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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmepumpe für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs, eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben der Wärmepumpe.
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In dem Dokument
DE 103 07 039 A1 wird eine Klimaanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge zur Erwärmung und/oder Kühlung der Zuluft eines Fahrgastraumes, mit einem Kompressor beschrieben.
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Wärmepumpen für mobile Anwendungen in batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEV - battery electric vehicle), welche üblicherweise mit dem Kältemittel R1234yf betrieben werden, weisen bei niedrigen Umgebungstemperaturen einen nur geringen Saugdruck stromaufwärts des Kompressors auf, zum Beispiel bei Umgebungstemperaturen unterhalb von minus zehn Grad Celsius (-10 °C). Dies führt zu einer niedrigen Heizleistung. Daher werden Wärmepumpensysteme üblicherweise mit elektrischen Heizern ausgestattet, welche jedoch hohe Kosten und eine geringe Effizienz bzw. eine Leistungszahl unter eins (<1) aufweisen im Vergleich zu der Wärmepumpe, welche eine Leistungszahl von deutlich über eins (>>1) aufweist. Diese Situation reduziert die Reichweite von BEVs bei niedrigen Umgebungstemperaturen stark ein.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effizientere Wärmepumpe für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs bzw. elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wärmepumpe gemäß Patentanspruch 1, eine Klimaanlage gemäß Patentanspruch 9, ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 10 und ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe gemäß Patentanspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Wärmepumpe für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs umfasst einen Kältemittelkreislauf und einen Kühlmittelkreislauf. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein teilweise oder vollständig elektrisch angetriebenes Fahrzeug.
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Der Kältemittelkreislauf umfasst mindestens einen Kompressor, mindestens einen Kondensator, mindestens ein Expansionsventil, mindestens einen Verdampfer und mindestens einen Akkumulator. Diese sind in Strömungsrichtung des Kältemittels in der genannten Reihenfolge hintereinander angeordnet und strömungstechnisch miteinander verbunden. Es ist also stromabwärts des Kompressors der Kondensator angeordnet, stromabwärts des Kondensators das Expansionsventil angeordnet, stromabwärts des Expansionsventils der Verdampfer angeordnet, stromabwärts des Verdampfers der Akkumulator angeordnet und stromabwärts des Akkumulators der Kompressor angeordnet.
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Der Kühlmittelkreislauf umfasst mindestens eine Fluidpumpe. Die Fluidpumpe ist zur Wärmeübertragung, also thermisch, mit dem Kältemittelkreislauf stromabwärts des Expansionsventils und stromaufwärts des Kompressors verbunden. Mit anderen Worten ist die Fluidpumpe an der Saugdruckseite des Kältemittelkreislaufs thermisch mit dem Kältemittelkreislauf verbunden.
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Die erfindungsgemäße Wärmepumpe hat den Vorteil, dass sie auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen und in Situationen, in welchen das Fahrzeug nicht mit einer Ladestation verbunden ist, den Betrieb des Kältemittelkreislaufs ermöglicht. Dies wird dadurch erreicht, dass mittels des Kühlmittelkreislaufs ausreichend Wärme stromaufwärts des Kompressors zum Verdampfen von Kältemittel und damit zum Erzielen des erforderlichen Saugdrucks zur Verfügung gestellt wird.
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In einer vorteilhaften Variante umfasst der Kühlmittelkreislauf einen Hauptströmungskanal und einen Nebenströmungskanal. Die Fluidpumpe kann einen Einlass und einen Auslass umfassen. Der Nebenströmungskanal zweigt vorteilhafterweise stromabwärts des Auslasses der Fluidpumpe von dem Hauptströmungskanal ab und verbindet den Auslass, vorzugsweise unmittelbar, mit dem Einlass der Fluidpumpe. Insbesondere kann der Nebenströmungskanal über ein Ventil, vorzugsweise ein variabel einstellbares Ventil, von dem Hauptströmungskanal abzweigen. Der Nebenströmungskanal kann einen einstellbaren Durchflussbegrenzer aufweisen. Beim Betreiben der Fluidpumpe über den Nebenströmungskanal ist die Fluidpumpe mit anderen Worten kurzgeschlossen. Der Fluidmassenfluss durch den Nebenströmungskanal kann mittels des Durchflussbegrenzers gesteuert, insbesondere geregelt, werden. Dabei arbeitet die Fluidpumpe sehr ineffizient und gibt Wärme ab. Die Wärme wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung an den Kältemittelkreislauf stromaufwärts des Kompressors übertragen. Dabei kann nahezu die gesamte elektrische Leistung der mindestens einen Fluidpumpe (ungefähr 150 bis 250 Watt im Falle eines Personenkraftwagens) zur Wärmeübertragung verwendet werden. Es können auch zwei oder mehr Pumpen zum Einsatz kommen, so dass sich die Gesamtleistung entsprechend erhöht. Die mittels der Fluidpumpe erzeugte Wärme wird an die Saugdruckseite des Kältemittelkreislaufs übertragen und ermöglicht ein Betreiben der Wärmepumpe bis weitere Wärmequellen, wie zum Beispiel eine Batterie, elektrische Geräte oder Kabinenluft zur Verfügung stehen.
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Die Fluidpumpe kann zur Wärmeübertragung, also thermisch, mit dem Akkumulator und/oder mit dem Verdampfer verbunden sein. Eine Wärmeübertragung von der Fluidpumpe zu dem Kältemittel innerhalb des Akkumulators führt zu einer Verdampfung des Kältemittels und damit zu einer Erhöhung des Drucks des Kältemittels. Durch die erhöhte Dichte des Kältemittels steigen der Saugdruck und der Massenfluss am Kompressor, und damit dessen Kapazität.
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Der Akkumulator kann mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass umfassen. Innerhalb des Akkumulators können ein erster Strömungskanal und/oder ein zweiter Strömungskanal den mindestens einen Einlass mit dem mindestens einen Auslass verbinden. Dabei kann die Fluidpumpe zur Wärmeübertragung mit dem zweiten Strömungskanal verbunden sein und von dem ersten Strömungskanal thermisch zumindest teilweise isoliert sein. Es kann also mit anderen Worten eine thermische Isolation, zum Beispiel ein Isolationsmittel, wie beispielsweise eine thermisch isolierte Wand, zwischen der Fluidpumpe und dem ersten Strömungskanal vorhanden sein. Die isolierte Wand kann aus demselben Material, aus dem auch der Akkumulator aufgebaut ist, bestehen und durch ihre konkrete Ausgestaltung, zum Beispiel in Form einer doppelten Wand, thermisch isolierende Eigenschaften aufweisen. Alternativ dazu kann ein Material mit einer geringeren thermischen Leitfähigkeit verglichen mit dem Material, aus welchem der Akkumulator aufgebaut ist, bestehen.
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Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Menge der übertragenen Wärme durch einen entsprechenden Betrieb der genannten Strömungskanäle innerhalb des Akkumulators gesteuert werden kann. Falls also eine Wärmeübertragung erwünscht ist, zum Beispiel beim Betrieb in einem HP-Modus (HP - Heat Pump), also Wärmepumpen-Modus kann das Kältemittel innerhalb des Akkumulator durch den zweiten Strömungskanal geleitet werden. Falls keine Wärmeübertragung erwünscht ist, zum Beispiel beim Betrieb in einem A/C-Modus (A/C - Air Condition, Klimatisierung), kann das Kältemittel innerhalb des Akkumulators durch den ersten Strömungskanal geleitet werden.
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In einer beispielhaften Variante umfasst der Akkumulator einen ersten Einlass, vorzugsweise mit einem ersten Einlassventil, in den ersten Strömungskanal und einen zweiten Einlass, vorzugsweise mit einem zweiten Einlassventil, in den zweiten Strömungskanal. Mit anderen Worten verbindet innerhalb des Akkumulators der erste Strömungskanal den ersten Einlass mit dem Auslass und der zweite Strömungskanal den zweiten Einlass mit dem Auslass. Durch die Steuerung des ersten und des zweiten Einlassventils kann die Menge der auf das Kältemittel innerhalb des Akkumulators übertragenen Wärme gesteuert werden.
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In einer weiteren Variante umfasst der Akkumulator einen ersten Auslass, vorzugsweise mit einem ersten Auslassventil, aus dem ersten Strömungskanal und einen zweiten Auslass, vorzugsweise mit einem zweiten Auslassventil, aus dem zweiten Strömungskanal. Mit anderen Worten kann innerhalb des Akkumulators der erste Strömungskanal den Einlass mit dem ersten Auslass und der zweite Strömungskanal den Einlass mit dem zweiten Auslass verbinden. Der zweite Strömungskanal kann auch mit dem ersten Strömungskanal derart strömungstechnisch verbunden sein, dass der zweite Strömungskanal stromabwärts des ersten Strömungskanals angeordnet ist, also der erste Strömungskanal in Kombination mit dem zweiten Strömungskanal den Einlass strömungstechnisch mit dem zweiten Auslass verbindet.
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Es ist auch eine Kombination der zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten möglich. Es können also ein erster Einlass und ein erster Auslass, welche über den ersten Strömungskanal miteinander verbunden sind, und ein zweiter Einlass und ein zweiter Auslass, welche über den zweiten Strömungskanal miteinander verbunden sind, vorhanden sein. Mittels der genannten Ventile lässt sich der Massenstrom durch die einzelnen Strömungskanäle steuern, insbesondere regeln, und damit die Menge der übertragenen Wärme.
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Vorteilhafterweise ist der Kühlmittelkreislauf für ein Kühlmittelausgelegt, welches Wasser und/oder Glykol umfasst. Der Kühlmittelkreislauf kann zum Heizen und/oder Kühlen eines Bauteils ausgelegt sein, zum Beispiel eines elektronischen Bauteils, wie insbesondere einer Batterie, eines Displays, etc.
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Die erfindungsgemäße Klimaanlage für ein Fahrzeug umfasst eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Wärmepumpe. Die erfindungsgemäße Klimaanlage hat die bereits genannten Merkmale und Vorteile. Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Klimaanlage.
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Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug, ein Schiff, ein Flugzeug oder ein Schienenfahrzeug handeln. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich zum Beispiel um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, einen Bus oder einen Kleinbus handeln. Das erfindungsgemäße Fahrzeug kann zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, elektrisch angetrieben sein. Das erfindungsgemäße Fahrzeug hat die oben bereits genannten Merkmale und Vorteile.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe umfasst folgende Schritte: Es wird in einem ersten Schritt eine Temperatur, welche mit der Temperatur des Kältemittels des Kältemittelkreislaufs stromaufwärts des Kompressors und stromabwärts des Expansionsventils (Saugdruckseite) korreliert, ermittelt. Die Temperatur kann zum Beispiel erfasst, insbesondere gemessen, werden. Bei der ermittelten Temperatur kann es sich um die Außentemperatur oder die Temperatur des Kältemittels des Kältemittelkreislaufs stromaufwärts des Kompressors und stromabwärts des Expansionsventils handeln. In einem weiteren Schritt wird dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs durch Betreiben der Fluidpumpe des Kühlmittelkreislaufs Wärme zugeführt, falls die ermittelte Temperatur einen ersten festgelegten Grenzwert unterschreitet. Der erste Grenzwert kann maximal minus 5 Grad Celsius (-5°C), vorzugsweise maximal minus 10 Grad Celsius (-10°C) betragen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wärmepumpe beschriebenen Merkmale und Vorteile. Es ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb der Wärmepumpe auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen.
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Mittels der Fluidpumpe kann Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs durch den Nebenströmungskanal zum Einlass der Fluidpumpe gepumpt werden, falls die ermittelte Temperatur einen zweiten festgelegten Grenzwert unterschreitet und/oder die Temperatur der Fluidpumpe einen festgelegten dritten Grenzwert unterschreitet. Der zweite und/oder der dritte Grenzwert können maximal minus 5 Grad Celsius (-5°C), bevorzugt maximal minus 20 Grad Celsius (-20°C) betragen. Der zweite und/oder der dritte Grenzwert können geringer sein kann als der erste festgelegte Grenzwert. Die Fluidpumpe kann mit einer Phasenverzögerung betrieben werden. Dies fördert eine Erwärmung der Fluidpumpe.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
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Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, die die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.
- 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Wärmepumpe.
- 2 zeigt schematisch eine erste Variante eines Akkumulators einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe.
- 3 zeigt schematisch eine zweite Variante eines Akkumulators einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe.
- 4 zeigt schematisch eine dritte Variante eines Akkumulators einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe.
- 5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe in Form eines Flussdiagramms.
- 6 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Klimaanlage in Form eines Blockdiagramms.
- 7 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug.
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Die 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Wärmepumpe 1. Hierbei handelt es sich um eine sehr vereinfachte Darstellung. Übliche Wärmepumpenkreisläufe sind weitaus komplexer. So kann der Kondensator und/oder der Verdampfer die Wärme beispielsweise an Luft und/oder Wasser abgeben. Es können mehrere Kondensatoren, Verdampfer, Kompressoren und Expansionsventile im Kreislauf vorhanden sein. Zudem können dabei nur Teile des Kreislaufes in Betrieb sein. Zum Ausgleich von Dichteunterschieden ist allerdings das Durchströmen des Akkumulators in allen Varianten unerlässlich.
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Die in der 1 gezeigte Wärmepumpe 1 umfasst einen Kältemittelkreislauf 2 und einen Kühlmittelkreislauf 3. Der Kältemittelkreislauf 2 umfasst einen Kompressor 4, einen Kondensator 5, ein Expansionsventil 6, einen Verdampfer 7 und einen Akkumulator 8. Die Strömungsrichtung des Kältemittels ist durch Pfeile 9 gekennzeichnet. Die genannten Bauteile sind strömungstechnisch miteinander verbunden und in der genannten Reihenfolge angeordnet. Stromabwärts des Kompressors 4 ist der Kondensator 5 angeordnet, stromabwärts des Kondensators 5 ist das Expansionsventil 6 angeordnet, stromabwärts des Expansionsventils 6 ist der Verdampfer 7 angeordnet, stromabwärts des Verdampfers 7 ist der Akkumulator 8 angeordnet und stromabwärts des Akkumulators 8 ist der Kompressor 4 angeordnet.
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Der Kühlmittelkreislauf 3 umfasst eine Fluidpumpe 10. Die Fluidpumpe 10 ist zur Wärmeübertragung 11 mit dem Kältemittelkreislauf 2 stromabwärts des Expansionsventils 6 und stromaufwärts des Kompressors 4 verbunden. In der gezeigten Variante ist die Fluidpumpe 10 zur Wärmeübertragung 11 thermisch mit dem Akkumulator 8 verbunden. Die thermische Verbindung ist mit der Bezugsziffer 23 gekennzeichnet. Von der Fluidpumpe 10 abgegebene Wärme wird, wie durch einen Pfeil 11 gekennzeichnet, an den Akkumulator 8 übertragen.
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Die Strömungsrichtung eines Kühlmittels in dem Kühlmittelkreislauf 3 ist durch Pfeile 12 gekennzeichnet. Der Kühlmittelkreislauf 3 umfasst einen Hauptströmungskanal 13 und einen von diesem abzweigenden Nebenströmungskanal 14. Der Einlass 15 in den Nebenströmungskanal 14 ist stromabwärts eines Auslasses 19 der Fluidpumpe 10 angeordnet und weist ein Ventil 17 auf. Der Auslass 16 des Nebenströmungskanals 14 mündet unmittelbar stromaufwärts der Fluidpumpe 10 in den Hauptströmungskanal 13. In der gezeigten Variante umfasst der Nebenströmungskanal 14 einen variabel einstellbaren Durchflussbegrenzer 18. Hiermit, sowie mittels des Ventils 17 kann der Massenfluss durch den Nebenströmungskanal 14 gesteuert, insbesondere geregelt, werden.
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Der Nebenströmungskanal ist bevorzugt für ein Kühlmittel ausgelegt, welches Wasser und/oder Glykol umfasst.
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Die 2 bis 4 zeigen schematisch verschiedene Varianten für eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Akkumulators 8. In allen Varianten umfasst der Akkumulator 8 einen ersten Strömungskanal 21 und einen zweiten Strömungskanal 22. Der zweite Strömungskanal 22 ist dazu ausgelegt, Wärme von der Fluidpumpe 10 aufzunehmen. Er ist also thermisch mit der Fluidpumpe 10 verbunden 23. Der erste Strömungskanal 21 ist thermisch von der Fluidpumpe 10 isoliert. Hierzu weist der zweite Strömungskanal 22 mindestens eine thermisch isolierende Wand 24 auf. Hierbei kann es sich um eine doppelte Wand oder eine Wand aus thermisch isolierendem Material handeln.
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In der in der 2 gezeigten Variante weist der Akkumulator 8 einen ersten Einlass 25 in den ersten Strömungskanal 21 mit einem ersten Einlassventil 26 und einen zweiten Einlass 27 in den zweiten Strömungskanal 22 mit einem zweiten Einlassventil 28 auf. Zudem weist der Akkumulator 8 einen Auslass 29 auf. Der erste Einlass 25 verbindet den ersten Strömungskanal 21 mit dem Auslass 29 und der zweite Einlass 27 verbindet den zweiten Strömungskanal 22 mit dem Auslass 29.
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In einem HP-Modus wird das zweite Einlassventil 28 geöffnet und das erste Einlassventil 25 geschlossen. Von der Fluidpumpe 10 wird Wärme auf ein Kältemittelübertragen. Hierbei kann flüssiges Kältemittel, welches in dem des Akkumulators 8 gespeichert wird, verdampft werden. In einem A/C-Modus oder falls genügend Wärme aus anderen Quellen zur Verfügung steht wird das zweite Einlassventil 28 geschlossen und das erste Einlassventil 26 geöffnet. Der Akkumulator 8 arbeitet in diesem Fall als Phasenseparator. Es fließt kein Kältemittel durch den zweiten Strömungskanal 22, welcher mit der Fluidpumpe 10 des Kühlmittelkreislaufs 3 thermisch verbunden ist. Die thermische Isolation 24 verhindert eine Wärmeübertragung an das durch den ersten Strömungskanal 21 strömende Kältemittel.
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Bei der in der 3 gezeigten Variante weist der Akkumulator 8 einen Einlass 25 in den ersten Strömungskanal 21, einen ersten Auslass 29 mit einem ersten Auslassventil 30 aus dem ersten Strömungskanal 21 und einen zweiten Auslass 31 aus dem zweiten Strömungskanal 22 mit einem zweiten Auslassventil 32 auf. In dieser Variante ist der zweite Strömungskanal 22 stromabwärts des ersten Strömungskanals 21 angeordnet. Dabei verbindet der erste Strömungskanal 21 den Einlass 25 mit dem ersten Auslass 29 und den Einlass 25 mit dem zweiten Strömungskanal 22. Wenn das erste Auslassventil 30 geschlossen ist und das zweite Auslassventil 32 geöffnet ist, strömt Kältemittel durch den Einlass 25 in den ersten Strömungskanal 21, aus dem ersten Strömungskanal 21 in den zweiten Strömungskanal 22 und verlässt diesen durch das zweite Auslassventil 32.
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In einem HP-Modus ist das zweite Auslassventil 32 geöffnet und das erste Auslassventil 30 geschlossen. In diesem Zustand wird Wärme von der Fluidpumpe 10 auf in dem zweiten Strömungskanal 22 befindliches Kältemittel übertragen. In einem AC-Modus ist das zweite Auslassventil 32 geschlossen und das erste Auslassventil 30 geöffnet. Der Akkumulator 8 arbeitet in diesem Fall als Phasenseparator. Es strömt kein Kältemittel durch den zweiten Strömungskanal 22. Durch die isolierende Wand 24 wird eine Wärmeübertragung von der Fluidpumpe 10 auf das den Akkumulator 8 durchströmende Kältemittel verhindert.
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Die in der 4 gezeigte Ausgestaltung kombiniert die beiden zuvor beschriebenen Varianten. In dieser Ausgestaltung führt ein erster Einlass 25 mit einem ersten Einlassventil 26 in den ersten Strömungskanal 21 und ein zweiter Einlass 27 mit einem zweiten Einlassventil 28 führt in den zweiten Strömungskanal 22. Der erste Strömungskanal 21 weist einen ersten Auslass 29 mit einem ersten Auslassventil 30 auf. Der zweite Strömungskanal 22 weist einen zweiten Auslass 31 mit einem zweiten Auslassventil 32 auf. Der erste Strömungskanal 21 und der zweite Strömungskanal 22 sind strömungstechnisch miteinander verbunden. Diese Variante erlaubt ein flexibles Management der Speicherung von flüssigem Kältemittel innerhalb des Akkumulators 8. Falls die Systemsteuerung eine geringe Kältemittelmenge an gasförmigem Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf 2 feststellt, kann die Menge des flüssigen Kältemittels in dem Akkumulator 8 durch Verdampfung reduziert und damit die Menge des gasförmigen Kältemittels erhöht werden. Dies ist zum Beispiel im Falle von Lecks oder einer Beschädigung in dem Kältemittelkreislauf essenziell um eine unzureichende Batteriekühlung in Fahrzeugen zu verhindern.
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Die 5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Wärmepumpe, insbesondere einer anhand der 1 bis 4 beschriebenen Wärmepumpe 1, in Form eines Flussdiagramms. In einem ersten Schritt 41 wird eine Temperatur ermittelt, insbesondere erfasst, zum Beispiel mittels eines Temperaturfühlers gemessen, welche mit der Temperatur des Kältemittels des Kältemittelkreislaufs 2 stromaufwärts des Kompressors 4 und stromabwärts des Expansionsventils 6 korreliert. In Schritt 42 wird geprüft, ob die ermittelte Temperatur einen ersten festgelegten Grenzwert unterschreitet. Der erste Grenzwert liegt vorzugsweise unterhalb von -5°C. Falls die ermittelte Temperatur einen ersten festgelegten Grenzwert unterschreitet, wird in Schritt 43 Wärme zu dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 2 durch Betreiben der Fluidpumpe 10 des Kühlmittelkreislaufs 3 zugeführt. Anderenfalls kann das Verfahren zurückspringen zu Schritt 41 oder beendet werden. Im Rahmen von Schritt 43 kann bevorzugt mittels der Fluidpumpe 10 Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs 3 durch den Nebenströmungskanal 14 zum Einlass 20 der Fluidpumpe 10 gepumpt wird, falls die ermittelte Temperatur einen zweiten festgelegten Grenzwert unterschreitet und/oder die Temperatur der Fluidpumpe 10 einen festgelegten dritten Grenzwert unterschreitet.
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Die 6 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Klimaanlage 33 für ein Fahrzeug 34. Die Klimaanlage 33 umfasst eine erfindungsgemäße Wärmepumpe 1, zum Beispiel eine anhand der 1-5 beschriebene Wärmepumpe 1.
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Die 7 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 34. Das erfindungsgemäße Fahrzeug 34, bei welchem es sich in dem gezeigten Beispiel um ein Kraftfahrzeug handelt, umfasst eine erfindungsgemäße Klimaanlage 33. Alternativ zu der gezeigten Variante kann es sich bei dem Fahrzeug 34 auch um ein Schienenfahrzeug, ein Schiff oder ein Flugzeug handeln. Vorzugsweise wird das Fahrzeug 34 zumindest teilweise, vorteilhafterweise vollständig, elektrisch angetrieben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmepumpe
- 2
- Kältemittelkreislauf
- 3
- Kühlmittelkreislauf
- 4
- Kompressor
- 5
- Kondensator
- 6
- Expansionsventil
- 7
- Verdampfer
- 8
- Akkumulator
- 9
- Strömungsrichtung
- 10
- Fluidpumpe
- 11
- Wärmeübertragung
- 12
- Strömungsrichtung
- 13
- Hauptströmungskanal
- 14
- Nebenströmungskanal
- 15
- Einlass
- 16
- Auslass
- 17
- Ventil
- 18
- Durchflussbegrenzer
- 19
- Auslass der Fluidpumpe
- 20
- Einlass der Fluidpumpe
- 21
- erster Strömungskanal
- 22
- zweiter Strömungskanal
- 23
- thermische Verbindung
- 24
- thermisch isolierende Wand
- 25
- Einlass, erster Einlass
- 26
- erstes Einlassventil
- 27
- zweiter Einlass
- 28
- zweites Einlassventil
- 29
- Auslass, erster Auslass
- 30
- erstes Auslassventil
- 31
- zweiter Auslass
- 32
- zweites Auslassventil
- 33
- Klimaanlage
- 34
- Fahrzeug
- 41
- Ermitteln einer Temperatur, welche mit der Temperatur des Kältemittels des Kältemittelkreislaufs stromaufwärts des Kompressors und stromabwärts des Expansionsventils korreliert
- 42
- Unterschreitet die ermittelte Temperatur einen ersten festgelegten Grenzwert?
- 43
- Zuführen von Wärme zu dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufs durch Betreiben der Fluidpumpe des Kühlmittelkreislaufs
- J
- Ja
- N
- Nein
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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