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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf ein Schmiermittelmanagementsystem und insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf ein Schmiermittelmanagementsystem für ein Wärmeflussmanagementsystem eines Elektrofahrzeugs. Aspekte der Erfindung beziehen sich auf ein Schmiermittelmanagementsystem, auf ein Wärmeflussmanagementsystem, das das Schmiermittelmanagementsystem umfasst, auf ein Fahrzeug und auf ein Verfahren des Schmiermittelmanagements, wobei ein Schmiermittelmanagementsystem, ein Wärmeflussmanagementsystem, das das Schmiermittelmanagementsystem umfasst, ein Fahrzeug und ein Verfahren des Schmiermittelmanagements Gegenstand jedes der unabhängigen Ansprüche sind.
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HINTERGRUND
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Wärmeflussmanagementsysteme in Elektrofahrzeugen umfassen einen Klimaanlagenkreislauf, der einen Wärmepumpenkreislauf mit Heizfunktion und einen Kältemittelzyklus des Kältemittelkreislaufs umfasst, wobei jeder Kreislauf über eine Kältemittelleitung oder -kanal strömungstechnisch mit einem Kompressor gekoppelt ist.
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Die Kältemittelleitung befördert ein mehrphasiges flüssiges Kältemittel, das mit einem Schmiermittel (z.B. Öl) gemischt ist. Das Schmiermittel wird benötigt, um die Dampfqualität des Gemisches einzustellen und die Funktionsfähigkeit des Kompressors im Klimaanlagenkreislauf sicherzustellen.
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Im Laufe der Zeit wird das Schmiermittel aus dem Kältemittelgemisch entfernt, da es sich in verschiedenen Teilen des Kreislaufs sammelt, wie z.B. in dem/den Verdampfer(n) und Kondensatoren) des Wärmepumpenkreislaufs und des Kältemittelkreislaufs.
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Die Erfindung gilt für reine Elektrofahrzeuge und verbessert das Schmiermittelmanagement nach längerer Aktivierung des Kompressors.
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Ziel der Erfindung ist es, die Effizienz des Schmiermittelmanagements in einem Wärmeflussmanagementsystem zu verbessern.
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Es ist ein Gegenstand der Ausführungsformen der Erfindung, zumindest eines oder mehrere der Probleme des Standes der Technik zu mildern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung bieten ein Schmiermittelmanagementsystem, ein Wärmeflussmanagementsystem, das das Schmiermittelmanagementsystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Schmiermittelmanagement umfasst, wie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Schmiermittelmanagementsystem in einem Wärmeflussmanagementsystem für ein Elektrofahrzeug vorgesehen, das einen Fahrzeugklimaanlagenkreislauf mit mindestens einem Kondensator in thermischer Kommunikation mit einer Wärmequelle, mindestens zwei Verdampfern und einem Kältemittelkompressor, einen Akkumulator mit einer Schmiermittelspeicherkapazität und mit Schmiermittelfördermitteln umfasst, wobei sich der Akkumulator stromabwärts der mindestens zwei Verdampfer und stromaufwärts des Kältemittelkompressors befindet und mit diesem strömungstechnisch gekoppelt ist,
wobei mindestens zwei Verdampfer jeweils strömungstechnisch stromabwärts des Kondensators und stromaufwärts des Akkumulators verbunden sind und eine Kältemittelströmungsrate durch mindestens zwei Verdampfer geregelt wird, um Schmiermittel von mindestens zwei Verdampfern zu der Schmiermittelspeicherkapazität des Akkumulators zu spülen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Schmiermittelmanagementsystem in einem Wärmeflussmanagementsystem für ein Elektrofahrzeug vorgesehen, das einen Fahrzeugklimaanlagenkreislauf mit einem Kältemittelzyklus des Kältemittelkreislaufs umfasst, der mindestens einen Kondensator in thermischer Kommunikation mit einer Wärmequelle, mindestens zwei Verdampfer, die jeweils mit einem Expansionsventil verbunden sind, umfasst, und einen Kältemittelkompressor, wobei die Komponenten durch eine Kältemittelleitung strömungstechnisch miteinander verbunden sind, einen Akkumulator mit einer Schmiermittelspeicherkapazität und mit Schmiermittelzuführmitteln, wobei der Akkumulator in der Kältemittelleitung stromabwärts der mindestens zwei Verdampfer und stromaufwärts des Kältemittelkompressors strömungstechnisch gekoppelt ist,
wobei mindestens zwei Verdampfer jeweils stromabwärts des Kondensators und stromaufwärts des Akkumulators strömungstechnisch parallel geschaltet sind und die zugehörigen Expansionsventile so betätigbar sind, um eine Kältemittelströmungsrate durch den ersten und den zweiten Verdampfer sequentiell zu steuern, um Schmiermittel von den mindestens zwei Verdampfern zu der Schmiermittelspeicherkapazität des Akkumulators zu spülen.
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In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Kältemittelzyklus des Kältemittelkreislaufs vier Verdampfer, denen jeweils ein Expansionsventil zugeordnet ist. Auf diese Weise kann das gebündelte Schmiermittel aus allen Verdampfern in das System gespült werden.
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In bestimmten Ausführungsformen sind mindestens zwei Verdampfer zwei oder mehr: der Kühler des Antriebsstrangs, der Batteriekühler, der Kabinenverdampfer und ein Kondensator/Verdampfer.
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In bestimmten Ausführungsformen umfasst der Akkumulator einen Sensor, der so betätigbar ist, dass der Schmiermittelgehalt im Kältemittelgemisch überwacht wird. Auf diese Weise ist das System in der Lage, den Schmiermittelgehalt zu überwachen und, falls erforderlich, einen Spülstrom des Kältemittels durch die Verdampfer zu initiieren, um das gebündelte Schmiermittel zu dem Akkumulator zurückzuführen.
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In bestimmten Ausführungsformen ist der Akkumulatorsensor funktionsfähig mit einem Steuergerät verbunden, das so konfiguriert (angepasst, angeordnet, betätigbar) ist, dass es die Schmiermittelzufuhrmittel betätigt, um einen erforderlichen Schmiermittelgehalt im Kältemittelgemisch aufrechtzuerhalten.
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In bestimmten Ausführungsformen liegt der erforderliche Gehalt an Schmiermittel zwischen etwa 1,5% (Volumen/Volumen) und etwa 4% (Volumen/Volumen) Öl. Genauer gesagt liegt der erforderliche Gehalt an Schmiermittel bei etwa 2% (Volumen/Volumen) Öl. Noch genauer gesagt ist der erforderliche Gehalt ein ausgewählter Mindestschmierstoffgehalt im Kältemittelgemisch.
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In bestimmten Ausführungsformen ist das Schmiermittelabgabemittel ein Tropfschlauch.
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In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Schmiermittelabgabemittel eine innere Öffnung und das zugehörige Filternetz mit dem U-förmigen Rohr im Akkumulator.
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In bestimmten Ausführungsformen umfasst das System ein Steuergerät, das so konfiguriert (angepasst, angeordnet, betätigbar) ist, dass es die Expansionsventile betätigt, die sowohl dem ersten als auch dem zweiten Verdampfer zugeordnet sind.
In bestimmten Ausführungsformen ist das Steuergerät so betätigbar, dass es das dem ersten Verdampfer zugeordnete Expansionsventil öffnet und das dem zweiten Verdampfer zugeordnete Expansionsventil schließt.
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In bestimmten Ausführungsformen ist das Steuergerät so betätigbar, dass es das dem zweiten Verdampfer zugeordnete Expansionsventil öffnet und das dem ersten Verdampfer zugeordnete Expansionsventil schließt.
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In bestimmten Ausführungsformen ist das Steuergerät so betätigbar, dass es den Fluidstrom nacheinander durch den ersten Verdampfer und dann durch den zweiten Verdampfer steuert.
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In bestimmten Ausführungsformen ist das Steuergerät so betätigbar, das es eines von mehreren Ventilen des Systems betätigt. Genauer gesagt, ist das Steuergerät so betätigbar, das es eines von mehreren Ventilen im Klimaanlagenkreislauf betätigt.
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In bestimmten Ausführungsformen ist das Steuergerät betätigbar mit den Sensoren im Kreislauf verbunden.
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In bestimmten Ausführungsformen ist das Steuergerät betätigbar mit einer Zeitschaltuhr verbunden. Noch genauer gesagt ist die Zeitschaltuhr so betätigbar, dass die Betriebsdauer des Wärmeflussmanagementsystems erkannt wird. Auf diese Weise ist das Steuergerät so betätigbar, dass es einen Spülstrom von Kältemittel durch die Verdampfer initiiert, um das gebündelte Schmiermittel in den Akkumulator zurückzuführen, wenn eine vorgewählte Betriebsdauer des Wärmeflussmanagementsystems abgelaufen ist.
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In bestimmten Ausführungsformen ist das Steuergerät so betätigbar, dass es in der Lage ist, zu bestimmen, wann ein Fahrzeugaufladevorgang stattfindet. Auf diese Weise ist das Steuergeräts so betätigbar, dass es einen Spülstrom des Kältemittels durch die Verdampfer initiiert, um das gebündelte Schmiermittel in den Akkumulator zurückzuführen, wenn ein Fahrzeugaufladevorgang stattfindet.
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In bestimmten Ausführungsformen ist der Wärmepumpenkondensator mit einem Expansionsventil verbunden.
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In bestimmten Ausführungsformen ist das mit dem Wärmepumpenkondensator verbundene Expansionsventil zur Steuerung des Kältemittelgemischflusses zwischen dem Wärmepumpenkondensator und dem ersten und zweiten Verdampfer betätigbar.
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In bestimmten Ausführungsformen umfasst das System ein Steuergerät, das so konfiguriert (angepasst, angeordnet, betätigbar) ist, dass es das mit dem Wärmepumpenkondensator verbundene Expansionsventil betätigt.
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In bestimmten Ausführungsformen betätigt das Steuergerät das mit dem Kondensator der Wärmepumpe verbundene Expansionsventil, um eine erhöhte Zirkulationsrate des Kältemittelgemischs zu bewirken, die in der Lage ist, eingeschlossenes Schmiermittel vom ersten und zweiten Verdampfer in den Akkumulator zu spülen.
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In bestimmten Ausführungsformen ist die erhöhte Zirkulationsrate des Kältemittelgemisches zum Spülen des eingeschlossenen Schmiermittels höher als die Betriebszirkulationsrate des Kältemittelgemisches während eines Kühl- oder Heizzykluses des Kältemittels im Klimaanlagenkreislauf.
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In bestimmten Ausführungsformen wird der Spülumlaufdurchsatz des Kältemittelgemisches durch die minimale Betriebsdrehzahl des Kompressors und dadurch bestimmt, dass das dem Kondensator zugeordnete Expansionsventil in voll geöffneter Drosselstellung steht. Bei dieser Systemanordnung wird eine Verdampfung im ersten und zweiten Verdampfer (z.B. Kühlmittelkältemittel-Wärmetauscher) stromaufwärts des Kompressors vermieden.
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In bestimmten Ausführungsformen wird der Betriebsumlaufdurchsatz des Kältemittelgemischs durch die Mindestbetriebsdrehzahl des Kompressors und dadurch bestimmt, dass sich das dem Kondensator zugeordnete Expansionsventil in einer teilweise geöffneten Drosselstellung befindet.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Wärmeflussmanagementsystem vorgesehen, das das Schmiermittelmanagementsystem nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst.
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In bestimmten Ausführungsformen umfasst das Wärmeflussmanagementsystem einen Wärmepumpenkreislauf mit Heizfunktion, der mindestens einen thermodynamischen Zykler umfasst, der über eine Kältemittelleitung mit dem Kondensator der Wärmepumpe und dem Kältemittelkompressor in Fluidverbindung steht.
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Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug vorgesehen, das einen Motor und das Wärmeflussmanagementsystem nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst.
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In bestimmten Ausführungsformen wird der Motor elektrochemisch angetrieben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Schmiermittelmanagement in einem Elektrofahrzeug vorgesehen, das Folgendes umfasst
- a. Bereitstellung eines Schmiermittelmanagementsystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
- b. Betrieb des Kältemittelkompressors, um eine Kältemittelgemisch-Zirkulation im Kältemittelkreislauf für eine ausgewählte Zeitperiode mit einer Betriebszirkulationsrate zu initiieren;
- c. Schließen des Expansionsventils, das mit einem ersten oder einem zweiten Verdampfer der mindestens zwei Verdampfer verbunden ist;
- d. Spülen des Kältemittelgemisches durch den jeweils anderen des ersten oder zweiten Verdampfers, um das im Verdampfer eingeschlossene Schmiermittel in den Akkumulator zu spülen;
- e. Öffnen des geschlossenen Expansionsventils, das mit dem ersten oder zweiten Verdampfer verbunden ist;
- f. Schließen des offenen Expansionsventils, das mit dem ersten oder zweiten Verdampfer verbunden ist;
- g. Spülen des Kältemittelgemisches durch den jeweils anderen des ersten oder zweiten Verdampfers, um das im Verdampfer eingeschlossene Schmiermittel in den Akkumulator zu spülen.
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In bestimmten Ausführungsformen beträgt die gewählte Zeitspanne bis zu 10 Stunden. Noch genauer gesagt liegt die gewählte Zeitspanne zwischen 1 und 10 Stunden.
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In bestimmten Ausführungsformen wird ein weiteres Expansionsventil, das mit dem Kondensator der Wärmepumpe verbunden ist, gedrosselt, um die Zirkulationsrate des Kältemittelgemisches zum ersten oder zweiten Verdampfer auf eine Spülzirkulationsrate zu erhöhen.
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In bestimmten Ausführungsformen wird der Betriebsumlaufdurchsatz des Kältemittelgemischs durch die Mindestbetriebsdrehzahl des Kompressors und dadurch bestimmt, dass sich das dem Kondensator zugeordnete Expansionsventil in einer teilweise geöffneten Drosselstellung befindet.
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In bestimmten Ausführungsformen wird der Spülumlaufdurchsatz des Kältemittelgemisches durch die minimale Betriebsdrehzahl des Kompressors und dadurch bestimmt, dass das dem Kondensator zugeordnete Expansionsventil in voll geöffneter Drosselstellung steht. Bei dieser Systemanordnung wird eine Verdampfung im ersten und zweiten Verdampfer (z.B. Kühlmittelkältemittel-Wärmetauscher) stromaufwärts des Kompressors vermieden.
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In bestimmten Ausführungsformen wird die Spülzirkulationsrate zwischen etwa 2 und etwa 5 Minuten angewendet. Danach wird die Betriebszirkulationsrate wieder aufgenommen.
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Wobei der hier als „Dampfqualität“ bezeichnete Dampf der Massenanteil in einem gesättigten Gemisch ist, daher hat gesättigter Dampf eine „Dampfqualität“ von 100% und gesättigte Flüssigkeit eine „Dampfqualität“ von 0%.
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Wobei hier ein thermodynamischer Zykler als eine Komponente eines Systems bezeichnet wird, das so betätigbar ist, das er einen oder mehrere aus einer Folge von thermodynamischen Prozessen ausführen kann (ein thermodynamischer Zyklus), der ein System in seinen Ausgangszustand zurückführt.
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Wenn hier die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ verwendet werden, sind die relativen Positionen einer oder mehrerer Komponenten in Bezug auf die Strömungsrichtung des Fluids durch den Kältemittelkreislauf, in dem die Komponente(n) positioniert ist (sind).
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Jedes hier beschriebene Steuergerät oder Steuergeräte kann/können in geeigneter Weise eine Steuereinheit oder ein Rechengerät mit einem oder mehreren elektronischen Prozessoren umfassen. Somit kann das System aus einer einzigen Steuereinheit oder einem elektronischen Steuergerät bestehen, oder alternativ können verschiedene Funktionen des Steuergeräts in verschiedenen Steuereinheiten oder Steuergeräten verkörpert oder in diesen untergebracht sein. Der hier verwendete Begriff „Steuergerät“ oder „Steuereinheit“ wird so verstanden, dass er sowohl eine einzelne Steuereinheit oder ein einzelnes Steuergerät als auch eine Vielzahl von Steuereinheiten oder Steuergeräten umfasst, die zusammen arbeiten, um eine beliebige angegebene Steuerfunktionalität bereitzustellen. Zur Konfiguration eines Steuergeräts kann ein geeigneter Satz von Befehlen bereitgestellt werden, die bei ihrer Ausführung bewirken, dass die Steuereinheit oder das Rechengerät die hierin spezifizierten Steuertechniken implementiert. Der Befehlssatz kann in geeigneter Weise in diesen einen oder mehrere elektronische Prozessoren eingebettet werden. Alternativ kann der Befehlssatz als Software zur Verfügung gestellt werden, die in einem oder mehreren mit dem besagten Steuergerät verbundenen Speichern gespeichert ist und auf dem Rechengerät ausgeführt wird. Ein erstes Steuergerät kann in eine Software implementiert werden, die auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt wird. Eine oder mehrere andere Steuergeräte können in eine Software implementiert werden, die auf einem oder mehreren Prozessoren läuft, optional auf demselben oder denselben Prozessoren wie das erste Steuergerät. Es können auch andere geeignete Anordnungen verwendet werden.
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Im Rahmen dieser Anmeldung ist ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorstehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargelegt sind, und insbesondere deren einzelne Merkmale unabhängig oder in beliebiger Kombination genommen werden können. Das heißt, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale jeder Ausführungsform auf beliebige Weise und/oder in beliebiger Kombination kombiniert werden können, es sei denn, diese Merkmale sind unvereinbar. Der Anmelder behält sich das Recht vor, einen ursprünglich eingereichten Anspruch zu ändern oder einen neuen Anspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, einen ursprünglich eingereichten Anspruch dahingehend zu ändern, dass er von einem Merkmal eines anderen Anspruchs abhängt und/oder ein Merkmal eines anderen Anspruchs einbezieht, obwohl dieser ursprünglich nicht in dieser Weise beansprucht wurde.
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Figurenliste
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Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur noch beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- zeigt ein Fahrzeug-Wärmestrommanagementsystem, das einen Kältemittelkreislauf, einen Wärmepumpenkreislauf und einen zusätzlichen Wärmequellenkreislauf umfasst;
- zeigt ein Schmiermittelmanagementsystem für das Fahrzeug-Flussmanagementsystem von entsprechend einer Ausführunsgsform der Erfindung, das so betrieben werden kann, dass das im Fahrzeug-Flussmanagementsystem eingeschlossene Schmiermittelgemisch zur Speicherkapazität des Akkumulatorschmiermittels gespült werden kann; und
- zeigt ein Fahrzeug, das das Schmiermittelmanagementsystem von umfasst.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Wo immer möglich, werden Bezugszeichen verwendet, um überall die gleichen Merkmale darzustellen.
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Wie in dargestellt, umfasst das kombinierte Wärmeflussmanagementsystem 1 für das Fahrzeug 150 ( ) einen Kältemittelkreislauf 6 und einen Wärmepumpenkreislauf 4. Die Komponenten werden im Strömungsweg eines Fluids während des Betriebs innerhalb der jeweiligen Kreisläufe angezeigt. Wenn sie hier verwendet werden, beziehen sich „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ auf die Richtung, in die das Fluid im System fließen wird.
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In umfasst der Kältemittelzyklus des Kältemittelkreislaufs 6 eine Kältemittelleitung 9a, die so angeordnet ist, dass sie den Kompressor 11, einen Druck- und Temperatursensor 13 und ein Absperrventil 15 mit einem externen Luft-Kältemittel-Wärmetauscher 17 verbindet, der als Wärmepumpenkondensator betätigbar ist und thermisch mit einer Wärmequelle verbunden ist, die Umgebungsluft 19 ist; eine zweite Kältemittelleitung 9b, die so angeordnet ist, dass sie den externen Wärmetauscher 17, der als ein Wärmepumpenkondensator betätigbar ist, und ein Expansionsventil 21, das mit dem externen Wärmetauscher 17 verbunden ist, strömungsmäßig verbindet; und eine weitere Kältemittelleitung 9f, die so angeordnet ist, dass sie den externen Wärmetauscher 17, das Absperrventil 41, den Temperatur- und Drucksensor 43 und dem Akkumulator 37 strömungstechnisch verbindet. Das Expansionsventil 21, das dem Wärmepumpenkondensator 17 zugeordnet ist, ist über die zugehörigen Ventile 23 und 27 und der Leitung 9j mit dem Verdampfer/Entfeuchter 25 strömungstechnisch verbunden. Der Verdampfer/Entfeuchter 25 ist über die Kältemittelleitung 9c über das Absperrventil 341 mit dem Akkumulator 37 strömungstechnisch verbunden. Die Kältemittelseite des Verdampfers 131 ist über die Kältemittelleitung 45b mit dem Wärmepumpenkondensator 17 strömungstechnisch verbunden. Zugehörige Expansionsventile 21 und 129 sind zur Steuerung des Kältemittelflusses vom Wärmepumpenkondensator 17 zum Verdampfer 131 betreibbar. Der Verdampfer 131 ist ferner über die Kältemittelleitung 9g und das Absperrventil 341 strömungstechnisch mit dem Akkumulator 37 verbunden. Die Verdampfer 31 und 131 und die ihnen zugeordneten Expansionsventile 29 und 129 sind parallel im Kältemittelkreislauf 6 angeordnet. Wie im Zusammenhang mit weiter beschrieben wird, sind die Expansionsventile 21, 29 und 129 in Verbindung miteinander betreibbar, um den Strom des Kältemittel/Schmiermittel-Gemisches durch die Verdampfer 31 und 131 zu steuern. Das Expansionsventil 21 kann gedrosselt werden, um die Durchflussmenge des Kältemittel/Schmiermittel-Gemisches durch einen oder mehrere der Verdampfer 31 und 131 zu erhöhen und zu verringern. Ein erhöhter Durchfluss des Kältemittel/Schmiermittel-Gemischs durch die Verdampfer 31 und 131 spült abgesetztes Schmiermittel aus den Verdampfern 31 und 131 in die Schmiermittelspeicherkapazität und die Schmiermittelfördermittel 38 in dem Akkumulator 37. Das Schmiermittelzuführungsmittel kann ein Tropfrohr oder ähnliches sein. Alternativ besteht die Schmiermittelzuführung aus einer inneren Öffnung und einem zugehörigen Filternetz mit dem U-förmigen Rohr im Akkumulator. Die Schmiermittelzuführeinrichtung (z.B. Tropfrohr oder innere Öffnung und zugehöriges Filternetz mit dem U-förmigen Rohr im Akkumulator) ist so betätigbar, dass sie dem Kältemittel/Schmiermittel-Gemisch entsprechend der erforderlichen Dampfqualität des Gemisches und der erforderlichen Schmiermittelmenge im Kältemittel/Schmiermittel-Gemisch Schmiermittel zuführt. Sensor 39 kann die Dampfqualität und das Schmiermittelvolumen im Kältemittel/Schmiermittel-Gemisch überwachen und ist betriebsbereit mit dem Steuergerät 20 verbunden, der wiederum mit mindestens den Ventilen 21, 29, 129 verbunden ist.
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Der Wärmepumpenkreislauf 4 umfasst die Kältemittelleitungen 45b und 9j, die so angeordnet sind, dass sie einen Verdampfer/Entfeuchter 25, der Wärme aus der Umgebungsluft 19 erhält, und das zugehörige Absperrventil 23 mit dem indirekten Kondensator 49 und dem zugehörigen Absperrventil 51 strömungstechnisch verbinden. Der Verdampfer/Entfeuchter 25 steht über die Kältemittelleitung 9c über das Absperrventil 341 mit dem Akkumulator 37 in Fluidverbindung. Die Kältemittelleitung 45b steht mit dem Absperrventil 23 und dem Expansionsventil 29 in Fluidverbindung, die einem Verdampfer 31 zugeordnet sind, und die Leitung 45b verbindet den indirekten Kondensator 49 mit dem Verdampfer 31 über die zugehörigen Ventile 51 bzw. 29 strömungstechnisch. Die Kältemittelleitung 9e verbindet den Akkumulator 37 strömungstechnisch mit dem Kompressor 11 über den Kompressoreinlass 239, in dem sich der Temperatur- und Drucksensor 39 befindet, um die Parameter des Kältemittels am Kompressoreinlass 239 zu überwachen.
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Der Wärmepumpenkreislauf 4 umfasst eine Kältemittelleitung 9g, die so angeordnet ist, dass sie den Auslass (213) des Kompressors (11) und das Absperrventil 47, das sich im Wärmepumpenkreislauf 4 in seiner offenen Stellung befindet, strömungstechnisch verbindet. Ein Druck- und Temperatursensor 13 überwacht das am Kompressorauslass 213 austretende Fluid. Die Kältemittelleitung 45a ist so angeordnet, dass das geöffnete Absperrventil 47 und ein interner Kältemittel-zu-Kühlmittel-Wärmetauscher, indirekter Kondensator 49, strömungstechnisch verbunden sind. Der indirekte Kondensator 49 ist über das Absperrventil 51 in der Kältemittelleitung 45b strömungstechnisch mit den Ventilen 23 und 29 verbunden, die mit dem Verdampfer/Entfeuchter 25 und dem Verdampfer 31 verbunden sind. Der Verdampfer/Entfeuchter 25 und der Verdampfer 31 sind im Heizbetrieb bei geöffneten zugehörigen Ventilen 51, 23, 29, 341 jeweils über das Absperrventil 341 mit dem Akkumulator 37 strömungstechnisch verbunden. Der Akkumulator 37 ist mit dem Einlass 239 des Kompressors 11 strömungstechnisch verbunden, und der Druck- und Temperaturfühler 39 ist der Saugseite des Kompressors 11 zugeordnet und ist betriebsbereit und überwacht das Fluid in Leitung 9e am Einlass 239 des Kompressors. Die Kältemittelleitungen lassen den Durchfluss von Kältemitteln durch sie hindurch zu.
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Der Wärmepumpenkreislauf 4 umfasst einen Kühlmittelkreislauf 8, in dem die Leitung 45c so angeordnet ist, dass eine Kühlmittelseite des indirekten Kondensators 49, ein Temperatursensor 53, eine Wärmepumpe 55 und ein zweiter interner Kühlmittel-Luft-Wärmetauscher 57, der thermisch mit einem Kühlkörper gekoppelt ist, strömungstechnisch verbunden sind, wobei es sich um die Passagierkabine 59 handelt. Ein Dreiwegeventil 61 stromabwärts des Wärmetauschers 57 ist so angeordnet, dass es den Kühlmittelstrom über die Leitung 30b oder in einer zweiten Stellung zurück zum indirekten Kondensator 49 leitet, zum direkten Kühlmittelfluss sowohl zum indirekten Kondensator 49 über die Leitung 30b als auch zum Kühlmittelkreislauf 10 über die Leitung 30c, in dem das Kühlmittel zu einem Wärmetauscher 149 geleitet wird, von dem das Kühlmittel über die Leitungen 30e und das Ventil 161 fließt, mit dem der Wärmetauscher 149 über die Leitung 30h mit einem weiteren Wärmetauscher 151 und über die Leitung 30j mit einem zweiten Kühlkörper 159 strömungstechnisch gekoppelt ist, wobei es sich um eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs handelt. Das Kühlmittel im Kühlmittelkreislauf 10 wird über die Leitung 30e, einen Ausdehnungssammler 167 und der Pumpe 155 zum Wärmetauscher 149 zurückgeführt.
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Im Kühlmittelkreislauf 10 verbindet das Dreiwegeventil 161 in einer zweiten Stellung den Wärmetauscher 149 strömungstechnisch mit der Kühlmittelseite des Kühlmittel-Kältemittel-Wärmetauschers 131 über die Leitung 30f, die bei geöffnetem zugehörigen Ventil 129 kältemittelseitig mit dem Wärmepumpenkreislauf 4 (d.h. Akkumulator 37) strömungstechnisch verbunden werden kann. Die Kühlmittelseite des Wärmetauschers 131 ist mit der Batterie 159 strömungstechnisch verbunden.
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Die Komponenten des Wärmepumpenkreislaufs 4 sind über Kältemittelleitungen 9, 30, 45 verbunden, die im Betrieb den Durchfluss des Kältemittels und durch die Kreisläufe 4, 8 und 10 ermöglichen.
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Unter Bezugnahme auf umfasst das Wärmeflussmanagementsystem 1 des Fahrzeugs einen zusätzlichen Kühlmittelkreislauf 2 mit einer Wärmequelle, die ein Antriebsstrang 65 ist, der über Leitungen 63 in Fluidverbindung mit einem Ausdehnungsgefäß 67 und einer Pumpe 69 steht. Das Dreiwegeventil 73 kann betätigt werden, um den Kühlmittelkreislauf 2 über die Kühlmittelseite des Verdampfers 31 in Fluidverbindung mit dem Wärmepumpenkreislauf 4 zu schalten. Die Leitung 63 umfasst einen Temperatursensor 71 zur Überwachung der Temperatur des Antriebsstrangs 65 und des Kühlmittels in den Leitungen 63.
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Das Dreiwegeventil 73 dient dazu, den Kühlmittelkreislauf 2 in Flüssigkeitskommunikation mit dem Wärmetauscher 217 zu schalten, wenn der Kühlmittelkreislauf von der Flüssigkeitskommunikation mit dem Wärmepumpenkreislauf 4 getrennt werden soll.
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Der Kompressor 11 ist über das Absperrventil 15 und das Absperrventil 47 jeweils mit dem Kältemittelzyklus des Kältemittelkreislaufs 6 und dem Wärmepumpenkreislauf 4 strömungstechnisch gekoppelt. Die Ventile 15 und 47 befinden sich jeweils stromabwärts des Kompressors 11. Die Betriebsart des Wärmeflussmanagementsystems 1 des Fahrzeugs kann je nach Richtung des Kältemittelflusses stromabwärts von der Hochdruckseite des Kompressors 11 in eines dieser Absperrventile 15 bzw. 47 von einem Heizmodus in einen Kühlmodus umgeschaltet werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung, wie in dargestellt, wird das Schmiermittelmanagementsystem 100 für das Wärmestrommanagementsystem 1 des Fahrzeugs durch Anweisung des Steuergeräts 20 eingeschaltet, die Absperrventile 41, 47 und 51 im Wärmepumpenkreislauf 4 zu schließen, um den Wärmepumpenkreislauf vom Kältemittelkreislauf 6 zu trennen. Die Absperrventile 23 und 73 werden geschlossen, um den zweiten externen Wärmetauscher 25 und den Kreislauf der zusätzlichen Wärmeenergiequelle 2 vom Kältemittelkreislauf 6 zu trennen. Das Schmiermittelmanagementsystem 100 umfasst den Wärmepumpenkondensator 17 und das zugehörige Expansionsventil 21, den Verdampfer 31 und das zugehörige Expansionsventil 29 und den Verdampfer 131 und das zugehörige Expansionsventil 129, den Akkumulator 37 und seine Schmiermittelfördermittel (z.B. Tropfrohr oder innere Blende und zugehöriges Filternetz mit dem U-förmigen Rohr im Akkumulator 38), den Kompressor 11 und das Absperrventil 15.
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Beim Betrieb des Wärmeflussmanagementsystems 1 wird der Schmiermittelgehalt im Kältemittelgemisch gestrippt und sammelt sich in verschiedenen Teilen des Systems 1, wie den verschiedenen Kondensatoren und Verdampfern im Kältemittelkreislauf 6 und im Wärmepumpenkreislauf 4. Sensor 39, der betriebsmäßig mit dem Steuergerät 20 verbunden ist, überwacht den Schmiermittelgehalt des Kältemittels in den Kältemitteln- und Wärmepumpenkreisläufen 6, 4. Ein Schmiermittelgehalt von 1,5 bis 4% (Volumen/Volumen) wird von Sensor 39 überwacht. Das Steuergerät 20 kann das Schmiermittelmanagementsystem 100 in einen Schmiermittelmanagementmodus schalten, wenn eine Zeitschaltuhr (nicht abgebildet) feststellt, dass 10 Betriebsstunden des Wärmeflussmanagementsystems 1 vergangen sind, oder alternativ, wenn das Steuergerät 20 feststellt, dass ein Fahrzeugaufladevorgang im Gange ist. Im Schmierungsmanagementmodus wird die Durchflussmenge des Kältemittelgemischs vom Kondensator 17 der Wärmepumpe zu einem der Verdampfer 31 und 131 erhöht, indem das Expansionsventil 21 betätigt und die Durchflussmenge des Kältemittels durch das Ventil zum Verdampfer 31, 131 gedrosselt wird. Die erhöhte Durchflussmenge reicht aus, um das eingeschlossene Schmiermittel vom Verdampfer 31, 131 stromabwärts zum Akkumulator 37 und die Schmiermittelspeicherkapazität innerhalb des Akkumulators 37 zu spülen. Die Expansionsventile 29 und 129 sind sequentiell betätigbar, um die erhöhte (Spül-)Strömungsrate des Kältemittels zum Verdampfer 31 bzw. zum Verdampfer 131 zu liefern. Wenn Ventil 29 offen ist, ist Ventil 129 geschlossen, und wenn Ventil 29 geschlossen ist, ist Ventil 129 offen. Auf diese Weise reicht die Durchflussmenge durch jeden Verdampfer 31, 131 aus, um das Schmiermittel vom Verdampfer 31, 131 zur Schmiermittelspeicherkapazität des Akkumulators 37 zu spülen.
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Es ist vorgesehen, dass die Ventile 29 und 129 gleichzeitig geöffnet werden können, um sowohl Verdampfer 31 als auch Verdampfer 131 gleichzeitig zu spülen.
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Sensor 39 dient zur Überwachung des Schmiermittelgehalts des Kältemittelgemischs und ist so angeordnet, dass er mit dem Steuergerät 20 verbunden werden kann, das den Schmiermittelmanagementmodus einleitet, wenn ein Zeitgeber (nicht abgebildet) feststellt, dass 10 Betriebsstunden des Wärmeflussmanagementsystems 1 vergangen sind, oder alternativ, wenn das Steuergerät 20 feststellt, dass ein Fahrzeugaufladevorgang läuft. Das Steuergerät 20 kann die Expansionsventile 21, 29, 129 für die Abgabe des Kältemittelgemisches mit der erforderlichen Dampfqualität und einem Schmiermittelgehalt von etwa 1,5% bis 4% Öl betätigen, um sicherzustellen, dass der Kompressor 11 funktionsfähig bleibt.
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Beim Betrieb von System 1 wird ein Kältemittel/Schmiermittel-Gemisch in einen Zustand niedriger Temperatur und niedrigen Drucks an der Saugseite 213 des Kompressors 11 angesaugt und vom Kompressor 11 in ein Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck umgewandelt. Die Temperatur und der Druck am Auslass 239 des Kompressors 11 werden durch den Druck- und Temperatursensor 13 überwacht. Das Gemisch strömt dann in den als Kondensator wirkenden externen Wärmetauscher 17 und das zugehörige Expansionsventil 21, wo es sich stromabwärts durch das Expansionsventil 29 und den zugehörigen Verdampfer 31 und durch das Expansionsventil 129 und den zugehörigen Verdampfer 131 fortsetzt, bevor das Kältemittelgemisch verdampft und in den Kältemittelakkumulator 37 an der Saugseite 213 des Kompressors 11 umgeleitet wird. Ein Druck- und Temperatursensor 33 befindet sich in der Kältemittelleitung 9d und dient zur Überwachung des Drucks und der Temperatur des Kältemittelgases am Ausgang der Verdampfer 31, 131.
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Nachdem das Wärmeflussmanagementsystem 1 des Fahrzeugs über einen längeren Zeitraum in Betrieb war, wird der Schmiermittelgehalt in verschiedenen Teilen des Systems gesammelt. Der dem Akkumulator 37 zugeordnete Sensor 39 überwacht den Inhalt des Kältemittelgemisches. Wenn eine Zeitschaltuhr (nicht dargestellt) feststellt, dass 10 Betriebsstunden des Wärmeflussmanagementsystems 1 vergangen sind, oder wenn alternativ dazu das Steuergerät 20 feststellt, dass ein Fahrzeugaufladevorgang im Gange ist, kann das Steuergerät 20 das dem Verdampfer 31 zugeordnete Expansionsventil 29 öffnen und das dem Verdampfer 131 zugeordnete Expansionsventil 129 schließen und das Expansionsventil 21 drosseln, um die Durchflussrate des Kältemittels zu den Ventilen 29, 129 zu erhöhen. Dadurch kann das Kältemittelgemisch stromabwärts vom Expansionsventil 21 mit einer im Vergleich zu den Betriebsarten Kälte und Wärmepumpe erhöhten Durchflusszirkulationsrate fließen. Auf diese Weise wird eingeschlossenes Schmiermittel vom Verdampfer 31 stromabwärts in Richtung des Akkumulators 37 gespült. Das Steuergerät 20 ist in der Lage, das zum Verdampfer 131 gehörende Expansionsventil 129 zu öffnen und das zum Verdampfer 31 gehörende Expansionsventil 29 zu schließen. Dadurch kann das Kältemittelgemisch stromabwärts vom Expansionsventil 21 zum Verdampfer 131 mit einer im Vergleich zu den Betriebsarten Kälte und Wärmepumpe erhöhten Durchflusszirkulationsrate fließen und das eingeschlossene Schmiermittel vom Verdampfer 131 stromabwärts in Richtung des Akkumulators 37 spülen.
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Die Durchflusszirkulationsrate des Kältemittelgemisches durch die Verdampfer 31, 131 kann nach einer Betriebsperiode des Wärmeflussmanagementsystems 1 oder während eines Fahrzeugaufladevorgangs weiter erhöht werden. Das zugehörige Steuergerät 20 ist so betreibbar, dass das dem Wärmepumpenkondensator 17 zugeordnete Expansionsventil 21 gedrosselt wird, um das Ventil 21 vollständig zu öffnen und einen erhöhten Kältemittelgemischstrom durch die Verdampfer 31, 131 stromabwärts in Richtung des Kältemittelakkumulators 39 zu leiten, und dabei den eingeschlossenen Schmiermittelinhalt in die Schmiermittelspeicherkapazität des Akkumulators 37 zu spülen.
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In jedem der Schaltkreise der und kann das Steuergerät 20 ein Steuergerät, eine Steuereinheit oder ein Modul, wie z.B. eine programmierbare elektronische Steuereinheit (ECU) sein, die das Kältemittelmanagementsystem 100 zwischen einer beliebigen von mehreren Betriebsarten umschalten kann. Das Steuergerät 20 kann der Prozessor des zentralen Managementsystems des Fahrzeugs sein. Die Schmiermittelzuführeinrichtung 38 (z.B. das Tropfrohr oder die innere Öffnung und das zugehörige Filternetz mit dem U-förmigen Rohr im Akkumulator) steht in Fluidverbindung mit der Schmiermittelspeicherkapazität des Akkumulators 37 und kann unter der Leitung von Steuergerät 20 betrieben werden, um Schmiermittel in das Kältemittelgemisch einzuspritzen, um den Schmiermittelgehalt des Kältemittelgemisches zu erhöhen. Das Schmiermittelmanagementsystem 100 wird abgeschaltet, wenn der Fahrzeugaufladevorgang endet oder alternativ nach Ablauf einer 5-minütigen Spülzirkulationsrate, und die Betriebszirkulationsrate des Kältemittelgemisches wird wiederhergestellt.
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In den Abbildungen ist das Steuergerät 20 funktionsfähig mit dem System 1 und dessen Komponenten verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Verbindungen zwischen dem Steuergerät 20 und den Komponenten des Systems 1 nicht dargestellt.
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zeigt ein Elektrofahrzeug 150 mit einem Wärmeflussmanagementsystem 1 mit einem Schmiermittelmanagementsystem 100 der Erfindung. Das zentrale Managementsystem (nicht dargestellt) des Fahrzeugs ist betriebsfähig mit dem Steuergerät 20 des Systems 1 verbunden.
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Es wird geschätzt, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Form von Hardware, Software oder einer Kombination von Hardware und Software realisiert werden können. Jede derartige Software kann in Form von flüchtigem oder nicht flüchtigem Speicher wie z.B. einem Speichergerät wie einem ROM, ob löschbar oder wiederbeschreibbar oder nicht, oder in Form von Speicher wie z.B. RAM, Speicherchips, Gerät oder integrierten Schaltungen oder auf einem optisch oder magnetisch lesbaren Medium wie z.B. einer CD, DVD, Magnetplatte oder einem Magnetband gespeichert werden. Es wird geschätzt, dass die Speichergeräte und Speichermedien Ausführungsformen eines maschinenlesbaren Speichers sind, die geeignet sind, ein Programm oder Programme zu speichern, die, wenn sie ausgeführt werden, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung implementieren. Dementsprechend stellen Ausführungsformen ein Programm dar, das einen Code zur Implementierung eines Systems oder Verfahrens, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht, und einen maschinenlesbaren Speicher zur Speicherung eines solchen Programms enthält. Darüber hinaus können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung elektronisch über ein beliebiges Medium, wie z.B. ein Kommunikationssignal, das über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung übertragen wird, übermittelt werden, und Ausführungsformen umfassen in geeigneter Weise diese.
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Alle in dieser Spezifikation offengelegten Merkmale (einschließlich aller begleitenden Ansprüche, Zusammenfassungen und Zeichnungen) und/oder alle Schritte eines auf diese Weise offengelegten Verfahrens oder Prozesses können in jeder beliebigen Kombination kombiniert werden, mit Ausnahme von Kombinationen, bei denen sich zumindest einige dieser Merkmale und/oder Schritte gegenseitig ausschließen.
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In der gesamten Beschreibung und in den Ansprüchen dieser Spezifikation bedeuten die Wörter „umfassen“ und „enthalten“ und Variationen davon „einschließlich, aber nicht beschränkt auf“, und sie sind nicht dazu bestimmt (und schließen nicht aus), andere Teile, Zusätze, Komponenten, ganze Zahlen oder Stufen auszuschließen. In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen dieser Spezifikation umfasst der Singular den Plural, es sei denn, der Kontext erfordert etwas anderes. Insbesondere wenn der unbestimmte Artikel verwendet wird, ist die Spezifikation so zu verstehen, dass sowohl Pluralität als auch Singularität in Betracht gezogen werden, es sei denn, der Kontext erfordert etwas anderes.
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Jedes in dieser Spezifikation offen gelegte Merkmal (einschließlich aller begleitenden Ansprüche, Zusammenfassungen und Zeichnungen) kann durch alternative Merkmale ersetzt werden, die dem gleichen, gleichwertigen oder ähnlichen Zweck dienen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Somit ist jedes offengelegte Merkmal, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, nur ein Beispiel für eine generische Reihe gleichwertiger oder ähnlicher Merkmale.
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Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der vorstehenden Ausführungsformen beschränkt. Die Erfindung erstreckt sich auf alle neuartigen oder neuartigen Kombinationen der in dieser Spezifikation offenbarten Merkmale (einschließlich aller begleitenden Ansprüche, Zusammenfassungen und Zeichnungen) oder auf alle neuartigen oder neuartigen Kombinationen der Schritte eines so offenbarten Verfahrens oder Prozesses. Die Ansprüche sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie nur die vorstehenden Ausführungsformen abdecken, sondern auch alle Ausführungsformen, die in den Anwendungsbereich der Ansprüche fallen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmeflussmanagementsystem
- 4
- Wärmepumpenkreislauf
- 6
- Kältemittelzyklus des Kältemittelkreislaufs
- 8
- Kühlmittelkreislauf
- 9a/b/c/e/f/g/j
- Kältemittelleitung
- 10
- Kreislauf
- 11
- Kompressor
- 15
- Absperrventil
- 17
- Wärmepumpenkondensator
- 19
- Umgebungsluft/Wärmequelle
- 20
- Steuergerät
- 21
- Expansionsventil
- 23
- Absperrventil
- 25
- Verdampfer/Entfeuchter
- 27
- Ventil
- 29
- Expansionsventil
- 30
- Kältemittelleitung
- 30b/c/e/f/h/j
- Leitung
- 31
- Verdampfer
- 33
- Temperatur- und Drucksensor
- 37
- Akkumulator
- 38
- Schmiermittelfördermittel
- 39
- Sensor
- 41
- Absperrventil
- 43
- Drucksensor
- 45
- Kältemittelleitung
- 45a/b/c/
- Kältemittelleitung
- 47
- Absperrventil
- 49
- Kondensator
- 51
- Absperrventil
- 53
- Temperatursensor
- 55
- Wärmepumpe
- 57
- Kühlmittel-Luft-Wärmetauscher
- 59
- Passagierkabine/Kühlkörper
- 61
- Dreiwegeventil
- 63
- Fluidleitungen
- 65
- Antriebsstrang
- 67
- Ausdehnungsgefäß
- 69
- Pumpe
- 71
- Temperatursensor
- 73
- Dreiwegeventil
- 100
- Schmiermittelmanagementsystem
- 129
- Expansionsventil
- 131
- Verdampfer
- 149
- Wärmetauscher
- 150
- Elektrofahrzeug
- 151
- Wärmetauscher
- 155
- Pumpe
- 159
- Traktionsbatterie/Kühlkörper
- 161
- Dreiwegeventil
- 167
- Ausdehnungssammler
- 213
- Kompressorauslass
- 217
- Wärmetauscher
- 239
- Kompressoreinlass
- 341
- Absperrventil
