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Das Projekt „GHOST“, das zu dieser Anmeldung geführt hat, weist eine Finanzierung durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 770019 auf („The project leading to this application has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation program under grant agreement No 770019“).
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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen oder Heizen von einem Akkumulator bzw. Akkumulatoren im Allgemeinen und im Speziellen einen Kältemittelkreislauf und ein Kühlsystem für den Akkumulator bzw. die Akkumulatoren akkumulatorelektrisch-angetriebener Fahrzeuge.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In Fahrzeugen für den Individualverkehr, in öffentlichen Verkehrsmitteln sowie im Fahrzeugen für den Güter- bzw. Warentransport kommen vermehrt Elektroantriebe zur Anwendung. Diese Verwendung von Elektroantrieben kann zu einer Reduktion von Emissionen im Betrieb der Fahrzeuge führen. Für den Betrieb dieser Fahrzeuge in einer täglichen Anwendung werden jedoch üblicherweise Energiespeicher zum Speichern elektrischer Energie benötigt, die hohe Speicherkapazitäten aufweisen, um ausreichende Reichweiten der Fahrzeuge zu ermöglichen.
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Diese Energiespeicher (häufig auch als „Batterie“, „Akku“ oder „Akkumulator“ bezeichnet) müssen, beispielsweise abhängig von einer Fahrsituation und/oder Umgebungsbedingungen des Fahrzeuges, gekühlt oder beheizt werden. Beispielsweise muss der Akkumulator bei Entnahme der elektrischen Energie aus dem Akkumulator gekühlt werden, um ein Überhitzen zu verhindern. Auch bei hohen Außentemperaturen kann es beispielsweise erforderlich sein, den Akkumulator zu kühlen, um ein Überhitzen zu verhindern. Demgegenüber kann es bei niedrigen Außentemperaturen erforderlich sein, den Akkumulator zu erwärmen bzw. zu Heizen, um eine verbesserte Energieentnahme aus dem Akkumulator zu ermöglichen.
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Für dieses Heizen bzw. Kühlen des Akkumulators werden im Stand der Technik beispielsweise mehrere, voneinander getrennte Vorrichtungen verwendet. Durch das Einbringen einer Mehrzahl von Heiz- bzw. Kühlvorrichtungen in diese akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeuge steigt jedoch ein Leergewicht dieser akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeuge, wodurch die Reichweite und somit auch eine Effizienz der akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeuge abnimmt bzw. reduziert wird. Ferner werden im Stand der Technik verschiedene Lösungen für dieses Heizen bzw. Kühlen des Akkumulators vorgeschlagen.
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Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, einen Kältemittelkreislauf bereitzustellen, der sowohl für die Kühlung als auch für das Heizen des Akkumulators in akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugen geeignet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das vorliegende Dokument beschreibt einen Kältemittelkreislauf für ein Kühlen von zumindest einem Akkumulator in akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugen in einem Kühlmodus oder ein Heizen von dem zumindest einen Akkumulator in den akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugen in einem Heizmodus. Der Kältemittelkreislauf umfasst einen Gas/Flüssigphasenabscheider, einen Kompressor, eine Kältemittelpumpe, eine Expansionsvorrichtung und zumindest eine erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung und eine zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung. Die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung ist in dem Kühlmodus fluidisch mit dem Kompressor verbunden und die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung ist in dem Kühlmodus fluidisch mit der Kältemittelpumpe verbunden.
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Durch den Kältemittelkreislauf kann der zumindest eine Akkumulator in den akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugen mittels der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung in dem Kühlmodus gekühlt werden. Der Kältemittelkreislauf nach dem vorgenannten Aspekt kann zudem kompakt ausgeführt und so in einem kleineren Bauraum eingesetzt werden.
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Nach einem Aspekt ist die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung in dem Heizmodus fluidisch mit der Kältemittelpumpe verbunden und die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung ist in dem Heizmodus fluidisch mit dem Kompressor verbunden.
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Durch den Kältemittelkreislauf können die Akkumulatoren in den akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugen mittels der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung in dem Heizmodus geheizt werden. Der Kältemittelkreislauf nach dem vorgenannten Aspekt kann zudem kompakt ausgeführt und so in einem kleineren Bauraum eingesetzt werden.
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Nach einen Aspekt ist die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung in dem Kühlmodus in einem Hochdruckzustand und die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung ist in dem Heizmodus in einem Niederdruckzustand.
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Durch einen Wechsel zwischen dem Hochdruckzustand und dem Niederdruckzustand kann zwischen dem Heizmodus und dem Kühlmodus gewechselt werden. Der Kältemittelkreislauf nach dem vorgenannten Aspekt kann somit kompakt ausgeführt und so in einem kleineren Bauraum eingesetzt werden. Zudem kann mit dem Kältemittelkreislauf nach dem vorgenannten Aspekt ein Gesamtgewicht des Kältemittelkreislaufs reduziert werden.
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Nach einem Aspekt umfasst in dem Kältemittelkreislauf die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung zumindest eines von einem bifunktionalen Wärmetauscher oder einem ersten monofunktionalen Wärmetauscher und einem zweiten monofunktionalen Wärmetauscher.
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Durch eine Ausgestaltung der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung als bifunktionaler Wärmetauscher kann ein Bauraumbedarf für die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung reduziert werden. Zudem kann durch diese Ausgestaltung die Anzahl der Komponenten in dem Kältemittelkreislauf reduziert werden. Durch die Ausgestaltung der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung mit dem ersten monofunktionalen Wärmetauscher und dem zweiten monofunktionalen Wärmetauscher kann eine Wartungsfreundlichkeit der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung erhöht werden. Zudem kann durch diese Ausgestaltung die Anordnung der Komponenten verbessert werden.
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Nach einem Aspekt umfasst in dem Kältemittelkreislauf die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung zumindest eines von einem bifunktionalen Wärmetauscher oder einem ersten monofunktionalen Wärmetauscher und einen zweiten monofunktionalen Wärmetauscher.
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Durch eine Ausgestaltung der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung als bifunktionaler Wärmetauscher kann ein Bauraumbedarf für die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung reduziert werden. Zudem kann durch diese Ausgestaltung die Anzahl der Komponenten in dem Kältemittelkreislauf reduziert werden. Durch die Ausgestaltung der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung mit dem ersten monofunktionalen Wärmetauscher und dem zweiten monofunktionalen Wärmetauscher kann eine Wartungsfreundlichkeit der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung erhöht werden. Zudem kann durch diese Ausgestaltung die Anordnung der Komponenten verbessert werden.
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Nach einem Aspekt ist in dem Kältemittelkreislauf die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung in dem Kühlmodus in einem Niederdruckzustand und ist die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung in dem Heizmodus in einem Hochdruckzustand.
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Durch einen Wechsel zwischen dem Hochdruckzustand und dem Niederdruckzustand kann zwischen dem Kühlmodus und dem Heizmodus gewechselt werden. Der Kältemittelkreislauf nach dem vorgenannten Aspekt kann somit kompakt ausgeführt und so in einem kleineren Bauraum eingesetzt werden. Zudem kann mit dem Kältemittelkreislauf nach dem vorgenannten Aspekt das Gesamtgewicht des Kältemittelkreislaufs reduziert werden.
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Nach einem Aspekt sind in dem Kältemittelkreislauf die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung und die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung fluidisch mit dem Gas/Flüssigphasenabscheider verbunden.
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Durch die fluidische Verbindung in dem Kältemittelkreislauf kann eine Wärme- bzw. Energieübertragung zwischen der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung, der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung und dem Gas/Flüssigkeitsabscheider erreicht werden.
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Nach einem Aspekt werden in dem Kältemittelkreislauf zumindest einer von der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung und der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung mit einem flüssigen Kältemittel überversorgt.
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Durch die Überversorgung der zumindest einen von der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung und der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung kann sichergestellt werden, dass über eine gesamte Lauflänge einer Leitung in der zumindest einen von der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung und der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung flüssiges Kältemittel verdampft. Hierdurch wird verhindert, dass eine reiner Gasanteil entsteht welcher durch weitere Wärmeaufnahme überhitzt wird. Zudem wird die Gesamteffizienz des Systems durch diese Überversorgung mit dem Kältemittel verbessert.
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Nach einem Aspekt ist in dem Kältemittelkreislauf die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung fluidisch über die erste Ventilgruppe und die zweite Ventilgruppe mit einer von der Kältemittelpumpe und von dem Kompressor verbunden. Ferner ist die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung fluidisch über die erste Ventilgruppe und die zweite Ventilgruppe mit einer anderen von der Kältemittelpumpe und von dem Kompressor verbunden.
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Durch die fluidische Verbindung in dem Kältemittelkreislauf kann eine Wärme- bzw. Energieübertragung zwischen der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung, der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung und dem Gas/Flüssigkeitsabscheider erreicht werden.
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Nach einem Aspekt umfasst in dem Kältemittelkreislauf die erste Ventilgruppe mindestens ein erstes 2/2-Magnetventil, ein zweites 2/2-Magnetventil, ein erstes Rückschlagventil und ein zweites Rückschlagventil. Ferner umfasst die zweite Ventilgruppe mindestens ein drittes 2/2-Magnetventil, ein viertes 2/2-Magnetventil, ein drittes Rückschlagventil und ein viertes Rückschlagventil.
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Durch die Ventilanordnung in dem Kältemittelkreislauf kann zwischen dem Kühlmodus und dem Heizmodus gewechselt werden. Zudem kann durch diese Ausgestaltung die Anzahl der Komponenten in dem Kältemittelkreislauf reduziert werden.
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Nach einem Aspekt umfasst der Gas/Flüssigphasenabscheider des Kältemittelkreislaufs ferner ein Reservoir. Das Reservoir nimmt Kältemittel auf. Das Kältemittel umfasst ein gasförmiges Kältemittel und ein flüssiges Kältemittel.
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Durch das Reservoir kann die Menge des Kältemittels, beispielsweise mittels Augenlicht über einen Glaseinsatz oder einen Sensor, beobachtet und bei Bedarf nachgefüllt werden wodurch der Kältemittelkreislauf sicherer und länger betrieben werden kann.
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Nach einem Aspekt besteht das flüssige Kältemittel in dem Kältemittelkreislauf aus einem Gemisch von einem flüssigen Kältemittel und Öl oder nur Kältemittel.
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Das flüssige Kältemittel trägt hierdurch zum Kühlen bzw. Heizen und zum Schmieren des Kältemittelkreislaufs bei.
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Nach einem Aspekt umfasst der Gas/Flüssigphasenabscheider in dem Kältemittelkreislauf eine Saugleitung.
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Durch die Saugleitung kann eine Schmierung in dem Kältemittelkreislauf verbessert werden.
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Nach einem Aspekt umfasst die Saugleitung in dem Kältemittelkreislauf ein Loch in einem Saugrohr des Gas/Flüssigphasenabscheiders.
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Durch das Loch kann ein Teil des flüssigen Kältemittels zum Schmieren des Kompressors eingespeist werden
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Nach einem Aspekt ist das Saugrohr in dem Kältemittelkreislauf fluidisch mit dem Gas/Flüssigphasenabscheider und dem Kompressor verbunden.
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Durch das Saugrohr kann eine Wärme- bzw. Energieübertragung zwischen der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung, der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung und dem Gas/Flüssigkeitsabscheider erreicht werden.
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Nach einem Aspekt ist das Saugrohr in dem Kältemittelkreislauf mit dem Reservoir zum Aufnehmen des gasförmigen Kältemittels verbunden.
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Einer von dem ersten Teilkreislauf und dem zweiten Teilkreislauf wird dadurch über das Saugrohr mit gasförmigen Kältemittel versorgt und der andere von dem ersten Teilkreislauf und dem zweiten Teilkreislauf wird dadurch über die Saugleitung mit dem flüssigen Kältemittel versorgt
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Nach einem Aspekt ist das Loch für ein Aufnehmen eines Teils des flüssigen Kältemittels durch das Saugrohr.
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Einer von dem ersten Teilkreislauf und dem zweiten Teilkreislauf wird dadurch über das Saugrohr mit gasförmigen Kältemittel versorgt und der andere von dem ersten Teilkreislauf und dem zweiten Teilkreislauf wird dadurch über eine Pumpenzuleitung mit dem flüssigen Kältemittel versorgt.
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Nach einem Aspekt umfasst der Kältemittelkreislauf ferner eine Komponente.
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Nach einem Aspekt ist in dem Kältemittelkreislauf die Komponente fluidisch mit dem Gas/Flüssigphasenabscheider und dem Kompressor verbunden. Ferner ist die Komponente zwischen dem Gas/Flüssigphasenabscheider und dem Kompressor angeordnet.
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Nach einem Aspekt umfasst die Komponente in dem Kältemittelkreislauf einen Saugleitungseingang, einen Saugleitungsausgang, einen Kältemittelleitungseingang und einen Kältemittelleitungsausgang.
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Nach einem Aspekt umfasst der Kältemittelkreislauf ferner einen Abscheider.
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Durch den Abscheider kann sichergestellt werden, dass nur gasförmiges Kältemittel zum Kompressor zurückgeführt wird.
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Nach einem Aspekt umfasst der Abscheider in dem Kältemittelkreislauf eine erste Abscheiderkomponente und eine zweite Abscheiderkomponente.
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Durch die Ausgestaltung kann die Komplexität des Abscheiders reduziert werden.
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Nach einem weiteren Aspekt kann das Kühlen des zumindest einen Akkumulators beispielsweise mittels direkter Kältemittelkühlung oder indirekter Kältemittelkühlung erfolgen. Bei der direkten Kältemittelkühlung wird Wärme des Akkumulators direkt in einem Wärmetauscher des Akkumulators gesammelt, während bei der indirekten Kältemittelkühlung die Wärme des Akkumulators in einem Kühlmittel gesammelt wird, welches über einen Kühler durch einen Kältemittelkreislauf gegengekühlt wird.
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Der Kältemittelkreislauf für eine direkte Kühlung nach dem Stand der Technik besteht beispielsweise aus zwei Teilkreisläufen, die über einen Gas-/Flüssigphasenabscheider kommunizieren. Im ersten Teilkreislauf fließt das Kältemittel von der Gasaustrittsöffnung des Gas-/Flüssigphasenabscheiders zu einem Kompressor, einem Wärmetauscher und einer Expansionsvorrichtung zurück in den Gas-/Flüssigphasenabscheider. Im zweiten Teilkreislauf fließt das Kältemittel von der Flüssigkeitsauslassöffnung eines Gas-/Flüssigphasenabscheiders zu einer Kältemittelpumpe und mindestens einem Verdampfer zurück in den Gas-/Flüssigphasenabscheider über einen Einlass, der vom Einlass des ersten Teilkreislaufs getrennt ist. Bei der direkten Kühlung werden also üblicherweise zwei Teilkreisläufe verwendet.
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Im Stand der Technik wird zudem keine Möglichkeit beschrieben, den direkten Kältemittelkreislauf derart umzukehren, um das Heizen des Akkumulators zu ermöglichen. Auch eine Nutzung der Kühlung bzw. Heizung zur Heizung bzw. Kühlung der akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeuge wird nicht offenbart.
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Ebenso schlägt der Stand der Technik vor, den Kältemittelkreislauf mit mehreren Verdampfern zu nutzen, die unterschiedliche Wärmeleistungen aufweisen. Dies setzt die Integration von Absperrventilen voraus, um ungenutzte Verdampfer zu schließen oder eine sehr leistungsstarke Kältemittelpumpe zu installieren, um den Flüssigkältemittelstrom durch alle ungenutzten oder teilweise genutzten Verdampfer zu pumpen. Durch diese zusätzliche Integration weiterer Verdampfer wird das Leergewicht der akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeuge ebenfalls weiter erhöht
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Nach einem weiteren Aspekt kann besonders vorteilhaft eine direkte Kühlung des zumindest einen Akkumulators verwendet werden. Bei der direkten Kühlung ist es vorteilhalft, eine Ausgestaltung zu verwenden, wie sie in der früheren Anmeldung
DE 10 2021 131 788.6 beschrieben ist. Auf diese Anmeldung
DE 10 2021 131 788.6 wird hiermit Bezug genommen. Die Offenbarung dieser Anmeldung wird hierin vollumfänglich durch Bezugnahme auf diese Anmeldung aufgenommen.
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Nach diesem weiteren Aspekt kann bei einer direkten Kühlung eine höhere Verdampfungstemperatur in dem Wärmetauscher erreicht werden als bei indirekter Kühlung mit gleicher Kühlleistung. Daher sind der damit zusammenhängende (gesättigte) Druck und die Dampfdichte einem Kompressoreinlass des Wärmetauschers bei direkter Kühlung höher. Bei einer gegebenen Drehzahl fördert der Kompressor demnach einen größeren Kältemittelmassenstrom und stellt somit eine höhere Kühlleistung bei direkter Kühlung bereit. Abhängig von der erforderlichen Betriebstemperatur und der Leitfähigkeit der Wärmetauscher kann die direkte Kühlung beispielsweise eine doppelte Kühlleistung im Vergleich zu der indirekten Kühlung bereitstellen.
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Zudem kann bei der direkten Kühlung in Bezug auf eine Kosteneffizienz üblicherweise bessere Werte erzielt werden als mit der indirekten Kühlung, da die direkte Kühlung keinen Gegenkühler, keine Kühlmittelpumpe, keine Kühlmittelschläuche und keine Ventile erfordert. Auch ein Gesamtgewicht des Kältemittelkreislaufs kann durch die Ausgestaltung als direkte Kühlung weiter reduziert werden.
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Bei der direkten Kühlung von dem zumindest einen Akkumulator kann es dazu kommen, dass das Kältemittel zu einem Zweiphasenstrom (gasförmig und flüssig) expandiert und in mehrere parallele Teilkreisläufe geleitet wird, um den zumindest einen Akkumulator zu kühlen, der bzw. die üblicherweise eine Vielzahl von Akkumulator-Zellen umfasst bzw. umfassen. Da der Zweiphasenstrom üblicherweise von der gasförmigen Phase dominiert wird, kann es dazu kommen, dass sich der flüssige Volumenstrom nicht gleichmäßig auf alle Teilkreisläufe innerhalb des zumindest einen Akkumulators verteilt. Hierdurch kann es in einigen Teilkreisläufen zu einer unzureichenden Kühlung kommen, wohingegen in anderen Teilkreisläufen das flüssige Kältemittel nahezu ungenutzt und ohne zu verdampfen strömt.
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Um diese ungleiche Nutzung des flüssigen Kältemittels zu vermeiden, werden Kraftfahrzeugkälteanlagen mit mehreren Verdampfern verschiedener Kälteleistung und damit einhergehend die Integration von Absperrventilen im Stand der Technik (siehe
DE 10 2018 101 514 A ) vorgeschlagen, um ungenutzte Verdampfer zu schließen, oder es wird vorgeschlagen, eine sehr leistungsstarke Kältemittelpumpe zu installieren. Die Kraftfahrzeugkälteanlage weist einen Kältemittelkreislauf mit mindestens einem Kältemittelkompressor, mindestens einem Wärmetauscher, mindestens einer Expansionsvorrichtung sowie mindestens zwei parallel zueinander angeordneten Verdampfern verschiedener Kälteleistung auf. Die mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Verdampfer sind nach der Expansionsvorrichtung und vor dem Verdampfer geringerer Kälteleistung mit einem Gas-/Flüssigphasenabscheider zur Abscheidung des flüssigen Kältemittels angeordnet. Zwischen dem Gas-/Flüssigphasenabscheider und dem Verdampfer ist eine Kältemittelpumpe zur Förderung des flüssigen Kältemittels zum Verdampfer geringerer Kälteleistung angeordnet, wobei das gasförmige Kältemittel aus dem Verdampfer über den Gas-/Flüssigphasenabscheider als Abscheider führbar und vom Kältemittelkompressor ansaugbar ist.
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Dabei wird nicht auf das Tribologie-Management des Kompressors eingegangen. Trotz der Ölabscheidung und Ölrückführung innerhalb des Kompressors verlässt ein Teil des Öls die Kompressorauslassöffnung und fließt schließlich in den Gas-/Flüssigphasenabscheider. Da dieser Abscheider nur gasförmiges Kältemittel zum Kompressor zurückführt, konzentriert sich das Öl im flüssigen Kältemittel und zirkuliert im zweiten Teilkreislauf. Schließlich geht dem Kompressor das Öl aus und er läuft trocken.
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BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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- 1a stellt eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufs für ein Kühlen von zumindest einem Akkumulator in akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugen in einem Kühlmodus oder ein Heizen von dem zumindest einen Akkumulator in den akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugen in einem Heizmodus dar.
- 1b zeigt eine erste Ausgestaltung des Gas-/Flüssigphasenabscheider.
- 2a zeigt den Kältemittelkreislauf in dem Kühlmodus.
- 2b zeigt den Kältemittelkreislauf in dem Heizmodus.
- 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung des Gas/Flüssigphasenabscheiders.
- 4 zeigt eine dritte Ausgestaltung des Gas/Flüssigphasenabscheiders.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung wird nun auf der Grundlage der Zeichnungen beschrieben. Es wird davon ausgegangen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung nur Beispiele sind und den Schutzumfang der Ansprüche in keiner Weise einschränken. Die Erfindung wird durch die Ansprüche und deren Äquivalente definiert. Es wird davon ausgegangen, dass Merkmale eines Aspekts oder einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Merkmal eines anderen Aspekts oder anderer Aspekte und/oder Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden können.
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1a stellt eine schematische Darstellung eines Kältemittelkreislaufs beziehungsweise Kältemittelkreises 100 für ein Kühlen von zumindest einem Akkumulator 120a in akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugen in einem Kühlmodus M1 oder ein Heizen von dem zumindest einen Akkumulator 120a in den akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugen in einem Heizmodus M2 dar.
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Als Fahrzeuge können beispielsweise Fahrzeuge für den Individualverkehr, öffentliche Verkehrsmittel sowie im Fahrzeuge für den Güter- bzw. Warentransport verstanden werden, die zumindest einen Elektroantrieb und den zumindest einen Akkumulator beinhalten. Die Fahrzeuge können ferner auch akkumulatorelektrischangetriebene Schienen- und/oder Wasserfahrzeuge umfassen. Diese akkumulatorelektrisch-angetriebenen verfügen beispielsweise über den zumindest einen Akkumulator 120a bzw. Akkumulatorpakete, welche eine Vielzahl von Akkumulator-Zellen umfassen. Dieser dem zumindest eine Akkumulator 120a muss bei Entnahme der elektrischen Energie aus dem zumindest einen Akkumulator gekühlt werden, um ein Überhitzen zu verhindern. Auch bei hohen Außentemperaturen kann es beispielsweise erforderlich sein, den zumindest einen Akkumulator 120a zu kühlen, um ein Überhitzen zu verhindern. Demgegenüber kann es bei niedrigen Außentemperaturen erforderlich sein, den zumindest einen Akkumulator 120a zu erwärmen bzw. zu Heizen, um eine verbesserte Energieentnahme aus dem zumindest einen Akkumulator 120a zu ermöglichen.
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Der Kältemittelkreislauf 100 für dieses Kühlen oder Heizen des zumindest einen Akkumulators 120a in akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugen gliedert sich in einen ersten Teilkreislauf A, einen zweiten Teilkreislauf B und einen dritten Teilkreislauf C. Der Kältemittelkreislauf 100 umfasst einen Gas/Flüssigphasenabscheider 114, einen Kompressor 117, eine Kältemittelpumpe 118, eine Expansionsvorrichtung 112 und zumindest eine erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 und eine zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120.
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Der erste Teilkreislauf A umfasst die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106. Der zweite Teilkreislauf B umfasst die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120. Der dritte Teilkreislauf C umfasst den Kompressor 117, die Kältemittelpumpe 118 und die Expansionsvorrichtung 112. Ferner umfasst der dritte Teilkreislauf C eine erste Ventilgruppe 104 und eine zweite Ventilgruppe 108.
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Die erste Ventilgruppe 104 umfasst mindestens ein erstes 2/2-Magnetventil 104.1, ein zweites 2/2-Magnetventil 104.2, ein erstes Rückschlagventil 104.3 und ein zweites Rückschlagventil 104.4. Die zweite Ventilgruppe 108 umfasst mindestens ein drittes 2/2-Magnetventil 108.1, ein viertes 2/2-Magnetventil 108.2, ein drittes Rückschlagventil 108.3 und ein viertes Rückschlagventil 108.4.
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Die erste Ventilgruppe 104 ist fluidisch über eine erste A-Leitung A1 an die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 angebunden. Die zweite Ventilgruppe 108 ist fluidisch über eine zweite A-Leitung A2 an die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 angebunden. Die erste Ventilgruppe 104 ist zudem fluidisch über eine erste B-Leitung B1 an die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 angebunden. Die zweite Ventilgruppe 108 ist fluidisch über eine zweite B-Leitung B2 an die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 angebunden.
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Die erste Ventilgruppe 104 ist fluidisch mit dem Kompressor 117 verbunden. Der Kompressor 117 ist über eine Saugleitung 130 fluidisch mit dem Gas/Flüssigphasenabscheider 114 verbunden. Zudem ist die erste Ventilgruppe 104 fluidisch über eine dritte C-Leitung C3 mit der Kältemittelpumpe 118 verbunden. Die Kältemittelpumpe 118 ist fluidisch über eine Pumpenzuleitung 129 mit dem Gas/Flüssigphasenabscheider 114 verbunden.
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Die zweite Ventilgruppe 108 ist fluidisch mit einem Kältemittel-Filter 110 verbunden. Der Kältemittel-Filter 110 ist fluidisch mit der Expansionsvorrichtung 112 verbunden. Die Expansionsvorrichtung 112 ist fluidisch über eine zweite C-Leitung C2 mit dem Gas/Flüssigphasenabscheider 114 verbunden.
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Die erste A-Leitung A1, die zweite A-Leitung A2, die erste B-Leitung B1, die zweite B-Leitung B2, die erste C-Leitung C1, die zweite C-Leitung C2 und die dritte C-Leitung C3 umfassen Komponenten, welche auf dem technischen Gebiet der Erfindung üblich sind. Diese Komponenten umfassen zumindest abschnittsweise mindestens eines von einem Rohr oder einem Rohrbündel aus parallelen Rohren beziehungsweise Kanälen mit teilweise unterschiedlichem/n Durchmesser/n.
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Die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 des ersten Teilkreislaufs A umfasst zumindest einen bifunktionalen Wärmetauscher oder zumindest einem ersten monofunktionalen Wärmetauscher und zumindest einen zweiten monofunktionalen Wärmetauscher umfasst. Die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 kann demnach aus unterschiedlichen Komponenten gebildet sein.
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Die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 kann beispielsweise für das Heizen bzw. Kühlen eines Innenraums 106a des akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeug angeordnet sein. Für das Heizen bzw. Kühlen des Innenraums 106a ist die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 beispielsweise in dem Innenraum 106a angeordnet, oder ist die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 beispielsweise fluidisch und/oder thermisch mit dem Innenraum 106a verbunden.
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Die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 kann beispielsweise für eine Wärme- bzw. Kälteabgabe auch an einer Außenseite 106b des akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeug angeordnet sein. Die Wärme- bzw. Kälteabgabe erfolgt dabei an eine Umgebungsluft des akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugs oder ein weiteres Umgebungsmedium bzw. Umgebungsfluid des akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugs wie beispielsweise Wasser.
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Bevorzugt ist die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 sowohl mit dem Innenraum 106a wie auch mit der Außenseite 106b des akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugs fluidisch und/oder thermisch verbunden. Hierdurch ist es möglich, den Innenraum 106a des akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugs in dem Kühlmodus M1 zu heizen und/oder Wärme an die Außenseite 106b des akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugs abzugeben. Hierdurch ist es ferner möglich, den Innenraum 106a des akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugs in dem Heizmodus M2 zu kühlen und/oder Kälte an die Außenseite 106b des akkumulatorelektrisch-angetriebenen Fahrzeugs abzugeben.
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Die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 umfasst zumindest einen bifunktionalen Wärmetauscher oder zumindest einen ersten monofunktionalen Wärmetauscher und einen zweiten monofunktionalen Wärmetauscher. Die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 kann demnach aus unterschiedlichen Komponenten gebildet sein.
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Die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 und die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 können jeweils aus einer Vielzahl bifunktionaler Wärmetauscher oder einer Vielzahl erster monofunktionaler Wärmetauscher und zweiter monofunktionaler Wärmetauscher gebildet werden.
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Der Kältemittelkreislauf 100 wird in dem Kühlmodus M1 oder dem Heizmodus M2 betrieben. Hierfür sind der erste Teilkreislauf A und der zweite Teilkreislauf B thermisch bzw. fluidisch über den dritten Teilkreislauf C miteinander gekoppelt wie nachfolgend genauer beschrieben wird. In dem Kühlmodus M1 wird der Kältemittelkreislauf 100 für das Kühlen des zumindest einen Akkumulators 120a verwendet. In dem Heizmodus M2 wird der Kältemittelkreislauf 100 für das Heizen des zumindest einen Akkumulators 120a verwendet. Der Kühlmodus M1 und der Heizmodus M2 unterscheiden sich im Wesentlichen durch eine Stellung von Ventilen in der ersten Ventilgruppe 104 und der zweiten Ventilgruppe 108 voneinander.
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1b zeigt eine erste Ausgestaltung des Gas-/Flüssigphasenabscheider 114. Der Gas-/Flüssigphasenabscheider 114 umfasst in dieser ersten Ausgestaltung ein Reservoir 116, die Saugleitung 130 und die Pumpenzuleitung 129. Die Saugleitung 130 umfasst ein innenliegendes Saugrohr bzw. eine Gasabführleitung 130.1 und ein Saugloch 130.2. Das Reservoir 116 umfasst ein Kältemittel 115. Das Kältemittel 115 besteht aus einem Gemisch von einem Kältemittel und Öl oder aus reinem Kältemittel. Dabei besteht das Kältemittel beispielsweise aus HFO-1234yf, R134a oder R744 und das Öl besteht beispielsweise aus einem Schmieröl, abgestimmt auf den jeweiligen Kompressor 117.
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Das gasförmige Kältemittel 115g wird über die Saugleitung 130 durch den Kompressor 117 an die erste Ventilgruppe 104 geleitet. Abhängig von der Ventilstellung in der ersten Ventilgruppe 104 wird das gasförmige Kältemittel 115g an den ersten Teilkreislauf A oder den zweiten Teilkreislauf B geleitet. In dem Kühlmodus M1 wird das gasförmige Kältemittel 115g über die erste Ventilgruppe 104 an den ersten Teilkreislauf A geleitet. In dem Heizmodus M2 wird das gasförmige Kältemittel 115g über die erste Ventilgruppe 104 an den zweiten Teilkreislauf B geleitet.
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Das flüssige Kältemittel 115f wird über die Kältemittelpumpe 118 an die erste Ventilgruppe 104 geleitet. Abhängig von der der Ventilstellung in der ersten Ventilgruppe 104 wird das flüssige Kältemittel 115f an den ersten Teilkreislauf A oder den zweiten Teilkreislauf B geleitet. In dem Kühlmodus M1 wird das flüssige Kältemittel 115f über die erste Ventilgruppe 104 an den zweiten Teilkreislauf B geleitet. In dem Heizmodus M2 wird das flüssige Kältemittel 115f über die erste Ventilgruppe 104 an den ersten Teilkreislauf A geleitet. Die erste Ventilgruppe 104 steuert Volumenströme umfassend das gasförmige Kältemittel 115g oder das flüssige Kältemittel 115f demnach so, dass das gasförmige Kältemittel 115g in einen von dem ersten Teilkreislauf A und dem zweiten Teilkreislauf B geleitet wird und dass das flüssige Kältemittel 115f in den anderen von dem ersten Teilkreislauf A und dem zweiten Teilkreislauf B geleitet wird. Die Volumenströme werden von dem ersten Teilkreislauf A und dem zweiten Teilkreislauf B über die zweite Ventilgruppe 108 an den Gas-/Flüssigphasenabscheider 114 rückgeführt bzw. geleitet.
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2a zeigt den Kältemittelkreislauf 100 in dem Kühlmodus M1. In dem Kühlmodus M1 ist die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 fluidisch über die erste Ventilgruppe 104 mit dem Kompressor 117 verbunden. Zudem ist in dem Kühlmodus M1 die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 fluidisch über die erste Ventilgruppe 104 mit der Kältemittelpumpe 118 verbunden.
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In dem Kühlmodus M1 werden die Ventile der ersten Ventilgruppe 104 wie nachfolgend beschrieben betätigt. Das erste 2/2-Magnetventil 104.1 ist in dem Kühlmodus M1 geöffnet. Das zweite 2/2-Magnetventil 104.2 ist in dem Kühlmodus M1 geschlossen. Das erste Rückschlagventil 104.3 ist in dem Kühlmodus M1 geöffnet. Das zweite Rückschlagventil 104.4 ist in dem Kühlmodus M1 geschlossen.
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In dem Kühlmodus M1 werden die Ventile der zweiten Ventilgruppe 108 wie nachfolgend betätigt. Das dritte 2/2-Magnetventil 108.1 ist in dem Kühlmodus M1 geschlossen. Das vierte 2/2-Magnetventil 108.2 ist in dem Kühlmodus M1 geöffnet. Das dritte Rückschlagventil 108.3 ist in dem Kühlmodus M1 geschlossen. Das vierte Rückschlagventil 108.4 ist in dem Kühlmodus M1 geöffnet.
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Hierdurch ist in dem Kühlmodus M1 die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 fluidisch mit dem Kompressor 117 verbunden und ist in dem Kühlmodus M1 die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 fluidisch mit der Kältemittelpumpe 118 verbunden.
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In dem Kühlmodus M1 ist die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 in einem Hochdruckzustand. In dem Kühlmodus M1 ist die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 in einem Niederdruckzustand. In dem Kühlmodus M1 ist die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 in einem Kondensationsbetrieb. In dem Kühlmodus M1 ist die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 in einem Evaporations- bzw. Verdampfungsbetrieb. In dem Kondensationsbetrieb wird das gasförmige Kältemittel 115g teilweise oder vollständig kondensiert. In dem Verdampfungsbetrieb wird das flüssige Kältemittel 115f teilweise oder vollständig verdampft.
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In dem Kühlmodus M1 ist die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 in dem Verdampfungsbetrieb und das das flüssige Kältemittel 115f teilweise oder vollständig verdampft. Durch die Verdampfung des Kältemittels 115 in der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 wird thermische Energie beziehungsweise Wärme von beispielsweise dem zumindest einen Akkumulator 120a an den Kältemittelkreislauf 100 abgegeben und dadurch gekühlt. Mit anderen Worten wird durch die Verdampfung des Kältemittels 115 in der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 einem mit dem zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 in Kontakt stehendem Medium Energie in Form von Wärme entzogen und von dem Kältemittel 115 vorwiegend durch den Phasenübergang von flüssiger Phase zu dampfförmiger Phase (Verdampfungsenthalpie) aufgenommen.
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Im zweiten Teilkreislauf B besteht das Kältemittel 115 somit nach durchfließen der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 aus einem Gemisch von einer gasförmigen Phase und einer flüssigen Phase. Das Gas-/Flüssigkeitsgemisch wird an den Gas-/Flüssigphasenabscheider 114 geführt und mit Hilfe des Gas-/Flüssigphasenabscheiders 114 in seine gasförmige und flüssige Phase getrennt. Dem Reservoir 116 wird somit das Kältemittel 115 als gasförmiges Kältemittel 115g und als flüssiges Kältemittel 115f bereitgestellt. Das flüssige Kältemittel 115f besteht wie das Kältemittel 115 aus einem Gemisch aus einem flüssigen Kältemittel und Öl oder aus reinem Kältemittel.
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Das Reservoir 116 ist eingerichtet, um das flüssige Kältemittel 115f und das gasförmige Kältemittel 115g aufzunehmen. Da sich das flüssige Kältemittel 115f im unteren Bereich des Reservoirs 116 und das gasförmige Kältemittel 115g im oberen Bereich des Reservoirs 116 sammelt, ist das Saugrohr 130.1 für das gasförmiges Kältemittel 115g derart ausgestaltet, dass das Saugloch 130.2 in dem Saugrohr 130.1 von der Saugleitung 130 stets über eine Oberfläche des flüssigen Kältemittels 115f ragt, um nicht das flüssige Kältemittel 115f aus dem Reservoir 116 durch das Saugloch 130.2 aufzunehmen. Die Pumpenzuleitung 129 für das flüssige Kältemittel 115f ist derart ausgestaltet, um am Boden des Reservoirs 116 bereitgestellt zu sein, und durch das flüssige Kältemittel 115f bedeckt zu sein.
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Die hier verwendeten Ausdrücke „oberer Bereich“, „unterer Bereich“ und „Boden des Reservoirs“ sind als Richtungsangaben zu verstehen und Beschreiben Positionen, welche sich auf eine vertikale Betrachtung des Reservoirs 116 beziehen, bei welchem sich durch die physikalischen Gesetze die flüssige Phase näher an der Erdoberfläche befindet als die gasförmige Phase des Kältemittels 115.
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Das flüssige Kältemittel 115f wird über die Pumpenzuleitung 129 durch die Kältemittelpumpe 118 an die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 im zweiten Teilkreislauf B gepumpt. In der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 wird das flüssige Kältemittel 115f in ein Gemisch aus einer gasförmigen Phase und einer flüssigen Phase gewandelt und im Gas-/Flüssigphasenabscheider 114 werden die zwei Phasen voneinander getrennt. Damit die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120, umfassend beispielsweise eine Vielzahl von Akkumulatorpaketen, wie weiter unten beschrieben, die Vielzahl der Akkumulatorpakete mit möglichst homogener Temperaturverteilung kühlt, kann mehr flüssiges Kältemittel 115f in die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 gepumpt werden als darin verdampfen kann. Dadurch kann sichergestellt werden, dass über die gesamte Lauflänge flüssiges Kältemittel 115f verdampft und somit kein reiner Gasanteil entsteht und durch weitere Wärmeaufnahme überhitzt wird. Dadurch wird die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 im Teilkreislauf B überversorgt beziehungsweise geflutet. Der Fachmann spricht hierbei von „gefluteter Verdampfung“.
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Durch die Trennung von flüssigem Kältemittel 115f und dampfförmigem Kältemittel 115g in dem Gas/Flüssigphasenabscheider 114 wird vermieden, dass in die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 dampfförmiges Kältemittel 115g einströmt. Im Vergleich zu gängigen Kältemittelkreisläufen, bei welchen das Kältemittel direkt vor der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 expandiert, wird der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 gasförmiges Kältemittel 115g mit einem Gewichtsanteil von circa 20% bis 50% des gesamten Kältemittelmassenstroms zugeführt. Wird der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 gasförmiges Kältemittel 115g mit einem Gewichtsanteil von circa 20% bis 50% des gesamten Kältemittelmassenstroms zugeführt, steigt der Volumenanteil des gasförmigen Kältemittels 115g auf bis zu 4000% relativ zum flüssigen Kältemittel 115f. Bei solch hohen Volumenanteilen des gasförmiges Kältemittel 115g würde die Strömungsgeschwindigkeit und der Druckverlust im Vergleich zum rein flüssigen Kältemittel 115f deutlich ansteigen und den Prozess negativ beeinflussen. Zudem wäre in einem Fall, in dem nicht mehr sichergestellt wäre, dass sich ausreichend flüssiges Kältemittel 115f gleichmäßig in der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 verteilt, eine inhomogenen Kühlung und inhomogener Temperaturverteilung die Folge.
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Da das Kältemittel der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 zumindest teilweise als Zweiphasenstrom beziehungsweise Gas-/Flüssigkeitsgemisch strömt, ist der Druckverlust direkt mit einer Temperaturabnahme verbunden, das heißt bei konventionellen Anwendungen mit Kühlmitteln ist die Temperaturdifferenz zwischen Auslass und Einlass in der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120, über beispielsweise ein gesamtes Akkumulatorpaket umfassend eine Vielzahl von Akkumulator-Zellen höher als bei der gefluteten Verdampfung. Mit anderen Worten stellt die geflutete Verdampfung eine höhere Temperaturhomogenität und somit eine homogenere Kühlung, beispielsweise von Akkumulatorpaketen, bereit, wodurch die Alterung der Akkumulator-Zellen der Akkumulatorpakete aufgrund hoher Temperaturdifferenzen in den Akkumulator-Zellen und zwischen den Akkumulator-Zellen minimiert werden kann.
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Des Weiteren können die erste B-Leitung B1 und/oder die zweite B-Leitung B2 innerhalb des zweiten Teilkreislaufs B aufgrund der höheren Temperaturhomogenität in ihrer Leitungslänge länger dimensioniert sein und so eine größere zusätzliche Kühlfläche für eine größere Anzahl von Akkumulator-Zellen bereitstellen. Die hier beschriebene geflutete Verdampfung ist daher besonders nützlich für große Akkumulatorpakete mit rechteckigem Bauraum, wie sie in vielen modernen Elektrofahrzeugen eingebaut werden.
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In dem Kühlmodus M1 ist die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 in dem Kondensationsbetrieb und das gasförmige Kältemittel 115g wird teilweise oder vollständig kondensiert. Während das flüssige Kältemittel 115f über die Pumpenzuleitung 129 in den zweiten Teilkreislauf B gepumpt wird, wird das gasförmige Kältemittel 115g gleichzeitig aus dem Reservoir 116 über das Saugrohr 130.1 vom Kompressor 117 in den ersten Teilkreislauf A gesaugt.
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Der Kompressor 117 verdichtet das gasförmige Kältemittel 115g, wodurch das Volumen des gasförmigen Kältemittels 115g sinkt und die thermische Energie beziehungsweise Temperatur des gasförmigen Kältemittels 115g steigt. Um die thermische Energie des gasförmigen Kältemittels 115g abzuführen, wird das gasförmige Kältemittel 115g im Anschluss an den Kompressor 117 durch die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 geführt und abgekühlt.
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Bis zum Austritt aus der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 106 wird das Kältemittel 115 zumindest teilweise von der gasförmige Phase in die flüssige Phase überführt. In dem Kältemittel-Filter 110 wird das Kältemittel 115 weiter abgekühlt. Bevorzugt wird das Kältemittel 115 hierdurch vollständig in die flüssige Phase überführt, so dass es als flüssiges Kältemittel 115f vorliegt. Das abgekühlte Kältemittel 115 wird danach durch die Expansionsvorrichtung 112 entspannt beziehungsweise auf einen niedrigeren Druck gebracht, wodurch das Kältemittel 115 wiederum in zwei Phasen, eine flüssige Phase und eine gasförmige Phase, überführt wird. Das Gas-/Flüssigkeitsgemisch wird dem Reservoir 116 des Gas-/Flüssigphasenabscheiders 114 zugeführt.
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Das Saugrohr 130.1 umfasst mindestens ein Saugloch 130.2, welches in der Nähe des Bodens des Reservoirs 116 bereitgestellt ist. Durch das Saugloch 130.2 gelangt ein Teil des flüssigen Kältemittels 115f in das Saugrohr 130.1 und vermischt sich mit dem gasförmigen Kältemittel 115g. Das flüssige Kältemittel 115f wird zusammen mit dem gasförmigen Kältemittel 115g zum Kompressor 117 geführt. Das flüssige Kältemittel 115f, umfassend Öl, sorgt für eine Schmierung und/oder Kühlung des Kompressors 117. Dadurch wird gewährleistet, dass der Kompressor 117 nicht trocken läuft und der Kreislauf im ersten Teilkreislauf A über eine sehr lange Laufzeit betrieben werden kann. Das Saugloch 130.2 in dem Saugrohr 130.1, die erste A-Leitung A1 und die zweite A-Leitung A2 definieren eine erste Ölrückführvorrichtung, welche das im Kältemittel 115 beziehungsweise im flüssigen Kältemittel 115f enthaltene Öl an den Kompressor 117 rückführt und dadurch die Schmierung des Kompressors 117 gewährleistet.
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2b zeigt den Kältemittelkreislauf 100 in dem Heizmodus M2. In dem Heizmodus M2 ist die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 fluidisch mit der Kältemittelpumpe 118 verbunden. Zudem ist in dem Heizmodus M2 die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 fluidisch mit dem Kompressor 117 verbunden.
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In dem Heizmodus M2 werden die Ventile der ersten Ventilgruppe 104 wie nachfolgend beschrieben betätigt. Das erste 2/2-Magnetventil 104.1 ist in dem Heizmodus M2 geschlossen. Das zweite 2/2-Magnetventil 104.2 ist in dem Heizmodus M2 geöffnet. Das erste Rückschlagventil 104.3 ist in dem Heizmodus M2 geschlossen. Das zweite Rückschlagventil 104.4 ist in dem Heizmodus M2 geöffnet.
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In dem Heizmodus M2 werden die Ventile der zweiten Ventilgruppe 108 wie nachfolgend betätigt. Das dritte 2/2-Magnetventil 108.1 ist in dem Heizmodus M2 geöffnet. Das vierte 2/2-Magnetventil 108.2 ist in dem Heizmodus M2 geschlossen. Das dritte Rückschlagventil 108.3 ist in dem Heizmodus M2 geöffnet. Das vierte Rückschlagventil 108.4 ist in dem Heizmodus M2 geschlossen.
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Hierdurch ist in dem Heizmodus M2 die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 fluidisch mit dem Kompressor 117 verbunden und ist in dem Heizmodus M2 die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 fluidisch mit der Kältemittelpumpe 118 verbunden.
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In dem Heizmodus M2 ist die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 in einem Hochdruckzustand. In dem Heizmodus M2 ist die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 in einem Niederdruckzustand. In dem Heizmodus M2 ist die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 in einem Kondensationsbetrieb. In dem Heizmodus M2 ist die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 in einem Evaporations- bzw. Verdampfungsbetrieb. In dem Kondensationsbetrieb wird das gasförmige Kältemittel 115g teilweise oder vollständig kondensiert. In dem Verdampfungsbetrieb wird das flüssige Kältemittel 115f teilweise oder vollständig verdampft.
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In dem Heizmodus M2 findet in der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 die bereits zuvor in Bezug auf die erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung 106 beschriebene Kondensation des Kältemittels 115 in dem Kühlmodus M1 statt. Die Abläufe und Phasenzustandsänderungen, welche in Bezug auf den Kühlmodus M1 der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 106 beschrieben wurden, sind demnach ebenso für die Abläufe und Phasenzustandsänderungen der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 in dem Heizmodus M2 anwendbar bzw. gültig. Die Abläufe und Phasenzustandsänderungen in der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 106 in dem Kühlmodus M1 entsprechen den Abläufen und Phasenzustandsänderungen in der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 in dem Heizmodus. Diese Abläufe und Phasenzustandsänderungen sind im Wesentlichen identisch.
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In dem Heizmodus M2 findet in der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 106 die bereits zuvor in Bezug auf die zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung 120 beschriebene Verdampfung des Kältemittels 115 in dem Kühlmodus M1 statt. Die Abläufe und Phasenzustandsänderungen, welche in Bezug auf den Kühlmodus M1 der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 106 beschrieben wurden, sind demnach ebenso für die Abläufe und Phasenzustandsänderungen der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 in dem Heizmodus M2 anwendbar bzw. gültig. Die Abläufe und Phasenzustandsänderungen in der ersten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 106 in dem Kühlmodus M1 entsprechen den Abläufen und Phasenzustandsänderungen in der zweiten bifunktionalen Wärmetauscheranordnung 120 in dem Heizmodus. Diese Abläufe und Phasenzustandsänderungen sind im Wesentlichen identisch.
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3 zeigt eine zweite Ausgestaltung des Gas/Flüssigphasenabscheiders 214. Die zweite Ausgestaltung entspricht im Wesentlichen der ersten Ausgestaltung. Es werden die gleichen Bezugszeichen für diejenigen Bestandteile verwendet, die mit den entsprechenden Bestandteilen der ersten Ausgestaltung identisch sind. Solche Bestandteile werden nicht erneut in Detail beschrieben.
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In der zweiten Ausgestaltung umfasst der dritte Teilkreislauf C anstatt des Gas/Flüssigphasenabscheiders 114 einen zweiten Gas/Flüssigphasenabscheider 214. Der zweite Gas/Flüssigphasenabscheider 214 entspricht im Wesentlichen dem Gas/Flüssigphasenabscheider 114 aus der ersten Ausgestaltung. Allerdings verfügt das Saugrohr 130.1 des zweiten Gas/Flüssigphasenabscheiders 214 nicht über das Saugloch 130.2.
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Der dritte Teilkreislauf C in dieser zweiten Ausgestaltung umfasst ferner die Komponente 140. Die Komponente 140 umfasst einen Saugleitungseingang 140.1, einen Kältemittelleitungseingang 140.2, einen Saugleitungsausgang 140.3, einen Kältemittelleitungsausgang 140.4 und ein Saugloch 140.5. Über den Saugleitungseingang 140.1 und den Saugleitungsausgang 140.3 der Komponente 140 wird der Kompressor 117 mit dem gasförmigen Kältemittel 115g versorgt.
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Durch das Saugloch 140.5 gelangt ein Teil des flüssigen Kältemittels 115f in den Saugleitungsausgang 140.3 und vermischt sich mit dem gasförmigen Kältemittel 115g. Das flüssige Kältemittel 115f wird zusammen mit dem gasförmigen Kältemittel 115g zum Kompressor 117 geführt. Das flüssige Kältemittel 115f, umfassend Öl, sorgt für eine Schmierung und/oder Kühlung des Kompressors 117 ähnlich wie bereits in der ersten Ausgestaltung beschrieben. Dadurch wird gewährleistet, dass der Kompressor 117 nicht trocken läuft.
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4 zeigt eine dritte Ausgestaltung des Gas/Flüssigphasenabscheiders 314. Die dritte Ausgestaltung entspricht im Wesentlichen der ersten Ausgestaltung. Es werden die gleichen Bezugszeichen für diejenigen Bestandteile verwendet, die mit den entsprechenden Bestandteilen der ersten Ausgestaltung identisch sind. Solche Bestandteile werden nicht erneut in Detail beschrieben.
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In der dritten Ausgestaltung umfasst der dritte Teilkreislauf C anstatt des Gas/Flüssigphasenabscheiders 114 einen dritte Gas/Flüssigphasenabscheider 314. Der dritte Gas/Flüssigphasenabscheider 314 entspricht im Wesentlichen dem Gas/Flüssigphasenabscheider 114 aus der ersten Ausgestaltung. Allerdings verfügt das Saugrohr 130.1 des dritten Gas/Flüssigphasenabscheiders 314 nicht über das Saugloch 130.2.
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Der dritte Teilkreislauf C umfasst in dieser dritten Ausgestaltung ferner einen Abscheider 314. Der Abscheider 314 umfasst eine erste Abscheiderkomponente 314.1, die Öl in ein Reservoir des Abscheiders 314 abgibt. Die erste Abscheiderkomponente 314.1 umfasst beispielsweise ein Rohr mit einem einzigen Loch, ein Rohr mit einer perforierten Wand, einem Ablenkblech oder einer Spirale, welche das das Öl in das Reservoir des Abscheiders 314 abgibt. Der Abscheider 314 umfasst ferner eine zweite Abscheiderkomponente 314.2.
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Die zweite Abscheiderkomponente 314.2 trägt zum Sammeln des freigesetzten Gemisches der erste Abscheiderkomponente 314.1 bei. Die zweite Abscheiderkomponente 314.2 kann beispielsweise als ein Trichter, eine Schale oder eine andere nach oben offene Geometrie mit einem kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des dritten Gas-/Flüssigphasenabscheiders 314 entweder als separater Teil oder als integraler Bestandteil eines dritten Saugrohrs 314.3 ausgebildet sein.
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Durch die zweite Abscheiderkomponente 314.2 gelangt ein Teil des flüssigen Kältemittels 115f in ein drittes Saugrohr 314.3 und vermischt sich mit dem gasförmigen Kältemittel 115g. Das flüssige Kältemittel 115f wird zusammen mit dem gasförmigen Kältemittel 115g zum Kompressor 117 geführt. Das flüssige Kältemittel 115f, umfassend Öl, sorgt für eine Schmierung und/oder Kühlung des Kompressors 117 ähnlich wie bereits in der ersten Ausgestaltung beschrieben. Dadurch wird gewährleistet, dass der Kompressor 117 nicht trocken läuft.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kältemittelkreislauf
- 104
- erste Ventilgruppe
- 104.1
- erstes 2/2-Magnetventil
- 104.2
- zweites 2/2-Magnetventil
- 104.3
- erstes Rückschlagventil
- 104.4
- zweites Rückschlagventil
- 106
- erste bifunktionale Wärmetauscheranordnung
- 108
- zweite Ventilgruppe
- 108.1
- drittes 2/2-Magnetventil
- 108.2
- viertes 2/2-Magnetventil
- 108.3
- drittes Rückschlagventil
- 108.4
- viertes Rückschlagventil
- 110
- Kältemittel-Filter bzw. Gaskühler
- 112
- Expansionsvorrichtung
- 114
- Gas/Flüssigphasenabscheider
- 214
- zweiter Gas/Flüssigphasenabscheider
- 314
- dritter Gas/Flüssigphasenabscheider
- 115
- Kältemittel
- 115g
- gasförmiges Kältemittel
- 115f
- flüssiges Kältemittel
- 116
- Reservoir
- 117
- Kompressor
- 118
- Kältemittel-Pumpe
- 120
- zweite bifunktionale Wärmetauscheranordnung
- C1
- erste C-Leitung
- C2
- zweite C-Leitung
- C3
- dritte C-Leitung
- 129
- Pumpenzuleitung
- 130
- Saugleitung
- 130.1
- Saugrohr
- 130.2
- Saugloch
- 140
- Komponente
- 140.1
- Saugleitungseingang
- 140.2
- Kältemittelleitungseingang
- 140.3
- Saugleitungsausgang
- 140.4
- Kältemittelleitungsausgang
- 140.5
- Saugloch
- 314
- Abscheider
- 314.1
- erste Abscheiderkomponente
- 314.2
- zweite Abscheiderkomponente
- A
- erster Teilkreislauf
- B
- zweiter Teilkreislauf
- C
- dritter Teilkreislauf
- M1
- Kühlmodus
- M2
- Heizmodus
- A1
- erste A-Leitung
- A2
- zweite A-Leitung
- B1
- erste B-Leitung
- B2
- zweite B-Leitung
- C1
- erste C-Leitung
- C2
- zweite C-Leitung
- C3
- dritte C-Leitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102021131788 [0052]
- DE 102018101514 A [0056]
