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Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, die dazu eingerichtet ist in einem Kälteanlagenbetrieb oder einem Wärmepumpenbetrieb betrieben zu werden, mit einem Kältemittelverdichter, einem ersten Wärmeübertrager, insbesondere Kondensator bzw. Gaskühler, einem zweiten Wärmeübertrager, insbesondere Kondensator bzw. Gaskühler, einem dritten Wärmeübertrager, insbesondere einem Verdampfer, und einem vierten Wärmeübertrager, insbesondere einem Heizregister, wobei der erste Wärmeübertrager und der zweite Wärmeübertrager in einem Kältemittelkreislauf der Kälteanlage bezogen auf die Strömungsrichtung von einem Kältemittel im Kälteanlagenbetrieb seriell zueinander angeordnet sind und bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung von Luft, die den ersten und den zweiten Wärmeübertrager durchströmt, seriell oder parallel zueinander angeordnet sind.
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Das serielle Durchströmen von zwei Wärmeübertragern, insbesondere Gaskühlern, ist für den Kälteanlagenbetrieb sehr effizient. Es hat sich allerdings gezeigt, dass bei einer derartigen Anordnung von zwei Wärmeübertragern, die auch in einem (Luft-)Wärmepumpenbetrieb der Kälteanlage eingebunden werden sollen, erhöhte Druckverluste, Kältemittelmassenstromeinbußen und eine Leistungsreduktion auftritt, wenn die beiden Wärmeübertrager auch im (Luft-)Wärmepumpenbetrieb sequenziell durchströmt werden.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Kälteanlage anzugeben, bei der die obigen Nachteile vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kälteanlage und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird also eine Kälteanlage für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, die dazu eingerichtet ist in einem Kälteanlagenbetrieb oder einem Wärmepumpenbetrieb betrieben zu werden, mit einem Kältemittelverdichter, einem ersten Wärmeübertrager, insbesondere Kondensator bzw. Gaskühler, einem zweiten Wärmeübertrager, insbesondere Kondensator bzw. Gaskühler, einem dritten Wärmeübertrager, insbesondere einem Verdampfer, und einem vierten Wärmeübertrager, insbesondere einem Heizregister, wobei der erste Wärmeübertrager und der zweite Wärmeübertrager in einem Kältemittelkreislauf der Kälteanlage bezogen auf die Strömungsrichtung von einem Kältemittel im Kälteanlagenbetrieb seriell zueinander angeordnet sind und bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung von Luft, die den ersten und den zweiten Wärmeübertrager durchströmt, seriell oder parallel zueinander angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass die Kälteanlage wenigstens einen Bypassabschnitt und wenigstens eine Ventileinrichtung aufweist, die derart angeordnet sind, dass der Bypassabschnitt nur in dem Wärmepumpenbetrieb aktiv von Kältemittel durchströmt wird und dass der Bypassabschnitt im Wärmepumpenbetrieb das Kältemittel nur zu dem ersten Wärmeübertrager oder nur zu dem zweiten Wärmeübertrager leitet.
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Hierdurch kann in einem (Luft-)Wärmepumpenbetrieb der erste Wärmeübertrager oder der zweite Wärmeübertrager umgangen werden, so dass nur einer dieser beiden Wärmeübertrager aktiv von Kältemittel durchströmt wird und insbesondere als Luftwärmepumpen-Verdampfer arbeitet. Somit können mittels einer derartigen Kälteanlage je nach Betriebsart der erste und der zweite Wärmeübertrager aktiv eingebunden sein (Kälteanlagenbetrieb) oder es kann nur einer dieser beiden Wärmeübertragen aktiv eingebunden sein in einem (Luft-)Wärmepumpenbetrieb.
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Bei der Kälteanlage kann die wenigstens eine Ventileinrichtung in dem Bypassabschnitt angeordnet sein, derart, dass die Ventileinrichtung das Durchströmen des Bypassabschnitts im Kälteanlagenbetrieb verhindert. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Bypassabschnitt nur im (Luft-) Wärmepumpenbetrieb aktiv durchströmt wird von Kältemittel.
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Dabei kann die wenigstens eine Ventileinrichtung ein Absperrventil oder ein Rückschlagventil sein. Je nach Konfiguration des Bypassabschnitts ist es auch denkbar, dass ein Expansionsventil eingesetzt wird.
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Die Kälteanlage kann wenigstens ein weiteres Rückschlagventil aufweisen, das bezogen auf eine Strömungsrichtung von Kältemittel im Kälteanlagenbetrieb stromabwärts von demjenigen Wärmeübertrager angeordnet ist, der im Wärmepumpenbetrieb umgangen wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass Kältemittel im Kälteanlagenbetrieb durch den betreffenden Wärmeübertrager strömen kann, aber im (Luft-)Wärmepumpenbetrieb das Einströmen von Kältemittel in den betreffenden Wärmeübertrager verhindert ist.
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Die Kälteanlage kann einen inneren Wärmeübertrager aufweisen, wobei der Bypassabschnitt dazu eingerichtet ist, den inneren Wärmeübertrager zu umgehen. Hierdurch ist es möglich, den inneren Wärmeübertrager in einem (Luft-)Wärmepumpenbetrieb zumindest hochdruck- bzw. mitteldruckseitig nicht in den Kältemittelkreislauf einzubinden.
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In einer weiteren Ausgestaltungsweise der Einbindung des inneren Wärmeübertragers bleibt dieser zwar strömungstechnisch aktiv im Prozess integriert, ist jedoch thermodynamisch inaktiv. Für die Funktion des inneren Wärmeübertragers, insbesondere ob er thermodynamisch aktiv/inaktiv ist, kann die Platzierung des ihm zugeordneten Expansionsorgans entsprechend gewählt werden, so dass es stromaufwärts bzw. stromabwärts von dem inneren Wärmeübertrager angeordnet bzw. eingebunden sein kann.
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Bei der Kälteanlage können der erste Wärmeübertrager und der zweite Wärmeübertrager bidirektional von Kältemittel durchströmt werden, wobei in einer ersten Strömungsrichtung beide Wärmeübertrager seriell durchströmt werden und in einer zweiten Strömungsrichtung nur einer der beiden Wärmeübertrager durchströmt wird.
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Bei der Kälteanlage kann in einem Wärmepumpenbetrieb, in dem der erste Wärmeübertrager oder der zweite Wärmeübertrager als Luftwärmepumpen-Verdampfer arbeitet, ein gesamter Kältemittelvolumenstrom ausgehend von dem Kältemittelverdichter zu dem vierten Wärmeübertrager, insbesondere Heizregister, geleitetet werden, und stromabwärts von dem vierten Wärmeübertrager zumindest ein Teil des Kältemittelvolumenstroms durch den Bypassabschnitt zu dem als Luftwärmepumpen-Verdampfer arbeitenden ersten oder zweiten Wärmeübertrager geleitet werden. Hierdurch ist eine effektiver Wärmepumpenbetrieb der Kälteanlage ermöglicht, der insbesondere dann zum Einsatz kommen kann, wenn bei dem Kraftfahrzeug ein Bedarf an Wärme vorliegt, etwa zur Erwärmung von Innenraumzuluft oder /und zur Erwärmung von elektrischen Komponenten, wie beispielweise einer Hochvoltbatterie.
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Vorgeschlagen wird auch ein Kraftfahrzeug mit zumindest teilweise elektrischem Antrieb und mit einer oben beschriebenen Kälteanlage.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:
- 1 eine vereinfachtes und schematisches Schaltbild einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug;
- 2 eine vereinfachtes und schematisches Schaltbild einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug;
- 3 eine vereinfachtes und schematisches Schaltbild einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug.
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In 1 ist eine Ausführungsform einer Kälteanlage 10 für ein Kraftfahrzeug schematisch und vereinfacht dargestellt. Die Kälteanlage 10 umfasst einen Kältemittelkreislauf 11, der sowohl in einem Kälteanlagenbetrieb (kurz auch AC-Betrieb genannt), als auch in einem Wärmepumpenmodus, aber auch in einem Reheat-Modus betrieben werden kann. Die Kälteanlage 10 umfasst in der gezeigten Ausführungsform einen Kältemittelverdichter 12, einen ersten (äußeren) Wärmeübertrager 18, einen zweiten (äußeren) Wärmeübertrager 19, einen inneren Wärmeübertrager 20, einen Verdampfer 22 und einen Akkumulator bzw. Kältemittelsammler 24. Der erste Wärmeübertrager 18 und der zweite Wärmeübertrager 19 können als Kondensator oder Gaskühler ausgebildet sein. Insbesondere sind der erste oder/und der zweite Wärmeübertrager 18, 19 in der dargestellten Ausführungsform bidirektional durchströmbar.
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Der Verdampfer 22 ist hier beispielhaft als Frontverdampfer für ein Fahrzeug gezeigt. Der Verdampfer 22 steht stellvertretend auch für weitere in einem Fahrzeug mögliche Verdampfer, wie beispielsweise Fondverdampfer, die strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet sein können. Mit anderen Worten umfasst die Kälteanlage 10 also wenigstens einen Verdampfer 22 (dritter Wärmeübertrager).
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Stromabwärts des Verdichters 12 ist ein Absperrventil A4 angeordnet. Stromaufwärts des Verdampfers 22 ist ein Expansionsventil AE2 vorgesehen.
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Im Rahmen dieser Beschreibung wird in dem gesamten Kältemittelkreislauf 11 der Kälteanlage 10 der Abschnitt vom Verdichter 12 zu dem ersten Wärmeübertrager 18, zu dem zweiten Wärmeübertrager 19, zum inneren Wärmeübertrager 20 und zum Verdampfer 22 als Primärstrang 14 bezeichnet.
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Die Kälteanlage 10 umfasst weiter ein Heizregister 26 (auch als Heizkondensator oder Heizgaskühler bezeichnet). Stromaufwärts des Heizregisters 26 ist ein Absperrventil A3 angeordnet. Stromabwärts des Heizregisters 26 ist ein Absperrventil A1 angeordnet. Ferner ist stromabwärts des Heizregisters 26 ein Expansionsventil AE4 angeordnet.
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Im Rahmen dieser Beschreibung wird in dem gesamten Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 10 der Abschnitt vom Verdichter 12 zum Heizregister 26, zum Expansionsventil AE4 und zu einem Abzweig Ab2 als Sekundärstrang 16 bezeichnet. Der Sekundärstrang 16 umfasst einen Heizzweig 16.1, der sich von dem Absperrventil A3 über das Heizregister 26 zum Absperrventil A1 erstreckt. Weiter umfasst der Sekundärstrang 16 einen Nachheizzweig bzw. Reheat-Zweig 16.2, der stromaufwärts mit dem Heizregister 26 und stromabwärts mit dem äußeren Wärmeübertrager 18 fluidverbindbar ist. Dabei mündet der Sekundärstrang 16 bzw. der Reheat-Zweig 16.2 bei einem Abzweigpunkt Ab6 in den Primärstrang 14.
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Die Kälteanlage 10 umfasst einen weiteren Verdampfer bzw. Chiller 28. Der Chiller 28 ist strömungstechnisch parallel zum Verdampfer 22 vorgesehen. Der Chiller 28 kann beispielsweise zur Kühlung einer elektrischen Komponente des Fahrzeugs dienen, aber auch zur Realisierung einer Wasser-Wärmepumpenfunktion unter Nutzung der Abwärme von wenigstens einer elektrischen Komponente. Dem Chiller 28 ist stromaufwärts ein Expansionsventil AE1 vorgeschaltet.
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Die Kälteanlage 10 kann auch ein elektrisches Heizelement 30 aufweisen, das beispielsweise als Hochvolt-PTC-Heizelement ausgeführt ist. Das elektrische Heizelement 30 dient als Zusatzheizer für einen in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom L. Dabei kann das elektrische Heizelement 30 zusammen mit dem Heizregister 26 und dem Verdampfer 22 in einem Klimagerät 32 untergebracht sein. Dabei kann das elektrische Heizelement 30 dem Heizregister 26 luftseitig nachgeschaltet angeordnet sein.
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In der 1 sind ferner noch Rückschlagventile R1 und R2 ersichtlich. Ferner sind auch einige hochdruckseitige Sensoren pT1, pT5, pT6 zur Erfassung von Druck oder/und Temperatur des Kältemittels dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl der hochdruckseitigen Sensoren bzw. deren Anordnung hier nur beispielhaft gezeigt ist. Im gezeigten Beispiel sind als Sensoren kombinierte Druck-/Temperatursensoren pT1, pT5 und pT6 gezeigt. Es ist aber genauso denkbar, dass voneinander getrennte Sensoren für die Messung von Druck bzw. Temperatur eingesetzt werden und ggf. auch räumlich voneinander getrennt entlang den Kältemittelleitungen angeordnet sind.
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Die Kälteanlage 10 kann in unterschiedlichen Modi betrieben werden, die nachfolgend kurz beschrieben werden.
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Im AC-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 11 strömt das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel ausgehend von dem Kältemittelverdichter 12 bei offenem Absperrventil A4 in den ersten Wärmeübertrager 18 und sequenziell in den zweiten Wärmeübertrager 19. Von dort strömt es zu dem Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 20 und dem vollständig geöffneten Expansionsventil AE3. Über einen Abzweigpunkt Ab1 kann das Kältemittel zum Expansionsventil AE2 und in den Innenraum-Verdampfer 22 strömen (Verdampferabschnitt 22.1). Parallel oder alternativ kann das Kältemittel über einen Abzweigpunkt Ab4 und das Expansionsventil AE1 in den Chiller 28 strömen (Chillerabschnitt 28.1). Aus dem Verdampfer 22 oder/und dem Chiller 28 strömt das Kältemittel niederdruckseitig in den Sammler 24 und durch den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 20 zurück zum Verdichter 12.
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In dem AC-Betrieb ist der Heizzweig 16.1 bzw. der Sekundärstrang 16 mittels des Absperrventils A3 abgesperrt, so dass heißes Kältemittel nicht durch das Heizregister 26 strömen kann. Zur Rückholung von Kältemittel aus dem inaktiven Heizzweig 16.1 kann das als Absperrventil ausgebildete Absperrorgan A5 geöffnet werden, so dass das Kältemittel über das Absperrorgan A5 und das Rückschlagventil R2, bei gleichzeitig geschlossenem Absperrorgan A2, in Richtung des Sammlers 24 strömen kann.
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Im Heizbetrieb des Kältemittelkreislaufs 11 wird das Absperrventil A4 geschlossen und das Absperrventil A3 geöffnet, so dass heißes Kältemittel in den Heizzweig 16.1 strömen kann.
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Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des Chillers 28 zur Realisierung eines Wasser-Wärmepumpenbetriebs strömt das mittels des Kältemittelverdichters 12 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrventil A3 in das Heizregister 26 . Am Heizregister 26 wird Wärme an einen in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom L abgegeben. Das Kältemittel strömt anschließend über das geöffnete Absperrventil A1 und den Abzweigpunkt Ab1. Es wird mittels des Expansionsventils AE1 in den Chiller 28 zur Aufnahme von Abwärme der in einem Kühlmittelkreislauf 28.2 angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten entspannt. Bei dieser Heizfunktion sind die Expansionsventile AE3 und AE4 geschlossen, das Absperrventil A5 geschlossen und das Absperrventil A2 geöffnet. Dabei kann über das Absperrventil A2 im Wasser-Wärmepumpenbetrieb ausgelagertes Kältemittel aus einem Bidirektionalzweig 14.1 bzw. dem Primärstrang 14 abgesaugt und über das Rückschlagventil R2 dem Sammler 24 zugeführt werden.
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Eine indirekte Dreiecksschaltung kann dadurch realisiert werden, dass bei geöffnetem Absperrventil A1 das von dem Kältemittelverdichter 12 verdichtete Kältemittel mittels des Expansionsventils AE1 in den Chiller 28 entspannt wird, wobei gleichzeitig kühlmittelseitig, also in dem Kühlmittelkreislauf 28.2 kein Massenstrom erzeugt wird, also bspw. das als Kühlmittel verwendete Fluid, wie etwa Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch, auf der Kühlmittelseite des Chillers 28 stehen bleibt bzw. der Chiller 28 nicht aktiv von Kühlmittel durchströmt wird. Die Expansionsventile AE2, AE3 und AE4 bleiben bei dieser Schaltvariante geschlossen.
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Bei einem Nachheiz- bzw.- Reheat-Betrieb wird der in den Fahrzeuginnenraum zugeführte Zuluftstrom L mittels des Verdampfers 22 zunächst gekühlt und damit entfeuchtet. Mit der auf das Kältemittel durch Verdampfung und Entfeuchtung übertragenen Wärme sowie der dem Kältemittel über den Verdichter 12 zugeführten Wärme kann der Zuluftstrom L mittels des Heizregisters 26 vollständig oder zumindest teilweise wieder erwärmt werden.
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Hierzu weist die Kälteanlage 10, insbesondere das Klimagerät 32, zwischen dem Verdampfer 22 und dem Heizregister 26 einstellbare, insbesondere steuerbare und schwenkbare, Temperaturklappen auf, die hier aber nicht dargestellt sind und auf die auch nicht weiter eingegangen wird.
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Damit ein nachfolgend noch genauer beschriebener Wärmepumpenbetrieb unter Einsatz des ersten oder zweiten Wärmeübertragers 18, 19 als (Luft-) Wärmepumpen-Verdampfer ermöglicht ist, weist die Kälteanlage folgende strukturelle Merkmale auf.
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Die Kälteanlage 10 weist wenigstens einen Bypassabschnitt 40 auf. Der Bypassabschnitt 40 erstreckt sich in diesem Beispiel zwischen zwei Abzweigungen Ab9a und Ab9b. Ferner weist die Kälteanlage zwei Ventile auf, die in der einfachsten Version als Rückschlagventile R9a und R9b ausgestaltet werden können. Die Rückschlagventile R9a, R9b sowie der Bypassabschnitt 40 sind derart angeordnet sind, dass der Bypassabschnitt 40 nur in einem (Luft-)Wärmepumpenbetrieb aktiv von Kältemittel durchströmt wird, wobei der Bypassabschnitt 40 im Wärmepumpenbetrieb das Kältemittel nur zu dem ersten Wärmeübertrager 18 leitet.
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Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des ersten Wärmeübertragers 18 als Wärmepumpenverdampfer strömt das mittels des Kältemittelverdichters 12 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrventil A3 zur Abgabe von Wärme an einen Zuluftstrom L in das Heizregister 26. Anschließend wird es über das geöffnete Absperrventil A1 mittels des Expansionsventils AE3 in den ersten Wärmeübertrager 18 zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft entspannt. Danach strömt das Kältemittel über einen Wärmepumpenrückführzweig 15 zum Sammler 24 und zurück zum Kältemittelverdichter 12. Die Expansionsventile AE1, AE2 und AE4 bleiben dabei, ebenso wie das Absperrventil A5, geschlossen. Das Absperrventil A2 ist geöffnet.
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In diesem (Luft-)Wärmepumpenbetrieb strömt das Kältemittel also stromabwärts von dem Expansionsventil AE3 durch den Bypassabschnitt 40, in dem das Rückschlagventil R9a so angeordnet ist, dass ein Durchströmen von Kältemittel zum ersten Wärmeübertrager 18 ermöglicht ist. Zwischen dem Abzweig Ab9a und dem zweiten Wärmeübertrager 19 ist das Rückschlagventil R9b so angeordnet, dass im (Luft-)Wärmepumpenbetrieb kein Kältemittel durch den zweiten Wärmeübertrager 19 strömen kann. Mit anderen Worten kann auch gesagt werden, dass das Rückschlagventil R9b bezogen auf eine Strömungsrichtung von Kältemittel im Kälteanlagenbetrieb stromabwärts von demjenigen (hier zweiten) Wärmeübertrager 19 angeordnet ist, der im Wärmepumpenbetrieb (mittels des Bypassabschnitts 40) umgangen wird.
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In dem Beispiel der 1 ist also eine Kälteanlage 10 gezeigt, die mittels Bypassabschnitt 40 und wenigstens einer Ventileinrichtung R9a, R9b den zweiten Wärmeübertrager 19 inaktiviert, wenn der erste Wärmeübertrager 18 als Luftwärmepumpen-Verdampfer arbeitet.
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Wie sich aus der Anordnung des Bypassabschnitts 40 und der Rückschlagventile R9a, R9b unschwer ergibt, kann in einem Kälteanlagenbetrieb (AC-Betrieb) das Kältemittel sequenziell durch den ersten Wärmeübertrager 18 und den zweiten Wärmeübertrage 19 strömen, wobei der Bypassabschnitt 40 nicht aktiv durchströmt wird.
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2 zeigt ein modifiziertes Beispiel der Kälteanlage 10. Der Bypassabschnitt 40 und die Rückschlagventile R9a, R9b sind derart angeordnet, dass in einem (Luft-)Wärmepumpenbetrieb nur der zweite Wärmeübertrager 19 von Kältemittel durchströmt wird, wobei das Kältemittel mittels des Bypassabschnitts 40 und des Rückschlagventils R9b daran gehindert wird, den ersten Wärmeübertrager 18 zu durchströmen.
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In diesem (Luft-)Wärmepumpenbetrieb strömt das Kältemittel also stromabwärts von dem Expansionsventil AE3 durch den zweiten Wärmeübertrager 19 und danach durch den Bypassabschnitt 40, in dem das Rückschlagventil R9a so angeordnet ist, dass ein Durchströmen von Kältemittel in den Bidirektionalabschnitt 14-1 ermöglicht ist. Zwischen dem Abzweig Ab9a und dem ersten Wärmeübertrager 18 ist das Rückschlagventil R9b so angeordnet, dass im (Luft-)Wärmepumpenbetrieb kein Kältemittel durch den ersten Wärmeübertrager 18 strömen kann. Mit anderen Worten kann auch gesagt werden, dass das Rückschlagventil R9b bezogen auf eine Strömungsrichtung von Kältemittel im Kälteanlagenbetrieb stromabwärts von demjenigen (hier ersten) Wärmeübertrager 18 angeordnet ist, der im Wärmepumpenbetrieb (mittels des Bypassabschnitts 40) umgangen wird.
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In dem Beispiel der 2 ist also eine Kälteanlage 10 gezeigt, die mittels Bypassabschnitt 40 und wenigstens einer Ventileinrichtung R9a, R9b den ersten Wärmeübertrager 18 inaktiviert, wenn der zweite Wärmeübertrager 19 als Luftwärmepumpen-Verdampfer arbeitet.
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Wie sich aus der Anordnung des Bypassabschnitts 40 und der Rückschlagventile R9a, R9b unschwer ergibt, kann in einem Kälteanlagenbetrieb (AC-Betrieb) das Kältemittel sequenziell durch den ersten Wärmeübertrager 18 und den zweiten Wärmeübertrage 19 strömen, wobei der Bypassabschnitt 40 nicht aktiv durchströmt wird.
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3 zeigt ein modifiziertes Beispiel der Kälteanlage 10. Der Bypassabschnitt 40 erstreckt sich von einem Abzweig Ab8 zu dem Abzweig Ab9. Im Bypassabschnitt 40 ist das Expansionsventil AE3 angeordnet. Ferner ist der Bypassabschnitt 40 so ausgeführt, dass er den inneren Wärmeübertrager 20 umgeht. Das Rückschlagventil R9b kann beispielsweise zwischen Abzweig Ab8 und dem inneren Wärmeübertrager angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, dass das Rückschlagventil zwischen dem inneren Wärmeübertrager 20 und dem zweiten Wärmeübertrager 19 angeordnet ist, was punktiert dargestellt ist. Das Expansionsventil AE3 und das Rückschlagventil SR9b sind derart angeordnet, dass in einem (Luft-)Wärmepumpenbetrieb nur der erste Wärmeübertrager 18 von Kältemittel durchströmt wird, wobei das Kältemittel mittels des Bypassabschnitts 40 und des Rückschlagventils R9b daran gehindert wird, den zweiten Wärmeübertrager 19 zu durchströmen.
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In diesem (Luft-)Wärmepumpenbetrieb strömt das Kältemittel also stromabwärts von dem Expansionsventil AE3 durch den Bypassabschnitt 40 in den ersten Wärmeübertrager 18 unter Umgehung des inneren Wärmeübertragers 20. Zwischen dem Abzweig Ab8 und dem zweiten Wärmeübertrager 19 ist das Rückschlagventil R9b so angeordnet, dass im (Luft-) Wärmepumpenbetrieb kein Kältemittel durch den zweiten Wärmeübertrager 19 strömen kann. Mit anderen Worten kann auch gesagt werden, dass das Rückschlagventil R9b bezogen auf eine Strömungsrichtung von Kältemittel im Kälteanlagenbetrieb stromabwärts von demjenigen (hier zweiten) Wärmeübertrager 19 angeordnet ist, der im Wärmepumpenbetrieb (mittels des Bypassabschnitts 40) umgangen wird.
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In dem Beispiel der 3 ist also eine Kälteanlage 10 gezeigt, die mittels Bypassabschnitt 40 und wenigstens einer Ventileinrichtung AE3, R9b den zweiten Wärmeübertrager 19 inaktiviert, wenn der erste Wärmeübertrager 18 als Luftwärmepumpen-Verdampfer arbeitet.
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Wie sich aus der Anordnung des Bypassabschnitts 40 und des Rückschlagventils R9b sowie des Expansionsventils AE3 unschwer ergibt, kann in einem Kälteanlagenbetrieb (AC-Betrieb) das Kältemittel sequenziell durch den ersten Wärmeübertrager 18 und den zweiten Wärmeübertrage 19 strömen, wobei der Bypassabschnitt 40 nicht aktiv durchströmt wird, weil das Expansionsventil AE3 in einem solchen Betrieb geschlossen ist.
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In allen Beispielen der 1 bis 3 weist die Kälteanlage 10 eine Steuereinrichtung 50 auf, die dazu eingerichtet ist, die verschiedenen Betriebszustände der Kälteanlage 10, die oben beispielhaft beschrieben worden sind, zu erfassen, insbesondere jedoch auf Basis der Eingangswerte und Sollgrößen zu steuern bzw. zu regeln. Dabei kann die Steuereinrichtung 50 insbesondere Sensordaten empfangen und verarbeiten, weitere Betriebsparameter berechnen oder/und abschätzen sowie den Kältemittelverdichter bzw. Ventileinrichtungen und dergleichen der Kälteanlage ansteuern.
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Sollte beabsichtigt werden wahlweise nicht nur einen der beiden Wärmeübertrager 18, 19, sondern in Einzelfällen auch beide aktiv im Luftwärmepumpenmodus zu durchströmen, so ist mindestens eines der beiden Rückschlagventile R9a, R9b, idealerweise jedoch beide, durch (nicht dargestellte) aktive, extern ansteuerbare Ventile zu ersetzen.
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Um im Betrieb des Luftwärmepumpenmodus nachteilige Kältemittelumverlagerungen in den inaktiven Wärmeübertrager 18 oder Wärmeübertrager 19 vermeiden zu können, ist es denkbar, den betreffenden Wärmeübertrager 18 bzw. 19 beidseitig abzuriegeln. Dies bedarf wiederum mindestens eines (nicht dargestellten) aktiven, extern ansteuerbaren Ventils. In einer weiteren Option kann eine Kältemittelabsaugung aus Totvolumina, d.h. inaktiven Sektoren, wie den Wärmeübertrager 18 oder Wärmeübertrager 19 umgesetzt werden.
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Es sei angemerkt, dass trotz serieller kältemittelseitiger Verschaltung der beiden Wärmeübertrage 18, 19, neben der ebenfalls seriellen luftseitigen Durchströmung, auch eine (nicht dargestellte) parallele luftseitige Durchströmung erfolgen kann. Dies wäre beispielweise der Fall, wenn beide Wärmeübertrager 18, 19 bezogen auf das Kraftfahrzeug nicht zentral positioniert wären, sondern dezentral zueinander, was bspw. einer Anordnung mindestens einer der beide Wärmeübertrager 18, 19 in einer seitlichen Position des Kraftfahrzeuges entsprechen würde, der sog. Schürzenkühleranordnung.
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Auch kältemittelseitig ist eine (nicht dargestellte) parallele Anordnung und damit Durchströmung beider Wärmeübertrager 18, 19 denkbar, ebenfalls bei luftseitig serieller bzw. paralleler Durchströmung. In diesem Fall muss jedoch verstärkt auf extern ansteuerbare Aktorik (Ventile) zurückgegriffen werden, um den korrekten bzw. gewünschten Kältemittelfluss durch die jeweilige Zielkomponente Wärmeübertrager 18 oder Wärmeübertrager 19 im Anwendungsfall der Luft-Wärmepumpenverschaltung abgebildet zu bekommen.
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Neben der bidirektionalen Durchströmung der beiden Wärmeübertrager 18, 19 kann eine (nicht dargestellte) Ausgestaltung der Kälteanlage 10 auch in der Weise erfolgen, dass eine monodirektionaler Durchströmung der beiden Wärmeübertrager 18, 19 abgebildet werden kann. Dies ist mit geringfügiger topologischer Anpassung des Kältemittelkreises 11 wie bspw. mit der Anbindung des Ventils A2 an den Abzweig Ab9 statt wie bisher an Ab6 und zusätzlichem Einsatz extern ansteuerbarer Aktorik (Ventile) realisierbar.
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Bidirektional bedeutet, dass bei dem jeweiligen Wärmeübertrager 18, 19 der AC-Eintritt zum Luft-Wärmepumpenaustritt wird, d.h. die Strömungsrichtung des Kältemittels innerhalb des Wärmeübertragers 18, 19 wird umgekehrt. Bei monodirektional bleibt die Strömungsrichtung des Kältemittels gleich, unabhängig vom gewählten Modus.
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Die oben in Bezug auf die 1 bis 3 beschriebene Kälteanlage 10 kann in einem in allen Figuren lediglich als gestricheltes Rechteck dargestellten Kraftfahrzeug 100 angeordnet sein, das zumindest teilweise elektrisch angetrieben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019126983 A1 [0002]
- DE 102008046620 A1 [0002]
- DE 102010004187 A1 [0002]
