors angeordnet. Insbesondere wird das Kältemittel vor Austritt aus dem Gehäuse und/oder vor dem Eintritt in eine Zuführleitung in Richtung des Kondensators gekühlt. Bei dem Gehäuse handelt es sich insbesondere um ein Gehäuse des Kompressors. Der Kompressor kennzeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass dort der eigentliche Kompressionsvorgang stattfindet. Der erste Wärmeübertrager ist in den Kältemittelverdichter integriert, und zwar auf der Hochdruckseite des Kompressors. Somit kann das Temperaturniveau des verdichteten Kältemittels noch im Kältemittelverdichter gesenkt werden.
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Der Kältemittelverdichter ist insbesondere Teil eines Kältemittelkreislaufes der Klimaanlage, der ferner einen Verdampfer, einen Kondensator und ein Expansionsventil aufweist. Im Wärmebetrieb ist der gebildete Kältemittelkreislauf so geführt, dass der Reihe nach in Fließrichtung des Kältemittels ein Kompressor, ein Kondensator, ein Expansionsventil und ein Verdampfer durchströmt wird. Typischerweise verlässt das Kältemittel den Verdampfer im gasförmigen Zustand, wobei es dann im Kältemittelverdichter, insbesondere im Kompressor, durch die Verdichtung weiter überhitzt wird. Dadurch, dass nun ein erster Wärmeübertrager vorgesehen ist, der dazu ausgebildet ist, das mittels des Kompressors verdichtete Kältemittel insbesondere vor Einleitung des verdichteten Kältemittels in eine Zuführleitung zum Kondensator der Klimaanlage, zu kühlen, kann die Zuführleitung insbesondere wesentlich weniger temperaturfest und somit auch weniger kostenintensiv ausgebildet werden. Bei dem verdichteten Kältemittel, das mittels des ersten Wärmeübertragers gekühlt wird, handelt es sich insbesondere um Heißgas, das vorzugsweise eine Temperatur von mindestens 120°C, ferner bevorzugt mindestens 140°C, am meisten bevorzugt mindestens 150°C aufweist. Insbesondere kann die Zuführleitung zum Kondensator derart ausgebildet sein, dass sie lediglich Temperaturen von höchsten 130°C standhält. Die Zuführleitung wird vorteilhafterweise im Anbindungsbereich in Richtung des Kondensators als flexibler Schlauch ausgebildet. Die weniger temperaturfeste Ausbildung betrifft vor allem den Schlauchanteil der Zuführleitung im Anbindungsbereich zum Kompressor.
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Insbesondere ist innerhalb des Gehäuses ein zweiter Wärmeübertrager angeordnet, um Kältemittel vor Eintritt in den Kompressor zu kühlen. Der zweite Wärmeübertrager ist vorzugsweise auf einer Niederdruckseite des Kompressors angeordnet. Insbesondere wird das Kältemittel direkt nach dem Einlass in das Gehäuse gekühlt. Besonders bevorzugt ist somit eine Ausbildung des Kältemittelverdichters mit einem ersten Wärmeübertrager auf der Hochdruckseite und einem zweiten Wärmeübertrager auf der Saugseite.
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Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem ersten Wärmeübertrager und/oder bei dem zweiten Wärmeübertrager um einen Wasser-Kältemittel-Wärmeübertrager. In anderen Worten durchfließt den Wärmeübertrager sowohl Kältemittel als auch Wasser, wobei Wärme des Kältemittels auf das Wasser übertragen wird. Das Wasser dient somit als Kühlwasser. Der Wärmeübertrager ist insbesondere nicht als Platten-Wärmeübertrager ausgebildet. Der Wärmeübertrager ist vorteilhafterweise als Rohrbündel-Wärmeübertrager oder Flachrohr-Wärmeübertrager in einem Fluidbad ausgeführt. In einem solchen Fall bildet das Kühlwasser das Fluidbad, während das Kältemittel durch die Rohrbündel oder das Flachrohr geführt wird. Das Kältemittel ist insbesondere kein Kühlmittel. Es handelt sich vor allem um R744. Der Kältemittelverdichter dient insbesondere für eine Verdichtung in einem Druckbereich von 5 bar bis 180 bar, vor allem von 10 bar bis 160 bar.
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Vorzugsweise ist der Kältemittelverdichter mittels eines Elektromotors elektrisch angetrieben, wobei der Elektromotor und eine zugehörige Leistungselektronik im Gehäuse angeordnet sind. Insbesondere ist der zweite Wärmeübertrager im Wärmebetrieb in Fließrichtung des Kältemittels vor dem Elektromotor und der zugehörigen Leistungselektronik angeordnet. Vorteilhafterweise folgt in Fließrichtung nach der Leistungselektronik und dem Elektromotor der Kompressor und im Anschluss der erste Wärmeübertrager.
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Ferner bevorzugt sind die Leistungselektronik und der Elektromotor derart angeordnet, dass das Kältemittel vor Eintritt in den Kompressor über die Leistungselektronik und den Elektromotor zur Kühlung dieser fließt. Dabei nimmt das Kältemittel die entsprechende Abwärme der Leistungselektronik und des Elektromotors auf, wobei es im Anschluss in den Kompressor fließt, in welchem der eigentliche Kompressionsprozess stattfindet. Dann ist besonders vorteilhaft, wenn das Kältemittel mittels des zweiten Wärmeübertrages gekühlt wird, bevor es zum Elektromotor und zur Leistungselektronik fließt, um wiederum diese zu kühlen.
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Zusätzlich oder alternativ kann der Elektromotor und die Leistungselektronik mittels eines Kühlmittelkreislaufes gekühlt werden, der sich vom Kältemittelkreislauf unterscheidet. In anderen Worten kann zusätzlich zu der Kühlung mittels des Kältemittelkreislaufes eine weitere Kühlung mittels eines Kühlmittelkreislaufes, der Kühlmittel, vor allem Kühlwasser, durch den Elektromotor und/oder die Leistungselektronik führt, stattfinden. Ferner kann alternativ zur Kühlung mittels des Kältemittelkreislaufes der Elektromotor und/oder die Leistungselektronik ausschließlich mittels des Kühlmittelkreislaufes gekühlt werden. In anderen Worten kann eine Wasserkühlung für den Elektromotor und/oder die Leistungselektronik in den Kältemittelverdichter integriert sein. Das Kältemittel des Kältemittelkreislaufes kann nach Eintritt in das Gehäuse des Kältemittelverdichters direkt in den Kompressor fließen.
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Insbesondere betrifft die Erfindung eine Klimaanlage umfassend einen Kältemittelverdichter, wie oben beschrieben, und vorzugsweise ferner einen Kondensator, Verdampfer und/oder Expansionsmittel. Ferner kann die Klimaanlage eine oben beschriebene Zuführleitung vom Kältemittelverdichter in Richtung des Kondensators umfassen.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines oben beschriebenen Kältemittelverdichters, wobei Kältemittel mittels eines Kompressors verdichtet wird, und wobei ferner das verdichtete Kältemittel mittels eines ersten Wärmeübertragers gekühlt wird.
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Es zeigen in rein schematischer Darstellung
- 1: eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters;
- 2: eine Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters;
- 3: eine Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters; und
- 4: eine Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters 10.
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Der Kältemittelverdichter 10 umfasst einen Kompressor 11, der innerhalb eines Gehäuses 12 des Kältemittelverdichters 10 angeordnet ist. Ferner befindet sich im Gehäuse 12 ein erster Wärmeübertrager 13. Zudem befinden sich in dem Gehäuse 12 ein Elektromotor 17 sowie eine entsprechende Leistungselektronik 18 für den Antrieb des Kompressors 11. Insgesamt handelt es sich somit um einen elektrischen Kältemittelverdichter 10.
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Der erste Wärmeübertrager 13 ist auf einer Hochdruckseite 15 des Kompressors 11 angeordnet. Das Kältemittel 20 fließt im Wärmebetrieb der Klimaanlage von einem Verdampfer über die Leistungselektronik 18, den Elektromotor 17 in den Kompressor 11. Dabei kühlt es den Elektromotor 17 und die zugehörige Leistungselektronik 18. Nachdem es mittels des Kompressors 11 verdichtet wurde, fließt es in den ersten Wärmeübertrager 13, der als Wasser-Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet ist. Somit fließt durch den ersten Wärmeübertrager 13 Kühlwasser 21, sodass Wärme vom Kältemittel 20 auf das Kühlwasser 21 übertragen wird und dieses somit gekühlt wird, bevor es das Gehäuse 12 in Richtung eines Kondensators verlässt.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters 10, der bis auf die im Folgenden dargestellten Unterschiede analog zum Kältemittelverdichter 10 aus 1 ausgebildet ist. Zusätzlich zum Kältemittelverdichter 10 aus 1 weist der Kältemittelverdichter 10 der 2 einen zweiten Wärmeübertrager 14 auf, der auf der Niederdruckseite 16 des Kompressors 11 angeordnet ist. Er ist somit im Wärmebetrieb der Klimaanlage in Fließrichtung des Kältemittels 20 vor der Leistungselektronik 18 und dem Elektromotor 17 angeordnet. Auch der zweite Wärmeübertrager 14 ist ein Wasser-Kältemittel-Wärmeübertrager und setzt somit Kühlwasser 21 zur Kühlung des Kältemittels 20, nachdem es in den Kältemittelverdichter 10 eingetreten ist, ein.
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In 3 ist eine schematische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters 10 gezeigt, der bis auf den folgenden Unterschied analog zum Kältemittelverdichter 10 der 1 ausgebildet ist: Anders als in 1 wird die Leistungselektronik 18 und der Elektromotor 17 zusätzlich mittels eines Kühlmittelkreislaufes 19, nämlich mittels Kühlwassers 21, gekühlt.
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4 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Kältemittelverdichters 10, der bis auf die folgenden Unterschiede analog zum Kältemittelverdichter 10 der 3 ausgebildet ist. Im Unterschied zu diesem tritt das Kältemittel 20 direkt in den Kompressor 11 ein. Die Leistungselektronik 18 und der Elektromotor 17 werden nicht mittels des Kältemittels 20 des Kältemittelkreislaufes der Klimaanlage gekühlt, sondern ausschließlich mittels des Kühlmittelkreislaufes 19 und somit mittels des Kühlwassers 20.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kältemittelverdichter
- 11
- Kompressor
- 12
- Gehäuse
- 13
- erster Wärmeübertrager
- 14
- zweiter Wärmeübertrager
- 15
- Hochdruckseite
- 16
- Niederdruckseite
- 17
- Elektromotor
- 18
- Leistungselektronik
- 19
- Kühlmittelkreislauf
- 20
- Kältemittel
- 21
- Kühlwasser
