DE102022115609A1

DE102022115609A1 - Wärmepumpen-kältemittelkreislauf-anordnungen

Info

Publication number: DE102022115609A1
Application number: DE102022115609.5A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Paul Brown; Manfred Koberstein; Loren John Lohmeyer; Rachael Shey
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2021-06-24
Filing date: 2022-06-22
Publication date: 2022-12-29
Also published as: CN115519977A; US11560042B2; US20220410664A1; US20230109595A1

Abstract

Eine Wärmepumpe beinhaltet einen Kältemittelkreislauf. Der Kältemittelkreislauf beinhaltet einen Verdichter, einen ersten Kondensator, einen Dampfgenerator mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, ein erstes Expansionsventil, ein zweites Expansionsventil und einen ersten Verdampfer. Ein Verzweigungspunkt ist zwischen dem ersten Kondensator und dem Dampfgenerator positioniert. Der Verzweigungspunkt leitet einen Teil eines ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den Kältemittelkreislauf zirkuliert, zu dem Dampfgenerator um. Das erste Expansionsventil ist zwischen dem Verzweigungspunkt und dem Dampfgenerator positioniert. Ein Auslass des Dampfgenerators ist an einen Mitteldruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Wärmepumpen. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung Kältemittelkreislaufanordnungen für Wärmepumpen.
STAND DER TECHNIK
Wärmepumpen werden derzeit in Fahrzeugen eingesetzt. Ein Kältemittelkreislauf kann in derartigen Wärmepumpen beinhaltet sein.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Wärmepumpe einen Kältemittelkreislauf. Der Kältemittelkreislauf beinhaltet einen Verdichter, einen ersten Kondensator, einen Dampfgenerator, einen ersten Sammler/Trockner, einen ersten Verzweigungspunkt, ein erstes Expansionsventil, einen ersten Verdampfer und ein zweites Expansionsventil. Der erste Kondensator ist stromabwärts des Verdichters positioniert und an einen Auslassanschluss des Verdichters gekoppelt. Der Dampfgenerator ist stromabwärts des ersten Kondensators positioniert. Der Dampfgenerator nimmt ein erstes Wärmeaustauschfluid auf. Der erste Sammler/Trockner ist zwischen dem ersten Kondensator und dem Dampfgenerator positioniert. Der erste Verzweigungspunkt ist zwischen dem ersten Kondensator und dem Dampfgenerator positioniert. Der erste Verzweigungspunkt leitet einen Teil des ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den Kältemittelkreislauf zirkuliert, zu einem ersten Einlass des Dampfgenerators um. Das erste Expansionsventil ist zwischen dem ersten Verzweigungspunkt und dem ersten Einlass des Dampfgenerators positioniert. Ein erster Auslass des Dampfgenerators ist an einen Mitteldruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt. Der erste Verdampfer ist stromabwärts des Dampfgenerators positioniert und an einen zweiten Auslass des Dampfgenerators gekoppelt. Das zweite Expansionsventil ist zwischen dem ersten Verdampfer und dem Dampfgenerator positioniert. Der erste Verdampfer liegt stromaufwärts des Verdichters und ist an einen Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt.
Ausführungsformen des ersten Aspekts der Erfindung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

- einen zweiten Verdampfer stromabwärts des Dampfgenerators und an den zweiten Auslass des Dampfgenerators gekoppelt, ein drittes Expansionsventil, das zwischen dem zweiten Verdampfer und dem Dampfgenerator positioniert ist, wobei der zweite Verdampfer stromaufwärts des Verdichters liegt und an den Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist, und wobei der zweite Verdampfer und das dritte Expansionsventil parallel zu dem ersten Verdampfer und dem zweiten Expansionsventil installiert sind;
- der Dampfgenerator beinhaltet einen ersten Bereich, wobei der erste Einlass ein Einlass des ersten Bereichs ist und der erste Auslass ein Auslass des ersten Bereichs ist; einen zweiten Bereich, der einen zweiten Einlass beinhaltet, wobei der zweite Auslass ein Auslass des zweiten Bereichs ist; und einen dritten Bereich, wobei der dritte Bereich stromabwärts des ersten Verdampfers und stromaufwärts des Verdichters positioniert ist und wobei ein Auslass des dritten Bereichs an den Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist;
- einen Umgehungskreislauf, wobei der Umgehungskreislauf ein Absperrventil beinhaltet, das zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position betreibbar ist, und wobei der dritte Bereich des Dampfgenerators umgangen wird, wenn sich das Absperrventil in der offenen Position befindet;
- der Umgehungskreislauf beinhaltet einen Umgehungswärmetauscher, der stromabwärts des Absperrventils positioniert ist, wobei eine Umgehungsheizeinrichtung direkt an den Umgehungswärmetauscher gekoppelt ist, sodass die Umgehungsheizeinrichtung dem ersten Wärmeaustauschfluid Wärmeenergie bereitstellt, wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den Umgehungswärmetauscher geleitet wird;
- einen Zusatz-Kältemittelkreislauf, wobei der Zusatz-Kältemittelkreislauf Folgendes beinhaltet: einen Zusatz-Verdichter, einen Zusatz-Kondensator, der stromabwärts des Zusatz-Verdichters positioniert und an einen Auslassanschluss des Zusatz-Verdichters gekoppelt ist, einen Zusatz-Dampfgenerator, der stromabwärts des Zusatz-Kondensators positioniert ist, wobei ein erster Einlass des Zusatz-Dampfgenerators an den Zusatz-Kondensator gekoppelt ist, ein erstes Zusatz-Expansionsventil, das stromabwärts des Zusatz-Dampfgenerators positioniert und an einen ersten Auslass des Zusatz-Dampfgenerators gekoppelt ist, einen Zusatz-Verdampfer, der stromabwärts des ersten Zusatz-Expansionsventils positioniert und an das erste Zusatz-Expansionsventil gekoppelt ist, wobei der Zusatz-Verdampfer stromaufwärts des Zusatz-Verdichters liegt und an einen Niederdruck-Einlassanschluss des Zusatz-Verdichters gekoppelt ist, und einen Zusatz-Verzweigungspunkt, der zwischen dem Zusatz-Kondensator und dem Zusatz-Dampfgenerator positioniert ist, wobei der Zusatz-Verzweigungspunkt einen Teil eines zweiten Wärmeaustauschfluids, das durch den Zusatz-Kältemittelkreislauf zirkuliert, zu einem zweiten Einlass des Zusatz-Dampfgenerators umleitet, wobei ein zweites Zusatz-Expansionsventil zwischen dem Zusatz-Verzweigungspunkt und dem zweiten Einlass des Zusatz-Dampfgenerators positioniert ist und wobei ein zweiter Auslass des Zusatz-Dampfgenerators an einen Mitteldruck-Einlassanschluss des Zusatz-Verdichters gekoppelt ist;
- einen zusätzlichen Sammler/Trockner, der stromabwärts des Zusatz-Kondensators positioniert ist;
- der Zusatz-Kondensator und der erste Kondensator nehmen jeweils ein drittes Wärmeaustauschfluid auf, das durch einen ersten externen Kreislauf zirkuliert, wobei der Zusatz-Kondensator und der erste Kondensator in Reihe entlang des ersten externen Kreislaufs installiert sind;
- der erste Verdampfer und der Zusatz-Verdampfer nehmen jeweils ein viertes Wärmeaustauschfluid auf, das durch einen zweiten externen Kreislauf zirkuliert, wobei der erste Verdampfer und der Zusatz-Verdampfer in Reihe entlang des zweiten externen Kreislaufs installiert sind;
- einen Wärmetauscher, der einen ersten Bereich aufweist, der in Reihe mit dem zweiten Bereich des Dampfgenerators installiert ist, sodass ein Einlass des ersten Bereichs des Wärmetauschers direkt an einen Auslass des zweiten Bereichs des Dampfgenerators gekoppelt ist;
- der Wärmetauscher beinhaltet einen zweiten Bereich, der stromabwärts des ersten Verdampfers und stromaufwärts des Verdichters positioniert ist, wobei ein Auslass des zweiten Bereichs des Wärmetauschers an den Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist;
- einen Umgehungskreislauf, wobei der Umgehungskreislauf ein Absperrventil beinhaltet, das zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position betreibbar ist, und wobei der zweite Bereich des Wärmetauschers umgangen wird, wenn sich das Absperrventil in der offenen Position befindet; und
- der Umgehungskreislauf beinhaltet einen Umgehungswärmetauscher, der stromabwärts des Absperrventils positioniert ist, und wobei eine Umgehungsheizeinrichtung direkt an den Umgehungswärmetauscher gekoppelt ist, sodass die Umgehungsheizeinrichtung dem ersten Wärmeaustauschfluid Wärmeenergie bereitstellt, wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den Umgehungswärmetauscher geleitet wird.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine Wärmepumpe einen Kältemittelkreislauf. Der Kältemittelkreislauf beinhaltet einen Verdichter, einen ersten Kondensator, einen Dampfgenerator, einen ersten Sammler/Trockner, einen ersten Verzweigungspunkt, ein erstes Expansionsventil, einen ersten Verdampfer und ein zweites Expansionsventil. Die Wärmepumpe beinhaltet zudem einen Zusatz-Kältemittelkreislauf. Der erste Kondensator ist stromabwärts des Verdichters positioniert und an einen Auslassanschluss des Verdichters gekoppelt. Der Dampfgenerator ist stromabwärts des ersten Kondensators positioniert. Der Dampfgenerator beinhaltet einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, die jeweils ein erstes Wärmeaustauschfluid aufnehmen. Der erste Sammler/Trockner ist zwischen dem ersten Kondensator und dem Dampfgenerator positioniert. Der erste Verzweigungspunkt ist zwischen dem ersten Kondensator und dem Dampfgenerator positioniert. Der erste Verzweigungspunkt leitet einen Teil des ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den Kältemittelkreislauf zirkuliert, zu einem Einlass des ersten Bereichs des Dampfgenerators um. Das erste Expansionsventil ist zwischen dem ersten Verzweigungspunkt und dem Einlass des ersten Bereichs des Dampfgenerators positioniert. Ein Auslass des ersten Bereichs des Dampfgenerators ist an einen Mitteldruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt. Der erste Verdampfer ist stromabwärts des Dampfgenerators positioniert und an einen Auslass des zweiten Bereichs des Dampfgenerators gekoppelt. Das zweite Expansionsventil ist zwischen dem ersten Verdampfer und dem Dampfgenerator positioniert. Der erste Verdampfer ist stromaufwärts des Verdichters positioniert und an einen Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt. Der Zusatz-Kältemittelkreislauf beinhaltet einen Zusatz-Verdichter, einen Zusatz-Kondensator, einen Zusatz-Dampfgenerator, ein erstes Zusatz-Expansionsventil, einen Zusatz-Verdampfer und einen Zusatz-Verzweigungspunkt. Der Zusatz-Kondensator ist stromabwärts des Zusatz-Verdichters positioniert und an einen Auslassanschluss des Zusatz-Verdichters gekoppelt. Der Zusatz-Dampfgenerator ist stromabwärts des Zusatz-Kondensators positioniert. Ein erster Bereich des Zusatz-Dampfgenerators ist an den Zusatz-Kondensator gekoppelt. Das erste Zusatz-Expansionsventil ist stromabwärts des Zusatz-Dampfgenerators positioniert und an den Zusatz-Dampfgenerator gekoppelt. Der Zusatz-Verdampfer ist stromabwärts des ersten Zusatz-Expansionsventils positioniert und an das erste Zusatz-Expansionsventil gekoppelt. Der Zusatz-Verdampfer ist stromaufwärts des Zusatz-Verdichters positioniert und an einen Niederdruck-Einlassanschluss des Zusatz-Verdichters gekoppelt. Der Zusatz-Verzweigungspunkt ist zwischen dem Zusatz-Kondensator und dem Zusatz-Dampfgenerator positioniert. Der Zusatz-Verzweigungspunkt leitet einen Teil eines zweiten Wärmeaustauschfluids, das durch den Zusatz-Kältemittelkreislauf zirkuliert, zu einem zweiten Bereich des Zusatz-Dampfgenerators um. Ein zweites Zusatz-Expansionsventil ist zwischen dem Zusatz-Verzweigungspunkt und dem zweiten Bereich des Zusatz-Dampfgenerators positioniert. Ein Auslass des zweiten Bereichs des Zusatz-Dampfgenerators ist an einen Mitteldruck-Einlassanschluss des Zusatz-Verdichters gekoppelt.
Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Offenbarung können ein beliebiges oder eine Kombination der folgenden Merkmale beinhalten:

- der Dampfgenerator beinhaltet einen dritten Bereich, wobei der dritte Bereich stromabwärts des ersten Verdampfers und stromaufwärts des Verdichters positioniert ist, und wobei ein Auslass des dritten Bereichs an den Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist;
- einen Umgehungskreislauf, wobei der Umgehungskreislauf ein Absperrventil beinhaltet, das zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position betreibbar ist, und wobei der dritte Bereich des Dampfgenerators umgangen wird, wenn sich das Absperrventil in der offenen Position befindet;
- der Umgehungskreislauf beinhaltet einen Umgehungswärmetauscher, der stromabwärts des Absperrventils positioniert ist, und wobei eine Umgehungsheizeinrichtung direkt an den Umgehungswärmetauscher gekoppelt ist, sodass die Umgehungsheizeinrichtung dem ersten Wärmeaustauschfluid Wärmeenergie bereitstellt, wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den Umgehungswärmetauscher geleitet wird;
- einen zusätzlichen Sammler/Trockner, der stromabwärts des Zusatz-Kondensators positioniert ist;
- der Zusatz-Kondensator und der erste Kondensator nehmen jeweils ein drittes Wärmeaustauschfluid auf, das durch einen ersten externen Kreislauf zirkuliert, wobei der Zusatz-Kondensator und der erste Kondensator in Reihe entlang des ersten externen Kreislaufs installiert sind; und
- der erste Verdampfer und der Zusatz-Verdampfer nehmen jeweils ein viertes Wärmeaustauschfluid auf, das durch einen zweiten externen Kreislauf zirkuliert, wobei der erste Verdampfer und der Zusatz-Verdampfer in Reihe entlang des zweiten externen Kreislaufs installiert sind.

Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden für den Fachmann bei der Lektüre der folgenden Beschreibung, der Patentansprüche und der beigefügten Zeichnungen verständlich und ersichtlich.
Figurenliste
In den Zeichnungen gilt:

1 ist eine schematische Darstellung einer Kältemittelkreislaufanordnung, die verschiedene Komponenten zum Austauschen von Wärme innerhalb einer Wärmepumpe gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
2 ist eine schematische Darstellung der Kältemittelkreislaufanordnung, die einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
3 ist eine schematische Darstellung der Kältemittelkreislaufanordnung, die verschiedene Komponenten zum Austauschen von Wärme innerhalb der Wärmepumpe gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
4 ist eine schematische Darstellung der Kältemittelkreislaufanordnung, die eine an einen Akkumulator gekoppelte Heizeinrichtung gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
5 ist eine schematische Darstellung der Kältemittelkreislaufanordnung, die einen ersten Verdampfer und einen zweiten Verdampfer gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
6 ist eine schematische Darstellung der Kältemittelkreislaufanordnung, die den ersten Kondensator, den zweiten Kondensator, den ersten Verdampfer, den zweiten Verdampfer und die an den Akkumulator gekoppelte Heizeinrichtung gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
7 ist eine schematische Darstellung der Kältemittelkreislaufanordnung, die einen Dampfgenerator und einen Wärmetauscher, die in Reihe installiert sind, gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
8 ist eine schematische Darstellung der Kältemittelkreislaufanordnung, die den Dampfgenerator mit einem ersten, zweiten und dritten Bereich gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
9 ist eine schematische Darstellung der Kältemittelkreislaufanordnung, die einen Umgehungskreislauf mit einem Umgehungswärmetauscher gemäß einem Beispiel veranschaulicht;
10 ist eine schematische Darstellung der Kältemittelkreislaufanordnung, die den Umgehungskreislauf mit dem Umgehungswärmetauscher gemäß einem weiteren Beispiel veranschaulicht;
11 ist eine schematische Darstellung der Kältemittelkreislaufanordnung, die einen Zusatz-Kältemittelkreislauf, der in Reihe mit dem Kältemittelkreislauf installiert ist, gemäß einem weiteren Beispiel veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Für die Zwecke der Beschreibung in dieser Schrift beziehen sich die Ausdrücke „oberes“, „unteres“, „rechtes“, „linkes“, „hinteres“, „vorderes“, „vertikales“, „horizontales“ und Ableitungen davon auf die Konzepte in ihrer Ausrichtung in 1. Es versteht sich jedoch, dass die Konzepte verschiedene alternative Ausrichtungen annehmen können, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil vorgegeben ist. Es versteht sich außerdem, dass die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulichten und in der folgenden Beschreibung beschriebenen spezifischen Vorrichtungen und Prozesse lediglich beispielhafte Ausführungsformen der in den beigefügten Patentansprüchen definierten erfindungsgemäßen Konzepte sind. Deshalb sind konkrete Abmessungen und andere physische Eigenschaften im Zusammenhang mit den in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen nicht als einschränkend zu betrachten, sofern die Patentansprüche nicht ausdrücklich etwas anderes angeben.
Die vorliegend veranschaulichten Ausführungsformen bestehen hauptsächlich aus Kombinationen von Verfahrensschritten und Gerätekomponenten, die eine Wärmepumpe betreffen. Dementsprechend sind die Gerätekomponenten und Verfahrensschritte in den Zeichnungen gegebenenfalls durch herkömmliche Symbole dargestellt worden, wobei nur diejenigen spezifischen Details gezeigt sind, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sachdienlich sind, um die Offenbarung nicht durch Details undeutlich zu machen, die dem Durchschnittsfachmann, für den die Beschreibung in dieser Schrift von Vorteil ist, ohne Weiteres ersichtlich sind. Ferner stehen gleiche Bezugszeichen in der Beschreibung und den Zeichnungen für gleiche Elemente.
Im in dieser Schrift verwendeten Sinne bedeutet der Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Aufzählung von zwei oder mehr Elementen verwendet wird, dass ein beliebiges der aufgezählten Elemente einzeln eingesetzt werden kann oder eine beliebige Kombination aus zwei oder mehr der aufgezählten Elemente eingesetzt werden kann. Wenn zum Beispiel eine Zusammensetzung der Beschreibung nach die Komponenten A, B und/oder C enthält, kann die Zusammensetzung A allein; B allein; C allein; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B und C in Kombination beinhalten.
In dieser Schrift werden Bezugsausdrücke, wie etwa erstes und zweites, oberes und unteres und dergleichen, lediglich dazu verwendet, eine Einheit oder Handlung von einer anderen Einheit oder Handlung zu unterscheiden, ohne notwendigerweise eine tatsächliche derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen solchen Einheiten oder Handlungen zu erfordern oder zu implizieren. Es ist beabsichtigt, dass die Ausdrücke „umfasst/umfassen“, „umfassend“ oder eine beliebige sonstige Variante davon derartig einen nicht ausschließlichen Einschluss abdecken, dass ein Prozess, Verfahren, Objekt oder eine Vorrichtung, der/das/die eine Aufzählung von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente beinhaltet, sondern andere Elemente beinhalten kann, die nicht ausdrücklich aufgelistet oder einem derartigen Prozess, Verfahren, Gegenstand oder einer derartigen Vorrichtung inhärent sind. Ein Element, dem „umfasst... ein(e)“ vorangeht, schließt nicht, ohne weitere Einschränkungen, das Vorhandensein von zusätzlichen identischen Elementen in dem Prozess, dem Verfahren, dem Artikel oder der Einrichtung aus, der/das/die das Element umfasst.
Im in dieser Schrift verwendeten Sinne bedeutet der Ausdruck „etwa“, dass Mengen, Größen, Formulierungen, Parameter und andere Quantitäten und Eigenschaften nicht genau sind und nicht genau sein müssen, sondern gegebenenfalls annähernd und/oder größer oder kleiner sein können, was Toleranzen, Umwandlungsfaktoren, Abrundung, Messfehler und dergleichen und andere Faktoren widerspiegelt, die dem Fachmann bekannt sind. Wenn der Ausdruck „etwa“ beim Beschreiben eines Werts oder eines Endpunkts eines Bereichs verwendet wird, sollte die Offenbarung so verstanden werden, dass sie den spezifischen Wert oder Endpunkt beinhaltet, auf den Bezug genommen wird. Unabhängig davon, ob ein numerischer Wert oder ein Endpunkt eines Bereichs in der Beschreibung „etwa“ enthält, soll der numerische Wert oder der Endpunkt eines Bereichs zwei Ausführungsformen einschließen: eine, die durch „etwa“ modifiziert ist, und eine, die nicht durch „etwa“ modifiziert ist. Es versteht sich ferner, dass die Endpunkte jedes der Bereiche sowohl in Bezug auf den anderen Endpunkt als auch unabhängig von dem anderen Endpunkt signifikant sind.
Die Ausdrücke „wesentlich“, „im Wesentlichen“ und Variationen davon sollen im in dieser Schrift verwendeten Sinne darauf hinweisen, dass ein beschriebenes Merkmal gleich oder annähernd gleich einem Wert oder einer Beschreibung ist. Beispielsweise soll eine „im Wesentlichen ebene“ Fläche bedeuten, dass eine Fläche eben oder annähernd eben ist. Darüber hinaus soll „im Wesentlichen“ bedeuten, dass zwei Werte gleich oder annähernd gleich sind. In einigen Ausführungsformen kann „im Wesentlichen“ Werte innerhalb von etwa 10 % voneinander bezeichnen, wie etwa innerhalb von etwa 5 % voneinander oder innerhalb von etwa 2 % voneinander.
Im hier verwendeten Sinne bedeuten die Ausdrücke „der“, „die“, „das“ oder „ein“ oder „eine“ „mindestens ein(e)“ und sollten nicht auf „lediglich ein(e)“ beschränkt werden, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist. Somit beinhaltet zum Beispiel eine Bezugnahme auf „eine Komponente“ Ausführungsformen, die zwei oder mehr derartige Komponenten aufweisen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt.
Unter Bezugnahme auf die 1-11 beinhaltet eine Wärmepumpe 20 einen Kältemittelkreislauf 24. Der Kältemittelkreislauf 24 beinhaltet einen Verdichter 28, einen ersten Kondensator 32, einen Dampfgenerator 36, einen Verzweigungspunkt 40, ein erstes Expansionsventil 44, ein zweites Expansionsventil 48 und einen ersten Verdampfer 52. Der erste Kondensator 32 ist stromabwärts des Verdichters 28 positioniert. Der erste Kondensator 32 ist an einen Auslassanschluss 56 des Verdichters 28 gekoppelt. Der Dampfgenerator 36 ist stromabwärts des ersten Kondensators 32 positioniert. Der Dampfgenerator 36 beinhaltet einen ersten Bereich 60 und einen zweiten Bereich 64. Der Verzweigungspunkt 40 ist zwischen dem ersten Kondensator 32 und dem Dampfgenerator 36 positioniert. Der Verzweigungspunkt 40 leitet einen Teil eines ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den Kältemittelkreislauf 24 zirkuliert, zu dem ersten Bereich 60 des Dampfgenerators 36 um. Das erste Expansionsventil 44 ist zwischen dem Verzweigungspunkt 40 und dem zweiten Bereich 60 des Dampfgenerators 36 positioniert. Ein Auslass 68 des ersten Bereichs 60 des Dampfgenerators 36 ist an einen Mitteldruck-Einlassanschluss 72 des Verdichters 28 gekoppelt. Das zweite Expansionsventil 48 ist stromabwärts des Dampfgenerators 36 positioniert. Das zweite Expansionsventil 48 ist an einen Auslass 76 des zweiten Bereichs 64 des Dampfgenerators 36 gekoppelt. Ein Einlass 80 des zweiten Bereichs 64 des Dampfgenerators 36 ist an den ersten Kondensator 32 gekoppelt. Der erste Verdampfer 52 ist stromabwärts des zweiten Expansionsventils 48 positioniert. Der erste Verdampfer 52 ist an das zweite Expansionsventil 48 gekoppelt. Der erste Verdampfer 52 ist stromaufwärts des Verdichters 28 positioniert. Der erste Verdampfer 52 ist an einen Niederdruck-Einlassanschluss 84 des Verdichters 28 gekoppelt.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1-6 kann der Kältemittelkreislauf 24 der Wärmepumpe 20 einen ersten Sammler/Trockner 88 (siehe 1 und 2) und/oder einen Akkumulator 92 (siehe 3-6) beinhalten. In Beispielen, die den ersten Sammler/Trockner 88 beinhalten, kann der erste Sammler/Trockner 88 zwischen dem ersten Kondensator 32 und dem Dampfgenerator 36 positioniert sein. Der erste Kondensator 32 kann das erste Wärmeaustauschfluid von dem Auslassanschluss 56 des Verdichters 28 an einem Einlass 96 eines ersten Bereichs 100 des ersten Kondensators 32 aufnehmen. Wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den ersten Bereich 100 des ersten Kondensators 32 strömt, interagiert das erste Wärmeaustauschfluid thermisch mit einem zweiten Wärmeaustauschfluid (z. B. einem Kühlmittel), das durch einen zweiten Bereich 104 des ersten Kondensators 32 strömt, wie durch Pfeile 106 angegeben. Das erste Wärmeaustauschfluid tritt über einen Auslass 108 des ersten Kondensators 32 aus dem ersten Bereich 100 des ersten Kondensators 32 aus. Als nächstes kann in Beispielen, die den ersten Sammler/Trockner 88 einsetzen, das erste Wärmeaustauschfluid in den ersten Sammler/Trockner 88 strömen, nachdem es aus dem ersten Kondensator 32 ausgetreten ist. Der erste Sammler/Trockner 88 kann als vorübergehender Speicherbehälter für das erste Wärmeaustauschfluid bei geringen Systemanforderungen fungieren, wenn die Wärmepumpe 20 betrieben wird. Zusätzlich kann der erste Sammler/Trockner 88 ein Trockenmittel enthalten, das verwendet wird, um Feuchtigkeit (z. B. Wasser) zu absorbieren, die in das erste Wärmeaustauschfluid gelangt sein kann. In einigen Beispielen kann der erste Sammler/Trockner 88 einen Filter beinhalten, der Schmutz auffangen kann, der in den Kältemittelkreislauf 24 und/oder das erste Wärmeaustauschfluid gelangt sein kann. Beim Austreten aus dem ersten Sammler/Trockner 88 trifft das erste Wärmeaustauschfluid auf den Verzweigungspunkt 40. Wenn das erste Wärmeaustauschfluid auf den Verzweigungspunkt 40 trifft, wird ein Teil des ersten Wärmeaustauschfluids in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet, während der verbleibende Teil des ersten Wärmeaustauschfluids in Richtung des Dampfgenerators 36 weiterströmt. In verschiedenen Beispielen kann der Teil des ersten Wärmeaustauschfluids, der in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet wird, als ein Verhältnis oder ein Prozentsatz ausgedrückt werden. Wenn zum Beispiel das Verhältnis als Prozentsatz des ersten Wärmeaustauschfluids ausgedrückt wird, der in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet wird, kann das erste Expansionsventil 44 etwa 5 %, etwa 10 %, etwa 15 %, etwa 20 %, etwa 25 %, etwa 30 %, etwa 35 %, etwa 40 %, etwa 45 %, etwa 50 %, etwa 55 % oder etwa 60 % des ersten Wärmeaustauschfluids, das aus dem ersten Sammler/Trockner 88 austritt, aufnehmen. Der Rest oder Ausgleichsprozentsatz des ersten Wärmeaustauschfluids, der aus dem ersten Sammler/Trockner 88 austritt und nicht in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet wird, kann in Richtung des Dampfgenerators 36 weiterströmen.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 1-6 nehmen Druck und Temperatur des Teils des ersten Wärmeaustauschfluids, der in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet wird, infolge der Interaktion mit dem ersten Expansionsventil 44 ab. Nach dem Austreten aus dem ersten Expansionsventil 44 wird das erste Wärmeaustauschfluid zu einem Einlass 112 des ersten Bereichs 60 des Dampfgenerators 36 geleitet. Wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den ersten Bereich 60 des Dampfgenerators 36 strömt, interagiert das erste Wärmeaustauschfluid innerhalb des ersten Bereichs 60 thermisch mit dem ersten Wärmeaustauschfluid, das durch den zweiten Bereich 64 des Dampfgenerators 36 strömt. Infolge der thermischen Interaktion zwischen dem ersten Wärmeaustauschfluid innerhalb des ersten Bereichs 60 und dem ersten Wärmeaustauschfluid innerhalb des zweiten Bereichs 64 tritt das erste Wärmeaustauschfluid innerhalb des ersten Bereichs 60 an dem Auslass 68 des ersten Bereichs 60 mit einer höheren Temperatur, einem höheren Druck und/oder einem höheren Dampfanteil aus dem Dampfgenerator 36 aus. Dementsprechend kann der Abschnitt des Kältemittelkreislaufs 24, der den Verzweigungspunkt 40, das erste Expansionsventil 44 und den Dampfgenerator 36 beinhaltet, als Dampfgenerator oder Dampferzeugungskreislauf bezeichnet werden. Wenn das erste Wärmeaustauschfluid aus dem Auslass 68 des ersten Bereichs 60 austritt, wird das erste Wärmeaustauschfluid in Richtung des Mitteldruck-Einlassanschlusses 72 des Verdichters 28 geleitet. Das erste Wärmeaustauschfluid aus dem ersten Bereich 60 des Dampfgenerators 36 wird in den Verdichter 28 eingespritzt. Die Einspritzung des ersten Wärmeaustauschfluids an dem Mitteldruck-Einlassanschluss 72 des Verdichters 28 kann einen Wirkungsgrad des Kältemittelkreislaufs 24 verbessern und/oder eine Wärmeaustauschkapazität des Kältemittelkreislaufs 24 erhöhen. Zum Beispiel kann die Einspritzung des ersten Wärmeaustauschfluids an dem Mitteldruck-Einlassanschluss 72 des Verdichters 28 eine Kondensationskapazität des Kältemittelkreislaufs 24 erhöhen, während eine durch den Verdichter 28 erfahrene Belastung verringert wird. Die verbesserte Kondensationskapazität des Kältemittelkreislaufs 24 und die verringerte Belastung des Verdichters 28 können zu Leistungs- und Wirkungsgradverbesserungen für die Wärmepumpe 20 und den Kältemittelkreislauf 24 beitragen. Zusätzlich kann die Einspritzung des ersten Wärmeaustauschfluids an dem Mitteldruck-Einlassanschluss 72 einen Umgebungstemperaturbetriebsbereich der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 erhöhen.
Weiterhin unter Bezugnahme auf die 1-6 interagiert der Teil des ersten Wärmeaustauschfluids, der nicht in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet wurde und stattdessen in Richtung des Einlasses 80 des zweiten Bereichs 64 des Dampfgenerators 36 strömte, thermisch mit dem ersten Wärmeaustauschfluid, das in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet wurde. Während dieser thermischen Interaktion zwischen dem ersten Wärmeaustauschfluid innerhalb des zweiten Bereichs 64 und dem ersten Wärmeaustauschfluid innerhalb des ersten Bereichs 60 wird Wärme von dem ersten Wärmeaustauschfluid innerhalb des zweiten Bereichs 64 auf das erste Wärmeaustauschfluid innerhalb des ersten Bereichs 60 übertragen. Dementsprechend kann das erste Wärmeaustauschfluid, das an dem Auslass 76 aus dem Dampfgenerator 36 austritt, eine andere Temperatur, einen anderen Druck und/oder Dampfanteil aufweisen als das erste Wärmeaustauschfluid, das in den Einlass 80 eingetreten ist. Zum Beispiel kann das erste Wärmeaustauschfluid, das an dem Auslass 76 des zweiten Bereichs 64 aus dem Dampfgenerator 36 austritt, eine niedrigere Temperatur und einen niedrigeren Druck aufweisen als das erste Wärmeaustauschfluid beim Eintreten in den Einlass 80 des zweiten Bereichs 64. Nach dem Austreten aus dem zweiten Bereich 64 des Dampfgenerators 36 wird das erste Wärmeaustauschfluid in Richtung des zweiten Expansionsventils 48 geleitet. Wie bei dem ersten Expansionsventil 44 nehmen Temperatur und Druck des ersten Wärmeaustauschfluids, das in Richtung des zweiten Expansionsventils 48 geleitet wird, infolge der Interaktion mit dem zweiten Expansionsventil 48 ab. Wenn das erste Wärmeaustauschfluid aus dem zweiten Expansionsventil 48 austritt, wird das erste Wärmeaustauschfluid in Richtung des ersten Verdampfers 52 geleitet.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1-6 interagiert das erste Wärmeaustauschfluid thermisch mit einem dritten Wärmeaustauschfluid (z. B. einem Kühlmittel), wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den ersten Verdampfer 52 strömt, wie durch Pfeile 116 angegeben.
In dem ersten Verdampfer 52 absorbiert das erste Wärmeaustauschfluid Wärmeenergie von dem dritten Wärmeaustauschfluid, sodass Temperatur und/oder Druck des dritten Wärmeaustauschfluids abnehmen, wie bei den Pfeilen 116 angegeben. Dementsprechend können eine Temperatur, ein Druck und/oder ein Dampfanteil des ersten Wärmeaustauschfluids an einem Auslass 120 des ersten Verdampfers 52 im Vergleich zu einem Einlass 124 des ersten Verdampfers 52 höher bzw. größer sein. Nach dem Austreten aus dem Auslass 120 des ersten Verdampfers 52 wird das erste Wärmeaustauschfluid in Richtung des Niederdruck-Einlassanschlusses 84 des Verdichters 28 geleitet. Der Verdichter 28 wirkt auf das erste Wärmeaustauschfluid, das an dem Niederdruck-Einlassanschluss 84 und dem Mitteldruck-Einlassanschluss 72 aufgenommen wird, um letztendlich das erste Wärmeaustauschfluid aus dem Auslassanschluss 56 des Verdichters 28 zu leiten und den beschriebenen Prozess für den Kältemittelkreislauf 24 zu wiederholen.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 1-6 kann in einigen Beispielen ein zweiter Kondensator 128 stromabwärts des Verdichters 28 und stromaufwärts des Dampfgenerators 36 positioniert sein. In verschiedenen Beispielen kann der zweite Kondensator 128 in Reihe mit dem ersten Kondensator 32 installiert sein. Alternativ kann der zweite Kondensator 128 parallel zu dem ersten Kondensator 32 installiert sein. Der Kältemittelkreislauf 24 der Wärmepumpe 20 kann ein erstes Absperrventil 132 beinhalten, das stromaufwärts des ersten Kondensators 32 und stromabwärts des Verdichters 28 positioniert ist. Das erste Absperrventil 132 ist dem ersten Kondensator 32 zugeordnet und kann zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position betrieben werden. Wenn sich das erste Absperrventil 132 in der offenen Position befindet, kann das erste Wärmeaustauschfluid durch das erste Absperrventil 132 und in den Einlass 96 des ersten Bereichs 100 des ersten Kondensators 32 strömen. Wenn sich das erste Absperrventil 132 in der geschlossenen Position befindet, wird verhindert, dass das erste Wärmeaustauschfluid durch das erste Absperrventil 132 strömt, und somit wird verhindert, dass es mit dem ersten Kondensator 32 interagiert. Ein zweites Absperrventil 136 kann stromaufwärts des zweiten Kondensators 128 positioniert sein, wenn der zweite Kondensator 128 eingesetzt wird. In einem derartigen Beispiel ist das zweite Absperrventil 136 stromabwärts des Verdichters 28 positioniert.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1-6 ist das zweite Absperrventil 136 dem zweiten Kondensator 128 zugeordnet. Das zweite Absperrventil 136 kann zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position betrieben werden. Wenn sich das zweite Absperrventil 136 in der offenen Position befindet, wird zugelassen, dass das erste Wärmeaustauschfluid durch das zweite Absperrventil 136 und in einen Einlass 140 eines ersten Bereichs 144 des zweiten Kondensators 128 strömt. Der erste Bereich 144 des zweiten Kondensators 128 interagiert thermisch mit einem zweiten Bereich 148 des zweiten Kondensators 128. In einigen Beispielen kann ein viertes Wärmeaustauschfluid durch den zweiten Bereich 148 des zweiten Kondensators 128 strömen, wie durch Pfeile 152 angegeben. In derartigen Beispielen kann Wärme über den zweiten Kondensator 128 von dem ersten Wärmeaustauschfluid auf das vierte Wärmeaustauschfluid übertragen werden. Die durch das vierte Wärmeaustauschfluid gewonnene Wärme kann dann zu verschiedenen Komponenten innerhalb der Wärmepumpe 20 geleitet werden, die sich außerhalb des Kältemittelkreislaufs 24 befinden. Zum Beispiel kann die Wärme, die auf das vierte Wärmeaustauschfluid übertragen wird, an einem Heizkern genutzt werden, um einer Kabine eines Fahrzeugs Wärme bereitzustellen, um einer oder mehreren Batterien eines Fahrzeugs bei kalten Wetterbedingungen Wärme bereitzustellen, um der Windschutzscheiben-Waschflüssigkeit zur Vorbereitung auf Enteisungsvorgänge Wärme bereitzustellen und so weiter. Wie bei dem vierten Wärmeaustauschfluid kann das zweite Wärmeaustauschfluid über den ersten Kondensator 32 Wärme aus dem ersten Wärmeaustauschfluid entnehmen oder absorbieren. Die durch das zweite Wärmeaustauschfluid gewonnene Wärme kann auf ähnliche Weise genutzt werden, wie vorstehend in Bezug auf das vierte Wärmeaustauschfluid erörtert. Es wird in Betracht gezogen, dass in einigen Beispielen das zweite und das vierte Wärmeaustauschfluid ein einziges Wärmeaustauschfluid sein können, das an einer Y-förmigen Verbindungsstelle stromaufwärts des ersten und des zweiten Kondensators 32, 128 geteilt wird. In einem derartigen Beispiel können das zweite und das vierte Wärmeaustauschfluid über eine weitere Y-förmige Verbindung stromabwärts des ersten und zweiten Kondensators 32, 128 wieder zusammengeführt werden. In Beispielen, die einen zweiten Kondensator 128 einsetzen, kann ein zweiter Sammler/Trockner 156 stromabwärts des zweiten Kondensators 128 und stromaufwärts des Dampfgenerators 36 positioniert sein. In verschiedenen Betriebsmodi können der erste Kondensator 32 und/oder der zweite Kondensator 128 das erste Wärmeaustauschfluid aufnehmen, um die Anforderungen der Wärmepumpe 20 zu erfüllen. In Beispielen, in denen der zweite Sammler/Trockner 156 weggelassen und der zweite Kondensator 128 eingesetzt wird, können das erste und das zweite Absperrventil 132, 136 eingesetzt werden, um das erste Wärmeaustauschfluid dem ersten Sammler/Trockner 88 periodisch auszusetzen.
Unter besonderer Bezugnahme auf die 3-6 kann der Akkumulator 92 in Beispielen, die den Akkumulator 92 beinhalten, zwischen dem ersten Verdampfer 52 und dem Verdichter 28 positioniert sein, sodass der Akkumulator 92 stromaufwärts des Verdichters 28 und stromabwärts des ersten Verdampfers 52 positioniert ist. In verschiedenen Beispielen kann der Akkumulator 92 ein Flüssigkeitsabscheider sein. Im Allgemeinen kann der Akkumulator 92 den Verdichter 28 vor Flüssigkeitsschlägen oder Flüssigkeit, die in den Verdichter 28 eingebracht wird, schützen. Der Akkumulator 92 kann zudem Feuchtigkeit und Verunreinigungen aus dem Kältemittelkreislauf 24 zurückhalten und sicherstellen, dass nur Kältemittel, wie etwa das erste Wärmeaustauschfluid, zu dem Verdichter 28 zurückkehrt. In einigen Beispielen kann eine Heizeinrichtung 160 direkt an den Akkumulator 92 gekoppelt sein. In derartigen Beispielen kann die Heizeinrichtung 160 verwendet werden, um dem Akkumulator 92 während Kaltstarts der Wärmepumpe 20 Wärme bereitzustellen (z. B. wenn ein Fahrzeug, das mit der Wärmepumpe 20 ausgestattet ist, nach einer längeren Ruheperiode zum ersten Mal gestartet wird), sodass Temperatur, Druck und/oder Dampfanteil des ersten Wärmeaustauschfluids, das innerhalb des Akkumulators 92 untergebracht ist, erhöht werden können. Die durch die Heizeinrichtung 160 auf das erste Wärmeaustauschfluid übertragene Wärme erhöht eine Dampfdichte, oder einen Dampfanteil, an dem Niederdruck-Einlassanschluss 84 des Verdichters 28. Da der Dampfteil des ersten Wärmeaustauschfluids der einzige oder primäre Teil des ersten Wärmeaustauschfluids ist, der in den Verdichter 28 eintreten darf, ermöglicht der erhöhte Dampfanteil eine entsprechende Erhöhung des Massenstroms des ersten Wärmeaustauschfluids in den Verdichter 28. Dieser erhöhte Massenstrom, der letztendlich den ersten Kondensator 32 erreicht, kann eine Heizkapazität der Wärmepumpe 20 erhöhen. Die durch den Verdichter 28 verrichtete Verdichtungsarbeit kann einen Leistungskoeffizienten der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 vervielfachen oder verstärken. In verschiedenen Beispielen der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 kann der Leistungskoeffizient bei einer Heizkapazität von 4 kW etwa 1,3 betragen, wenn die Heizeinrichtung 160 nicht eingesetzt wird. In einigen Beispielen, wenn die Heizeinrichtung 160 eingesetzt wird, kann der Leistungskoeffizient etwa 1,5 betragen, wenn die Heizkapazität etwa 4,5 kW beträgt. Die Erhöhung des Leistungskoeffizienten und/oder der Heizkapazität bei Verwendung der Heizeinrichtung 160 kann aus einer Verstärkung der Eingangsenergie (z. B. der elektrischen Eingangsenergie) von der Heizeinrichtung 160 durch die durch den Verdichter 28 bereitgestellte Verdichtung resultieren. Anders ausgedrückt kann die durch die Heizeinrichtung 160 bereitgestellte Energie durch den Verdichtungszyklus des Verdichters 28 verstärkt werden, was wiederum die Heizkapazität und den Leistungskoeffizienten der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 verbessern kann. Der durch die Heizeinrichtung 160 bereitgestellte multiplizierende oder verstärkende Effekt kann die Verwendung kleinerer elektrischer Heizeinrichtungen ermöglichen, als sie andernfalls in Verbindung mit der Wärmepumpe verwendet würden, wodurch eine kostengünstige und hocheffiziente Lösung bereitgestellt wird, die den Betriebsbereich der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 verbessert. In einigen Beispielen kann der Kältemittelkreislauf 24 der Wärmepumpe 20 mit einem dritten Expansionsventil 164 versehen sein, das stromabwärts des Dampfgenerators 36 und stromaufwärts des Akkumulators 92 positioniert ist. In einem derartigen Beispiel kann ein zweiter Verdampfer 168 stromabwärts des dritten Expansionsventils 164 und stromaufwärts des Akkumulators 92 positioniert sein.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 3-6 können das dritte Expansionsventil 164 und der zweite Verdampfer 168 in Reihe mit dem zweiten Expansionsventil 48 und dem ersten Verdampfer 52 installiert sein. Alternativ können das dritte Expansionsventil 164 und der zweite Verdampfer 168 parallel zu dem zweiten Expansionsventil 48 und dem ersten Verdampfer 52 installiert sein. Ähnlich wie beim Betrieb des ersten Verdampfers 52 kann das erste Wärmeaustauschfluid durch das dritte Expansionsventil 164 und in einen Einlass 172 des zweiten Verdampfers 168 strömen. Sobald das erste Wärmeaustauschfluid durch den Einlass 172 in den zweiten Verdampfer 168 eingetreten ist, strömt das erste Wärmeaustauschfluid durch einen ersten Bereich 174 des zweiten Verdampfers 168 und interagiert thermisch mit einem fünften Wärmeaustauschfluid, wie bei Pfeilen 176 angegeben, das durch einen zweiten Bereich 178 des zweiten Verdampfers 168 strömt. Wärme von dem fünften Wärmeaustauschfluid kann über den zweiten Verdampfer 168 auf das erste Wärmeaustauschfluid übertragen werden. Dementsprechend kann das fünfte Wärmeaustauschfluid als Ergebnis der Interaktion mit dem zweiten Verdampfer 168 gekühlt werden. Das gekühlte fünfte Wärmeaustauschfluid kann zu verschiedenen Komponenten der Wärmepumpe 20 geleitet werden, die sich außerhalb des Kältemittelkreislaufs 24 befinden und von der Wärmeentnahme profitieren können. Zum Beispiel kann das fünfte Wärmeaustauschfluid zu wärmeerzeugenden Komponenten der Wärmepumpe 20, wie etwa Batterien eines Fahrzeugs, ein Motor eines Fahrzeugs, elektronische Komponenten eines Fahrzeugs, geleitet werden und/oder kann beim Bereitstellen von gekühlter Luft in einer Kabine eines Fahrzeugs, das mit der Wärmepumpe 20 ausgestattet ist, genutzt werden. Gleichermaßen kann das bei den Pfeilen 116 angegebene dritte Wärmeaustauschfluid, das durch den ersten Verdampfer 52 strömt, durch Interaktion mit dem ersten Verdampfer 52 Wärme von dem dritten Wärmeaustauschfluid an das erste Wärmeaustauschfluid abgeben. Das gekühlte dritte Wärmeaustauschfluid kann auf ähnliche Weise genutzt werden, wie vorstehend in Bezug auf das fünfte Wärmeaustauschfluid erörtert.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 3-6 können das zweite Expansionsventil 48 und/oder das dritte Expansionsventil 164 in verschiedenen Beispielen als Absperrventil betrieben werden. Dementsprechend können in Beispielen, die das zweite Expansionsventil 48 und das dritte Expansionsventil 164 einsetzen, der erste und der zweite Verdampfer 52, 168 selektiv in Abhängigkeit von den Anforderungen der Wärmepumpe 20 eingesetzt werden. Wie bei dem vorstehend erörterten ersten und zweiten Kondensator 32, 128 können das dritte Wärmeaustauschfluid und das fünfte Wärmeaustauschfluid, die durch den ersten Verdampfer 52 bzw. den zweiten Verdampfer 168 strömen, Teil desselben Kreislaufs sein, der sich außerhalb des Kältemittelkreislaufs 24 befindet, oder können Teil separater Kreisläufe sein, die sich außerhalb der Kältemittelkreislauf 24 befinden. In Beispielen, in denen der erste und der zweite Verdampfer 52, 168 an denselben Kreislauf gekoppelt sind, der sich außerhalb des Kältemittelkreislaufs 24 befindet, können das dritte und das fünfte Wärmeaustauschfluid dasselbe Wärmeaustauschfluid sein, das durch eine Y-förmige Verbindungsstelle strömt, die stromaufwärts des ersten und des zweiten Verdampfers 52, 168 liegt. In einem derartigen Beispiel kann eine weitere Y-förmige Verbindungsstelle stromabwärts des ersten und des zweiten Verdampfers 52, 168 bereitgestellt sein, sodass das dritte und das fünfte Wärmeaustauschfluid zur Zirkulation in dem Kreislauf, der sich außerhalb des Kältemittelkreislaufs 24 befindet, wiedervereinigt werden.
Die verschiedenen Architekturen, die in den 1-6 im Hinblick auf den Kältemittelkreislauf 24 dargestellt sind, sollen beispielhafter Natur und nicht einschränkend sein. Zum Beispiel können der erste Kondensator 32 und/oder der zweite Kondensator 128 in einer Architektur des Kältemittelkreislaufs 24 mit dem ersten Verdampfer 52 und/oder dem zweiten Verdampfer 168 eingesetzt werden, ohne von den hierin offenbarten Konzepten abzuweichen. Gleichermaßen wird in Betracht gezogen, dass ein dritter Kondensator und/oder ein dritter Verdampfer eingesetzt werden können, um bestimmte Bedürfnisse oder Anforderungen einer gegebenen Wärmepumpe 20 zu erfüllen. Die verschiedenen Architekturen, die für den Kältemittelkreislauf 24 im Hinblick auf die Verwendung des ersten Sammler/Trockners 88, des zweiten Sammler/Trockners 156, des Akkumulators 92, des ersten Kondensators 32, des zweiten Kondensators 128, des ersten Verdampfers 52 und/oder des zweiten Verdampfers 168 dargestellt sind, sollen Beispiele dafür darstellen, wie der Kältemittelkreislauf 24 erweitert werden kann, um eine Vielzahl von Anordnungen der Wärmepumpe 20 zu berücksichtigen. Dementsprechend können die hierin offenbarten Konzepte eingesetzt werden, um eine Architektur für den Kältemittelkreislauf 24 zusammenzustellen, die nicht ausdrücklich gezeigt ist, aber unter die hierin offenbarten Konzepte fallen würde.
Unter Bezugnahme auf die 7-11 ist der Kältemittelkreislauf 24, der in Bezug auf die 1-6 erörtert wurde, erweitert, um zusätzliche Architekturen zu zeigen, die von der vorliegenden Offenbarung in Betracht gezogen werden. Wie vorstehend erörtert, beinhaltet die Wärmepumpe 20 den Kältemittelkreislauf 24. Der Kältemittelkreislauf 24 beinhaltet den Verdichter 28, den ersten Kondensator 32, den Dampfgenerator 36, den Verzweigungspunkt 40, das erste Expansionsventil 44, das zweite Expansionsventil 48 und den ersten Verdampfer 52. In den dargestellten Beispielen kann der Verzweigungspunkt 40 als erster Verzweigungspunkt 180 bezeichnet werden. Der erste Kondensator 32 ist stromabwärts des Verdichters 28 positioniert. Der erste Kondensator 32 ist an den Auslassanschluss 56 des Verdichters 28 gekoppelt. Der Dampfgenerator 36 ist stromabwärts des ersten Kondensators 32 positioniert. Der Dampfgenerator 36 beinhaltet den ersten Bereich 60 und den zweiten Bereich 64. Der erste Verzweigungspunkt 180 ist zwischen dem ersten Kondensator 32 und dem Dampfgenerator 36 positioniert. Der erste Verzweigungspunkt 180 leitet einen Teil eines ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den Kältemittelkreislauf 24 zirkuliert, zu dem ersten Bereich 60 des Dampfgenerators 36 um. Das erste Expansionsventil 44 ist zwischen dem ersten Verzweigungspunkt 180 in dem ersten Bereich 60 des Dampfgenerators 36 positioniert. Der Auslass 68 des ersten Bereichs 60 des Dampfgenerators 36 ist an den Mitteldruck-Einlassanschluss 72 des Verdichters 28 gekoppelt. Das zweite Expansionsventil 48 ist stromabwärts des Dampfgenerators 36 positioniert. Das zweite Expansionsventil 48 ist an den Auslass 76 des zweiten Bereichs 64 des Dampfgenerators 36 gekoppelt. Der Einlass 80 des zweiten Bereichs 64 des Dampfgenerators 36 ist an den ersten Kondensator 32 gekoppelt. Der erste Verdampfer 52 ist stromabwärts des zweiten Expansionsventils 48 positioniert. Der erste Verdampfer 52 ist an das zweite Expansionsventil 48 gekoppelt. Der erste Verdampfer 52 ist stromaufwärts des Verdichters 28 positioniert. Der erste Verdampfer ist an den Niederdruck-Einlassanschluss 84 des Verdichters 28 gekoppelt.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 7-11 sind die dargestellten Architekturen des Kältemittelkreislaufs 24 mit dem ersten Sammler/Trockner 88 gezeigt. Diese Architekturen sind jedoch nicht auf die alleinige Verwendung des ersten Sammler/Trockners 88 unter Ausschluss des Akkumulators 92 beschränkt. Vielmehr werden der Kürze halber die zusätzlichen Architekturen, die den Akkumulator 92 einsetzen würden, weggelassen, da derartige Anordnungen im Hinblick auf die 1-6 erörtert wurden und derartige Lehren eingesetzt werden können, um zu Architekturen zu gelangen, die den Akkumulator 92 einsetzen. Beispielsweise kann der Akkumulator 92, wenn er eingesetzt wird, unmittelbar stromaufwärts des Verdichters 28 positioniert sein, sodass der Niederdruck-Einlassanschluss 84 des Verdichters 28 das erste Wärmeaustauschfluid direkt aus dem Akkumulator 92 aufnimmt. Wie bei den vorstehend beschriebenen Architekturen kann der erste Kondensator 32 das erste Wärmeaustauschfluid von dem Auslassanschluss 56 des Verdichters 28 an dem Einlass 96 des ersten Bereichs 100 des ersten Kondensators 32 aufnehmen. Wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den ersten Bereich 100 des ersten Kondensators 32 strömt, interagiert das erste Wärmeaustauschfluid thermisch mit dem zweiten Wärmeaustauschfluid, das durch den zweiten Bereich 104 des ersten Kondensators 32 strömt, wie durch die Pfeile 106 angegeben. Das erste Wärmeaustauschfluid tritt über den Auslass 108 des ersten Kondensators 32 aus dem ersten Bereich 100 des ersten Kondensators 32 aus. Als nächstes kann das erste Wärmeaustauschfluid in den ersten Sammler/Trockner 88 strömen, nachdem es aus dem ersten Kondensator 32 ausgetreten ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 7-11 kann der erste Sammler/Trockner 88, wie vorstehend dargelegt, als vorübergehender Speicherbehälter für das erste Wärmeaustauschfluid bei geringen Systemanforderungen fungieren, wenn die Wärmepumpe 20 betrieben wird. Zusätzlich kann der erste Sammler/Trockner 88 ein Trockenmittel enthalten, das verwendet wird, um Feuchtigkeit (z. B. Wasser) zu absorbieren, die in das erste Wärmeaustauschfluid gelangt sein kann. In einigen Beispielen kann der erste Sammler/Trockner 88 einen Filter beinhalten, der Schmutz auffangen kann, der in den Kältemittelkreislauf 24 und/oder das erste Wärmeaustauschfluid gelangt sein kann. Beim Austreten aus dem ersten Sammler/Trockner 88 trifft das erste Wärmeaustauschfluid auf den ersten Verzweigungspunkt 180. Wenn das erste Wärmeaustauschfluid auf den ersten Verzweigungspunkt 180 trifft, wird ein Teil des ersten Wärmeaustauschfluids in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet, während der verbleibende Teil des ersten Wärmeaustauschfluids in Richtung des Dampfgenerators 36 weiterströmt. In verschiedenen Beispielen kann der Teil des ersten Wärmeaustauschfluids, der in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet wird, als ein Verhältnis oder ein Prozentsatz ausgedrückt werden. Wenn zum Beispiel das Verhältnis als Prozentsatz des ersten Wärmeaustauschfluids ausgedrückt wird, der in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet wird, kann das erste Expansionsventil 44 etwa 5 %, etwa 10 %, etwa 15 %, etwa 20 %, etwa 25 %, etwa 30 %, etwa 35 %, etwa 40 %, etwa 45 %, etwa 50 %, etwa 55 % oder etwa 60 % des ersten Wärmeaustauschfluids, das aus dem ersten Sammler/Trockner 88 austritt, aufnehmen. Der Rest oder Ausgleichsprozentsatz des ersten Wärmeaustauschfluids, der aus dem ersten Sammler/Trockner 88 austritt und nicht in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet wird, kann in Richtung des Dampfgenerators 36 weiterströmen. Druck und Temperatur des Teils des ersten Wärmeaustauschfluids, der in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet wird, nehmen infolge der Interaktion mit dem ersten Expansionsventil 44 ab. Nach dem Austreten aus dem ersten Expansionsventil 44 wird das erste Wärmeaustauschfluid zu dem Einlass 112 des ersten Bereichs 60 des Dampfgenerators 36 geleitet. Wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den ersten Bereich 60 des Dampfgenerators 36 strömt, interagiert das erste Wärmeaustauschfluid innerhalb des ersten Bereichs 60 thermisch mit dem ersten Wärmeaustauschfluid, das durch den zweiten Bereich 64 des Dampfgenerators 36 strömt. Infolge der thermischen Interaktion zwischen dem ersten Wärmeaustauschfluid innerhalb des ersten Bereichs 60 und dem ersten Wärmeaustauschfluid innerhalb des zweiten Bereichs 64 tritt das erste Wärmeaustauschfluid innerhalb des ersten Bereichs 60 an dem Auslass 68 des ersten Bereichs 60 mit einer höheren Temperatur, einem höheren Druck und/oder einem höheren Dampfanteil aus dem Dampfgenerator 36 aus. Dementsprechend kann der Abschnitt des Kältemittelkreislaufs 24, der den ersten Verzweigungspunkt 180, das erste Expansionsventil 44 und den Dampfgenerator 36 beinhaltet, als Dampfgenerator oder Dampferzeugungskreislauf bezeichnet werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 7-11 wird das erste Wärmeaustauschfluid in Richtung des Mitteldruck-Einlassanschlusses 72 des Verdichters 28 geleitet, wenn das erste Wärmeaustauschfluid aus dem Auslass 68 des ersten Bereichs 60 austritt. Das erste Wärmeaustauschfluid aus dem ersten Bereich 60 des Dampfgenerators 36 wird in den Verdichter 28 eingespritzt. Die Einspritzung des ersten Wärmeaustauschfluids an dem Mitteldruck-Einlassanschluss 72 des Verdichters 28 kann den Wirkungsgrad des Kältemittelkreislaufs 24 verbessern und/oder die Wärmeaustauschkapazität des Kältemittelkreislaufs 24 erhöhen. Zum Beispiel kann die Einspritzung des ersten Wärmeaustauschfluids an dem Mitteldruck-Einlassanschluss 72 des Verdichters 28 eine Kondensationskapazität des Kältemittelkreislaufs 24 erhöhen, während eine durch den Verdichter 28 erfahrene Belastung verringert wird. Die verbesserte Kondensationskapazität des Kältemittelkreislaufs 24 und die verringerte Belastung des Verdichters 28 können zu Leistungs- und Wirkungsgradverbesserungen für die Wärmepumpe 20 und den Kältemittelkreislauf 24 beitragen. Zusätzlich kann die Einspritzung des ersten Wärmeaustauschfluids an dem Mitteldruck-Einlassanschluss 72 den Umgebungstemperaturbetriebsbereich der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 erhöhen. Der Teil des ersten Wärmeaustauschfluids, der nicht in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet wurde und stattdessen in Richtung des Einlasses 80 des zweiten Bereichs 64 des Dampfgenerators 36 strömte, interagiert mit dem ersten Wärmeaustauschfluid, das in Richtung des ersten Expansionsventils 44 umgeleitet wurde. Während dieser thermischen Interaktion zwischen dem ersten Wärmeaustauschfluid innerhalb des zweiten Bereichs 64 und dem ersten Wärmeaustauschfluid innerhalb des ersten Bereichs 60 wird Wärme von dem ersten Wärmeaustauschfluid innerhalb des zweiten Bereichs 64 auf das erste Wärmeaustauschfluid innerhalb des ersten Bereichs 60 übertragen. Dementsprechend kann das erste Wärmeaustauschfluid, das an dem Auslass 76 aus dem Dampfgenerator 36 austritt, eine andere Temperatur, einen anderen Druck und/oder Dampfanteil aufweisen als das erste Wärmeaustauschfluid, das in den Einlass 80 eingetreten ist. Zum Beispiel kann das erste Wärmeaustauschfluid, das an dem Auslass 76 des zweiten Bereichs 64 aus dem Dampfgenerator 36 austritt, im Vergleich zu dem ersten Wärmeaustauschfluid, das in den Einlass 80 eingetreten ist, eine niedrigere Temperatur und einen niedrigeren Druck aufweisen.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 7-11 wird das erste Wärmeaustauschfluid nach dem Austreten aus dem zweiten Bereich 64 des Dampfgenerators 36 in Richtung des zweiten Expansionsventils 48 geleitet. Wie bei dem ersten Expansionsventil 44 nehmen Temperatur und Druck des ersten Wärmeaustauschfluids, das in Richtung des zweiten Expansionsventils 48 geleitet wird, infolge der Interaktion mit dem zweiten Expansionsventil 48 ab. Wenn das erste Wärmeaustauschfluid aus dem zweiten Expansionsventil 48 austritt, wird das erste Wärmeaustauschfluid in Richtung des ersten Verdampfers 52 geleitet. Wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den ersten Verdampfer 52 strömt, interagiert das erste Wärmeaustauschfluid thermisch mit dem dritten Wärmeaustauschfluid (z. B. einem Kühlmittel), wie durch die Pfeile 116 angegeben. In dem ersten Verdampfer 52 absorbiert das erste Wärmeaustauschfluid Wärmeenergie von dem dritten Wärmeaustauschfluid, sodass Temperatur und/oder Druck des dritten Wärmeaustauschfluids abnehmen, wie bei den Pfeilen 116 angegeben. Dementsprechend können eine Temperatur, ein Druck und/oder ein Dampfanteil des ersten Wärmeaustauschfluids an dem Auslass 120 des ersten Verdampfers 52 im Vergleich zu dem Einlass 124 des ersten Verdampfers 52 höher bzw. größer sein. Nach dem Austreten aus dem Auslass 120 des ersten Verdampfers 52 wird das erste Wärmeaustauschfluid in Richtung des Niederdruck-Einlassanschlusses 84 des Verdichters 28 geleitet. Der Verdichter 28 wirkt auf das erste Wärmeaustauschfluid, das an dem Niederdruck-Einlassanschluss 84 und dem Mitteldruck-Einlassanschluss 72 aufgenommen wird, um letztendlich das erste Wärmeaustauschfluid aus dem Auslassanschluss 56 des Verdichters 28 zu leiten und den beschriebenen Prozess für den Kältemittelkreislauf 24 zu wiederholen.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 7-11 kann der Kältemittelkreislauf 24 der Wärmepumpe 20 mit dem zweiten Verdampfer 168 versehen sein, der stromabwärts des Dampfgenerators 36 positioniert und an den Auslass 76 des zweiten Bereichs 64 des Dampfgenerators 36 gekoppelt ist. In einem derartigen Beispiel kann das dritte Expansionsventil 164 zwischen dem zweiten Verdampfer 168 und dem Dampfgenerator 36 positioniert sein. Zusätzlich ist der zweite Verdampfer 168 in derartigen Beispielen stromaufwärts des Verdichters 28 positioniert und an den Niederdruck-Einlassanschluss 84 des Verdichters 28 gekoppelt. In einigen Beispielen können der zweite Verdampfer 168 und das dritte Expansionsventil 164 in Reihe mit dem ersten Verdampfer 52 und dem zweiten Expansionsventil 48 installiert sein. Alternativ können der zweite Verdampfer 168 und das dritte Expansionsventil 164 parallel zu dem ersten Verdampfer 52 und dem zweiten Expansionsventil 48 installiert sein. Ähnlich wie beim Betrieb des ersten Verdampfers 52 kann das erste Wärmeaustauschfluid durch das dritte Expansionsventil 164 und in den Einlass 172 des zweiten Verdampfers 168 strömen. Sobald das erste Wärmeaustauschfluid durch den Einlass 172 in den zweiten Verdampfer 168 eingetreten ist, strömt das erste Wärmeaustauschfluid durch den ersten Bereich 174 des zweiten Verdampfers 168 und interagiert thermisch mit dem ersten Wärmeaustauschfluid, wie durch die Pfeile 176 angegeben, das durch den zweiten Bereich 178 des zweiten Verdampfers 168 strömt.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 7-11 kann Wärme von dem fünften Wärmeaustauschfluid über den zweiten Verdampfer 168 auf das erste Wärmeaustauschfluid übertragen werden. Dementsprechend kann das fünfte Wärmeaustauschfluid als Ergebnis der Interaktion mit dem zweiten Verdampfer 168 gekühlt werden. Das gekühlte fünfte Wärmeaustauschfluid kann zu verschiedenen Komponenten der Wärmepumpe 20 geleitet werden, die sich außerhalb des Kältemittelkreislaufs 24 befinden und von der Wärmeentnahme profitieren können. Zum Beispiel kann das fünfte Wärmeaustauschfluid zu wärmeerzeugenden Komponenten der Wärmepumpe 20, wie etwa Batterien eines Fahrzeugs, ein Motor eines Fahrzeugs, elektronische Komponenten des Fahrzeugs, geleitet werden und/oder kann beim Bereitstellen von gekühlter Luft in einer Kabine eines Fahrzeugs, das mit der Wärmepumpe 20 ausgestattet ist, genutzt werden. Gleichermaßen kann das bei den Pfeilen 116 angegebene dritte Wärmeaustauschfluid, das durch den ersten Verdampfer 52 strömt, durch Interaktion mit dem ersten Verdampfer 52 Wärme von dem dritten Wärmeaustauschfluid an das erste Wärmeaustauschfluid abgeben. Das gekühlte dritte Wärmeaustauschfluid kann auf ähnliche Weise genutzt werden, wie vorstehend in Bezug auf das fünfte Wärmeaustauschfluid erörtert. In verschiedenen Beispielen können das zweite Expansionsventil 48 und/oder das dritte Expansionsventil 164 als Absperrventil betrieben werden. Dementsprechend können in Beispielen, die das zweite Expansionsventil 48 und das dritte Expansionsventil 164 einsetzen, der erste und der zweite Verdampfer 52, 168 selektiv in Abhängigkeit von den Anforderungen der Wärmepumpe 20 eingesetzt werden. Wie bei dem vorstehend erörterten ersten und zweiten Kondensator 32, 128 können das dritte Wärmeaustauschfluid und das fünfte Wärmeaustauschfluid, die durch den ersten Verdampfer 52 bzw. den zweiten Verdampfer 168 strömen, Teil desselben Kreislaufs sein, der sich außerhalb des Kältemittelkreislaufs 24 befindet, oder können Teil unterschiedlicher Kreisläufe sein, die sich außerhalb der Kältemittelkreislauf 24 befinden. In Beispielen, in denen der erste und der zweite Verdampfer 52, 168 an denselben Kreislauf gekoppelt sind, der sich außerhalb des Kältemittelkreislaufs 24 befindet, können das dritte und das fünfte Wärmeaustauschfluid dasselbe Wärmeaustauschfluid sein, das durch eine Y-förmige Verbindungsstelle strömt, die stromaufwärts des ersten und des zweiten Verdampfers 52, 168 liegt. In einem derartigen Beispiel kann eine weitere Y-förmige Verbindungsstelle stromabwärts des ersten und des zweiten Verdampfers 52, 168 bereitgestellt sein, sodass das dritte und das fünfte Wärmeaustauschfluid zur Zirkulation in dem Kreislauf, der sich außerhalb des Kältemittelkreislaufs 24 befindet, vereinigt werden. In Beispielen, in denen das dritte Expansionsventil 164 und der zweite Verdampfer 168 parallel zu dem zweiten Expansionsventil 48 und dem ersten Verdampfer 52 installiert sind, kann ein zweiter Verzweigungspunkt 184 stromabwärts des Auslasses 76 des zweiten Bereichs 64 des Dampfgenerators 36 und stromaufwärts des zweiten und dritten Expansionsventils 48, 164 positioniert sein. Zusätzlich kann in derartigen Beispielen ein erster Konvergenzpunkt 188 stromaufwärts des Verdichters 28 und stromabwärts des ersten und des zweiten Verdampfers 52, 168 positioniert sein.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 7-11 kann der Dampfgenerator 36 einen dritten Bereich 192 beinhalten. Der dritte Bereich 192 ist stromabwärts des ersten Verdampfers 52 und stromaufwärts des Verdichters 28 positioniert. Ein Auslass 196 des dritten Bereichs 192 ist an den Niederdruck-Einlassanschluss 84 des Verdichters 28 gekoppelt. Zum Beispiel kann der Auslass 196 des dritten Bereichs 192 direkt an den Niederdruck-Einlassanschluss 84 des Verdichters 28 gekoppelt sein. In derartigen Beispielen interagieren der erste, zweite und dritte Bereich 60, 64, 192 des Dampfgenerators 36 thermisch miteinander, sodass Wärme zwischen dem ersten Wärmeaustauschfluid in jedem der Abschnitte des Dampfgenerators übertragen wird. Insbesondere absorbiert das erste Wärmeaustauschfluid, das durch den ersten Bereich 60 strömt, Wärme von dem ersten Wärmeaustauschfluid, das durch den zweiten Bereich 64 strömt. Diese Anordnung ist für die nächste Phase des Kältemittelkreislaufs 24 vorteilhaft, zu der jeder dieser Teile des ersten Wärmeaustauschfluids befördert wird, sobald er aus dem Dampfgenerator 36 austritt. Zum Beispiel absorbiert das erste Wärmeaustauschfluid in dem ersten Bereich 60 einen Teil der Wärme von dem ersten Wärmeaustauschfluid innerhalb des zweiten Bereichs 64, sodass eine Temperatur, ein Druck und/oder ein Dampfanteil des ersten Wärmeaustauschfluids am Auslass 68 des ersten Bereichs 60 erhöht ist. Diese Erhöhung der Temperatur, des Drucks und/oder des Dampfanteils des ersten Wärmeaustauschfluids, das in den Mitteldruck-Einlassanschluss 72 des Verdichters 28 eintritt, kann einen Wirkungsgrad oder eine Kapazität des Kältemittelkreislaufs 24 und/oder des Verdichters 28 verbessern, wie vorstehend erörtert. Auf eine verwandte und umgekehrte Weise weist das erste Wärmeaustauschfluid, das durch den zweiten Bereich 64 strömt, eine verringerte Temperatur, einen verringerten Druck und/oder einen verringerten Dampfanteil an dem Auslass 76 des zweiten Bereichs 64 auf. Sobald es den Auslass 76 des zweiten Bereichs 64 verlässt, strömt das erste Wärmeaustauschfluid zu dem zweiten Expansionsventil 48 und/oder dem dritten Expansionsventil 164 sowie dem ersten Verdampfer 52 und/oder dem zweiten Verdampfer 168. An dem ersten Verdampfer 52 und/oder dem zweiten Verdampfer 168 kann das erste Wärmeaustauschfluid das dritte Wärmeaustauschfluid und/oder das fünfte Wärmeaustauschfluid kühlen, indem es Wärme von diesen anderen Wärmeaustauschfluiden absorbiert. Dementsprechend kann das erste Wärmeaustauschfluid durch die Interaktion zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich 60, 64 innerhalb des Dampfgenerators 36 mit einer gewissen Vorkühlung bereitgestellt werden. Dieses Vorkühlen des ersten Wärmeaustauschfluids kann einen Leistungskoeffizienten der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 verbessern. Zum Beispiel kann durch Vorkühlen des ersten Wärmeaustauschfluids vor der Interaktion mit dem zweiten Expansionsventil 48 und dem ersten Verdampfer 52 und/oder der Interaktion mit dem dritten Expansionsventil 164 und dem zweiten Verdampfer 168 eine größere Menge an Wärme oder Wärmeenergie aus dem dritten Wärmeaustauschfluid und/oder dem fünften Wärmeaustauschfluid entnommen werden. Unter erneuter Bezugnahme auf die 7-11 kann der dritte Bereich 192 mit dem zweiten Bereich 64 auf ähnliche Weise thermisch interagieren, wie vorstehend in Bezug auf den ersten Bereich 60 beschrieben. Dementsprechend kann, wie beim ersten Bereich 60, der dritte Bereich 192 ein Ausmaß an Wärme aus dem ersten Wärmeaustauschfluid, das durch den zweiten Bereich 64 strömt, entnehmen, sodass eine Temperatur, ein Druck und/oder ein Dampfanteil des ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den dritten Bereich 192 strömt, erhöht werden kann. Wie bei dem in Hinblick auf den ersten Bereich 60 erörterten Wärmeaustausch kann durch Erhöhen der Temperatur, des Drucks und/oder des Dampfanteils des ersten Wärmeaustauschfluids, das aus dem dritten Bereich 192 austritt, der Wirkungsgrad und/oder die Kapazität der Wärmepumpe 20 und/oder des Verdichters 28 auf ähnliche Weise erhöht werden. Zusätzlich kann das erste Wärmeaustauschfluid, das durch den zweiten Bereich 64 strömt, weiter vorgekühlt und mit einer Zunahme der vorstehend erörterten Vorteile im Hinblick auf die durch den ersten Bereich 60 bereitgestellte Vorkühlung bereitgestellt werden. In verschiedenen Beispielen kann die durch den ersten Bereich 60 bereitgestellte Vorkühlung als eine erste Vorkühlung des ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den zweiten Bereich 64 strömt, bezeichnet werden und kann die durch den dritten Bereich 192 bereitgestellte Vorkühlung als eine zweite Vorkühlung des ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den zweiten Bereich 64 strömt, bezeichnet werden. In dem vorstehend beschriebenen Beispiel des Dampfgenerators 36, der den dritten Bereich 192 beinhaltet, sind der erste, der zweite und der dritte Bereich 60, 64, 192 parallel zueinander installiert und können in einem einzigen Körper des Dampfgenerators 36 untergebracht sein. Es kann vorteilhaft sein, den Abschnitt des Dampfgenerators 36, der einer Kühlung ausgesetzt ist (z. B. der zweite Bereich 64), zwischen den Abschnitten des Dampfgenerators 36 zu installieren, die einer Erwärmung ausgesetzt sind (z. B. dem ersten und dem dritten Bereich 60, 192), sodass Wärme gleichzeitig entnommen werden kann.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 7-11 kann in einigen Beispielen der dritte Bereich 192 des Dampfgenerators 36 weggelassen werden und kann stattdessen ein Wärmetauscher 200 in Reihe mit dem Dampfgenerator 36 installiert sein. Der Wärmetauscher 200 beinhaltet, wenn er eingesetzt wird, einen ersten Bereich 204 und einen zweiten Bereich 208. Der erste Bereich 204 des Wärmetauschers 200 ist in Reihe mit dem zweiten Bereich 64 des Dampfgenerators 36 installiert, sodass ein Einlass 212 des ersten Bereichs 204 des Wärmetauschers 200 direkt an den Auslass 76 des zweiten Bereichs 64 des Dampfgenerators 36 gekoppelt ist. Der zweite Bereich 208 des Wärmetauschers 200 ist stromabwärts des ersten Verdampfers 52 und stromaufwärts des Verdichters 28 positioniert. Ein Auslass 216 des zweiten Bereichs 208 des Wärmetauschers 200 ist an den Niederdruck-Einlassanschluss 84 des Verdichters 28 gekoppelt. Die Vorteile des Wärmetauschers 200 sind die gleichen wie vorstehend im Hinblick auf den dritten Bereich 192 beschrieben. Genauer kann der Wärmetauscher 200 ein Ausmaß an Wärme aus dem ersten Wärmeaustauschfluid, das durch den zweite Bereich 204 davon strömt, entnehmen, sodass eine Temperatur, ein Druck und/oder ein Dampfanteil des ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den zweiten Bereich 208 strömt, erhöht werden kann. Das Erhöhen der Temperatur, des Drucks und/oder des Dampfanteils des ersten Wärmeaustauschfluids, das aus dem zweiten Bereich 208 austritt, kann den Wirkungsgrad und/oder die Kapazität der Wärmepumpe 20 und/oder des Verdichters 28 erhöhen. Zusätzlich kann das erste Wärmeaustauschfluid, das durch den ersten Bereich 204 strömt, weiter vorgekühlt und mit einer Zunahme der vorstehend erörterten Vorteile im Hinblick auf die durch den Dampfgenerator 36 bereitgestellte Vorkühlung bereitgestellt werden. In verschiedenen Beispielen kann die durch den Dampfgenerator 36 bereitgestellte Vorkühlung als eine erste Vorkühlung des ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den zweiten Bereich 64 strömt, bezeichnet werden und kann die durch den Wärmetauscher 200 bereitgestellte Vorkühlung als eine zweite Vorkühlung des ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den ersten Bereich 204 strömt, bezeichnet werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 7-11 kann der Kältemittelkreislauf 24 der Wärmepumpe 20 einen Umgehungskreislauf 220 beinhalten. Der Umgehungskreislauf 220 beinhaltet ein Absperrventil 224, das zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position betrieben werden. Wenn sich das Absperrventil 224 in der offenen Position befindet, wird ein Abschnitt des Kältemittelkreislaufs umgangen. Insbesondere umgeht in Beispielen, die den dritten Bereich 192 einsetzen, die offene Position des Absperrventils 224 den dritten Bereich 192 des Dampfgenerators 36. Gleichermaßen kann in Beispielen, die den Wärmetauscher 200 einsetzen, die offene Position des Absperrventils 224 den zweiten Bereich 208 des Wärmetauschers 200 umgehen. Dementsprechend ist der Umgehungskreislauf 220 an einem dritten Verzweigungspunkt 228 an den Kältemittelkreislauf 24 gekoppelt. Der dritte Verzweigungspunkt 228 ist stromaufwärts des dritten Bereichs 192 des Dampfgenerators 36 positioniert. Der dritte Verzweigungspunkt 228 kann stromabwärts des ersten Verdampfers 52 und/oder des zweiten Verdampfers 168 positioniert sein. Der dritte Verzweigungspunkt 228 kann alternativ als ein Einlass des Umgehungskreislaufs 220 bezeichnet werden. In verschiedenen Beispielen kann der dritte Bereich 192 einen ausreichenden Gegendruck oder Widerstand gegen die Strömung bereitstellen, sodass das erste Wärmeaustauschfluid nicht in einen Einlass 232 des dritten Bereichs 192 eintritt, wenn sich das Absperrventil 224 in der offenen Position befindet. Dementsprechend kann ein Großteil oder eine Gesamtheit des ersten Wärmeaustauschfluids, das auf den dritten Verzweigungspunkt 228 trifft, zu dem Umgehungskreislauf 220 umgeleitet werden, sobald sich das Absperrventil 224 in der offenen Position befindet. Der Umgehungskreislauf 220 kann sich an einem zweiten Konvergenzpunkt 236 wieder mit dem Kältemittelkreislauf 24 verbinden, der stromabwärts des Auslasses 196 des dritten Bereichs 192 des Dampfgenerators 36 und stromaufwärts des Niederdruck-Einlassanschlusses 84 des Verdichters 28 positioniert ist. Das Umgehen des dritten Bereichs 192 des Dampfgenerators oder des zweiten Bereichs 208 des Wärmetauschers 200 kann zum Beispiel die zweite Vorkühlung des ersten Wärmeaustauschfluids während Heizbetriebsmodi vermeiden, bei denen die zusätzliche Vorkühlung die Leistung der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 beeinträchtigen kann.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 7-11 kann der Umgehungskreislauf 220 in einigen Beispielen einen Umgehungswärmetauscher 240 beinhalten, der stromabwärts des Absperrventils 224 positioniert ist. In verschiedenen Beispielen kann eine Umgehungsheizeinrichtung 244 direkt an den Umgehungswärmetauscher 240 gekoppelt sein, sodass die Umgehungsheizeinrichtung 244 dem ersten Wärmeaustauschfluid Wärmeenergie bereitstellt, wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den Umgehungswärmetauscher 240 geleitet wird. In derartigen Beispielen kann die Umgehungsheizeinrichtung 244 auf ähnliche Weise wie die Heizeinrichtung 160 betrieben werden, die in Bezug auf 3-6 so erörtert wurde, dass sie direkt an den Akkumulator 92 gekoppelt ist. Zum Beispiel kann die Umgehungsheizeinrichtung 244 verwendet werden, um dem ersten Wärmeaustauschfluid während Kaltstarts der Wärmepumpe 20 Wärme bereitzustellen (z. B. wenn ein Fahrzeug, das mit der Wärmepumpe 20 ausgestattet ist, nach einer längeren Ruheperiode zum ersten Mal gestartet wird), sodass Temperatur, Druck und/oder Dampfanteil des ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den Umgehungswärmetauscher 240 strömt, erhöht werden. Ein derartiger Betriebsmodus kann vorteilhaft sein, wenn wärmeerzeugende Komponenten der Wärmepumpe 20 nicht lange genug betrieben wurden, um zu einer gewünschten Menge an Wärmeaustausch innerhalb des Kältemittelkreislaufs 24 und/oder in der gesamten Wärmepumpe 20 zu führen. Wie bei der Heizeinrichtung 160 erhöht die durch die Umgehungsheizeinrichtung 244 auf das erste Wärmeaustauschfluid übertragene Wärme eine Dampfdichte, oder einen Dampfanteil, an dem Niederdruck-Einlassanschluss 84 des Verdichters 28. Da der Dampfteil des ersten Wärmeaustauschfluids der einzige oder primäre Teil des ersten Wärmeaustauschfluids ist, der in den Verdichter 28 eintreten darf, ermöglicht der erhöhte Dampfanteil eine entsprechende Erhöhung des Massenstroms des ersten Wärmeaustauschfluids in den Verdichter 28. Dieser erhöhte Massenstrom, der letztendlich den ersten Kondensator 32 erreicht, kann eine Heizkapazität der Wärmepumpe 20 erhöhen. Die durch den Verdichter 28 verrichtete Verdichtungsarbeit kann einen Leistungskoeffizienten der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 vervielfachen oder verstärken. In verschiedenen Beispielen der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 kann der Leistungskoeffizient bei einer Heizkapazität von 4 kW etwa 1,3 betragen, wenn die Heizeinrichtung 160 nicht eingesetzt wird. In einigen Beispielen, wenn die Heizeinrichtung 160 eingesetzt wird, kann der Leistungskoeffizient etwa 1,5 betragen, wenn die Heizkapazität etwa 4,5 kW beträgt. Die Erhöhung des Leistungskoeffizienten und/oder der Heizkapazität bei Verwendung der Heizeinrichtung 160 kann aus einer Verstärkung der Eingangsenergie (z. B. der elektrischen Eingangsenergie) von der Heizeinrichtung 160 durch die durch den Verdichter 28 bereitgestellte Verdichtung resultieren. Anders ausgedrückt kann die durch die Heizeinrichtung 160 bereitgestellte Energie durch den Verdichtungszyklus des Verdichters 28 verstärkt werden, was wiederum die Heizkapazität und den Leistungskoeffizienten der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 verbessern kann. Der durch die Umgehungsheizeinrichtung 244 bereitgestellte multiplizierende oder verstärkende Effekt kann die Verwendung kleinerer elektrischer Heizeinrichtungen ermöglichen, als sie andernfalls in Verbindung mit der Wärmepumpe verwendet würden, wodurch eine kostengünstige und hocheffiziente Lösung bereitgestellt wird, die den Betriebsbereich der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 verbessert.
Unter besonderer Bezugnahme auf 11 kann die Wärmepumpe 20 mit einem Zusatz-Kältemittelkreislauf 248 versehen sein. Der Zusatz-Kältemittelkreislauf 248 kann einen Zusatz-Verdichter 252 beinhalten. Der Zusatz-Verdichter 252 beinhaltet, ähnlich wie der Verdichter 28, einen Auslassanschluss 256, einen Mitteldruck-Einlassanschluss 260 und einen Niederdruck-Einlassanschluss 264. Ein Zusatz-Kondensator 268 ist stromabwärts des Zusatz-Verdichters 252 positioniert und an den Auslassanschluss 256 des Zusatz-Verdichters 252 gekoppelt. Ein Zusatz-Dampfgenerator 272 ist stromabwärts des Zusatz-Kondensators 268 positioniert. Ein erster Bereich 276 des Zusatz-Dampfgenerators 272 ist an den Zusatz-Kondensator 268 gekoppelt. Insbesondere ist ein Einlass 280 des ersten Bereichs 276 an einen Auslass 284 eines ersten Bereichs 288 des Zusatz-Kondensators gekoppelt. Ein erstes Zusatz-Expansionsventil 292 ist stromabwärts des Zusatz-Dampfgenerators 272 positioniert und ist an einem Auslass 296 des ersten Bereichs 276 des Zusatz-Dampfgenerators 272 an den Zusatz-Dampfgenerator 272 gekoppelt. Ein Zusatz-Verdampfer 300 ist stromabwärts des ersten Zusatz-Expansionsventils 292 positioniert. Der Zusatz-Verdampfer 300 liegt stromaufwärts des Zusatz-Verdichters 252 und ist an einen Niederdruck-Einlassanschluss 264 des Zusatz-Verdichters 252 gekoppelt. Ein Zusatz-Verzweigungspunkt 304 ist zwischen dem Zusatz-Kondensator 268 und dem Zusatz-Dampfgenerator 272 positioniert. Der Zusatz-Verzweigungspunkt 304 leitet einen Teil eines Zusatz-Wärmeaustauschfluids, das durch den Zusatz-Kältemittelkreislauf 248 zirkuliert, zu dem zweiten Bereich 308 des Zusatz-Dampfgenerators 272 um. Ein Auslass 312 des zweiten Bereichs 308 des Zusatz-Dampfgenerators 272 ist an einen Mitteldruck-Einlassanschluss 260 des Zusatz-Verdichters 252 gekoppelt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 11 ist ein zweites Zusatz-Expansionsventil 316 zwischen dem Zusatz-Verzweigungspunkt 304 und einem Einlass 320 des zweiten Bereichs 308 des Zusatz-Dampfgenerators 272 positioniert. In einigen Beispielen kann der Zusatz-Kältemittelkreislauf 248 einen Zusatz-Sammler/Trockner 324 beinhalten, der stromabwärts des Zusatz-Kondensators 268 positioniert ist. In verschiedenen Beispielen können der Zusatz-Kondensator 268 und der erste Kondensator 32 jeweils das zweite Wärmeaustauschfluid aufnehmen, das durch einen ersten externen Kreislauf zirkuliert. Zum Beispiel können der Zusatz-Kondensator 268 und der erste Kondensator 32 in Reihe entlang des ersten externen Kreislaufs installiert sein, sodass der Kältemittelkreislauf 24 und der Zusatz-Kältemittelkreislauf 248 jeweils thermisch mit demselben Wärmeaustauschfluid interagieren und die Wärmeaustauschfähigkeiten des jeweils anderen verstärken. Alternativ können der Zusatz-Kondensator 268 und der erste Kondensator 32 parallel installiert sein und separate Komponenten und/oder separate externe Kreisläufe bedienen. Gleichermaßen können in einigen Beispielen der erste Verdampfer 52 und der Zusatz-Verdampfer 300 jeweils das dritte Wärmeaustauschfluid aufnehmen, wie durch die Pfeile 116 angegeben, wobei das dritte Wärmeaustauschfluid durch einen zweiten externen Kreislauf zirkuliert. Zum Beispiel können der erste Verdampfer 52 und der Zusatz-Verdampfer 300 in Reihe entlang des zweiten externen Kreislaufs installiert sein, sodass der Kältemittelkreislauf 24 und der Zusatz-Kältemittelkreislauf 248 gemeinsam auf das dritte Wärmeaustauschfluid wirken. Dementsprechend können der Kältemittelkreislauf 24 und der Zusatz-Kältemittelkreislauf 248 eine Wärmeaustauschkapazität und/oder einen Wärmeaustauschwirkungsgrad der Wärmepumpe 20 verstärken. Alternativ können der erste Verdampfer 52 und der Zusatz-Verdampfer 300 parallel installiert sein und separate Komponenten und/oder separate externe Kreisläufe bedienen.
11 ist eine beispielhafte Darstellung des Kombinierens von zwei der hierin offenbarten Anordnungen der Wärmepumpe 20 auf eine Weise, die für einen bestimmten Satz von Anforderungen für eine gegebene der Wärmepumpen 20 genutzt werden kann. Daher stellt 11 ein nicht einschränkendes Beispiel dafür dar, wie die verschiedenen hierin offenbarten Anordnungen der Wärmepumpe 20 und/oder des Kältemittelkreislaufs 24 kombiniert werden können, um eine gewünschte Wärmeaustauschkapazität und/oder einen gewünschten Wärmeaustauschwirkungsgrad zu erhalten. Es wird in Betracht gezogen, dass zwei oder mehr der hierin offenbarten Kältemittelkreisläufe 24 in einem gegebenen Beispiel der Wärmepumpe 20 eingesetzt werden können, ohne von den hierin offenbarten Konzepten abzuweichen. Auf ähnliche Weise stellt die vorliegende Offenbarung vielfältige Modifikationen an dem Kältemittelkreislauf 24 bereit, die eingesetzt werden können, um die Wärmeaustauschkapazität und/oder den Wärmeaustauschwirkungsgrad, die der Wärmepumpe 20 und/oder dem Kältemittelkreislaufs 24 bereitgestellt werden, genau abzustimmen (z. B. Einstellen der Anzahl der Kondensatoren, der Anzahl der Verdampfer, der Anzahl der Expansionsventile und so weiter), ohne von den hierin offenbarten Konzepten abzuweichen. Unabhängig von der Architektur der Kältemittelkreislauf 24 und/oder der Anzahl der Kältemittelkreisläufe 24, die in einer gegebenen Wärmepumpe 20 eingesetzt werden, können die Wärmeaustauschfluide, die sich außerhalb des einen oder der mehreren Kältemittelkreisläufe 24 befinden (z. B. das zweite Wärmeaustauschfluid, das dritte Wärmeaustauschfluid, das vierte Wärmeaustauschfluid und/oder das fünfte Wärmeaustauschfluid) durch unabhängige Wärmeaustauschkreisläufe (z. B. Kühlmittelkreisläufe) zirkulieren, die nicht in direkter Weise thermisch interagieren (z. B. kein Kühlmittel-Kühlmittel-Wärmeaustausch). Alternativ können eines oder mehrere der Wärmeaustauschfluide, die sich außerhalb des einen oder der mehreren Kältemittelkreisläufe 24 befinden, durch einen gemeinsamen Wärmeaustauschkreislauf zirkulieren, der sich außerhalb des einen oder der mehreren Kältemittelkreisläufe 24 befindet, wie etwa das/die vorstehend beschriebene(n) Beispiel(e) im Hinblick auf Y-förmige Verbindungsstellen stromaufwärts und/oder stromabwärts verschiedener Komponenten des Kältemittelkreislaufs 24. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht durch eine konkrete Architektur von Wärmetauschkreisläufen beschränkt, die sich außerhalb des Kältemittelkreislaufs 24 befinden (z. B. Kühlmittelkreisläufe).
Modifikationen der Offenbarung werden sich dem Fachmann und denjenigen, welche die in dieser Schrift offenbarten Konzepte herstellen oder verwenden, erschließen. Daher versteht es sich, dass die in den Zeichnungen gezeigten und vorstehend beschriebenen Ausführungsformen lediglich Veranschaulichungszwecken dienen und nicht zur Einschränkung des Schutzumfangs der Offenbarung gedacht sind, der durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert ist, die gemäß den Grundsätzen des Patentrechts, einschließlich der Äquivalenzlehre, auszulegen sind.
Ein Durchschnittsfachmann versteht, dass die Konstruktion der beschriebenen Konzepte und anderer Komponenten nicht auf ein konkretes Material beschränkt ist. Andere beispielhafte Ausführungsformen für die in dieser Schrift offenbarten Konzepte können aus einer breiten Vielfalt von Materialien gebildet sein, sofern in dieser Schrift nicht anders beschrieben.
Für die Zwecke dieser Offenbarung bezeichnet der Ausdruck „gekoppelt“ (in all seinen Formen: koppeln, Kopplung, gekoppelt usw.) im Allgemeinen das direkte oder indirekte Verbinden von zwei (elektrischen oder mechanischen) Komponenten miteinander. Ein derartiges Verbinden kann dem Wesen nach stationär oder beweglich sein. Ein derartiges Verbinden kann erreicht werden, indem die beiden (elektrischen oder mechanischen) Komponenten und beliebige zusätzliche dazwischenliegende Elemente einstückig als ein einzelner einheitlicher Körper miteinander oder mit den beiden Komponenten gebildet werden. Ein derartiges Verbinden kann dem Wesen nach permanent sein oder kann dem Wesen nach entfernbar oder lösbar sein, sofern nicht anderweitig angegeben.
Es ist ebenso wichtig festzuhalten, dass die Konstruktion und Anordnung der Elemente der Offenbarung, wie in den beispielhaften Ausführungsformen gezeigt, nur veranschaulichend ist. Obwohl nur einige wenige Ausführungsformen der vorliegenden Innovationen in dieser Offenbarung im Detail beschrieben worden sind, ist es für den Fachmann, der diese Offenbarung prüft, ohne Weiteres ersichtlich, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen hinsichtlich Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werten von Parametern, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.), ohne wesentlich von den neuartigen Lehren und Vorteilen des beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als einstückig ausgebildet gezeigt sind, aus mehreren Teilen konstruiert sein, oder können Elemente, die als mehrere Teile gezeigt sind, einstückig ausgebildet sein, kann die Bedienung der Schnittstellen umgekehrt oder anderweitig verändert werden, kann die Länge oder Breite der Strukturen und/oder Elemente oder Verbindungsglieder oder anderer Elemente des Systems variiert werden und kann die Art oder Anzahl der zwischen den Elementen bereitgestellten Einstellungspositionen verändert werden. Es ist anzumerken, dass die Elemente und/oder Baugruppen des Systems aus einer breiten Vielfalt von Materialien konstruiert sein können, die ausreichende Festigkeit oder Haltbarkeit bereitstellen, in einer breiten Vielfalt von Farben, Texturen und Kombinationen. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass alle derartigen Modifikationen im Umfang der vorliegenden Innovationen beinhaltet sind. Andere Substitutionen, Modifikationen, Änderungen und Weglassungen können an der Ausgestaltung, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der gewünschten und anderer beispielhafter Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Wesen der vorliegenden Innovationen abzuweichen.
Es versteht sich, dass alle beschriebenen Prozesse oder Schritte in den beschriebenen Prozessen mit anderen offenbarten Prozessen oder Schritten zur Bildung von Strukturen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung kombiniert werden können. Die in dieser Schrift offenbarten beispielhaften Strukturen und Prozesse dienen Veranschaulichungszwecken und sind nicht als einschränkend auszulegen.
Es versteht sich außerdem, dass Variationen und Modifikationen an den vorstehend aufgeführten Strukturen und Verfahren vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Offenbarung abzuweichen, und es versteht sich ferner, dass derartige Konzepte von den folgenden Patentansprüchen abgedeckt sein sollen, sofern diese Patentansprüche durch ihren Wortlaut nicht ausdrücklich etwas Anderes festlegen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wärmepumpe bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Kältemittelkreislauf, wobei der Kältemittelkreislauf Folgendes umfasst: einen Verdichter; einen ersten Kondensator stromabwärts des Verdichters und an einen Auslassanschluss des Verdichters gekoppelt; einen Dampfgenerator stromabwärts des ersten Kondensators, wobei der Dampfgenerator ein erstes Wärmeaustauschfluid aufnimmt; einen ersten Sammler/Trockner, der zwischen dem ersten Kondensator und dem Dampfgenerator positioniert ist; einen ersten Verzweigungspunkt, der zwischen dem ersten Kondensator und dem Dampfgenerator positioniert ist, wobei der erste Verzweigungspunkt einen Teil des ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den Kältemittelkreislauf zirkuliert, zu einem ersten Einlass des Dampfgenerators umleitet; ein erstes Expansionsventil, das zwischen dem ersten Verzweigungspunkt und dem ersten Einlass des Dampfgenerators positioniert ist, wobei ein erster Auslass des Dampfgenerators an einen Mitteldruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist; einen ersten Verdampfer stromabwärts des Dampfgenerators und an einen zweiten Auslass des Dampfgenerators gekoppelt; und ein zweites Expansionsventil, das zwischen dem ersten Verdampfer und dem Dampfgenerator positioniert und an einen zweiten Auslass des Dampfgenerators gekoppelt ist, wobei der erste Verdampfer stromaufwärts des Verdichters liegt und an einen Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen zweiten Verdampfer stromabwärts des Dampfgenerators und an den zweiten Auslass des Dampfgenerators gekoppelt; und ein drittes Expansionsventil, das zwischen dem zweiten Verdampfer und dem Dampfgenerator positioniert ist, wobei der zweite Verdampfer stromaufwärts des Verdichters liegt und an den Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist und wobei der zweite Verdampfer und das dritte Expansionsventil parallel zu dem ersten Verdampfer und dem zweiten Expansionsventil installiert sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Dampfgenerator Folgendes: einen ersten Bereich, wobei der erste Einlass ein Einlass des ersten Bereichs ist und wobei der erste Auslass ein Auslass des ersten Bereichs ist; einen zweiten Bereich, der einen zweiten Einlass aufweist, wobei der zweite Auslass ein Auslass des zweiten Bereichs ist; und einen dritten Bereich, wobei der dritte Bereich stromabwärts des ersten Verdampfers und stromaufwärts des Verdichters positioniert ist und wobei ein Auslass des dritten Bereichs an den Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen Umgehungskreislauf, wobei der Umgehungskreislauf ein Absperrventil umfasst, das zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position betreibbar ist, und wobei der dritte Bereich des Dampfgenerators umgangen wird, wenn sich das Absperrventil in der offenen Position befindet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Umgehungskreislauf ferner Folgendes: einen Umgehungswärmetauscher, der stromabwärts des Absperrventils positioniert ist; und eine Umgehungsheizeinrichtung, die direkt an den Umgehungswärmetauscher gekoppelt ist, sodass die Umgehungsheizeinrichtung dem ersten Wärmeaustauschfluid Wärmeenergie bereitstellt, wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den Umgehungswärmetauscher geleitet wird. Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen Zusatz-Kältemittelkreislauf, wobei der Zusatz-Kältemittelkreislauf Folgendes umfasst: einen Zusatz-Verdichter; einen Zusatz-Kondensator stromabwärts des Zusatz-Verdichters und an einen Auslassanschluss des Zusatz-Verdichters gekoppelt; einen Zusatz-Dampfgenerator stromabwärts des Zusatz-Kondensators, wobei ein erster Einlass des Zusatz-Dampfgenerators an den Zusatz-Kondensator gekoppelt ist; ein erstes Zusatz-Expansionsventil stromabwärts des Zusatz-Dampfgenerators und an einen ersten Auslass des Zusatz-Dampfgenerators gekoppelt; einen Zusatz-Verdampfer stromabwärts des ersten Zusatz-Expansionsventils und an das erste Zusatz-Expansionsventil gekoppelt, wobei der Zusatz-Verdampfer stromaufwärts des Zusatz-Verdichters liegt und an einen Niederdruck-Einlassanschluss des Zusatz-Verdichters gekoppelt ist; und einen Zusatz-Verzweigungspunkt, der zwischen dem Zusatz-Kondensator und dem Zusatz-Dampfgenerator positioniert ist, wobei der Zusatz-Verzweigungspunkt einen Teil eines zweiten Wärmeaustauschfluids, das durch den Zusatz-Kältemittelkreislauf zirkuliert, zu einem zweiten Einlass des Zusatz-Dampfgenerators umleitet, wobei ein zweites Zusatz-Expansionsventil zwischen dem Zusatz-Verzweigungspunkt und dem zweiten Einlass des Zusatz-Dampfgenerators positioniert ist und wobei ein zweiter Auslass des Zusatz-Dampfgenerators an einen Mitteldruck-Einlassanschluss des Zusatz-Verdichters gekoppelt ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen zusätzlichen Sammler/Trockner, der stromabwärts des Zusatz-Kondensator positioniert ist. Gemäß einer Ausführungsform nehmen der Zusatz-Kondensator und der erste Kondensator jeweils ein drittes Wärmeaustauschfluid auf, das durch einen ersten externen Kreislauf zirkuliert, und wobei der Zusatz-Kondensator und der erste Kondensator in Reihe entlang des ersten externen Kreislaufs installiert sind.
Gemäß einer Ausführungsform nehmen der erste Verdampfer und der Zusatz-Verdampfer jeweils ein viertes Wärmeaustauschfluid auf, das durch einen zweiten externen Kreislauf zirkuliert, und wobei der erste Verdampfer und der Zusatz-Verdampfer in Reihe entlang des zweiten externen Kreislaufs installiert sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen Wärmetauscher, der einen ersten Bereich aufweist, der in Reihe mit dem zweiten Bereich des Dampfgenerators installiert ist, sodass ein Einlass des ersten Bereichs des Wärmetauschers direkt an einen Auslass des zweiten Bereichs des Dampfgenerators gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Wärmetauscher ferner einen zweiten Bereich, der stromabwärts des ersten Verdampfers und stromaufwärts des Verdichters positioniert ist, und wobei ein Auslass des zweiten Bereichs des Wärmetauschers an den Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen Umgehungskreislauf, wobei der Umgehungskreislauf ein Absperrventil umfasst, das zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position betreibbar ist, und wobei der zweite Bereich des Wärmetauschers umgangen wird, wenn sich das Absperrventil in der offenen Position befindet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Umgehungskreislauf ferner Folgendes: einen Umgehungswärmetauscher, der stromabwärts des Absperrventils positioniert ist; und eine Umgehungsheizeinrichtung, die direkt an den Umgehungswärmetauscher gekoppelt ist, sodass die Umgehungsheizeinrichtung dem ersten Wärmeaustauschfluid Wärmeenergie bereitstellt, wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den Umgehungswärmetauscher geleitet wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wärmepumpe bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Kältemittelkreislauf, wobei der Kältemittelkreislauf Folgendes umfasst: einen Verdichter; einen ersten Kondensator stromabwärts des Verdichters und an einen Auslassanschluss des Verdichters gekoppelt; einen Dampfgenerator stromabwärts des ersten Kondensators, wobei der Dampfgenerator einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, die jeweils ein erstes Wärmeaustauschfluid aufnehmen; einen ersten Sammler/Trockner, der zwischen dem ersten Kondensator und dem Dampfgenerator positioniert ist; einen ersten Verzweigungspunkt, der zwischen dem ersten Kondensator und dem Dampfgenerator positioniert ist, wobei der erste Verzweigungspunkt einen Teil des ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den Kältemittelkreislauf zirkuliert, zu einem Einlass des ersten Bereichs des Dampfgenerators umleitet; ein erstes Expansionsventil, das zwischen dem ersten Verzweigungspunkt und dem Einlass des ersten Bereichs des Dampfgenerators positioniert ist, wobei ein Auslass des ersten Bereichs des Dampfgenerators an einen Mitteldruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist; einen ersten Verdampfer stromabwärts des Dampfgenerators und an einen Auslass des zweiten Bereichs des Dampfgenerators gekoppelt; und ein zweites Expansionsventil, das zwischen dem ersten Verdampfer und dem Dampfgenerator positioniert ist, wobei der erste Verdampfer stromaufwärts des Verdichters liegt und an einen Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist; und einen Zusatz-Kältemittelkreislauf, wobei der Zusatz-Kältemittelkreislauf Folgendes umfasst: einen Zusatz-Verdichter; einen Zusatz-Kondensator stromabwärts des Zusatz-Verdichters und an einen Auslassanschluss des Zusatz-Verdichters gekoppelt; einen Zusatz-Dampfgenerator stromabwärts des Zusatz-Kondensators, wobei ein erster Bereich des Zusatz-Dampfgenerators an den Zusatz-Kondensator gekoppelt ist; ein erstes Zusatz-Expansionsventil stromabwärts des Zusatz-Dampfgenerators und an den Zusatz-Dampfgenerators gekoppelt; einen Zusatz-Verdampfer stromabwärts des ersten Zusatz-Expansionsventils und an das erste Zusatz-Expansionsventil gekoppelt, wobei der Zusatz-Verdampfer stromaufwärts des Zusatz-Verdichters liegt und an einen Niederdruck-Einlassanschluss des Zusatz-Verdichters gekoppelt ist; und einen Zusatz-Verzweigungspunkt, der zwischen dem Zusatz-Kondensator und dem Zusatz-Dampfgenerator positioniert ist, wobei der Zusatz-Verzweigungspunkt einen Teil eines zweiten Wärmeaustauschfluids, das durch den Zusatz-Kältemittelkreislauf zirkuliert, zu einem zweiten Bereich des Zusatz-Dampfgenerators umleitet, wobei ein zweites Zusatz-Expansionsventil zwischen dem Zusatz-Verzweigungspunkt und dem zweiten Bereich des Zusatz-Dampfgenerators positioniert ist und wobei ein Auslass des zweiten Bereichs des Zusatz-Dampfgenerators an einen Mitteldruck-Einlassanschluss des Zusatz-Verdichters gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Dampfgenerator ferner Folgendes: einen dritten Bereich, wobei der dritte Bereich stromabwärts des ersten Verdampfers und stromaufwärts des Verdichters positioniert ist, und wobei ein Auslass des dritten Bereichs an den Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen Umgehungskreislauf, wobei der Umgehungskreislauf ein Absperrventil umfasst, das zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position betreibbar ist, und wobei der dritte Bereich des Dampfgenerators umgangen wird, wenn sich das Absperrventil in der offenen Position befindet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Umgehungskreislauf ferner Folgendes: einen Umgehungswärmetauscher, der stromabwärts des Absperrventils positioniert ist; und eine Umgehungsheizeinrichtung, die direkt an den Umgehungswärmetauscher gekoppelt ist, sodass die Umgehungsheizeinrichtung dem ersten Wärmeaustauschfluid Wärmeenergie bereitstellt, wenn das erste Wärmeaustauschfluid durch den Umgehungswärmetauscher geleitet wird. Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch Folgendes gekennzeichnet: einen zusätzlichen Sammler/Trockner, der stromabwärts des Zusatz-Kondensator positioniert ist. Gemäß einer Ausführungsform nehmen der Zusatz-Kondensator und der erste Kondensator jeweils ein drittes Wärmeaustauschfluid auf, das durch einen ersten externen Kreislauf zirkuliert, und wobei der Zusatz-Kondensator und der erste Kondensator in Reihe entlang des ersten externen Kreislaufs installiert sind.
Gemäß einer Ausführungsform nehmen der erste Verdampfer und der Zusatz-Verdampfer jeweils ein viertes Wärmeaustauschfluid auf, das durch einen zweiten externen Kreislauf zirkuliert, und wobei der erste Verdampfer und der Zusatz-Verdampfer in Reihe entlang des zweiten externen Kreislaufs installiert sind.

Claims

Wärmepumpe, die Folgendes umfasst: einen Kältemittelkreislauf, wobei der Kältemittelkreislauf Folgendes umfasst: einen Verdichter; einen ersten Kondensator, der stromabwärts des Verdichters liegt und an einen Auslassanschluss des Verdichters gekoppelt ist; einen Dampfgenerator, der stromabwärts des ersten Kondensators liegt; einen Verzweigungspunkt, der zwischen dem ersten Kondensator und dem Dampfgenerator positioniert ist, wobei der Verzweigungspunkt einen Teil eines ersten Wärmeaustauschfluids, das durch den Kältemittelkreislauf zirkuliert, zu einem ersten Einlass des Dampfgenerators umleitet; ein erstes Expansionsventil, das zwischen dem Verzweigungspunkt und dem Dampfgenerator positioniert ist, wobei ein erster Auslass des Dampfgenerators an einen Mitteldruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist; ein zweites Expansionsventil, das stromabwärts des Dampfgenerators positioniert und an einen zweiten Auslass des Dampfgenerators gekoppelt ist, wobei ein zweiter Einlass des Dampfgenerators an den ersten Kondensator gekoppelt ist; und einen ersten Verdampfer, der stromabwärts des zweiten Expansionsventils liegt und an das zweite Expansionsventil gekoppelt ist, wobei der erste Verdampfer stromaufwärts des Verdichters liegt und an einen Niederdruck-Einlassanschluss des Verdichters gekoppelt ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, wobei der Dampfgenerator ein Plattenwärmetauscher ist, der einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, wobei der erste Bereich den umgeleiteten Teil des ersten Wärmeaustauschfluids von dem Verzweigungspunkt aufnimmt, wobei das erste Expansionsventil zwischen dem Verzweigungspunkt und dem ersten Bereich positioniert ist, wobei der erste Auslass ein Auslass des ersten Bereichs ist, wobei der zweite Auslass ein Auslass des zweiten Bereichs ist, wobei der erste Einlass ein Einlass des ersten Bereichs ist und wobei der zweite Einlass ein Einlass des zweiten Bereichs ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, wobei der Dampfgenerator ein Flüssigkeit-Dampf-Trennventil ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen ersten Sammler/Trockner, der zwischen dem ersten Kondensator und dem Dampfgenerator positioniert ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 4, die ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Kondensator, der stromabwärts des Verdichters und stromaufwärts des Dampfgenerators positioniert ist, wobei der zweite Kondensator parallel zu dem ersten Kondensator installiert ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 5, die ferner Folgendes umfasst: ein erstes Absperrventil, das stromaufwärts des ersten Kondensators und stromabwärts des Verdichters positioniert ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 6, die ferner Folgendes umfasst: ein zweites Absperrventil, das stromaufwärts des zweiten Kondensators und stromabwärts des Verdichters positioniert ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 7, die ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Sammler/Trockner, der stromabwärts des zweiten Kondensators und stromaufwärts des Dampfgenerators positioniert ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen Akkumulator, der zwischen dem ersten Verdampfer und dem Verdichter positioniert ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 9, die ferner Folgendes umfasst: eine Heizeinrichtung, die direkt an den Akkumulator gekoppelt ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 10, die ferner Folgendes umfasst: ein drittes Expansionsventil, das stromabwärts des Dampfgenerators und stromaufwärts des Akkumulators positioniert ist; und einen zweiten Verdampfer, der stromabwärts des dritten Expansionsventils und stromaufwärts des Akkumulators positioniert ist, wobei das dritte Expansionsventil und der zweite Verdampfer parallel zu dem zweiten Expansionsventil und dem ersten Verdampfer installiert sind.
Wärmepumpe nach Anspruch 11, die ferner Folgendes umfasst: einen zweiten Kondensator, der stromabwärts des Verdichters und stromaufwärts des Dampfgenerators positioniert ist, wobei der zweite Kondensator parallel zu dem ersten Kondensator installiert ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 12, die ferner Folgendes umfasst: ein erstes Absperrventil, das stromaufwärts des ersten Kondensators und stromabwärts des Verdichters positioniert ist.
Wärmepumpe nach Anspruch 12, die ferner Folgendes umfasst: ein zweites Absperrventil, das stromaufwärts des zweiten Kondensators und stromabwärts des Verdichters positioniert ist.
Fahrzeug, das die Wärmepumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.