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Die Erfindung betrifft einen Kondensator sowie einen Kältekreislauf mit einem Kondensator, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Aus der
DE 10 2016 203 045 A1 ist ein Kältekreislauf bekannt, bei dem ein Verdichter 10, ein Heizkondensator 14 und ein wassergekühlter Kondensator 19 seriell und in Kältemittelströmungsrichtung in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Bei dieser Verschaltung ergibt sich ein relativ hohes Temperaturniveau am Heizkondensator, weil dieser auf der Hochdruckseite direkt stromabwärts des Verdichters positioniert ist. Dies macht den Heizkondensator und die Komponenten um den Heizkondensator herum teurer in der Herstellung, weil er entsprechend für ein hohes Temperaturniveau auszulegen ist. Außerdem führt das hohe Temperaturniveau des Heizkondensators, der in einem Klimagerät angeordnet ist, im Kühlbetrieb des Klimagerätes zu hohen Verlusten.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch einen Kältekreislauf gemäß Anspruch 1, einen Kondensator gemäß Anspruch 9 und ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Im Rahmen dieser Erfindung beziehen sich die Begriffe „stromaufwärts“, „stromabwärts“, „stromaufwärtig“ und „stromabwärtig“ immer auf eine Kältemittelströmung. Anders ausgedrückt beziehen sich diese Begriffe auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Erfindung.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Kältekreislauf, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bereitgestellt, mit einem Heizkondensator, der von Kältemittel durchströmbar ist, welches über einen Heizkondensator-Eingang in den Heizkondensator zuführbar und über einen Heizkondensator-Ausgang aus diesem abführbar ist, und einem Kondensator, der einen Kondensationsabschnitt aufweist, der von dem Kältemittel durchströmbar ist, wobei der Kondensator einen Zwischenausgang aufweist, der stromabwärts des Kondensationsabschnitts und stromaufwärts des Heizkondensator-Eingangs, jeweils bezogen auf eine Kältemittelströmung, angeordnet ist; der Kondensator einen Zwischeneingang aufweist, der stromabwärts des Heizkondensator-Ausgangs, bezogen auf die Kältemittelströmung, angeordnet ist, und der Kondensator einen Flüssigkeitssammler aufweist, der stromabwärts des Zwischeneingangs, bezogen auf die Kältemittelströmung, angeordnet ist.
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Dadurch wird in einem Kühlbetrieb des Kältekreislaufs eine Wärme größtenteils schon am Kondensationsabschnitt, der für das Kältemittel als Kondensator fungiert, abgeführt. Dies führt dazu, dass der Heizkondensator im Kühlbetrieb nicht dauerhaft einer hohen Heißgastemperatur von beispielsweise 100-150°C ausgesetzt ist. Dadurch sind die Anforderungen an die Materialien des Heizkondensators selbst und an Bauteile, welche den Heizkondensator aufnehmen, wie beispielsweise das Klimagerät, geringer und der Heizkondensator kostengünstiger. In einem Mischbetrieb, d.h. wenn Wärme am Kondensator und am Heizkondensator aus dem Kältemittel abgeführt wird, ist eine Spreizung der luftseitigen Temperaturverteilung am Heizkondensator vorteilhafterweise geringer, weshalb der Heizkondensator auch aus diesem Grund einfacher aufgebaut werden kann. Da der Heizkondensator im Kühlbetrieb geringeren Kältemitteltemperaturen ausgesetzt ist, ist auch die Verlustwärmeabgabe im Klimagerät geringer, was positiven Einfluss auf die Effizienz und Leistungsfähigkeit des Klimagerätes hat.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Kondensator einen Unterkühlungsabschnitt auf, der von einem Kältemittel durchströmbar ist und stromabwärts des Flüssigkeitssammlers, bezogen auf die Kältemittelströmung, angeordnet ist. In diesem Bereich findet die sog. Unterkühlung statt, d.h. eine Temperatur des flüssigen Kältemittels wird noch weiter abgesenkt.
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Insbesondere handelt es sich bei dem Kondensator um einen flüssigkeitsgekühlten, insbesondere wassergekühlten, Kondensator, d.h. der Kondensationsabschnitt und/oder der Unterkühlungsabschnitt ist fluidisch von dem Kältemittel getrennt und in Wärmetausch damit von einem Kühlmittel durchströmbar.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist parallel zum Heizkondensator eine Heizkondensator-Bypassleitung vorgesehen, so dass ein stromaufwärtiger Verzweigungspunkt der Parallelschaltung aus Heizkondensator-Bypassleitung und Heizkondensator stromabwärts des Zwischenausgangs, bezogen auf eine Kältemittelströmung, angeordnet ist und ein stromabwärtiger Verzweigungspunkt der Parallelschaltung stromaufwärts des Zwischeneingangs angeordnet ist. Durch die Heizkondensator-Bypassleitung kann temporär eine Wärmeabgabe am Heizkondensator unterbunden werden oder ein Temperaturniveau des Heizkondensators bzw. eine Wärmeabgabe am Heizkondensator je nach Heizbedarf gesteuert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zumindest ein Ventil vorgesehen, um den Durchfluss durch die Heizkondensator-Bypassleitung und/oder den Heizkondensator zu steuern. Insbesondere handelt es sich dabei um ein 3/2-Wege-Ventil, es könnten aber auch zwei Absperr- oder Proportionalventile vorgesehen sein, d.h. in jedem Strang eines.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist parallel zum Kondensationsabschnitt eine Kondensator-Bypassleitung vorgesehen ist, so dass die Parallelschaltung aus Kondensator-Bypassleitung und Kondensationsabschnitt stromaufwärts der Parallelschaltung aus Heizkondensator-Bypassleitung und Heizkondensator angeordnet ist. Durch die Kondensator-Bypassleitung kann temporär eine Wärmeabgabe am Kondensationsabschnitt unterbunden werden oder ein Temperaturniveau des Kondensationsabschnitts bzw. eine Wärmeabgabe am Kondensationsabschnitt gesteuert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zumindest ein Ventil vorgesehen, um den Durchfluss durch die Kondensator-Bypassleitung und/oder den Kondensationsabschnitt zu steuern. Insbesondere handelt es sich dabei um ein 3/2-Wege-Ventil, es könnten aber auch zwei Absperr- oder Proportionalventile vorgesehen sein, d.h. in jedem Strang eines.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Heizkondensator in einer Luftführung eines Klimageräts angeordnet, so dass der Heizkondensator mit Luft umströmbar ist, welche einem Fahrzeuginsassenraum zuführbar ist. Es kann sich dabei sowohl um Frischluft von außerhalb des Kraftfahrzeugs und/oder um Umluft, d.h. dem Fahrzeuginsassenraum entnommene und wieder zuzuführende Luft.
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Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung einen Kondensator für einen Kältekreislauf, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bereit, mit einem Kondensationsabschnitt, der von einem Kältemittel durchströmbar ist; einem Zwischenausgang, der stromabwärts des Kondensationsabschnitts, bezogen auf eine Kältemittelströmung, angeordnet ist und angepasst ist, mit einem Heizkondensator-Eingang eines Heizkondensators verbunden zu werden; einem Zwischeneingang, der angepasst ist, mit einen Heizkondensator-Ausgang des Heizkondensators verbunden zu werden, und einem Flüssigkeitssammler, der stromabwärts des Zwischeneingangs, bezogen auf eine Kältemittelströmung, angeordnet ist. Insbesondere ist der Kondensationsabschnitt fluidisch von dem Kältemittel getrennt und in Wärmetausch damit von einem Kühlmittel durchströmbar. Mit diesem Kondensator lassen sich die Vorteile erreichen, wie sie bereits vorstehend im Zusammenhang mit dem Kältekreislauf erläutert wurden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Kondensators ist dieser mit einem Unterkühlungsabschnitt versehen, der von einem Kältemittel durchströmbar ist und stromabwärts des Flüssigkeitssammlers angeordnet ist. Insbesondere ist der Unterkühlungsabschnitt fluidisch von dem Kältemittel getrennt und in Wärmetausch damit von einem Kühlmittel durchström bar.
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Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kältekreislauf oder einem solchen Kondensator bereit.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
- 1 zeigt schematisch einen Kondensator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und einen Heizkondensator;
- 2 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Kältekreislaufs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Kältekreislaufs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Kältekreislaufs gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
- 5 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Kältekreislaufs gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt schematisch einen Kondensator 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und einen Heizkondensator 2. Bei dem Kondensator 1 handelt es sich insbesondere um einen flüssigkeitsgekühlten Kondensator, insbesondere um einen wassergekühlten Kondensator, d.h. um einen Wärmetauscher, der von einem Kältemittel durchströmbar ist und fluidisch davon getrennt und in Wärmetausch mit dem Kältemittel von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Bei dem Kühlmittel handelt es sich um Wasser, insbesondere um ein mit Additiven versetztes Wasser. Bei dem Kältemittel handelt es sich beispielsweise um R134a, R1234yf, R290 oder dergleichen.
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Genauer weist der Kondensator 1 einen Kondensationsabschnitt 3 auf, der als Wärmeüberträger ausgebildet ist und für das Kältemittel als Kondensator fungiert. Der Kondensationsabschnitt 3 weist einen Kältemitteleingang 4 auf, über den Kältemittel in den Kondensationsabschnitt 3 einspeisbar ist. Nach dem Durchströmen von Kühlrippen des Kondensationsabschnitts 3 ist das Kältemittel aus einem Zwischenausgang 5 abführbar.
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Ferner weist der Kondensator 1 einen Kühlmitteleingang 6 auf, über den Kühlmittel dem Kondensationsabschnitt 3 zuführbar ist, so dass das Kühlmittel fluidisch von dem Kältemittel getrennt die Kühlrippen des Kondensationsabschnitts 3 durchströmt und sich dabei im Wärmetausch mit dem Kältemittel befindet. Nach dem Durchströmen der Kühlrippen des Kondensationsabschnitts 3 wird das Kühlmittel über einen Kühlmittelausgang 7 abgeführt. Über den Kühlmitteleingang 6 und den Kühlmittelausgang 7 ist der Kondensator 1 in einen nicht näher erläuterten Kühlkreislauf eingebunden.
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Darüber hinaus weist der Kondensator 1 einen Zwischeneingang 8 auf, über den Kältemittel zuführbar ist, welches direkt einem Flüssigkeitssammler 9 zugeführt wird. Im Flüssigkeitssammler 9 wird Kältemittelmasse zum Ausgleichen der umlaufenden Kältemittelmenge bei verschiedenen Betriebszuständen des Kältekreislaufes gepuffert und Gas und Restflüssigkeit des eintretenden verdampften Kältemittels getrennt.
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Ferner weist der Kondensator 1 einen Unterkühlungsabschnitt 10 auf, der als Wärmeüberträger ausgebildet ist und eine Temperatur des verflüssigten Kältemittels weiter absenkt. Dem Unterkühlungsabschnitt 10 wird vom Flüssigkeitssammler 9 Kältemittel in flüssiger Form zugeführt, wozu eine vom Flüssigkeitssammler 9 zum Unterkühlungsabschnitt 10 führende Leitung in einem unteren Bereich, unterhalb des Flüssigkeitspegels im Flüssigkeitssammler 9, aus dem Flüssigkeitssammler 9 zum Unterkühlungsabschnitt 10 führt. Dieses Kältemittel durchströmt die Kühlrippen des Unterkühlungsabschnitts 10 und ist über einen Kältemittelausgang 11 aus dem Kondensator 1 abführbar.
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Ferner durchströmt das über den Kühlmitteleingang 6 zugeführte Kühlmittel auch die Kühlrippen des Unterkühlungsabschnitts 10 und wird über den Kühlmittelausgang 7 abgeführt. Dabei durchströmt auch im Unterkühlungsabschnitt 10 das Kältemittel fluidisch getrennt und in Wärmetausch mit dem Kühlmittel den Unterkühlungsabschnitt 10.
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Der Kondensationsabschnitt 3, der Flüssigkeitssammler 9 und der Unterkühlungsabschnitt 10 sind als eine einzige baulich zusammenhängende Einheit ausgebildet und bilden zusammen den Kondensator 1.
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Alternativ dazu ist jedoch auch denkbar, dass der Kondensator 1 ein luftgekühlter Kondensator ist, dabei würde dann der Wärmeüberträger des Kondensationsabschnitts 3 und des Unterkühlungsabschnitts 10 anstatt von Kühlmittel von Luft umspült werden.
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An den vorstehend beschriebenen Zwischenausgang 5 und den Zwischeneingang 8 ist der Heizkondensator 2 anschließbar.
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Der Heizkondensator 2 ist ein luftumspülter Wärmetauscher, der in einer Luftführung 12 eines Klimagerätes angeordnet ist. Über die Luftführung 12 kann Luft geleitet werden, welche einem Fahrzeuginsassenraum zuführbar ist. Mittels des Heizkondensators 2 kann diese Luft zur Beheizung des Fahrzeuginsassenraums erwärmt werden.
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Das aus dem Zwischenausgang 5 austretende Kältemittel tritt über einen Heizkondensator-Eingang 13 in den Heizkondensator 2 ein, durchströmt Kühlrippen des Heizkondensators 2 und verlässt den Heizkondensator 2 über einen Heizkondensator-Ausgang 14.
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Über den Kältemitteleingang 4 und den Kältemittelausgang 11 ist der Kondensator 1, mit dem an den Kondensator 1 angeschlossenen Heizkondensator 2, in einen nicht näher erläuterten Kältekreislauf, anstatt des bisherigen dort verwendeten Heizkondensators und des dort verwendeten wassergekühlten Kondensators, integrierbar, wie beispielsweise in den Kältekreislauf der
DE 10 2016 203 045 A1 oder in den Kältekreislauf der DE 10 2021 117 787.1.
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2 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Kältekreislaufs 15 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser Abschnitt weist den Kondensator 1, mit dem Kondensationsabschnitt 3, dem Flüssigkeitssammler 9 und dem Unterkühlungsabschnitt 10 auf. An den Kondensator 1 ist über den Zwischenausgang 5 und den Zwischeneingang 8 der Heizkondensator 2 angeschlossen. Der Kondensator 1 ist über den Kühlmitteleingang 4 und den Kühlmittelausgang 11 anstatt des bisherigen dort verwendeten Heizkondensators und des wassergekühlten Kondensators in einen Kältekreislauf eingebunden, wie beispielsweise dem Kältekreislauf der
DE 10 2016 203 045 A1 oder in dem Kältekreislauf der DE 10 2021 117 787.1.
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Der Kältekreislauf 15 ist in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug installiert, insbesondere einem elektrifizierten Kraftfahrzeug, welches zumindest zeitweise rein elektrisch antreibbar ist. Dabei wird der Kältekreislauf 15 insbesondere bei einer Wärmepumpe eingesetzt. Das Klimagerät, in dem der Heizkondensator 2 angeordnet ist, dient der Klimatisierung, d.h. der Beheizung und Kühlung des Fahrzeuginsassenraums.
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3 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Kältekreislaufs 16 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieser Abschnitt weist einen Kondensator 17 auf, der sich von dem Kondensator 1 nur dadurch unterscheidet, dass kein Unterkühlungsabschnitt 10 vorgesehen ist, sondern der Kühlmittelausgang 11 direkt mit dem Flüssigkeitssammler 9 verbunden ist und der Kühlmitteleingang 6 direkt zum Kondensationsabschnitt 3 führt. Abgesehen von diesem Unterschied wird auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen. Der Unterkühlungsabschnitt 10 kann beispielsweise weggelassen werden, wenn der Kältekreislauf auf eine geringere Unterkühlung ausgelegt wird oder ein Unterkühlung durch weitere Bauteile erreicht wird.
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4 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Kältekreislaufs 18 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass parallel zum Heizkondensator 2 eine Heizkondensator-Bypassleitung 19 vorgesehen ist. Der stromaufwärtige Verzweigungspunkt 20 dieser Parallelschaltung ist direkt an den Zwischenausgang 5 angeschlossen und der stromabwärtige Verzweigungspunkt 21 dieser Parallelschaltung ist direkt an den Zwischeneingang 8 angeschlossen. In 4 ist in beiden Strängen der Parallelschaltung ein Ventil, beispielsweise ein Absperrventil oder ein Proportionalventil vorgesehen. Alternativ kann auch am Verzweigungspunkt 20 oder 21 ein 3/2-Wege-Ventil vorgesehen sein. Im Übrigen wird auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen.
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5 zeigt schematisch einen Abschnitt eines Kältekreislaufs gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel vom dritten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass parallel zum Kondensationsabschnitt 3 eine Kondensator-Bypassleitung 24 vorgesehen ist. Ein stromaufwärtiger Verzweigungspunkt 25 dieser Parallelschaltung ist stromaufwärts des Kältemitteleingangs 4 angeordnet und ein stromabwärtiger Verzweigungspunkt 26 ist stromaufwärts der Parallelschaltung aus Heizkondensator 2 und Heizkondensator-Bypassleitung 19 angeordnet. In 5 ist in beiden Strängen der Parallelschaltung ein Ventil 27, beispielsweise ein Absperrventil oder ein Proportionalventil vorgesehen. Alternativ kann auch am Verzweigungspunkt 25 oder 26 ein 3/2-Wege-Ventil vorgesehen sein. Im Übrigen wird auf die Beschreibung des dritten Ausführungsbeispiels verwiesen. Dieses Ausführungsbeispiel ist besonders bei einem luftumspülten Kondensator 1 vorteilhaft, um diesen in einem Winterbetrieb des Kältekreislaufs als Wärmepumpe wegschalten zu können.
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Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf die offenbarten Ausführungsbeispiele zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016203045 A1 [0002, 0029, 0030]
