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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kältefluidkreislauf zur thermischen Behandlung eines Kraftfahrzeugs.
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Es ist bekannt, einen Kreislauf oder mehrere Kreisläufe zur thermischen Behandlung zu verwenden, die die nachfolgenden Funktionen erfüllen können:
- – Heizen des Fahrgastraums eines Fahrzeugs,
- – Kühlen des Fahrgastraums, wobei diese Funktion auch als Klimatisierung des Fahrgastraums bezeichnet wird, und
- – Entfeuchten des Fahrgastraums.
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Durch die thermische Behandlung des Fahrgastraums (Heizen, Klimatisieren und/oder Entfeuchten) ist es möglich, den Komfort für den Fahrer oder die Insassen des Fahrzeugs zu verbessern.
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Es erscheint heute notwendig, einen Kältefluidkreislauf zu bieten, der insbesondere die Klimatisierungsfunktion gewährleistet und einen hohen Wirkungsgrad oder Leistungskoeffizienten hat.
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Es sei nochmal erinnert, dass der Leistungskoeffizient das Verhältnis der gelieferten Kälteleistung zur gelieferten Arbeit ist.
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Das Ziel der Erfindung besteht insbesondere darin, eine einfache, wirksame und wirtschaftliche Lösung zu diesem Problem zu bieten.
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Zu diesem Zweck schlägt sie einen Kältefluidkreislauf zur thermischen Behandlung eines Kraftfahrzeugs vor, mit einem ersten Wärmetauscher, der eine Siedeeinrichtung bilden kann, einem zweiten Wärmetauscher, der einen Kondensator bilden kann, einem dritten Wärmetauscher, der einen Verdampfer bilden kann, einem vierten Wärmetauscher, der einen Verdampfer bilden kann, einem Verdichter, einer Pumpe, einem ersten Druckminderer, einem zweiten Druckminderer, einer trithermischen Ausstoßeinrichtung mit einem Betätigungseinlass, einem Ansaugeinlass und einem Auslass, und Mitteln, mit denen das Kältefluid entsprechend mindestens einem der nachfolgenden Betriebsmodi in Umlauf gebracht werden kann:
- – einem ersten Betriebsmodus, bei dem das Kältefluid in einer ersten Schleife zirkuliert, die sukzessiv zumindest durch den zweiten Wärmetauscher verläuft, wobei ein erster Teil des Kältefluids anschließend durch den ersten Druckminderer und dann durch den vierten Wärmetauscher strömt, während ein zweiter Teil des Kältefluids anschließend durch den zweiten Druckminderer und dann durch den dritten Wärmetauscher strömt, wobei das gesamte Kältefluid anschließend durch den Verdichter strömt, bevor es erneut durch den zweiten Wärmetauscher strömt,
- – einem zweiten Betriebsmodus, bei dem das Kältefluid in einer zweiten Schleife zirkuliert, die sukzessiv zumindest durch den zweiten Wärmetauscher verläuft, wobei ein erster Teil des Kältefluids anschließend durch die Pumpe und den ersten Wärmetauscher strömt und dann auf Höhe des Betätigungseinlasses in die Ausstoßeinrichtung eintritt, während ein zweiter Teil des Kältefluids anschließend durch den zweiten Druckminderer und dann durch den dritten Wärmetauscher strömt, bevor es auf Höhe des Ansaugeinlasses in die Ausstoßeinrichtung eintritt, wobei das gesamte Kältefluid über den entsprechenden Auslass aus der Ausstoßeinrichtung austritt, bevor es erneut durch den zweiten Wärmetauscher strömt,
- – einem dritten Betriebsmodus, bei dem das Kältefluid in einer dritten Schleife zirkuliert, die sukzessiv zumindest durch den zweiten Wärmetauscher verläuft, wobei einer erster Teil des Kältefluids anschließend durch den ersten Druckminderer, den vierten Wärmetauscher und dann durch den Verdichter strömt, bevor es erneut durch den zweiten Wärmetauscher strömt, wobei ein zweiter Teil des Kältefluids anschließend durch den zweiten Wärmetauscher und dann durch den dritten Wärmetauscher strömt, bevor es über den Ansaugeinlass in die Ausstoßeinrichtung eintritt, wobei einer dritter Teil des Kältefluids anschließend durch die Pumpe und dann durch den ersten Wärmetauscher strömt, bevor es über den Betätigungseinlasses in die Ausstoßeinrichtung eintritt, wobei der zweite und dritte Teil über den entsprechenden Auslass aus der Ausstoßeinrichtung austreten, bevor sie erneut durch den zweiten Wärmetauscher strömen.
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Der erste Wärmetauscher kann zum Beispiel in der Lage sein, Wärme mit einem Wärmeträgerfluid eines Kreislaufs zum Kühlen eines Fahrzeugverbrennungsmotors und/oder mit aus einem derartigen Verbrennungsmotor stammenden Abgasen auszutauschen.
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Der zweite Wärmetauscher kann ferner an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet sein, so dass Wärme mit der Luft außerhalb des Fahrzeugs ausgetauscht wird.
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Der dritte und der vierte Wärmetauscher können ferner Wärme mit Luft austauschen, die in den Fahrgastraum des Fahrzeugs ausmünden soll.
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Bei dem ersten Betriebsmodus ermöglichen der dritte und der vierte Wärmetauscher zum Beispiel das Kühlen eines Luftstroms, der in den Fahrgastraum des Fahrzeugs auszumünden soll, wobei die diesem Luftstrom entnommene Wärme über den zweiten Wärmetauscher nach außen abgestoßen wird. Der Betrieb des Kreislaufs wird dann durch den Verdichter gewährleistet.
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Dieser erste Betriebsmodus kann beispielsweise angewandt werden, wenn der Motor kalt ist und somit wenn das Wärmeträgerfluid des Kühlkreislaufs auch kalt ist, d.h. wenn auf Höhe des ersten Wärmetauschers nicht ausreichend Wärmeleistung zur Verfügung steht.
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Bei dem zweiten Betriebsmodus wird beispielsweise mit dem ersten Wärmetauscher Wärme von dem Wärmeträgerfluid des Motorkühlkreislaufs oder von den Motorabgasen entnommen. Wie zuvor führt der zweite Wärmetauscher Wärme nach außen ab, und die Funktion des dritten Wärmetauschers besteht zum Beispiel darin, die in den Fahrgastraum eintretende Luft zu kühlen. Bei diesem Betriebsmodus sind auch der Verdichter ausgeschaltet und die Pumpe eingeschaltet. Es sei angemerkt, dass die Pumpe eine viel niedrigere Leistung als der Verdichter benötigt, um den Betrieb des Kreislaufs zu gewährleisten.
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Der zweite Betriebsmodus kann zum Beispiel angewandt werden, wenn das Wärmeträgerfluid des Motorkühlkreislaufs warm ist, d.h. wenn auf Höhe des ersten Wärmetauschers ausreichend Wärmeleistung zur Verfügung steht und der Klimatisierungsbedarf relativ niedrig ist.
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Bei dem dritten Betriebsmodus wird beispielsweise mit dem ersten Wärmetauscher Wärme von dem Wärmeträgerfluid des Motorkühlkreislaufs oder von den Motorabgasen entnommen. Wie zuvor führt der zweite Wärmetauscher Wärme nach außen ab. Darüber hinaus besteht die Funktion des dritten Wärmetauschers und des vierten Wärmetauschers zum Beispiel jeweils darin, die in den Fahrgastraum eintretende Luft zu kühlen. Bei diesem Betriebsmodus sind der Verdichter und die Pumpe eingeschaltet.
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Der dritte Betriebsmodus kann zum Beispiel angewandt werden, wenn das Wärmeträgerfluid des Motorkühlkreislaufs warm ist, d.h. wenn auf Höhe des ersten Wärmetauschers ausreichend Wärmeleistung zur Verfügung steht und der Klimatisierungsbedarf relativ hoch ist.
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Ein derartiger Kreislauf ermöglicht es, die Klimatisierungsfunktion wirksam zu gewährleisten, unabhängig davon, ob das Fahrzeug steht oder gestartet ist, und hat einen höheren Leistungskoeffizienten als die Kreisläufe aus dem Stand der Technik.
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Gemäß einem optionalen Merkmal weist der Kreislauf eine Flasche zum Speichern von Kühlfluid auf, die stromabwärts des zweiten Wärmetauschers liegt.
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Diese Flasche kann in dem zweiten Wärmetauscher integriert sein.
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Der Kreislauf kann ferner einen fünften Wärmetauscher aufweisen, der Wärme zwischen dem Teil des Kältefluids, der aus dem zweiten Wärmetauscher oder aus der Flasche stammt, einerseits, und dem Teil des Kältefluids, der durch den Verdichter strömen soll, austauschen kann.
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Ein derartiger Wärmetauscher wird auch als I.H.X., englisch „Internal Heat eXchanger“ bezeichnet. Das Vorhandensein des fünften Wärmetauschers ermöglicht eine weitere Verbesserung des Leistungskoeffizienten des Kreislaufs.
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Der Kreislauf kann ferner einen sechsten Wärmetauscher aufweisen, der Wärme zwischen dem Teil des Kältefluids, der aus der Pumpe stammt, und dem Teil des Kältefluids, der aus dem Verdichter stammt, austauschen kann.
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Der sechste Wärmetauscher bildet eine Wärmerückgewinnungseinrichtung vom Typ I.H.X. und ermöglicht auch eine Verbesserung des Leistungskoeffizienten des Kreislaufs.
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Die Ausstoßeinrichtung weist vorzugsweise von dem stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil eine Düse mit einem konvergierenden Bereich, auf den ein divergierender Bereich folgt, sowie eine Mischkammer und einen Zerstäuber auf, die so angeordnet sind, dass das über den Betätigungseinlass eintretende Kältefluid durch den konvergierenden Bereich und dann durch den divergierenden Bereich der Düse strömt, was das Ansaugen des Kältefluids auf Höhe des Ansaugeinlasses bewirkt, wobei das gesamte Kältefluid durch die Mischkammer und dann durch den Zerstäuber strömt, bevor es über den Auslass der Ausstoßeinrichtung ausgestoßen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Kreislauf Folgendes:
- – einen ersten Abschnitt, der eine erste Abzweigung mit dem Betätigungseinlass der Ausstoßeinrichtung verbindet, wobei der erste Abschnitt in Kältefluidzirkulationsrichtung vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv ein erstes Sperrventil, die Pumpe und den ersten Wärmetauscher aufweist,
- – einen zweiten Abschnitt, der eine zweite Abzweigung mit der ersten Abzweigung verbindet, wobei der zweite Abschnitt vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv den Verdichter und den zweiten Wärmetauscher aufweist, wobei der zweite Abschnitt eine zwischen dem Verdichter und dem zweiten Wärmetauscher liegende dritte Abzweigung aufweist,
- – einen dritten Abschnitt, der die erste Abzweigung mit der zweiten Abzweigung verbindet, wobei der dritte Abschnitt vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv den ersten Druckminderer und den vierten Wärmetauscher aufweist,
- – einen vierten Abschnitt, der die erste Abzweigung mit dem Ansaugeinlass der Ausstoßeinrichtung verbindet, wobei der vierte Abschnitt vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv den zweiten Druckminderer, den dritten Wärmetauscher und ein zweites Ventil mit drei Wegen aufweist, wobei ein erster Weg des zweiten Ventils mit dem dritten Wärmetauscher verbunden ist und ein zweiter Weg des zweiten Ventils mit dem Ansaugeinlass der Ausstoßeinrichtung verbunden ist,
- – einen fünften Abschnitt, der den Auslass der Ausstoßeinrichtung mit der dritten Abzweigung verbindet,
- – einen sechsten Abschnitt, der einen dritten Weg des zweiten Ventils mit der zweiten Abzweigung verbindet.
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In diesem Fall kann der fünfte Wärmetauscher einen ersten Teil umfassen, mit dem der dritte Abschnitt ausgestattet ist und der zwischen der ersten Abzweigung und dem ersten Druckminderer angeordnet ist, sowie einen zweiten Teil, mit dem der zweite Abschnitt ausgestattet ist und der zwischen der zweiten Abzweigung und dem Verdichter angeordnet ist, so dass Wärme zwischen dem Fluid, das durch den ersten Teil strömt, und Fluid, das durch den zweiten Teil des fünften Wärmetauschers strömt, ausgetauscht werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Kreislauf Folgendes:
- – einen ersten Abschnitt, der eine erste Abzweigung mit dem Betätigungseinlass der Ausstoßeinrichtung verbindet, wobei der erste Abschnitt in Kältefluidzirkulationsrichtung vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv ein erstes Sperrventil, die Pumpe und den ersten Wärmetauscher aufweist,
- – einen zweiten Abschnitt, der eine zweite Abzweigung mit der ersten Abzweigung verbindet, wobei der zweite Abschnitt vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv den Verdichter und den zweiten Wärmetauscher aufweist, wobei der zweite Abschnitt eine zwischen dem Verdichter und dem zweiten Wärmetauscher liegende dritte Abzweigung aufweist,
- – einen dritten Abschnitt, der die erste Abzweigung mit der zweiten Abzweigung verbindet, wobei der dritte Abschnitt vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv den ersten Druckminderer und den vierten Wärmetauscher aufweist, wobei der dritte Abschnitt ferner eine zwischen der ersten Abzweigung und dem ersten Druckminderer liegende vierte Abzweigung aufweist,
- – einen vierten Abschnitt, der die vierte Abzweigung mit dem Ansaugeinlass der Ausstoßeinrichtung verbindet, wobei der vierte Abschnitt vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv den zweiten Druckminderer, den dritten Wärmetauscher und ein zweites Ventil mit drei Wegen aufweist, wobei ein erster Weg des zweiten Ventils mit dem dritten Wärmetauscher verbunden ist und ein zweiter Weg des zweiten Ventils mit dem Ansaugeinlass der Ausstoßeinrichtung verbunden ist,
- – einen fünften Abschnitt, der den Auslass der Ausstoßeinrichtung mit der dritten Abzweigung verbindet,
- – einen sechsten Abschnitt, der einen dritten Weg des zweiten Ventils mit der zweiten Abzweigung verbindet.
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In diesem Fall kann der fünfte Wärmetauscher einen ersten Teil umfassen, mit dem der dritte Abschnitt ausgestattet ist und der zwischen der ersten Abzweigung und der vierten Abzweigung angeordnet ist, sowie einen zweiten Teil, mit dem der zweite Abschnitt ausgestattet ist und der zwischen der zweiten Abzweigung und dem Verdichter angeordnet ist, so dass Wärme zwischen dem Fluid, das durch den ersten Teil strömt, und Fluid, das durch den zweiten Teil des fünften Wärmetauschers strömt, ausgetauscht werden kann.
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Vorzugsweise ist der zweite Abschnitt mit der Flasche ausgestattet, die zwischen der ersten Abzweigung und dem zweiten Wärmetauscher liegt.
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Der sechste Wärmetauscher kann ferner einen ersten Teil umfassen, mit dem der erste Abschnitt ausgestattet ist und der zwischen der Pumpe und dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist, sowie einen zweiten Teil, mit dem der zweite Abschnitt ausgestattet ist und der zwischen dem Verdichter und der dritten Abzweigung angeordnet ist, so dass Wärme zwischen dem Fluid, das durch den ersten Teil strömt, und Fluid, das durch den zweiten Teil (6b) des sechsten Wärmetauschers strömt, ausgetauscht werden kann.
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Die Erfindung betrifft schließlich ein Kraftfahrzeug mit einem Kreislauf zum Kühlen eines Verbrennungsmotors, wobei bei dem Kühlkreislauf ein Wärmeträgerfluid und eine Leitung für das Ausströmen der aus dem Verbrennungsmotor stammenden Verbrennungsgasen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Kreislauf der vorgenannten Art umfasst, wobei der erste Wärmetauscher Wärme mit dem Wärmeträgerfluid des Kühlkreislaufs und/oder mit dem Verbrennungsgasen aus der Ausströmleitung austauschen kann.
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Beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung, die als nicht einschränkendes Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen angegeben ist, wird die Erfindung besser verstanden und ergeben sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kreislaufs,
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2 eine schematische Ansicht der Ausstoßeinrichtung des Kreislaufs im Axialschnitt,
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3 eine 1 entsprechende Ansicht, die einen ersten Betriebsmodus des Kreislaufs veranschaulicht,
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4 ein Mollier-Diagramm, das den ersten Betriebsmodus des Kreislaufs veranschaulicht,
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5 und 6 Ansichten, die 3 bzw. 4 entsprechen und einen zweiten Betriebsmodus des Kreislaufs veranschaulichen,
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7 und 8 Ansichten, die 3 bzw. 4 entsprechen und einen dritten Betriebsmodus des Kreislaufs veranschaulichen,
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9 eine 3 entsprechende Ansicht, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,
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10 eine 3 entsprechende Ansicht, die eine dritte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht,
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11 eine 3 entsprechende Ansicht, die eine vierte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
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Die 1 bis 9 veranschaulichen einen Kältefluidkreislauf zur thermischen Behandlung eines Kraftfahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform.
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Der Kreislauf weist einen ersten Wärmetauscher 1 auf, der eine Siedeeinrichtung bilden kann, einen zweiten Wärmetauscher 2, der einen Kondensator bilden kann, einen dritten Wärmetauscher 3, der einen Verdampfer bilden kann, einen vierten Wärmetauscher 4, der einen Verdampfer bilden kann, einen fünften Wärmetauscher mit einem ersten Teil 5a und einem zweiten Teil 5b, einen Verdichter Cp, eine Pumpe P, einen ersten Druckminderer D1, einen zweiten Druckminderer D2, eine trithermische Ausstoßeinrichtung E mit einem Betätigungseinlass 7, einem Ansaugeinlass 8 und einem Auslass 9, eine Flasche B zum Speichern des Kühlfluids, wobei diese Flasche in dem zweiten Wärmetauscher integriert sein kann, ein Sperrventil V1 und ein Ventil V2 mit drei Wegen.
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Der erste Wärmetauscher 1 kann zum Beispiel Wärme mit einem Wärmeträgerfluid eines Kreislaufs zum Kühlen eines Fahrzeugverbrennungsmotors und/oder mit aus einem derartigen Verbrennungsmotor stammenden Abgasen austauschen.
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Der zweite Wärmetauscher 2 kann ferner an der Vorderseite des Fahrzeugs angeordnet sein, so dass Wärme mit der Luft außerhalb des Fahrzeugs ausgetauscht wird.
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Der dritte und der vierte Wärmetauscher 3, 4 können ferner Wärme mit einem Luftstrom F austauschen, der in den Fahrgastraum des Fahrzeugs ausmünden soll.
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Der fünfte Wärmetauscher 5a, 5b bildet außerdem einen I.H.X.-Tauscher (englisch für Heat Internal eXchanger) und ist dazu ausgelegt, Wärme zwischen dem Kältefluid, das durch den ersten Teil 5a strömt, und dem Fluid, das durch den zweiten Teil 5b strömt, auszutauschen.
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Wie in 2 besser zu sehen ist, weist die Ausstoßeinrichtung E vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil eine Düse 10 mit einem konvergierenden Bereich 11, auf den ein divergierender Bereich 12 folgt, sowie eine Mischkammer 13 und einen Zerstäuber 14 auf. Wie an sich bekannt ist, sind diese verschiedenen Elemente so angeordnet, dass das über den Betätigungseinlass 7 eintretende Kältefluid durch den konvergierenden Bereich 11 und dann durch den divergierenden Bereich 12 der Düse 10 strömt, was auf Höhe des Ansaugeinlasses 8 das Ansaugen des Kältefluids in einen die Düse 10 umgebenden Bereich bewirkt, wobei das gesamte Kältefluid anschließend durch die Mischkammer 13 und dann durch den Zerstäuber 14 strömt, bevor es über den Auslass 9 der Ausstoßeinrichtung E ausgestoßen wird.
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Der Kreislauf umfasst ferner Folgendes:
- – einen ersten Abschnitt P1, der eine erste Abzweigung E1 mit dem Betätigungseinlass 7 der Ausstoßeinrichtung E verbindet, wobei der erste Abschnitt P1 in Kältefluidzirkulationsrichtung vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv das erste Sperrventil V1, die Pumpe P und den ersten Wärmetauscher 1 aufweist,
- – einen zweiten Abschnitt P2, der eine zweite Abzweigung E2 mit der ersten Abzweigung E1 verbindet, wobei der zweite Abschnitt vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv den zweiten Teil 5b des fünften Wärmetauschers, den Verdichter Cp, den zweiten Wärmetauscher 2 und die Flasche B aufweist, wobei der zweite Abschnitt P2 eine zwischen dem Verdichter Cp und dem zweiten Wärmetauscher 2 liegende dritte Abzweigung E3 aufweist,
- – einen dritten Abschnitt P3, der die erste Abzweigung E1 mit der zweiten Abzweigung E2 verbindet, wobei der dritte Abschnitt P3 vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv den ersten Teil 5a des fünften Wärmetauschers, den ersten Druckminderer D1 und den vierten Wärmetauscher 4 aufweist,
- – einen vierten Abschnitt P4, der die erste Abzweigung E1 mit dem Ansaugeinlass 8 der Ausstoßeinrichtung E verbindet, wobei der vierte Abschnitt P4 vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv den zweiten Druckminderer D2, den dritten Wärmetauscher 3 und das zweite Ventil V2 mit drei Wegen aufweist, wobei ein erster Weg des zweiten Ventils V2 mit dem dritten Wärmetauscher 3 verbunden ist und ein zweiter Weg des zweiten Ventils V2 mit dem Ansaugeinlass 8 der Ausstoßeinrichtung E verbunden ist,
- – einen fünften Abschnitt P5, der den Auslass 9 der Ausstoßeinrichtung E mit der dritten Abzweigung E3 verbindet,
- – einen sechsten Abschnitt P6, der einen dritten Weg des zweiten Ventils V2 mit der zweiten Abzweigung E2 verbindet.
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3 veranschaulicht einen ersten Betriebsmodus dieses Kreislaufs. Bei diesem Betriebsmodus ist der Verdichter Cp eingeschaltet, die Pumpe P ist angehalten, das Ventil V1 ist geschlossen, der zweite Weg des zweiten Ventils V2 ist geschlossen und der erste und der dritte Weg des zweiten Ventils V2 sind offen.
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Es sei angemerkt, dass in den 3, 5 und 7 die Organe, die bei dem betrachteten Betriebsmodus nicht von dem Kältefluid durchströmt werden, gestrichelt und die anderen Organe mit durchgezogener Linie dargestellt wurden.
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Bei diesem Betriebsmodus zirkuliert das Kältefluid in einer ersten Schleife, die sukzessiv durch den zweiten Wärmetauscher 2 und die Flasche B verläuft, wobei ein erster Teil des Kältefluids anschließend durch den ersten Teil 5a des fünften Wärmetauschers, den ersten Druckminderer D1 und dann durch den vierten Wärmetauscher 4 strömt, während ein zweiter Teil des Kältefluids anschließend durch den zweiten Druckminderer D2, den dritten Wärmetauscher 3 und dann durch das Ventil V2 strömt, wobei das gesamte Kältefluid anschließend durch den zweiten Teil 5b des fünften Wärmetauschers und dann durch den Verdichter Cp strömt, bevor es erneut durch den zweiten Wärmetauscher 2 strömt.
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Der entsprechende thermodynamsiche Zyklus ist in dem Mollier-Diagramm von 4 veranschaulicht. Auf diesem Diagramm sind die Abszisse durch die Enthalpie h und die Ordinate durch den Druck p des Kältefluids gebildet.
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Für ein besseres Verständnis sind mit i1 bis i9 bezeichnete Punkte sowohl auf dem Mollier-Diagramm als auch auf dem in 3 veranschaulichten Kältefluidkreislauf aufgetragen worden. Die Phasen des Kältefluids (flüssig; zweiphasig, d.h. flüssig und dampfförmig, dampfförmig) sowie die verschiedenen Zyklusetappen (Verdampfung, Kondensierung, Verdichtung, Druckminderung) sind auch auf dem Diagramm angegeben.
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Wie oben angegeben ermöglichen der dritte und der vierte Wärmetauscher 3, 4 bei dem ersten Betriebsmodus das Kühlen des Luftstroms F, der in den Fahrzeugfahrgastraum ausmünden soll, wobei die diesem Luftstrom F entnommene Wärme über den zweiten Wärmetauscher 2 nach außen ausgestoßen wird. Der Betrieb des Kreislaufs wird durch den Verdichter Cp gewährleistet.
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Dieser erste Betriebsmodus kann zum Beispiel angewandt werden, wenn der Motor kalt ist und somit wenn das Wärmeträgerfluid des Kühlkreislaufs auch kalt ist, d.h. wenn auf Höhe des ersten Wärmetauschers 1 nicht ausreichend Wärmeleistung vorhanden ist.
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Die 5 und 6 veranschaulichen einen zweiten Betriebsmodus dieses Kreislaufs. Bei dem zweiten Betriebsmodus ist der Verdichter Cp ausgeschaltet, die Pumpe P ist gestartet, das Ventil V1 ist offen, der dritte Weg des zweiten Ventils V2 ist geschlossen und der erste und der zweite Weg des zweiten Ventils V2 sind offen.
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Bei diesem Betriebsmodus zirkuliert das Kältefluid in einer zweiten Schleife, die sukzessiv durch den zweiten Wärmetauscher 2 und die Flasche B verläuft, wobei ein erster Teil des Kältefluids anschließend durch das erste Ventil V1, die Pumpe, den ersten Wärmetauscher 1 strömt und dann auf Höhe des Betätigungseinlasses 7 in die Ausstoßeinrichtung E eintritt, während ein zweiter Teil des Kältefluids anschließend durch den zweiten Druckminderer D2, den dritten Wärmetauscher 3 und dann durch das zweite Ventil V2 strömt, bevor es auf Höhe des Ansaugeinlasses 8 in die Ausstoßeinrichtung E eintritt, wobei das gesamte Kältefluid über den entsprechenden Auslass 9 aus der Ausstoßeinrichtung E austritt, bevor es erneut durch den zweiten Wärmetauscher 2 strömt.
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Es sei angemerkt, dass der Punkt i5 auf dem Mollier-Diagramm von 6 der Punkt ist, der den Zustand des Kältefluids beim Austreten aus der Düse 10 darstellt, und der Punkt i8 der Punkt ist, der den Zustand des Kältefluids in der Mischkammer 13 darstellt. Es sei auch angemerkt, dass zwischen i8 und i1 in dem Zerstäuber die Geschwindigkeit aufgrund der Querschnittsvergrößerung sinkt und ein Teil der abgegebenen kinetischen Energie in Druck umgewandelt wird.
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Wie oben angegeben, wird in dem zweiten Betriebsmodus mit dem ersten Wärmetauscher 1 Wärme von dem Wärmeträgerfluid des Motorkühlkreislaufs und/oder von den Abgasen des Motors entnommen. Der zweite Wärmetauscher 2 führt Wärme nach außen ab, und die Funktion des dritten Wärmetauschers 3 besteht darin, den Luftstrom F, der in den Fahrzeugfahrgastraum eintreten soll, zu kühlen.
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Der zweite Betriebsmodus kann zum Beispiel angewandt werden, wenn das Wärmeträgerfluid des Motorkühlkreislaufs warm ist (oder die Abgase ausreichend warm sind), d.h. wenn auf Höhe des ersten Wärmetauschers 1 ausreichend Wärmeleistung zur Verfügung steht und der Klimatisierungsbedarf relativ niedrig ist.
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Die 7 und 8 veranschaulichen einen dritten Betriebsmodus dieses Kreislaufs. Bei dem dritten Betriebsmodus ist der Verdichter Cp eingeschaltet, die Pumpe P ist eingeschaltet, das Ventil V1 ist offen, der dritte Weg des zweiten Ventils V2 ist geschlossen, und der erste und der zweite Weg des zweiten Ventils V2 sind offen.
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Bei diesem Betriebsmodus zirkuliert das Kältefluid in einer dritten Schleife, die sukzessiv zumindest durch den zweiten Wärmetauscher 2 verläuft, wobei ein erster Teil des Kältefluids anschließend durch den ersten Druckminderer D1, den vierten Wärmetauscher 4 und dann durch den Verdichter Cp strömt, bevor es erneut durch den zweiten Wärmetauscher 2 strömt, wobei ein zweiter Teil des Kältefluids anschließend durch den zweiten Druckminderer D2 und dann durch den dritten Wärmetauscher 3 strömt, bevor es über den Ansaugeinlass 8 in die Ausstoßeinrichtung E eintritt, wobei ein dritter Teil des Kältefluids anschließend durch die Pumpe P und dann durch den ersten Wärmetauscher 1 strömt, bevor es über den Betätigungseinlass 7 in die Ausstoßeinrichtung E eintritt, wobei der zweite und der dritte Teil des Fluids über den entsprechenden Auslass 9 aus der Ausstoßeinrichtung E austreten, bevor sie erneut durch den zweiten Wärmetauscher 2 strömen.
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Es sei angemerkt, dass der Punkt i12 auf dem Mollier-Diagramm von 8 der Punkt ist, der den Zustand des Kältefluids beim Austreten aus der Düse 10 darstellt, und der Punkt i13 der Punkt ist, der den Zustand des Kältefluids in der Mischkammer 13 darstellt. Es sei auch angemerkt, dass zwischen i13 und i14 in dem Zerstäuber die Geschwindigkeit aufgrund der Querschnittsvergrößerung sinkt und ein Teil der abgegebenen kinetischen Energie in Druck umgewandelt wird.
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Wie oben angegeben, wird bei dem dritten Betriebsmodus mit dem ersten Wärmetauscher 1 Wärme von dem Wärmeträgerfluid des Motorkühlkreislaufs und/oder von den Motorabgasen entnommen. Der zweite Wärmetauscher 2 führt Wärme nach außen ab. Darüber hinaus besteht die Funktion des dritten Wärmetauschers 3 und des vierten Wärmetauschers 4 jeweils darin, den Luftstrom F, der in den Fahrzeugfahrgastraum eintreten soll, zu kühlen.
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Der dritte Betriebsmodus kann zum Beispiel angewandt werden, wenn das Wärmeträgerfluid des Motorkühlkreislaufs warm ist (oder die Abgase ausreichend warm sind), d.h. wenn auf Höhe des ersten Wärmetauschers 1 ausreichend Wärmeleistung zur Verfügung steht und der Klimatisierungsbedarf relativ hoch ist.
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Ein derartiger Kreislauf ermöglicht es, die Klimatisierungsfunktion wirksam zu gewährleisten, unabhängig davon, ob das Fahrzeug steht oder gestartet ist, und hat einen höheren Leistungskoeffizienten als die im Stand der Technik zur Gewährleistung der gleichen Klimatisierungsfunktion verwendeten Kreisläufe.
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Es sei angemerkt, dass bei dem zweiten Betriebsmodus bei einer Temperatur außerhalb des Fahrzeugs in einer Größenordnung von 25°C und einer Wärmeleistung auf Höhe des ersten Wärmetauschers 1 in einer Größenordnung von 5 kW eine Kälteleistung von 1 kW erzeugt werden kann.
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Es sei auch angemerkt, dass es im Vergleich zum ersten Betriebsmodus mit dem dritten Betriebsmodus möglich ist, den Leistungskoeffizienten (C.O.P.) bei einer Gesamtkälteleistung von 2 kW, die von dem dritten und vierten Wärmetauscher 3, 4 erzeugt wird, um etwa 25% zu verbessern.
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9 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die sich von der oben mit Bezug auf 1 erläuterten Ausführungsform insbesondere dadurch unterscheidet, dass sie keinen fünften Wärmetauscher aufweist. Mit anderen Worten wurden die Teile 5a und 5b aus dem Kreislauf entfernt.
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10 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der der Kreislauf Folgendes umfasst:
- – einen ersten Abschnitt P1, der eine erste Abzweigung E1 mit dem Betätigungseinlass 7 der Ausstoßeinrichtung E verbindet, wobei der erste Abschnitt P1 in Kältefluidzirkulationsrichtung vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv das erste Sperrventil V1, die Pumpe P und den ersten Wärmetauscher 1 aufweist,
- – einen zweiten Abschnitt P2, der eine zweite Abzweigung E2 mit der ersten Abzweigung E1 verbindet, wobei der zweite Abschnitt E2 vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv den zweiten Teil 5b des fünften Wärmetauschers, den Verdichter Cp, den zweiten Wärmetauscher 2 und die Flasche B aufweist, wobei der zweite Abschnitt P2 eine zwischen dem Verdichter Cp und dem zweiten Wärmetauscher 2 liegende dritte Abzweigung E3 aufweist,
- – einen dritten Abschnitt P3, der die erste Abzweigung E1 mit der zweiten Abzweigung E2 verbindet, wobei der dritte Abschnitt P3 vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv den ersten Druckminderer D1 und den vierten Wärmetauscher 4 aufweist, wobei der dritte Abschnitt P3 ferner eine zwischen der ersten Abzweigung E1 und dem ersten Druckminderer D1 liegende vierte Abzweigung E4 aufweist, wobei der erste Teil 5a des ersten Wärmetauschers zwischen der ersten Abzweigung E1 und der vierten Abzweigung E4 liegt,
- – einen vierten Abschnitt P4, der die vierte Abzweigung E4 mit dem Ansaugeinlass 8 der Ausstoßeinrichtung E verbindet, wobei der vierte Abschnitt P4 vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil sukzessiv den zweiten Druckminderer D2, den dritten Wärmetauscher 3 und das zweite Ventil V2 mit drei Wegen aufweist, wobei ein erster Weg des zweiten Ventils V2 mit dem dritten Wärmetauscher 3 verbunden ist und ein zweiter Weg des zweiten Ventils V2 mit dem Ansaugeinlass 8 der Ausstoßeinrichtung E verbunden ist,
- – einen fünften Abschnitt P5, der den Auslass 9 der Ausstoßeinrichtung E mit der dritten Abzweigung E3 verbindet,
- – einen sechsten Abschnitt P6, der einen dritten Weg des zweiten Ventils V2 mit der zweiten Abzweigung E2 verbindet.
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Wie zuvor ist der fünfte Wärmetauscher so ausgelegt, dass Wärme zwischen dem Fluid, das durch den ersten Teil 5a strömt, und dem Fluid, das durch den zweiten Teil 5b strömt, ausgetauscht werden kann.
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11 stellt eine vierte Ausführungsform der Erfindung dar, die sich von derjenigen, die zuvor insbesondere mit Bezug auf 1 erläutert wurde, dadurch unterscheidet, dass der Kreislauf einen sechsten Wärmetauscher aufweist. Dieser umfasst insbesondere einen ersten Teil 6a, mit dem der erste Abschnitt P1 ausgestattet ist und der zwischen der Pumpe P und dem ersten Wärmetauscher 1 liegt, sowie einen zweiten Teil 6b, mit dem der zweite Abschnitt P2 ausgestattet ist und der zwischen dem Verdichter Cp und der dritten Abzweigung E3 liegt. Der sechste Wärmetauscher ist derart ausgestaltet, dass Wärme zwischen dem Fluid, das durch den ersten Teil 6a strömt, und dem Fluid, das durch den zweiten Teil 6b strömt, ausgetauscht werden kann. Dieser Wärmetauscher bildet eine Wärmerückgewinnungseinrichtung vom Typ I.H.X.
