WO2015132113A1 - Refrigeration plant - Google Patents

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WO2015132113A1 PCT/EP2015/053973 EP2015053973W WO2015132113A1 WO 2015132113 A1 WO2015132113 A1 WO 2015132113A1 EP 2015053973 W EP2015053973 W EP 2015053973W WO 2015132113 A1 WO2015132113 A1 WO 2015132113A1
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cooling
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Michael Sonnekalb
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Konvekta Ag
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Definitions

  • the invention relates to a switchable heat exchanger and a refrigeration system with at least one compressor, at least one expansion element and at least one switchable heat exchanger, which are interconnected in a refrigerant circuit.
  • the invention also relates to a refrigeration system with such a refrigeration system and a vehicle with such a refrigeration system or such a refrigeration system.
  • Refrigeration systems which are used for example in refrigerated vehicles or buses, generally have a plurality of heat exchangers, the temperature, for example, for cooling a cold room or for air conditioning or heating a cab.
  • heat exchangers are operated either in a cooling mode or in a heating mode.
  • cooling mode the heat exchanger is therefore an evaporator while it acts as a condenser in heating mode.
  • the heat exchanger can reach temperatures that lead to the formation of an ice sheet.
  • the ice layer reduces the heat transfer from the heat exchanger to the environment. For defrosting, switching to heating mode is necessary.
  • DE 10 2008 047 753 A1 describes a refrigeration system with at least two useful temperature levels, which comprises at least one first refrigerant circuit and a second refrigerant circuit separated therefrom.
  • the first and second refrigerant circuits are further coupled to each other via a cascade heat exchanger, so that heat from one refrigerant circuit to the other refrigerant circuit can be transferred, or heat can be absorbed by a medium surrounding the heat exchanger, or can be delivered to the medium surrounding the heat exchanger ,
  • the refrigeration system comprises a circuit in which the compressed in the electrically operated compressor refrigerant is passed directly through the heat exchanger to be defrosted without this is previously relaxed in the expansion device.
  • a rooftop air conditioning system which comprises a compressor, evaporator and condenser.
  • the evaporator comprises a first heat exchanger, which is operated in the cooling mode as an evaporator.
  • a dehumidifying operation is provided in which a further heat exchanger upstream of the first heat exchanger is operated as an evaporator and the first heat exchanger is operated as a condenser.
  • the two heat exchangers are not connected to one another in a heat-conducting manner.
  • DE 102 54 109 A1 describes a combined cooling / heating device with a shared cooler, via which heat of a refrigerant is released into the environment in an air-conditioning operation and heat is taken up by the refrigerant from the environment in a heat pump operation.
  • heat exchanger For deicing the gas cooler with respect to the refrigerant flow heat exchanger are connected in parallel. Switching devices affect the flow through the individual heat exchangers as a function of detected environmental parameters. The two heat exchangers are not connected to one another in a heat-conducting manner.
  • US 2009/0320504 A1 relates to a method for defrosting an evaporator in a refrigeration cycle.
  • a refrigerant circulates in a predetermined flow direction.
  • the refrigeration cycle includes a compressor in the flow direction, a heat-rejecting heat exchanger, an expansion device and an evaporator.
  • the evaporator comprises at least two cooling circuits and the method comprises the following method steps: a) driving the cooling circuit in the normal cooling mode, in which the refrigerant leaves the heat-rejecting heat exchanger and flows through the expansion device and the evaporator to the compressor; b) terminating the cooling mode by interrupting the flow of the refrigerant leaving the heat rejecting heat exchanger in the direction of the evaporator; and c) passing the gaseous refrigerant through only part of the evaporator cooling circuits to defrost the evaporator.
  • a switchable heat exchanger for a refrigeration system in which heating tubes and cooling tubes are integrated in such a way in a single housing that heat by heat conduction, z. B. is transmitted via fins (fine aluminum sheets) between the heating pipes and the cooling tubes.
  • heating and cooling pipes in a single housing of the switchable heat exchanger, the switching between the heating operation and the cooling operation of the switchable heat exchanger is much easier.
  • the tubes of the switchable heat exchanger are used only for cooling or only for heating, whereby a large temperature difference when switching from heating to cooling mode and vice versa is avoided.
  • the individual components are not subject to large temperature jumps and damage can be avoided.
  • the heating pipes are not used as cooling pipes, the heating pipes can be designed optimized for the flow conditions and pressures in the heating case. The same applies to the cooling tubes optimizing evaporating refrigerant with significantly lower pressures than the heating tubes, so that the cooling tubes can be performed in a thinner wall thickness.
  • the output of the compressor is consistently connected only to the input side of the heating pipes or connectable.
  • the input of the compressor is consistently connected only to the output side of the cooling tubes or connected and can only suck vaporized refrigerant. In a mixed use of the cooling tubes and the heating tubes, this would not always guaranteed. Also, the flow direction is not reversed, which favors the oil transport back to the compressor. Overall, this leads to a significant improvement in the reliability of the compressor even with possible malfunction of the switching valves.
  • the air-side exchange surface in the heating and in the cold trap is significantly increased compared with a separate slat design. Furthermore, a faster defrosting is possible by the heat conduction from the heating tubes on the common blade on the cooling tubes.
  • the proposed reversible heat exchanger also has the advantage that the functionality is expanded.
  • different operating conditions can be realized, which allow a pure cooling or heating and a regulation between the pure cooling and heating. Cooling and heating are possible at the same time. This allows a continuous power adjustment between maximum cooling capacity and maximum heating power.
  • the design of the refrigeration system is considerably simplified, since significantly fewer switching valves are needed. Minimal only a three-way valve is required, or there are only two valves used, which may optionally be designed as a lockable expansion valves.
  • the switchable heat exchanger comprises at least two refrigerant inputs and at least two refrigerant outlets.
  • a refrigerant inlet and a refrigerant outlet may be provided for the heating tubes and the cooling tubes, respectively, whereby the refrigerant flow through the heating tubes and the refrigerant flow through the cooling tubes is performed separately.
  • the switchable heat exchanger is designed as a plate heat exchanger.
  • the heating tubes and the cooling tubes can be arranged at least partially in alternating sequence in lamellae of the switchable heat exchanger.
  • the heating tubes and the cooling tubes can be arranged completely in alternating sequence.
  • the switchable heat exchanger may provide first regions in which the heating tubes and the cooling tubes are arranged entirely in alternating sequence, and second regions in which only heating tubes or only cooling tubes are arranged.
  • Such a mixed arrangement is particularly advantageous in the application of the switchable heat exchanger as Zu Kunststoffebenleyer about in air conditioning systems for vehicles, such as buses, since a Reheat memori in which air is dried by simultaneous heating and cooling, can be easily realized.
  • the at least one valve for switching between a heating operation and a cooling operation is designed such that in a first switching position for the heating operation, the refrigerant flows substantially through the heating tubes, in a second switching position for the cooling operation, the refrigerant substantially the cooling tubes flows and, in a switching position between the first and the second switch position for a reheat operation, the refrigerant flows through the heating tubes and the cooling tubes.
  • At least one first valve for switching between a heating operation and a cooling operation is designed such that it controls a refrigerant flow through the heating tubes
  • at least one second valve for switching between a heating operation and a cooling operation is designed such that it controls a flow of refrigerant through the cooling tubes.
  • a first valve can be connected downstream of the heating tubes in the direction of refrigerant flow
  • a second valve can be connected upstream of the cooling tubes in the direction of refrigerant flow.
  • the valves have an open and a closed switching position.
  • a compressor is connected upstream of the heating tubes of the heat exchanger, so that compressed refrigerant can flow into the heating tubes of the switchable heat exchanger, and an expansion element upstream of the cooling tubes of the switchable heat exchanger so that expanded refrigerant can flow into the cooling tubes of the switchable heat exchanger
  • the expansion element can be designed, for example, as an electrically controllable expansion valve, in particular as a stepper motor valve or as a pulsed solenoid valve.
  • the refrigeration system comprises at least a first and a second switchable heat exchanger with integrated heating tubes and cooling tubes, which are interconnected such that heats in the cooling operation of the first switchable heat exchanger, the second switchable heat exchanger and vice versa.
  • a refrigeration system may include a compressor, two valves for switching between cooling operation and heating operation and two expansion elements.
  • the cooling tubes of the first and the second switchable heat exchanger can each be preceded by an expansion element so that expanded refrigerant can flow into the cooling tubes of the first or second switchable heat exchanger.
  • the valves for switching between cooling operation and heating operation control the refrigerant flow through the cooling tubes and the heating tubes of the first and the second switchable heat exchanger.
  • the refrigerant circuits of the cooling tubes and the heating tubes of the first and second switchable heat exchanger are designed such that the cooling tubes of the second switchable heat exchanger are acted upon when the heating tubes of the first switchable heat exchanger are acted upon and vice versa.
  • the refrigeration system comprises at least one internal heat exchanger, which may be designed, for example, as a plate heat exchanger or double tube heat exchanger. If two switchable heat exchangers are provided in the refrigeration system, two internal heat exchangers can be operated countercurrently, in which the refrigerant, after flowing through the heating tubes of the first switchable heat exchanger, is conducted countercurrently to the refrigerant after flow of the cooling tubes of the second switchable heat exchanger. Conversely, two internal heat exchangers can be operated countercurrently in such a way that the refrigerant, after flowing through the heating tubes of the second switchable heat exchanger, is conducted countercurrently to the refrigerant after the cooling tubes of the second switchable heat exchanger have flowed through.
  • Another object of the invention is a refrigeration system with the above-described refrigeration system, to which an extended refrigerant circuit is coupled to at least one other heat exchanger.
  • a further heat exchanger are, for example, plate heat exchanger or double tube heat exchanger for heat transfer to a heat transfer fluid, z. B. water glycol.
  • at least two further heat exchangers may be provided, of which one is designed for cooling and / or one for heating.
  • the functionality of the refrigeration system is extended to other systems, for example in the vehicle, especially in the bus.
  • the other heat exchangers can be used as a cold or hot water heat exchanger for a drive system or as Zu Kunststofftownleyer for cooling or heating a cab.
  • the coupling comprises a first branch, which is connected downstream of the heating tubes of the switchable heat exchanger of the refrigeration system, and / or a second branch, which is connected upstream of the cooling tubes of the switchable heat exchanger of the refrigeration system.
  • the extended refrigerant circuit comprises at least one further heat exchanger for heating and at least one further heat exchanger for cooling.
  • at least one valve for controlling the flow of refrigerant is associated with the at least one further heat exchanger.
  • a valve is connected downstream of the further heat exchanger for heating in the direction of refrigerant flow and a valve upstream of the further heat exchanger for cooling in the direction of refrigerant flow.
  • the valves can be designed as controllable shut-off valves, whereby the heating and the cooling capacity of the other heat exchangers can be regulated.
  • the first and / or second branch a line system with check valves downstream, and the check valves are switched depending on the operation of the refrigeration system that the at least one further heat exchanger to a refrigerant circuit with the heating tubes and / or to a refrigerant circuit is coupled to the cooling tubes of the heat exchanger of the refrigeration system.
  • the non-return valves By means of the non-return valves, the refrigerant flow in the extended refrigerant circuit can be correspondingly controlled depending on the operating mode of the refrigeration system, ie heating or cooling operation. Due to the design of the valves for controlling the flow of refrigerant in the extended refrigerant circuit as check valves, a very robust, cost-effective and simple control of the refrigerant flow in the extended refrigerant circuit is possible.
  • the first and / or second branch is preceded by an electrically controllable valve, for example a solenoid valve, and an electrically controllable valve is switched depending on the operation of the refrigeration system such that the refrigerant flow of the at least one further heat exchanger to the refrigerant circuit , which comprises the heating tubes of the switchable heat exchanger of the refrigeration system, and / or to the refrigerant circuit, which comprises the cooling tubes of the switchable heat exchanger of the refrigeration system, is coupled.
  • the design of the valves for controlling the extended refrigerant circuit as electrically controllable valves, the line system over the embodiment with check valve can be simplified and fewer valves are used. Such a configured refrigeration system is structurally easier to implement and saves space.
  • valves for switching between a heating mode and a cooling mode of the refrigeration system and the valves for regulating the refrigerant flow in the extended refrigerant circuit are designed as electrically controllable valves.
  • a central control of the heat exchanger can be realized. For example, the overheating of the total volume flow upstream of the compressor and the individual volume flows of refrigerant per evaporator heat exchanger and just required power level can be controlled. Likewise, the subcooling or the optimal high pressure of the total volume flow and the individual volume flows per gas cooler heat exchanger and just required power level can be controlled.
  • This can also advantageously lead to individual evaporators with high power requirements without overheating, d. H. completely evaporating refrigerant can be operated.
  • a special feature is the outdoor air heat exchanger whose power requirement is subordinate to all others. In the other heat exchangers in the system, it may, for. B. be that the cooling or heating of drive components, such. As battery electrics, engine and brake and the like more priority.
  • z. B. an air conditioning of a driver's compartment have priority over the air conditioning of a passenger compartment. Or, however, the cooling of the cargo compartment or cargo compartments of a refrigerated transporter may possibly take precedence over the air conditioning of the driver's compartment.
  • At least two evaporators are normally operated in parallel, they can also be defrosted alternately with the embodiment proposed according to the invention without the operation being interrupted.
  • Examples include the following scenarios: For example, two evaporators can be operated in parallel in the hold of a refrigerated transporter, wherein the first evaporator is defrosted via the heating tubes, while the second evaporator continues to maintain the cooling via the evaporator tubes.
  • an air conditioning system of a bus with a heat pump is designed in this way.
  • the first outdoor heat exchanger of the heat pump can be defrosted through the heating pipes, while the other evaporates further, without the heating operation of the air heat exchanger is interrupted.
  • Another example is given by an external evaporator and a cold water heat exchanger in which heat is removed by evaporation of the battery / engine cooling water and operated in parallel in a working as a heat pump air conditioners.
  • the outdoor evaporator can be defrosted via the heating pipes while the battery is being further cooled and the heat pump continues to be heated via the heating pipes of the supply air heat exchanger.
  • Another object of the invention is a vehicle, in particular a bus, a rail vehicle or a refrigerated transporter, equipped with the above-described refrigeration system or equipped with the refrigeration system described above.
  • FIG. 1a is a perspective view of a reversible heat exchanger in the form of a laminated tube and tube bundle design with heating tubes and cooling tubes;
  • FIG. 1b shows a switchable heat exchanger according to FIG. 1a with alternating heating and cooling tubes in a sectional view;
  • Figure 1c shows a switchable heat exchanger according to Figure 1a with partially arranged heating and cooling pipes in a sectional view;
  • Figure 2 shows a refrigeration system with the switchable heat exchanger of Figures 1a, 1b and 1c in a first embodiment;
  • FIG. 3 shows the refrigeration system of FIG. 2 in a heating mode of the first switchable heat exchanger;
  • FIG. 4 shows the refrigeration system of FIG. 2 in a cooling mode of the first switchable heat exchanger;
  • FIG. 1a is a perspective view of a reversible heat exchanger in the form of a laminated tube and tube bundle design with heating tubes and cooling tubes;
  • FIG. 1b shows a switchable heat exchanger according to FIG. 1a
  • FIG. 5 shows the refrigeration system of FIG. 2 in a reheat mode
  • Figure 6 shows an embodiment of a refrigeration system with the refrigeration system of Figure 2 and an exemplary extended refrigerant circuit with a hot water heat exchanger and a cold water heat exchanger.
  • Figure 7 shows another embodiment of a refrigeration system with a refrigeration system and an exemplary extended refrigerant circuit
  • Figure 8 shows another embodiment of a refrigeration system with a refrigeration system and an exemplary extended refrigerant circuit
  • Figure 9 shows another embodiment of a refrigeration system with a refrigeration system and an exemplary extended refrigerant circuit
  • Figure 10 is a plan view of a switchable heat exchanger in flat tube design. 11 shows a sectional view of the switchable flat tube heat exchanger according to FIG. 10 with alternating heating and cooling tubes;
  • FIG. 10 shows
  • FIG. 12 is a sectional view through the heating manifold of the flat tube heat exchanger of Figure 10;
  • FIG. 13 is a sectional view through the cooling manifold with the flow-through scheme of the cooling tubes of the flat tube heat exchanger according to FIG. 10.
  • FIG. 1a shows a switchable heat exchanger 10 with heating tubes 12 and cooling tubes 14 in a perspective view.
  • FIG. 1b shows the switchable heat exchanger 10 with heating tubes 12 and cooling tubes 14 in a sectional view.
  • the heat exchanger 10 is configured as a plate heat exchanger, the heating tubes 12 and cooling tubes 14 integrated in a single housing 16.
  • the heating tubes 12 are made thick-walled due to the higher operating pressure.
  • the housing 16 furthermore has a respective refrigerant inlet and a refrigerant outlet for the heating tubes 12 and the cooling tubes 14.
  • the heating tubes 12 and cooling tubes 14 are connected to one another and to the housing 16 via lamellae 18, as shown in the sectional view of FIG. 1b.
  • the heating tubes 12 and the cooling tubes are arranged alternately. This means that the heating tubes 12 and the cooling tubes 14 are arranged alternately next to one another.
  • the heating tubes 12 and the cooling tubes 14 are arranged alternately next to one another.
  • Figure 1c shows a sectional view of a switchable heat exchanger with an alternative cooling / heating pipe guide.
  • the heating tubes 12 and the cooling tubes 14 are arranged in different regions of the lamellae 18.
  • the reheat operation can be carried out particularly advantageously.
  • the supply air first flows through the region of the cooling tubes 14 and is cooled to below the dew point temperature, so that moisture contained in the supply air can condense out.
  • the cooled supply air flows through the area of the heating tubes 12 and is reheated, so that finally warm dry air flows out.
  • the heating tubes 12 and the cooling tubes 14 are each connected via a switchable refrigerant circuit 20 to a refrigeration system 22, the switchable heat exchanger 10 can be switched between a cooling operation and a heating operation.
  • the heating tubes 12 and the cooling tubes 14 carry a refrigerant, for example R134a, R1234yf, R1234ze, R152a, R161, R170, R290, R600, R600a, R744 transcritical, carbon dioxide (R744), nitrous oxide (R744jA), R23, R32 or mixtures such as: R410A, R404A, R407A, R407C and R407F. Particularly preferred is carbon dioxide or R134a.
  • a refrigerant for example R134a, R1234yf, R1234ze, R152a, R161, R170, R290, R600, R600a, R744 transcritical, carbon dioxide (R744), nitrous oxide (R744jA), R23, R32 or mixtures such as: R410A, R404A, R407A, R407C and R407F.
  • Particularly preferred is carbon dioxide or R134a.
  • the switchable heat exchanger 10 can transmit heat to the environment or record from the environment.
  • the switchable heat exchanger 10 allows the heating operation, in which only the heating tubes 12 are traversed with refrigerant, and the cooling operation, in which only the cooling tubes 14 are traversed with refrigerant. Switching the switchable heat exchanger 10 from the cooling mode to the heating mode and vice versa can thus be made simple, without burdening the components of the switchable heat exchanger 10 and in particular the refrigerant-carrying tubes by the change in temperature.
  • Figure 2 shows a refrigeration system 22 with the switchable heat exchanger 10 of Figure 1 in a first embodiment.
  • the refrigeration system 22 comprises a first switchable heat exchanger 10a, which can be used, for example, as a supply air heat exchanger or cold room heat exchanger, and a second switchable heat exchanger 10b, which can be used, for example, as an external air heat exchanger.
  • Both switchable heat exchangers 10a, 10b comprise heating tubes 12 and cooling tubes 14, which are connected via a switchable refrigerant circuit 20 to a refrigeration system 22.
  • the switchable refrigerant circuit 20 comprises a compressor 24 for compressing the refrigerant, expansion elements 26a, 26b, for example expansion valves, for releasing the refrigerant and valves 28a, 28b, for example solenoid valves, for switching between heating mode and cooling mode.
  • the switchable refrigerant circuit 20 in the illustrated embodiment has internal heat exchangers 30a, 30b.
  • the internal heat exchangers 30a, 30b are merely optional and may be configured as plate heat exchangers or double tube heat exchangers.
  • the internal heat exchangers 30 a, 30 b make the evaporation of the refrigerant more effective so that no liquid refrigerant enters the compressor 24.
  • the zone of superheated refrigerant is displaced from the evaporator-the cooling pipe of 10a or 10b-into the internal heat exchangers 30b and 30a, respectively, which increases the performance of the evaporator.
  • the refrigerant exiting from the heating tubes of the heat exchanger 10b or 10a is further cooled in heat exchangers 30b and 30a, respectively.
  • FIG. 3 shows the refrigeration system 22 of FIG. 2 in a heating mode of the first switchable heat exchanger 10a.
  • the valve 28a which is connected upstream of the cooling tubes 14 of the first switchable heat exchanger 10a, closed.
  • the refrigerant is compressed in the compressor 24 and fed via pipes 32 to the heating tubes 12 of the first switchable heat exchanger 10a.
  • the refrigerant is conducted via conduits 34, the downstream first internal heat exchanger 30a, the open valve 28b and the downstream expansion element 26b into cooling tubes 14 of the second switchable heat exchanger 10b.
  • the refrigerant is passed in countercurrent via the first internal heat exchanger 30a and piping 36 back to the compressor 24.
  • the refrigeration system 22 is switched so that the first switchable heat exchanger 10a gives off heat to the atmosphere (supply air) and the second switchable heat exchanger 10b absorbs heat from the outside (outside air).
  • the second switchable heat exchanger 10b thus operates as an evaporator and the first switchable heat exchanger 10a as a gas cooler.
  • FIG. 4 shows the refrigeration plant 22 of FIG. 2 in a cooling operation of the first switchable heat exchanger 10a.
  • the valve 28b which is connected downstream of the heating tubes 12 of the first switchable heat exchanger 10a and upstream of the cooling tubes 14 of the second switchable heat exchanger 10b, is closed.
  • the refrigerant is compressed in the compressor 24 and fed via pipes 38 to the heating tubes 12 of the second switchable heat exchanger 10b.
  • the refrigerant via pipes 40, the downstream first internal heat exchanger 30b, the open valve 28a and the downstream expansion device 26a in cooling tubes 14 of the first switchable heat exchanger 10a out.
  • the refrigerant is passed in countercurrent via the second internal heat exchanger 30 b and piping 42 back to the compressor 24.
  • the refrigeration system 22 is switched so that the second switchable heat exchanger 10b gives off heat to the outside air and the first switchable heat exchanger 10a absorbs heat from the outside (supply air).
  • the first switchable heat exchanger 10a thus operates as an evaporator and the second switchable heat exchanger 10b as a gas cooler.
  • the outside air heat exchanger 10b can also be defrosted after icing in order then to operate again as a heat pump evaporator in accordance with FIG. 3.
  • the cold room heat exchanger 10a can be defrosted even after an occurrence of icing, in order then to operate again as an evaporator in accordance with operation, as shown in FIG.
  • FIG. 5 shows the refrigeration system 22 of FIG. 2 in a reheat mode.
  • both valves 28a, 28b are open and regulate the flow of refrigerant.
  • the first and the second switchable heat exchangers 10a, 10b can be operated depending on the refrigerant flow both in the heating mode and in the cooling mode, as described above.
  • the cooling operation serves to condense moisture, whereas the heating operation allows the heating of air.
  • the heating capacities and the cooling capacities can be adapted almost infinitely to the requirements.
  • the control valves 28a and 28b are opened correspondingly less than the respective other valve, d. H. the control valves 28a and 28b. By metering the volume flows through the control valves 28a and 28b, the desired cooling capacities or the desired heating powers can be regulated at the supply air heat exchanger 10a.
  • FIG. 6 shows an embodiment of a refrigeration system 100 having one of the refrigeration system 22 of FIG. 2 and an exemplary extended refrigerant circuit 25 having a hot water heat exchanger 44 and a cold water heat exchanger 46.
  • further branches 25 a, 25 b are coupled to the switchable refrigerant circuit 20, which comprises the hot water heat exchanger 44 and the cold water heat exchanger 46.
  • the hot water heat exchanger 44 and the cold water heat exchanger 46 are not designed switchable and can be designed as a plate heat exchanger or double tube heat exchanger.
  • a further branched line system 50 with check valves 50a and 50b is provided, which connects to the branches 62 and 63 of the switchable refrigerant circuit 20.
  • refrigerant flows from the compressor 24 to the hot water heat exchanger 44 of the branch 25a when the valve 52a is opened.
  • the refrigerant can continue to flow via the valves 50b and 52b to the branch 25b of the cold water heat exchanger 46 or via the expansion element 26b and the cooling tubes 14 of the switchable second heat exchanger 10b.
  • the cold water heat exchanger 46 of the branch 25b is further connected such that the check valve 50a in the cooling operation of the heat exchanger 10a and the check valve 50b is opened in the heating operation of the heat exchanger 10a.
  • a further expansion element 56 which is connected upstream of the cold water heat exchanger 46 and downstream of the valve 52b, depressurises the refrigerant before it enters the cold water heat exchanger 46. Subsequently, the refrigerant is returned from the cold water heat exchanger 46 to the compressor 24.
  • the solenoid valves 52a and 52b are used to control the flow of refrigerant through the hot water and cold water heat exchanger 44, 46 and are each upstream or downstream.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a refrigeration system 100 with a refrigeration system 22 and an exemplary expanded refrigerant circuit 25.
  • the further heat exchangers 44a, 44b, 44c, 46a, 46b, 46c can assume different functions.
  • the heat exchangers 44a and 46a may be configured as cold and hot water heat exchangers as described with reference to FIG.
  • the further heat exchangers 44b and 46b may, for example, serve as heaters 44b and radiators 46b of air for a driver's cab in the vehicle. Accordingly, the refrigeration system 100 can be extended to almost any other heat exchanger 44c, 46c for cooling or heating.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a refrigeration system 100 with a refrigeration system 22 and an exemplary expanded refrigerant circuit 25.
  • the structure of the refrigeration system 100 corresponds to that of Figure 7.
  • controllable solenoid valves 58a, 58b in the pipes 60a, 60b are arranged.
  • the solenoid valve 58a in the pipe 60a associated with the first switchable heat exchanger 10a is connected between the valve 28a and the expansion member 26a.
  • the solenoid valve 58b in the pipe 60b associated with the second switchable heat exchanger 10b is connected between the valve 28b and the expansion member 26b.
  • the refrigerant is passed starting from the compressor 24 via the heating tubes 12 of the first and second switchable heat exchanger 10a, 10b.
  • the solenoid valves 28a and 28b are opened.
  • the cooling tubes 14 of both switchable heat exchanger 10a, 10b are shut off.
  • the refrigerant can be returned to the compressor 24 via an active evaporator 46a, 46b or 46c.
  • the waste heat from other processes eg. B. from the battery cooling or engine cooling, provides. This is not possible in the embodiment according to FIG. 7, since the refrigerant would flow away from the heating tubes 12 of the heat exchanger 10b via the cooling tubes 14 of the heat exchanger 10b and thus disturb the heating operation of the heat exchanger 10a.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of a refrigeration system 100 with a refrigeration system 22 and an exemplary expanded refrigerant circuit 25.
  • the structure of the refrigeration system 100 corresponds to that of Figure 8. In the embodiment of Figure 9, however, further simplifications are provided.
  • the valves 28a, 28b, 58a, 58b and 52a to 52f designed as electronically controllable control valves, whereby the refrigerant flow in the individual branches of the refrigeration system 100 can be controlled.
  • the expansion members 26a, 26b and 56a to 56c may be omitted.
  • a central control can be realized, which regulates the overheating before the compressor 24 and thus the total volume flow and the individual streams in the individual branches of evaporator heat exchangers depending on the required power level.
  • the subcooling or the optimal high pressure in the refrigeration system 100 and thus the total volume flow and the individual streams in the individual branches of gas cooler heat exchangers can be regulated depending on the required power level.
  • the refrigeration system 22 of FIG. 9 only provides a single internal heat exchanger 70, which is connected directly upstream of the compressor 24.
  • the internal heat exchanger 70 is thus provided in the common line and leads the total volume flow of the refrigerant in countercurrent.
  • individual evaporator heat exchangers can be operated without overheating with liquid refrigerant, ie without overheating.
  • the subcooling and thus the optimal high pressure can continue to be regulated according to pressure and temperature at the high pressure input of the internal heat exchanger 70.
  • the overheating can be regulated according to pressure and temperature at the low-pressure outlet of the internal heat exchanger 70.
  • FIGS. 10 to 13 show a flat tube heat exchanger with heating tubes and cooling tubes.
  • FIG. 11 shows that a flat-tube heat exchanger 80 shown there has an alternating sequence of heating tubes 12 and cooling tubes 14. Due to the higher pressure levels, the heating tubes 12 are designed in a thicker wall thickness, which also emerges from the illustration in FIG 11.
  • the inlet of the heating tubes 12 is on the left side in Figure 10 through the manifold 90.
  • Figure 12 shows a section through the Schusammelrohr 90.
  • the incoming refrigerant is distributed in this embodiment, three parallel heating tubes 12. On one side, the heating tubes 12 are each connected by small connecting tubes 88 so that a deflection can take place.
  • the refrigerant which flows through three heating tubes 12 back to the left side, is there again bundled on a heating tube 12, flows back to the right via a connecting tube 88 and again through a heating tube 12 to the left to Schusammelrohr 90 back again by a heating tube 12 right over a connecting tube 88 and again through a heating tube 12 to the left to the heating manifold 90, where it finally exits.
  • the inlet of the cooling tubes 14 is on the right side in Figure 10 through the manifold 92.
  • the incoming refrigerant is distributed in this embodiment, on two parallel cooling tubes 14. Diederohre 14 Sind in Fig. 10 facts.
  • the cooling tubes 14 are connected to each other by small connecting tubes 88 so that a deflection can take place.
  • the refrigerant, which flows through two cooling tubes 14 back to the right side is there again distributed to four cooling tubes 14, flows back to the left, via connecting tubes 88 and again through four cooling tubes 14 to the right to the cooling manifold 92 back, where it finally exits.
  • An aperture 86 is provided which promotes homogenous distribution of vapor and liquid of the two-phase refrigerant through turbulence generation.
  • FIG. 10 shows a flat-tube heat exchanger
  • 11 shows the arrangement of Bankflachrohre andméflachrohre in section of the flat tube heat exchanger of Figure 13.
  • Figure 12 shows a sectional view of the flat tube heat exchanger according to Figure 13 with the Schusammelrohren 90 with flow direction.
  • the refrigerant flows to the second heating manifold 90b back to the first heating manifold 90a, the second heating manifold 90b, and finally to the first heating manifold 90a and to the outlet 84.
  • FIG. 13 shows a sectional view of the flat tube heat exchanger according to FIG. 10, wherein the cooling collecting tubes 92 are connected to the inlet 82.
  • the refrigerant flows to the second cooling manifold 92 b through the aperture 86 and back to the first manifold 92 a and finally to the outlet 84.
  • FIG. 3 shows a maximum heating.
  • the heating pipes 12 of the supply air heat exchanger 10a and the cooling pipes 14 of the outside air heat exchanger 10b are flowed through, since the valve 28b is fully opened and the valve 28a is completely closed.
  • Figure 4 represents the maximum cooling.
  • the cooling tubes 14 of the air heat exchanger 10a and the heating tubes 12 of the outdoor air heat exchanger 10b are flowed through, since the valve 28a is fully open and the valve 28b is completely closed.
  • Figure 5 illustrates an intermediate stage in which both the heating tubes 12 and the cooling tubes 14 of the air heat exchanger 10 a and the outdoor air heat exchanger 10 b are flowed through. It is important to ensure that never both valves 28a and 28b are completely closed while the compressor 24 is running.
  • a step control can be taken from the following list:
  • the neutral mode can alternatively be done with the compressor 24 and possibly closed valves 28a and 28b.
  • the defrosting of the outdoor air heat exchanger 10b takes place in cooling mode 4 (FIG. 4), but with ventilators switched off at the heat exchangers 10a and 10b.
  • the shutdown of the fan of the outdoor air heat exchanger 10b is mandatory.
  • Table 2 mode 28a 28b Heating 4 0% 100% Heating 3 20% 80% Heating 2 33% 67% Heating 1 40% 60% Neutral 50% 50% Cooling 1 60% 40% Cooling 2 67% 33% Cooling 3 80% 20% Cooling 4 100% 0%
  • the regulation of the switchable heat exchangers 10a and 10b can be carried out as in the previously shown tables.
  • the additional heating heat exchangers 44 (a, b, c,...) Can also be regulated stepwise or steplessly via their respectively associated valves 52a (c, e,%) By opening them with x% (0% to 100%).
  • additional cooling heat exchangers 46 (a, b, c,%) Can also be regulated stepwise or steplessly via these respectively assigned valves 52b (d, f,%) By opening them with x% (0% to 100%).
  • valve 28a It is important when defrosting the outdoor air heat exchanger 10b that the valve 28a is open, while all the other valves 28b, 52a, 52c, 52e, ... the heating heat exchanger 44 (a, b, c, ...) are closed.
  • the cooling valves 52b, 52d, 52f, ... are not affected.
  • Table 3 mode 28a 28b 52 (a, c, e, ...) Heating 4 0% 100% 100% Heating 3 0% 75% 100% Heating 2 0% 50% 100% Heating 1 0% 25% 100% Neutral 0% 0% 100% Cooling 1 25% 0% 100% Cooling 2 50% 0% 100% Cooling 3 75% 0% 100% Cooling 4 100% 0% 100%
  • an extension of the refrigeration system 22 can be seen around the valves 58a and 58b. It can be dispensed with check valves.
  • priority cooling of a further cooling heat exchanger 46 is possible. This is particularly advantageous when e.g. the cold water heat exchanger for battery cooling should have top priority.
  • the outdoor air heat exchanger 10b can be defrosted without interrupting the heating operation:
  • the regulation of a refrigeration system 100 according to FIG. 9 is analogous to the regulation in connection with FIG. 8.
  • the opening of the electronic expansion valves can be continuously adapted to the requirements.
  • the sum of the opening degrees of the valves 28a, 28b and 52a, 52c and 52e determine the high pressure within the refrigeration system 100, which can be controlled to match the temperature at the high pressure inlet of the heat exchanger 70. If the pressure is higher than the predetermined pressure, the opening degrees are proportionally increased. If the pressure is too low, the opening degrees of the valves 28a, 28b, 52a, 52c, 52e are proportionally reduced.
  • an optimal high pressure can be regulated, e.g. 5K supercooling.
  • the sum of the opening degrees of the valves 58a, 58b and 52b, 52d and 52f determine the low pressure of the refrigeration system 100, which can be controlled to match the temperature at the low pressure output of the heat exchanger 70. If the pressure is higher than the predetermined pressure, the opening degrees are proportionally reduced. If the pressure is too low, the opening degrees will be proportionally increased. Thus, optimal overheating in front of the compressor 24 can be regulated, e.g. 5K overheating.
  • the superheat control has priority over the high pressure control.
  • switchable heat exchanger 10a 1. switchable heat exchanger 10b 2. switchable heat exchanger 12 heating pipes 14 cooling pipes 16 casing 18 slats 20 Refrigerant circulation 22 refrigeration plant 24 compressor 25a 1. branch 25b 2nd branch 25c 3rd branch 25d 4. branch 25e 5th branch 25f 6. branch 26a 1. expansion organ 26b 2. expansion organ 28a (1.) solenoid valve 28b (2.) solenoid valve 30a (1.) internal heat exchanger 30b (2.) internal heat exchanger 32 pipeline 34 pipeline 36 pipeline 38 pipeline 40 pipeline 44 Hot water heat exchanger 44a 1. hot water heat exchanger 44b 2. Hot water heat exchanger 44c 3. Hot water heat exchanger 46 Cold water heat exchanger 46a 1.

Abstract

The invention also relates to a refrigeration plant (22) and a refrigeration plant system (100) comprising a switchable heat exchanger (10, 10a, 10b) of said type for a refrigeration plant (22), heating pipes (12) and cooling pipes (14) in said heat exchanger being integrated into a single housing (16) in such a way that heat is transferred between the heating pipes (12) and the cooling pipes (14). The invention also relates to a refrigeration plant (22) and a refrigeration plant system (100) comprising a heat exchanger (10, 10a, 10b) of said type.

Description

Die Erfindung betrifft einen umschaltbaren Wärmetauscher und eine Kälteanlage mit mindestens einem Verdichter, mindestens einem Entspannungsorgan und mindestens einem umschaltbaren Wärmetauscher, die in einem Kältemittelkreislauf miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft zudem ein Kälteanlagensystem mit einer derartigen Kälteanlage sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Kälteanlage oder einem derartigen Kälteanlagensystem.The invention relates to a switchable heat exchanger and a refrigeration system with at least one compressor, at least one expansion element and at least one switchable heat exchanger, which are interconnected in a refrigerant circuit. The invention also relates to a refrigeration system with such a refrigeration system and a vehicle with such a refrigeration system or such a refrigeration system.
Kälteanlagen, die beispielsweise in Kühlfahrzeugen oder Bussen eingesetzt werden, weisen im Allgemeinen mehrere Wärmetauscher auf, die Luft beispielsweise zum Kühlen eines Kühlraumes oder zum Klimatisieren oder Heizen einer Fahrerkabine temperieren. Hierzu werden Wärmetauscher entweder in einem Kühlbetrieb oder in einem Heizbetrieb betrieben. Im Kühlbetrieb ist der Wärmetauscher demnach ein Verdampfer, während er im Heizbetrieb als Verflüssiger wirkt. Insbesondere im Kühlbetrieb können die Wärmetauscher Temperaturen erreichen, die zum Bilden einer Eisschicht führen. Durch die Eisschicht wird der Wärmeübertrag vom Wärmetauscher an die Umgebung reduziert. Zum Abtauen ist ein Umschalten in den Heizbetrieb notwendig.Refrigeration systems, which are used for example in refrigerated vehicles or buses, generally have a plurality of heat exchangers, the temperature, for example, for cooling a cold room or for air conditioning or heating a cab. For this purpose, heat exchangers are operated either in a cooling mode or in a heating mode. In cooling mode, the heat exchanger is therefore an evaporator while it acts as a condenser in heating mode. In particular, in the cooling mode, the heat exchanger can reach temperatures that lead to the formation of an ice sheet. The ice layer reduces the heat transfer from the heat exchanger to the environment. For defrosting, switching to heating mode is necessary.
In DE 10 2008 047 753 A1 ist eine Kälteanlage mit mindestens zwei Nutztemperaturniveaus beschrieben, die mindestens einen ersten Kältemittelkreis und einen davon getrennten zweiten Kältemittelkreis umfasst. Der erste und der zweite Kältemittelkreis sind weiterhin über einen Kaskadenwärmetauscher miteinander gekoppelt, so dass Wärme von einem Kältemittelkreis an den anderen Kältemittelkreis übertragen werden kann, oder Wärme von einem den Wärmetauscher umgebenden Medium aufgenommen werden kann, oder an das den Wärmetauscher umgebende Medium abgegeben werden kann. Um insbesondere den Wärmetauscher zur Temperierung eines Tiefkühlbereichs abtauen zu können, umfasst die Kälteanlage eine Schaltung, bei der das im elektrisch betriebenen Verdichter verdichtete Kältemittel direkt durch den abzutauenden Wärmetauscher geführt wird, ohne dass dieses vorher im Entspannungsorgan entspannt wird. DE 10 2008 047 753 A1 describes a refrigeration system with at least two useful temperature levels, which comprises at least one first refrigerant circuit and a second refrigerant circuit separated therefrom. The first and second refrigerant circuits are further coupled to each other via a cascade heat exchanger, so that heat from one refrigerant circuit to the other refrigerant circuit can be transferred, or heat can be absorbed by a medium surrounding the heat exchanger, or can be delivered to the medium surrounding the heat exchanger , In particular, in order to defrost the heat exchanger for controlling the temperature of a deep-freeze area, the refrigeration system comprises a circuit in which the compressed in the electrically operated compressor refrigerant is passed directly through the heat exchanger to be defrosted without this is previously relaxed in the expansion device.
Aus DE 10 2011 107 081 A1 ist eine Aufdach-Klimaanlage bekannt, die einen Verdichter, Verdampfer und Verflüssiger umfasst. Der Verdampfer umfasst einen ersten Wärmetauscher, der im Kühlbetrieb als Verdampfer betrieben wird. Zusätzlich ist ein Entfeuchtungsbetrieb vorgesehen, in dem ein dem ersten Wärmetauscher vorgeschalteter weiterer Wärmetauscher als Verdampfer betrieben wird und der erste Wärmetauscher als Verflüssiger betrieben wird. Die beiden Wärmetauscher sind nicht wärmeleitend miteinander verbunden.From DE 10 2011 107 081 A1 a rooftop air conditioning system is known which comprises a compressor, evaporator and condenser. The evaporator comprises a first heat exchanger, which is operated in the cooling mode as an evaporator. In addition, a dehumidifying operation is provided in which a further heat exchanger upstream of the first heat exchanger is operated as an evaporator and the first heat exchanger is operated as a condenser. The two heat exchangers are not connected to one another in a heat-conducting manner.
In DE 102 54 109 A1 ist eine kombinierte Kühl-Heizvorrichtung mit einem gemeinsam genutzten Kühler beschrieben, über den in einem Klimabetrieb Wärme eines Kältemittels an die Umgebung abgegeben und in einem Wärmepumpenbetrieb Wärme von dem Kältemittel aus der Umgebung aufgenommen wird. Zum Enteisen sind dem Gaskühler in Bezug auf den Kältemitteldurchfluss Wärmetauscher parallel geschaltet. Schalteinrichtungen beeinflussen den Durchfluss durch die einzelnen Wärmetauscher in Abhängigkeit von erfassten Umgebungsparametern. Die beiden Wärmetauscher sind nicht wärmeleitend miteinander verbunden.DE 102 54 109 A1 describes a combined cooling / heating device with a shared cooler, via which heat of a refrigerant is released into the environment in an air-conditioning operation and heat is taken up by the refrigerant from the environment in a heat pump operation. For deicing the gas cooler with respect to the refrigerant flow heat exchanger are connected in parallel. Switching devices affect the flow through the individual heat exchangers as a function of detected environmental parameters. The two heat exchangers are not connected to one another in a heat-conducting manner.
US 2009/0320504 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtauen eines Verdampfers in einem Kühlkreislauf. Innerhalb des Kühlkreislaufs zirkuliert ein Kältemittel in einer vorbestimmten Strömungsrichtung. Der Kühlkreislauf umfasst einen Kompressor in Strömungsrichtung liegend, einen wärmeabweisenden Wärmetauscher, eine Expansionseinrichtung und einen Verdampfer. Der Verdampfer umfasst mindestens zwei Kühlkreise und das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte: a) Treiben des Kühlkreislaufes im normalen Kühlmodus, bei dem das Kältemittel den wärmeabweisenden Wärmetauscher verlässt und durch die Expansionseinrichtung und den Verdampfer dem Kompressor zuströmt; b) das Beenden des Kühlmodus durch Unterbrechung der Strömung des Kältemittels, welches den wärmeabweisenden Wärmetauscher in Richtung Verdampfer verlässt und c) Leiten des gasförmigen Kältemittels nur durch einen Teil der Kühlkreise des Verdampfers zum Abtauen des Verdampfers.US 2009/0320504 A1 relates to a method for defrosting an evaporator in a refrigeration cycle. Within the cooling circuit, a refrigerant circulates in a predetermined flow direction. The refrigeration cycle includes a compressor in the flow direction, a heat-rejecting heat exchanger, an expansion device and an evaporator. The evaporator comprises at least two cooling circuits and the method comprises the following method steps: a) driving the cooling circuit in the normal cooling mode, in which the refrigerant leaves the heat-rejecting heat exchanger and flows through the expansion device and the evaporator to the compressor; b) terminating the cooling mode by interrupting the flow of the refrigerant leaving the heat rejecting heat exchanger in the direction of the evaporator; and c) passing the gaseous refrigerant through only part of the evaporator cooling circuits to defrost the evaporator.
Die bekannten Maßnahmen zum Enteisen von Wärmetauschern in Kälteanlagen erfordern ein Umschalten des Wärmetauschers von dem Kühlbetrieb auf den Heizbetrieb. Durch die Temperaturänderung werden jedoch die Komponenten stark beansprucht und es kann zu Schäden kommen. Um dies zu verhindern, können Wärmetauscher für den Kühlbetrieb und den Heizbetrieb getrennt voneinander vorgesehen werden. Dadurch wird jedoch mehr Bauraum beansprucht und die Konstruktion des Systems erschwert. Es besteht daher ein anhaltendes Interesse daran, eine einfache und langlebige Konstruktion für derartige Kälteanlagen bereitzustellen. The known measures for defrosting heat exchangers in refrigeration systems require switching the heat exchanger from the cooling mode to the heating mode. The temperature change, however, the components are heavily used and it can cause damage. In order to prevent this, heat exchangers for the cooling operation and the heating operation may be provided separately from each other. This, however, requires more space and makes the design of the system more difficult. There is therefore a continuing interest in providing a simple and durable design for such refrigeration systems.
Die bekannten Maßnahmen zum Enteisen von Wärmetauschern in Kälteanlagen erfordern ein Umschalten des Wärmetauschers von dem Kühlbetrieb auf den Heizbetrieb. Durch die Temperaturänderung werden jedoch die Komponenten stark beansprucht und es kann zu Schäden kommen. Um dies zu verhindern, können Wärmetauscher für den Kühlbetrieb und den Heizbetrieb getrennt voneinander vorgesehen werden. Dadurch wird jedoch mehr Bauraum beansprucht und die Konstruktion des Systems erschwert. Es besteht daher ein anhaltendes Interesse daran, eine einfache und langlebige Konstruktion für derartige Kälteanlagen bereitzustellen. The known measures for defrosting heat exchangers in refrigeration systems require switching the heat exchanger from the cooling mode to the heating mode. The temperature change, however, the components are heavily used and it can cause damage. In order to prevent this, heat exchangers for the cooling operation and the heating operation may be provided separately from each other. This, however, requires more space and makes the design of the system more difficult. There is therefore a continuing interest in providing a simple and durable design for such refrigeration systems.
Erfindungsgemäß wird ein umschaltbarer Wärmetauscher für eine Kälteanlage vorgeschlagen, in dem Heizrohre und Kühlrohre derart in einem einzigen Gehäuse integriert sind, dass Wärme durch Wärmeleitung, z. B. über Lamellen (feine Aluminiumbleche) zwischen den Heizrohren und den Kühlrohren übertragen wird. According to the invention, a switchable heat exchanger for a refrigeration system is proposed in which heating tubes and cooling tubes are integrated in such a way in a single housing that heat by heat conduction, z. B. is transmitted via fins (fine aluminum sheets) between the heating pipes and the cooling tubes.
Zudem wird erfindungsgemäß eine Kälteanlage zum Temperieren von Luft mit mindestens einem Kältemittelkreislauf vorgeschlagen, die folgende Komponenten umfasst:
  • wenigstens einen Verdichter zum Komprimieren eines Kältemittels,
  • wenigstens ein Expansionsorgan zum Entspannen des Kältemittels,
  • wenigstens einen umschaltbaren Wärmetauscher, in dem Heizrohre und Kühlrohre derart in einem einzigen Gehäuse integriert sind, dass Wärme zwischen den Heizrohren und den Kühlrohren übertragen wird, und
  • wenigstens ein Ventil zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb des umschaltbaren Wärmetauschers.
In addition, the invention proposes a refrigeration system for controlling the temperature of air with at least one refrigerant circuit, which comprises the following components:
  • at least one compressor for compressing a refrigerant,
  • at least one expansion element for releasing the refrigerant,
  • at least one switchable heat exchanger in which heating tubes and cooling tubes are integrated in a single housing such that heat is transferred between the heating tubes and the cooling tubes, and
  • at least one valve for switching between a heating operation and a cooling operation of the switchable heat exchanger.
Durch die Integration von Heiz- und Kühlrohren in einem einzigen Gehäuse des umschaltbaren Wärmetauschers wird das Umschalten zwischen dem Heizbetrieb und dem Kühlbetrieb des umschaltbaren Wärmetauschers wesentlich vereinfacht. So werden die Rohre des umschaltbaren Wärmetauschers nur zum Kühlen oder nur zum Heizen verwendet, wodurch ein großer Temperaturunterschied beim Umschalten vom Heiz- in den Kühlbetrieb und umgekehrt vermieden wird. Dadurch unterliegen die einzelnen Komponenten keinen großen Temperatursprüngen und Schäden können vermieden werden. Da die Heizrohre nicht als Kühlrohre verwendet werden, können die Heizrohre auf die Strömungsverhältnisse und Drücke im Heizfall optimiert ausgelegt werden. Analog gilt für die Kühlrohre ein Optimieren auf verdampfendes Kältemittel mit deutlich niedrigeren Drücken als die Heizrohre, so dass die Kühlrohre in einer dünneren Wandstärke ausgeführt werden können. Der Ausgang des Kompressors ist konsequent nur mit der Eingangsseite der Heizrohre verbunden bzw. verbindbar. Der Eingang des Kompressors hingegen ist konsequent nur mit der Ausgangsseite der Kühlrohre verbunden bzw. verbindbar und kann nur verdampftes Kältemittel ansaugen. Bei einer gemischten Nutzung der Kühlrohre und der Heizrohre wäre dies nicht immer gewährleistet. Auch wird die Strömungsrichtung nicht umgekehrt, was den Öltransport zurück zum Verdichter begünstigt. Dies führt insgesamt zu einer deutlichen Verbesserung der Betriebssicherheit für den Kompressor auch bei möglichen Fehlfunktionen der Schaltventile. Durch eine gemeinsame Nutzung der Lamellen sowohl durch die Heizrohre als auch durch die Kühlrohre wird die luftseitige Austauschfläche im Heiz- und im Kühlfalle deutlich vergrößert verglichen mit einer getrennten Lamellenausführung. Des Weiteren ist durch die Wärmeleitung von den Heizrohren ausgehend über die gemeinsame Lamelle auf die Kühlrohre ein schnelleres Abtauen möglich.The integration of heating and cooling pipes in a single housing of the switchable heat exchanger, the switching between the heating operation and the cooling operation of the switchable heat exchanger is much easier. Thus, the tubes of the switchable heat exchanger are used only for cooling or only for heating, whereby a large temperature difference when switching from heating to cooling mode and vice versa is avoided. As a result, the individual components are not subject to large temperature jumps and damage can be avoided. Since the heating pipes are not used as cooling pipes, the heating pipes can be designed optimized for the flow conditions and pressures in the heating case. The same applies to the cooling tubes optimizing evaporating refrigerant with significantly lower pressures than the heating tubes, so that the cooling tubes can be performed in a thinner wall thickness. The output of the compressor is consistently connected only to the input side of the heating pipes or connectable. The input of the compressor, however, is consistently connected only to the output side of the cooling tubes or connected and can only suck vaporized refrigerant. In a mixed use of the cooling tubes and the heating tubes, this would not always guaranteed. Also, the flow direction is not reversed, which favors the oil transport back to the compressor. Overall, this leads to a significant improvement in the reliability of the compressor even with possible malfunction of the switching valves. By sharing the slats both through the heating tubes and through the cooling tubes, the air-side exchange surface in the heating and in the cold trap is significantly increased compared with a separate slat design. Furthermore, a faster defrosting is possible by the heat conduction from the heating tubes on the common blade on the cooling tubes.
In die Kälteanlage integriert, bietet der vorgeschlagene umschaltbare Wärmetauscher zusätzlich den Vorteil, dass die Funktionalität erweitert wird. So können unterschiedliche Betriebszustände realisiert werden, die ein reines Kühlen oder Heizen sowie eine Regelung zwischen dem reinen Kühlen und Heizen ermöglichen. Kühlen und Heizen sind damit gleichzeitig möglich. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Leistungsanpassung zwischen maximaler Kühlleistung und maximaler Heizleistung. Auch die Konstruktion der Kälteanlage ist wesentlich vereinfacht, da deutlich weniger Schaltventile benötigt werden. Minimal ist nur ein Drei-Wege-Ventil erforderlich, oder es werden lediglich zwei Ventile eingesetzt, die gegebenenfalls auch als absperrbare Expansionsventile ausgeführt sein können. Integrated in the refrigeration system, the proposed reversible heat exchanger also has the advantage that the functionality is expanded. Thus, different operating conditions can be realized, which allow a pure cooling or heating and a regulation between the pure cooling and heating. Cooling and heating are possible at the same time. This allows a continuous power adjustment between maximum cooling capacity and maximum heating power. The design of the refrigeration system is considerably simplified, since significantly fewer switching valves are needed. Minimal only a three-way valve is required, or there are only two valves used, which may optionally be designed as a lockable expansion valves.
In einer Ausführungsform umfasst der umschaltbare Wärmetauscher zumindest zwei Kältemitteleingänge und zumindest zwei Kältemittelausgänge. So können für die Heizrohre und für die Kühlrohre jeweils ein Kältemitteleingang und ein Kältemittelausgang vorgesehen sein, wodurch der Kältemittelfluss durch die Heizrohre und der Kältemittelfluss durch die Kühlrohre jeweils getrennt geführt wird.In one embodiment, the switchable heat exchanger comprises at least two refrigerant inputs and at least two refrigerant outlets. Thus, a refrigerant inlet and a refrigerant outlet may be provided for the heating tubes and the cooling tubes, respectively, whereby the refrigerant flow through the heating tubes and the refrigerant flow through the cooling tubes is performed separately.
In einer weiteren Ausführungsform ist der umschaltbare Wärmetauscher als Lamellenwärmetauscher ausgeführt. Insbesondere können die Heizrohre und die Kühlrohre zumindest teilweise in alternierender Reihenfolge in Lamellen des umschaltbaren Wärmetauschers angeordnet sein. So können die Heizrohre und die Kühlrohre vollständig in alternierender Reihenfolge angeordnet sein. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Anwendung des umschaltbaren Wärmetauschers als Außenluftwärmetauscher, etwa in Klimaanlagen für Fahrzeuge, wie Busse, da ein Enteisungsbetrieb einfach realisiert werden kann. Alternativ kann der umschaltbare Wärmetauscher erste Bereiche vorsehen, in denen die Heizrohre und die Kühlrohre vollständig in alternierender Reihenfolge angeordnet sind, und zweite Bereiche, in denen nur Heizrohre oder nur Kühlrohre angeordnet sind. Eine derart gemischte Anordnung ist besonders vorteilhaft bei der Anwendung des umschaltbaren Wärmetauschers als Zuluftwärmetauscher etwa in Klimaanlagen für Fahrzeuge, wie Busse, da ein Reheatbetrieb, in dem durch gleichzeitiges Heizen und Kühlen Luft getrocknet wird, einfach realisiert werden kann. In a further embodiment, the switchable heat exchanger is designed as a plate heat exchanger. In particular, the heating tubes and the cooling tubes can be arranged at least partially in alternating sequence in lamellae of the switchable heat exchanger. Thus, the heating tubes and the cooling tubes can be arranged completely in alternating sequence. This is particularly advantageous in the application of the switchable heat exchanger as an external air heat exchanger, such as in air conditioning systems for vehicles such as buses, as a de-icing operation can be easily realized. Alternatively, the switchable heat exchanger may provide first regions in which the heating tubes and the cooling tubes are arranged entirely in alternating sequence, and second regions in which only heating tubes or only cooling tubes are arranged. Such a mixed arrangement is particularly advantageous in the application of the switchable heat exchanger as Zuluftwärmetauscher about in air conditioning systems for vehicles, such as buses, since a Reheatbetrieb in which air is dried by simultaneous heating and cooling, can be easily realized.
In einer Variante der Kälteanlage ist das wenigstens eine Ventil zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb derart ausgebildet, dass in einer ersten Schaltstellung für den Heizbetrieb das Kältemittel im Wesentlichen durch die Heizrohre fließt, in einer zweiten Schaltstellung für den Kühlbetrieb das Kältemittel im Wesentlichen durch die Kühlrohre fließt und in einer Schaltstellung zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung für einen Reheatbetrieb das Kältemittel durch die Heizrohre und die Kühlrohre fließt.In a variant of the refrigeration system, the at least one valve for switching between a heating operation and a cooling operation is designed such that in a first switching position for the heating operation, the refrigerant flows substantially through the heating tubes, in a second switching position for the cooling operation, the refrigerant substantially the cooling tubes flows and, in a switching position between the first and the second switch position for a reheat operation, the refrigerant flows through the heating tubes and the cooling tubes.
In einer weiteren Variante der Kälteanlage ist wenigstens ein erstes Ventil zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb derart ausgebildet, dass es einen Kältemittelfluss durch die Heizrohre regelt, und ist wenigstens ein zweites Ventil zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb derart ausgebildet, dass es einen Kältemittelfluss durch die Kühlrohre regelt. Insbesondere kann ein erstes Ventil den Heizrohren in Kältemittelflussrichtung gesehen nachgeschaltet sein und ein zweites Ventil den Kühlrohren in Kältemittelflussrichtung gesehen vorgeschaltet sein. Bevorzugt weisen die Ventile eine offene und eine geschlossene Schaltstellung auf.In a further variant of the refrigeration system, at least one first valve for switching between a heating operation and a cooling operation is designed such that it controls a refrigerant flow through the heating tubes, and at least one second valve for switching between a heating operation and a cooling operation is designed such that it controls a flow of refrigerant through the cooling tubes. In particular, a first valve can be connected downstream of the heating tubes in the direction of refrigerant flow, and a second valve can be connected upstream of the cooling tubes in the direction of refrigerant flow. Preferably, the valves have an open and a closed switching position.
In einer weiteren Variante der Kälteanlage ist den Heizrohren des Wärmetauschers ein Verdichter vorgeschaltet, so dass verdichtetes Kältemittel in die Heizrohre des umschaltbaren Wärmetauschers fließen kann, und den Kühlrohren des umschaltbaren Wärmetauschers ein Expansionsorgan vorgeschaltet, so dass entspanntes Kältemittel in die Kühlrohre des umschaltbaren Wärmetauschers fließen kann. Das Expansionsorgan kann beispielsweise als elektrisch ansteuerbares Expansionsventil, insbesondere als Schrittmotorventil oder als gepulstes Magnetventil ausgestaltet sein.In a further variant of the refrigeration system, a compressor is connected upstream of the heating tubes of the heat exchanger, so that compressed refrigerant can flow into the heating tubes of the switchable heat exchanger, and an expansion element upstream of the cooling tubes of the switchable heat exchanger so that expanded refrigerant can flow into the cooling tubes of the switchable heat exchanger , The expansion element can be designed, for example, as an electrically controllable expansion valve, in particular as a stepper motor valve or as a pulsed solenoid valve.
In einer weiteren Variante umfasst die Kälteanlage zumindest einen ersten und einen zweiten umschaltbaren Wärmetauscher mit integrierten Heizrohren und Kühlrohren, die derart miteinander verschaltet sind, dass im Kühlbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers der zweite umschaltbaren Wärmetauscher heizt und umgekehrt. Eine derart ausgebildete Kälteanlage kann einen Verdichter, zwei Ventile zum Umschalten zwischen Kühlbetrieb und Heizbetrieb und zwei Expansionsorgane umfassen. Die Kühlrohre des ersten und des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers kann jeweils ein Expansionsorgan vorgeschaltet sein, so dass entspanntes Kältemittel in die Kühlrohre des ersten oder zweiten umschaltbaren Wärmetauschers fließen kann. Weiterhin steuern die Ventile zum Umschalten zwischen Kühlbetrieb und Heizbetrieb den Kältemittelfluss durch die Kühlrohre und die Heizrohre des ersten und des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers. Dabei sind die Kältemittelkreise der Kühlrohre und der Heizrohre des ersten und des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers derart ausgebildet, dass die Kühlrohre des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers beaufschlagt sind, wenn die Heizrohre des ersten umschaltbaren Wärmetauschers beaufschlagt sind und umgekehrt. In a further variant, the refrigeration system comprises at least a first and a second switchable heat exchanger with integrated heating tubes and cooling tubes, which are interconnected such that heats in the cooling operation of the first switchable heat exchanger, the second switchable heat exchanger and vice versa. Such a refrigeration system may include a compressor, two valves for switching between cooling operation and heating operation and two expansion elements. The cooling tubes of the first and the second switchable heat exchanger can each be preceded by an expansion element so that expanded refrigerant can flow into the cooling tubes of the first or second switchable heat exchanger. Furthermore, the valves for switching between cooling operation and heating operation control the refrigerant flow through the cooling tubes and the heating tubes of the first and the second switchable heat exchanger. Here, the refrigerant circuits of the cooling tubes and the heating tubes of the first and second switchable heat exchanger are designed such that the cooling tubes of the second switchable heat exchanger are acted upon when the heating tubes of the first switchable heat exchanger are acted upon and vice versa.
In einer weiteren Variante umfasst die Kälteanlage zumindest einen internen Wärmetauscher, der zum Beispiel als Plattenwärmetauscher oder Doppelrohrwärmetauscher ausgestaltet sein kann. Sind zwei umschaltbare Wärmetauscher in der Kälteanlage vorgesehen, können zwei interne Wärmetauscher im Gegenstrom betrieben werden, in dem das Kältemittel nach Durchfluss der Heizrohre des ersten umschaltbaren Wärmetauschers zu dem Kältemittel nach Durchfluss der Kühlrohre des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers im Gegenstrom geführt wird. Umgekehrt können zwei interne Wärmetauscher im Gegenstrom derart betrieben werden, dass das Kältemittel nach Durchfluss der Heizrohre des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers zu dem Kältemittel nach Durchfluss der Kühlrohre des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers im Gegenstrom geführt wird.In a further variant, the refrigeration system comprises at least one internal heat exchanger, which may be designed, for example, as a plate heat exchanger or double tube heat exchanger. If two switchable heat exchangers are provided in the refrigeration system, two internal heat exchangers can be operated countercurrently, in which the refrigerant, after flowing through the heating tubes of the first switchable heat exchanger, is conducted countercurrently to the refrigerant after flow of the cooling tubes of the second switchable heat exchanger. Conversely, two internal heat exchangers can be operated countercurrently in such a way that the refrigerant, after flowing through the heating tubes of the second switchable heat exchanger, is conducted countercurrently to the refrigerant after the cooling tubes of the second switchable heat exchanger have flowed through.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Kälteanlagensystem mit der vorstehend beschriebenen Kälteanlage, an die ein erweiterter Kältemittelkreislauf mit wenigstens einem weiteren Wärmetauscher gekoppelt ist. Als weiteren Wärmetauscher eignen sich zum Beispiel Plattenwärmetauscher oder Doppelrohrwärmetauscher zur Wärmeübertragung an einen Wärmeträgerfluid, z. B. Wasser-Glykol. Dabei können mindestens zwei weitere Wärmetauscher vorgesehen sein, wovon einer zum Kühlen und/oder einer zum Heizen ausgelegt ist. Dadurch wird die Funktionalität der Kälteanlage auf weitere Systeme beispielsweise im Fahrzeug, insbesondere im Bus, erweitert. So können die weiteren Wärmetauscher als Kalt- oder Warmwasserwärmetauscher für ein Antriebssystem oder als Zuluftwärmetauscher zum Kühlen oder Heizen einer Fahrerkabine genutzt werden.Another object of the invention is a refrigeration system with the above-described refrigeration system, to which an extended refrigerant circuit is coupled to at least one other heat exchanger. As a further heat exchanger are, for example, plate heat exchanger or double tube heat exchanger for heat transfer to a heat transfer fluid, z. B. water glycol. In this case, at least two further heat exchangers may be provided, of which one is designed for cooling and / or one for heating. As a result, the functionality of the refrigeration system is extended to other systems, for example in the vehicle, especially in the bus. Thus, the other heat exchangers can be used as a cold or hot water heat exchanger for a drive system or as Zuluftwärmetauscher for cooling or heating a cab.
In einer Implementierung des Kälteanlagensystems umfasst die Kopplung einen ersten Abzweig, der den Heizrohren des umschaltbaren Wärmetauschers der Kälteanlage nachgeschaltet ist, und/oder einen zweiten Abzweig, der den Kühlrohren des umschaltbaren Wärmetauschers der Kälteanlage vorgeschaltet ist.In one implementation of the refrigeration system, the coupling comprises a first branch, which is connected downstream of the heating tubes of the switchable heat exchanger of the refrigeration system, and / or a second branch, which is connected upstream of the cooling tubes of the switchable heat exchanger of the refrigeration system.
In einer weiteren Implementierung des Kälteanlagensystems umfasst der erweiterte Kältemittelkreislauf wenigstens einen weiteren Wärmetauscher zum Heizen und wenigstens einen weiteren Wärmetauscher zum Kühlen. In einer weiteren Implementierung des Kälteanlagensystems ist dem wenigstens einen weiteren Wärmetauscher wenigstens ein Ventil zum Regeln des Kältemittelflusses zugeordnet. Insbesondere ist ein Ventil dem weiteren Wärmetauscher zum Heizen in Kältemittelflussrichtung nachgeschaltet und ein Ventil dem weiteren Wärmetauscher zum Kühlen in Kältemittelflussrichtung vorgeschaltet. Die Ventile können als ansteuerbare Absperrventile ausgestaltet sein, wodurch die Heiz- und die Kühlleistung der weiteren Wärmetauscher regelbar ist.In a further implementation of the refrigeration system, the extended refrigerant circuit comprises at least one further heat exchanger for heating and at least one further heat exchanger for cooling. In a further implementation of the refrigeration system, at least one valve for controlling the flow of refrigerant is associated with the at least one further heat exchanger. In particular, a valve is connected downstream of the further heat exchanger for heating in the direction of refrigerant flow and a valve upstream of the further heat exchanger for cooling in the direction of refrigerant flow. The valves can be designed as controllable shut-off valves, whereby the heating and the cooling capacity of the other heat exchangers can be regulated.
In einer weiteren Implementierung des Kälteanlagensystems ist dem ersten und/oder zweiten Abzweig ein Leitungssystem mit Rückschlagventilen nachgeschaltet, und die Rückschlagventile sind je nach Betrieb der Kälteanlage so geschaltet, dass der wenigstens eine weitere Wärmetauscher an einen Kältemittelkreislauf mit den Heizrohren und/oder an einen Kältemittelkreislauf mit den Kühlrohren des Wärmetauschers der Kälteanlage gekoppelt ist. Durch die Rückschlagventile kann der Kältemittelfluss im erweiterten Kältemittelkreislauf je nach Betriebsart der Kälteanlage, also Heiz- oder Kühlbetrieb, entsprechend gesteuert werden. Durch die Ausgestaltung der Ventile zum Steuern des Kältemittelflusses im erweiterten Kältemittelkreislauf als Rückschlagventile ist eine sehr robuste, kostengünstige und einfache Steuerung des Kältemittelflusses im erweiterten Kältemittelkreislauf möglich.In a further implementation of the refrigeration system, the first and / or second branch a line system with check valves downstream, and the check valves are switched depending on the operation of the refrigeration system that the at least one further heat exchanger to a refrigerant circuit with the heating tubes and / or to a refrigerant circuit is coupled to the cooling tubes of the heat exchanger of the refrigeration system. By means of the non-return valves, the refrigerant flow in the extended refrigerant circuit can be correspondingly controlled depending on the operating mode of the refrigeration system, ie heating or cooling operation. Due to the design of the valves for controlling the flow of refrigerant in the extended refrigerant circuit as check valves, a very robust, cost-effective and simple control of the refrigerant flow in the extended refrigerant circuit is possible.
In einer weiteren Implementierung des Kälteanlagensystems ist dem ersten und/oder zweiten Abzweig ein elektrisch ansteuerbares Ventil, beispielsweise ein Magnetventil, vorgeschaltet, und ein elektrisch ansteuerbares Ventil ist je nach Betrieb der Kälteanlage so geschaltet, dass der Kältemittelfluss des wenigstens einen weiteren Wärmetauschers an den Kältemittelkreislauf, der die Heizrohre des umschaltbaren Wärmetauschers der Kälteanlage umfasst, und/oder an den Kältemittelkreislauf, der die Kühlrohre des umschaltbaren Wärmetauschers der Kälteanlage umfasst, gekoppelt ist. Durch die Ausgestaltung der Ventile zum Steuern des erweiterten Kältemittelkreislaufes als elektrisch ansteuerbare Ventile kann das Leitungssystem gegenüber der Ausführungsform mit Rückschlagventil vereinfacht werden und es kommen weniger Ventile zum Einsatz. Ein derart ausgestaltetes Kälteanlagensystem ist konstruktiv einfacher zu realisieren und spart Bauraum.In a further implementation of the refrigeration system, the first and / or second branch is preceded by an electrically controllable valve, for example a solenoid valve, and an electrically controllable valve is switched depending on the operation of the refrigeration system such that the refrigerant flow of the at least one further heat exchanger to the refrigerant circuit , which comprises the heating tubes of the switchable heat exchanger of the refrigeration system, and / or to the refrigerant circuit, which comprises the cooling tubes of the switchable heat exchanger of the refrigeration system, is coupled. The design of the valves for controlling the extended refrigerant circuit as electrically controllable valves, the line system over the embodiment with check valve can be simplified and fewer valves are used. Such a configured refrigeration system is structurally easier to implement and saves space.
In einer weiteren Implementierung des Kälteanlagensystems sind die Ventile zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb der Kälteanlage und die Ventile zum Regeln des Kältemittelflusses im erweiterten Kältemittelkreis als elektrisch ansteuerbare Ventile ausgestaltet. So kann eine zentrale Regelung der Wärmetauscher realisiert werden. Beispielsweise können die Überhitzung des Gesamtvolumenstromes vor dem Verdichter und die Einzelvolumenströme von Kältemittel je Verdampfer-Wärmetauscher und gerade benötigter Leistungsstufe geregelt werden. Ebenso können die Unterkühlung oder der optimale Hochdruck des Gesamtvolumenstromes und die Einzelvolumenströme je Gaskühler-Wärmetauscher und gerade benötigter Leistungsstufe geregelt werden.In a further implementation of the refrigeration system, the valves for switching between a heating mode and a cooling mode of the refrigeration system and the valves for regulating the refrigerant flow in the extended refrigerant circuit are designed as electrically controllable valves. Thus, a central control of the heat exchanger can be realized. For example, the overheating of the total volume flow upstream of the compressor and the individual volume flows of refrigerant per evaporator heat exchanger and just required power level can be controlled. Likewise, the subcooling or the optimal high pressure of the total volume flow and the individual volume flows per gas cooler heat exchanger and just required power level can be controlled.
Dies kann zum Beispiel so ausgestaltet sein, dass die einzelnen Öffnungsgrade der Regelventile vom jeweiligen Leistungsbedarf des einzelnen Wärmetauschers bestimmt werden und für das übergeordnete Regelziel der Überhitzung bzw. der Unterkühlung ein Faktor bestimmt wird, mit welchem diese Einzelöffnungsgrade der einzelnen beteiligten Regelventile zu multiplizieren sind. Dies kann in vorteilhafter Weise auch dazu führen, dass einzelne Verdampfer mit hohem Leistungsbedarf ohne Überhitzung, d. h. komplett verdampfendem Kältemittel, betrieben werden können. Eine Besonderheit stellt dabei der Außenluftwärmetauscher dar, dessen Leistungsbedarf allen anderen nachgeordnet ist. Bei den anderen Wärmetauschern im System kann es z. B. sein, dass die Kühlung bzw. Heizung von Antriebskomponenten, so z. B. Batterieelektrik, Motor und Bremse und dergleichen mehr, Vorrang hat. Des Weiteren kann z. B. eine Klimatisierung eines Fahrerraums Vorrang gegenüber der Klimatisierung eines Passagierraums haben. Oder aber die Kühlung des Frachtraums bzw. der Frachträume eines Kühltransporters kann gegebenenfalls Vorrang gegenüber der Klimatisierung des Fahrerraums genießen.This can be configured, for example, such that the individual opening degrees of the control valves are determined by the respective power requirement of the individual heat exchanger and a factor with which these individual opening degrees of the individual control valves involved are to be multiplied is determined for the superordinate control target of superheating or subcooling. This can also advantageously lead to individual evaporators with high power requirements without overheating, d. H. completely evaporating refrigerant can be operated. A special feature is the outdoor air heat exchanger whose power requirement is subordinate to all others. In the other heat exchangers in the system, it may, for. B. be that the cooling or heating of drive components, such. As battery electrics, engine and brake and the like more priority. Furthermore, z. B. an air conditioning of a driver's compartment have priority over the air conditioning of a passenger compartment. Or, however, the cooling of the cargo compartment or cargo compartments of a refrigerated transporter may possibly take precedence over the air conditioning of the driver's compartment.
Werden wenigstens zwei Verdampfer im Normalfall parallel betrieben, können diese mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsform auch wechselseitig abgetaut werden, ohne dass der Betrieb zu unterbrechen ist. Als Beispiele hierfür seien folgende Szenarien genannt: So können beispielsweise zwei Verdampfer im Frachtraum eines Kühltransporters parallel betrieben werden, wobei der erste Verdampfer über die Heizrohre abgetaut wird, während der zweite Verdampfer über die Verdampferrohre weiterhin die Kühlung aufrechterhält. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, zwei Verdampfer im Außenwärmetauscher parallel zu betreiben. In der Regel ist eine Klimaanlage eines Busses mit einer Wärmepumpe derart ausgeführt. Bei diesem Beispiel kann beispielsweise der erste Außenwärmetauscher der Wärmepumpe über die Heizrohre abgetaut werden, während der andere weiter verdampft, ohne dass der Heizbetrieb des Zuluftwärmetauschers unterbrochen wird.If at least two evaporators are normally operated in parallel, they can also be defrosted alternately with the embodiment proposed according to the invention without the operation being interrupted. Examples include the following scenarios: For example, two evaporators can be operated in parallel in the hold of a refrigerated transporter, wherein the first evaporator is defrosted via the heating tubes, while the second evaporator continues to maintain the cooling via the evaporator tubes. Furthermore, it is possible to operate two evaporators in the outdoor heat exchanger in parallel. As a rule, an air conditioning system of a bus with a heat pump is designed in this way. In this example, for example, the first outdoor heat exchanger of the heat pump can be defrosted through the heating pipes, while the other evaporates further, without the heating operation of the air heat exchanger is interrupted.
Ein weiteres Beispiel ist durch einen Außenverdampfer und einen Kaltwasserwärmetauscher gegeben, bei dem Wärme durch Verdampfung dem Batterie/Motor-Kühlwasser entzogen wird und die in einer als Wärmepumpe arbeitenden Klimaanlagen parallel betrieben werden. Der Außenverdampfer kann über die Heizrohre abgetaut werden, während die Batterie weitergekühlt wird und die Wärmepumpe über die Heizrohre des Zuluftwärmetauschers weiter heizt. Another example is given by an external evaporator and a cold water heat exchanger in which heat is removed by evaporation of the battery / engine cooling water and operated in parallel in a working as a heat pump air conditioners. The outdoor evaporator can be defrosted via the heating pipes while the battery is being further cooled and the heat pump continues to be heated via the heating pipes of the supply air heat exchanger.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Bus, ein Schienenfahrzeug oder ein Kühltransporter, ausgerüstet mit der vorstehend beschriebenen Kälteanlage oder ausgerüstet mit dem vorstehend beschriebenen Kälteanlagensystem.Another object of the invention is a vehicle, in particular a bus, a rail vehicle or a refrigerated transporter, equipped with the above-described refrigeration system or equipped with the refrigeration system described above.
Ausführungsbeispiele: Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.EMBODIMENTS Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to drawings.
Es zeigen: Figur 1a einen umschaltbaren Wärmetauscher in Lamellenrohr- Rohrbündel-Ausführung mit Heizrohren und Kühlrohren in perspektivischer Darstellung; Figur 1b einen umschaltbaren Wärmetauscher gemäß Figur 1a mit alternierend angeordneten Heiz- und Kühlrohren in einer Schnittansicht; Figur 1c einen umschaltbaren Wärmetauscher gemäß Figur 1a mit bereichsweise angeordneten Heiz- und Kühlrohren in einer Schnittdarstellung; Figur 2 eine Kälteanlage mit dem umschaltbaren Wärmetauscher aus Figuren 1a, 1b und 1c in einer ersten Ausführungsform; Figur 3 die Kälteanlage der Figur 2 in einem Heizbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers; Figur 4 die Kälteanlage der Figur 2 in einem Kühlbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers; Figur 5 die Kälteanlage der Figur 2 in einem Reheatbetrieb; Figur 6 eine Ausführungsform eines Kälteanlagensystems mit der Kälteanlage aus Figur 2 und einem beispielhaft erweiterten Kältemittelkreislauf mit einem Warmwasserwärmetauscher und einem Kaltwasserwärmetauscher; Figur 7 eine weitere Ausführungsform eines Kälteanlagensystems mit einer Kälteanlage und einem beispielhaft erweiterten Kältemittelkreislauf; Figur 8 eine weitere Ausführungsform eines Kälteanlagensystems mit einer Kälteanlage und einem beispielhaft erweiterten Kältemittelkreislauf; Figur 9 eine weitere Ausführungsform eines Kälteanlagensystems mit einer Kälteanlage und einem beispielhaft erweiterten Kältemittelkreislauf, Figur 10 die Draufsicht auf einen umschaltbaren Wärmetauscher in Flachrohr-Ausführung; Figur 11 eine Schnittdarstellung des umschaltbaren Flachrohr-Wärmetauschers gemäß Figur 10 mit alternierend angeordneten Heiz- und Kühlrohren; Figur 12 eine Schnittdarstellung durch das Heizsammelrohr des Flachrohr-Wärmetauschers gemäß Figur 10; Figur 13 eine Schnittdarstellung durch das Kühlsammelrohr mit Durchströmungsschema der Kühlrohre des Flachrohr-Wärmetauschers gemäß Figur 10. Die Figuren stellen die Erfindung nur schematisch dar. Für gleiche oder ähnliche Komponenten werden gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, sofern nicht anders angegeben. Figur 1a zeigt einen umschaltbaren Wärmetauscher 10 mit Heizrohren 12 und Kühlrohren 14 in perspektivischer Ansicht. Figur 1b zeigt den umschaltbaren Wärmetauscher 10 mit Heizrohren 12 und Kühlrohren 14 in einer Schnittansicht.FIG. 1a is a perspective view of a reversible heat exchanger in the form of a laminated tube and tube bundle design with heating tubes and cooling tubes; FIG. 1b shows a switchable heat exchanger according to FIG. 1a with alternating heating and cooling tubes in a sectional view; Figure 1c shows a switchable heat exchanger according to Figure 1a with partially arranged heating and cooling pipes in a sectional view; Figure 2 shows a refrigeration system with the switchable heat exchanger of Figures 1a, 1b and 1c in a first embodiment; FIG. 3 shows the refrigeration system of FIG. 2 in a heating mode of the first switchable heat exchanger; FIG. 4 shows the refrigeration system of FIG. 2 in a cooling mode of the first switchable heat exchanger; FIG. 5 shows the refrigeration system of FIG. 2 in a reheat mode; Figure 6 shows an embodiment of a refrigeration system with the refrigeration system of Figure 2 and an exemplary extended refrigerant circuit with a hot water heat exchanger and a cold water heat exchanger. Figure 7 shows another embodiment of a refrigeration system with a refrigeration system and an exemplary extended refrigerant circuit; Figure 8 shows another embodiment of a refrigeration system with a refrigeration system and an exemplary extended refrigerant circuit; Figure 9 shows another embodiment of a refrigeration system with a refrigeration system and an exemplary extended refrigerant circuit, Figure 10 is a plan view of a switchable heat exchanger in flat tube design. 11 shows a sectional view of the switchable flat tube heat exchanger according to FIG. 10 with alternating heating and cooling tubes; FIG. Figure 12 is a sectional view through the heating manifold of the flat tube heat exchanger of Figure 10; FIG. 13 is a sectional view through the cooling manifold with the flow-through scheme of the cooling tubes of the flat tube heat exchanger according to FIG. 10. The figures illustrate the invention only schematically. Identical or similar reference symbols are used for identical or similar components, unless stated otherwise. FIG. 1a shows a switchable heat exchanger 10 with heating tubes 12 and cooling tubes 14 in a perspective view. FIG. 1b shows the switchable heat exchanger 10 with heating tubes 12 and cooling tubes 14 in a sectional view.
Der Wärmetauscher 10 ist als Lamellenwärmetauscher ausgestaltet, der Heizrohre 12 und Kühlrohre 14 in einem einzigen Gehäuse 16 integriert. Die Heizrohre 12 sind aufgrund des höheren Betriebsdruckes dickwandiger ausgeführt. Das Gehäuse 16 weist weiterhin jeweils einen Kältemitteleingang und einen Kältemittelausgang für die Heizrohre 12 und die Kühlrohre 14 auf. Die Heizrohre 12 und Kühlrohre 14 sind über Lamellen 18 – wie in der Schnittansicht der Figur 1b gezeigt – miteinander und mit dem Gehäuse 16 verbunden. The heat exchanger 10 is configured as a plate heat exchanger, the heating tubes 12 and cooling tubes 14 integrated in a single housing 16. The heating tubes 12 are made thick-walled due to the higher operating pressure. The housing 16 furthermore has a respective refrigerant inlet and a refrigerant outlet for the heating tubes 12 and the cooling tubes 14. The heating tubes 12 and cooling tubes 14 are connected to one another and to the housing 16 via lamellae 18, as shown in the sectional view of FIG. 1b.
In Figur 1b sind die Heizrohre 12 und die Kühlrohre alternierend angeordnet. Dies bedeutet, dass die Heizrohre 12 und die Kühlrohre 14 abwechselnd nebeneinander angeordnet sind. Hier sind auch andere Anordnungen denkbar. In Figure 1b, the heating tubes 12 and the cooling tubes are arranged alternately. This means that the heating tubes 12 and the cooling tubes 14 are arranged alternately next to one another. Here are other arrangements conceivable.
Figur 1c zeigt eine Schnittdarstellung eines umschaltbaren Wärmetauschers mit einer alternativen Kühl-/Heizrohrführung.Figure 1c shows a sectional view of a switchable heat exchanger with an alternative cooling / heating pipe guide.
In Figur 1c sind die Heizrohre 12 und die Kühlrohre 14 in unterschiedlichen Bereichen der Lamellen 18 angeordnet. Gemäß dieser Ausführungsform kann der Reheat-Betrieb besonders vorteilhaft durchgeführt werden. Im Rahmen des Reheat-Betriebes durchströmt die Zuluft zunächst den Bereich der Kühlrohre 14 und wird bis unter die Taupunkt-Temperatur abgekühlt, so dass in der Zuluft enthaltene Luftfeuchtigkeit auskondensieren kann. Anschließend durchströmt die abgekühlte Zuluft den Bereich der Heizrohre 12 und wird wieder erwärmt, so dass schließlich warme trockene Luft ausströmt.In FIG. 1 c, the heating tubes 12 and the cooling tubes 14 are arranged in different regions of the lamellae 18. According to this embodiment, the reheat operation can be carried out particularly advantageously. As part of the reheat operation, the supply air first flows through the region of the cooling tubes 14 and is cooled to below the dew point temperature, so that moisture contained in the supply air can condense out. Subsequently, the cooled supply air flows through the area of the heating tubes 12 and is reheated, so that finally warm dry air flows out.
Weiterhin sind die Heizrohre 12 und die Kühlrohre 14 jeweils über einen umschaltbaren Kältemittelkreislauf 20 zu einer Kälteanlage 22 verbunden, deren umschaltbare Wärmetauscher 10 zwischen einem Kühlbetrieb und einem Heizbetrieb umschaltbar sind.Furthermore, the heating tubes 12 and the cooling tubes 14 are each connected via a switchable refrigerant circuit 20 to a refrigeration system 22, the switchable heat exchanger 10 can be switched between a cooling operation and a heating operation.
Die Heizrohre 12 und die Kühlrohre 14 führen ein Kältemittel, beispielsweise R134a, R1234yf, R1234ze, R152a, R161, R170, R290, R600, R600a, R744 transkritisch, Kohlendioxid (R744), Distickstoffoxid (R744jA), R23, R32 oder Mischungen wie: R410A, R404A, R407A, R407C und R407F. Besonders bevorzugt ist Kohlendioxid oder R134a. The heating tubes 12 and the cooling tubes 14 carry a refrigerant, for example R134a, R1234yf, R1234ze, R152a, R161, R170, R290, R600, R600a, R744 transcritical, carbon dioxide (R744), nitrous oxide (R744jA), R23, R32 or mixtures such as: R410A, R404A, R407A, R407C and R407F. Particularly preferred is carbon dioxide or R134a.
Durch die Verbindung der Heizrohre 12 und der Kühlrohre 14 mit den Lamellen 18 kann der umschaltbare Wärmetauscher 10 Wärme an die Umgebung übertragen oder aus der Umgebung aufnehmen. So ermöglicht der umschaltbare Wärmetauscher 10 den Heizbetrieb, in dem lediglich die Heizrohre 12 mit Kältemittel durchflossen werden, sowie den Kühlbetrieb, in dem lediglich die Kühlrohre 14 mit Kältemittel durchflossen werden. Ein Umschalten des umschaltbaren Wärmetauschers 10 vom Kühlbetrieb in den Heizbetrieb und umgekehrt kann damit einfach gestaltet werden, ohne die Komponenten des umschaltbaren Wärmetauschers 10 und insbesondere die kältemittelführenden Rohre durch den Temperaurwechsel zu belasten.By connecting the heating tubes 12 and the cooling tubes 14 with the fins 18, the switchable heat exchanger 10 can transmit heat to the environment or record from the environment. Thus, the switchable heat exchanger 10 allows the heating operation, in which only the heating tubes 12 are traversed with refrigerant, and the cooling operation, in which only the cooling tubes 14 are traversed with refrigerant. Switching the switchable heat exchanger 10 from the cooling mode to the heating mode and vice versa can thus be made simple, without burdening the components of the switchable heat exchanger 10 and in particular the refrigerant-carrying tubes by the change in temperature.
Figur 2 zeigt eine Kälteanlage 22 mit dem umschaltbaren Wärmetauscher 10 aus Figur 1 in einer ersten Ausführungsform.Figure 2 shows a refrigeration system 22 with the switchable heat exchanger 10 of Figure 1 in a first embodiment.
Die Kälteanlage 22 umfasst einen ersten umschaltbaren Wärmetauscher 10a, der zum Beispiel als Zuluftwärmetauscher oder Kühlraumwärmetauscher genutzt werden kann, und einen zweiten umschaltbaren Wärmetauscher 10b, der zum Beispiel als Außenluftwärmetauscher genutzt werden kann. Beide umschaltbaren Wärmetauscher 10a, 10b umfassen Heizrohre 12 und Kühlrohre 14, die über einen umschaltbaren Kältemittelkreislauf 20 zu einer Kälteanlage 22 verbunden sind. Dazu umfasst die umschaltbare Kältemittelkreislauf 20 einen Verdichter 24 zum Komprimieren des Kältemittels, Expansionsorgane 26a, 26b, beispielsweise Expansionsventile, zum Entspannen des Kältemittels und Ventile 28a, 28b, beispielsweise Magnetventile, zum Umschalten zwischen Heizbetrieb und Kühlbetrieb. The refrigeration system 22 comprises a first switchable heat exchanger 10a, which can be used, for example, as a supply air heat exchanger or cold room heat exchanger, and a second switchable heat exchanger 10b, which can be used, for example, as an external air heat exchanger. Both switchable heat exchangers 10a, 10b comprise heating tubes 12 and cooling tubes 14, which are connected via a switchable refrigerant circuit 20 to a refrigeration system 22. For this purpose, the switchable refrigerant circuit 20 comprises a compressor 24 for compressing the refrigerant, expansion elements 26a, 26b, for example expansion valves, for releasing the refrigerant and valves 28a, 28b, for example solenoid valves, for switching between heating mode and cooling mode.
Zusätzlich weist der umschaltbare Kältemittelkreislauf 20 in der dargestellten Ausführungsform interne Wärmetauscher 30a, 30b auf. Die internen Wärmetauscher 30a, 30b sind lediglich optional und können als Plattenwärmetauscher oder Doppelrohrwärmetauscher ausgestaltet sein. Durch die internen Wärmetauscher 30a, 30b wird die Verdampfung des Kältemittels effektiver gestaltet, so dass kein flüssiges Kältemittel in den Verdichter 24 gelangt. Die Zone mit überhitztem Kältemittel wird aus dem Verdampfer – die Kühlrohr von 10a bzw. 10b – in den internen Wärmetauscher 30b bzw. 30a verlagert, was die Leistung des Verdampfers steigert. Gleichzeitig wird das aus den Heizrohren des Wärmetauschers 10b bzw. 10a austretende Kältemittel in Wärmetauschern 30b bzw. 30a weiter abgekühlt. In addition, the switchable refrigerant circuit 20 in the illustrated embodiment has internal heat exchangers 30a, 30b. The internal heat exchangers 30a, 30b are merely optional and may be configured as plate heat exchangers or double tube heat exchangers. The internal heat exchangers 30 a, 30 b make the evaporation of the refrigerant more effective so that no liquid refrigerant enters the compressor 24. The zone of superheated refrigerant is displaced from the evaporator-the cooling pipe of 10a or 10b-into the internal heat exchangers 30b and 30a, respectively, which increases the performance of the evaporator. At the same time, the refrigerant exiting from the heating tubes of the heat exchanger 10b or 10a is further cooled in heat exchangers 30b and 30a, respectively.
Figur 3 zeigt die Kälteanlage 22 der Figur 2 in einem Heizbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers 10a.FIG. 3 shows the refrigeration system 22 of FIG. 2 in a heating mode of the first switchable heat exchanger 10a.
Im Heizbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers 10a ist das Ventil 28a, das den Kühlrohren 14 des ersten umschaltbaren Wärmetauschers 10a vorgeschaltet ist, geschlossen. Das Kältemittel wird im Verdichter 24 komprimiert und über Rohrleitungen 32 zu den Heizrohren 12 des ersten umschaltbaren Wärmetauschers 10a geführt. Anschließend wird das Kältemittel über Rohrleitungen 34, den nachgeschalteten ersten internen Wärmetauscher 30a, das geöffnete Ventil 28b und das nachgeschaltete Expansionsorgan 26b in Kühlrohre 14 des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers 10b geführt. Am Ausgang des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers 10b wird das Kältemittel im Gegenstrom über den ersten internen Wärmetauscher 30a und Rohrleitungen 36 zurück zum Verdichter 24 geführt.In the heating operation of the first switchable heat exchanger 10a, the valve 28a, which is connected upstream of the cooling tubes 14 of the first switchable heat exchanger 10a, closed. The refrigerant is compressed in the compressor 24 and fed via pipes 32 to the heating tubes 12 of the first switchable heat exchanger 10a. Subsequently, the refrigerant is conducted via conduits 34, the downstream first internal heat exchanger 30a, the open valve 28b and the downstream expansion element 26b into cooling tubes 14 of the second switchable heat exchanger 10b. At the output of the second switchable heat exchanger 10b, the refrigerant is passed in countercurrent via the first internal heat exchanger 30a and piping 36 back to the compressor 24.
In dieser Konfiguration ist die Kälteanlage 22 so geschaltet, dass der erste umschaltbare Wärmetauscher 10a Wärme an die Umgebung (Zuluft) abgibt und der zweite umschaltbare Wärmetauscher 10b Wärme aus der Umgebung (Außenluft) aufnimmt. Der zweite umschaltbare Wärmetauscher 10b arbeitet demnach als Verdampfer und der erste umschaltbare Wärmetauscher 10a als Gaskühler.In this configuration, the refrigeration system 22 is switched so that the first switchable heat exchanger 10a gives off heat to the atmosphere (supply air) and the second switchable heat exchanger 10b absorbs heat from the outside (outside air). The second switchable heat exchanger 10b thus operates as an evaporator and the first switchable heat exchanger 10a as a gas cooler.
Figur 4 zeigt die Kälteanlage 22 der Figur 2 in einem Kühlbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers 10a.FIG. 4 shows the refrigeration plant 22 of FIG. 2 in a cooling operation of the first switchable heat exchanger 10a.
Im Kühlbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers 10a ist das Ventil 28b, das den Heizrohren 12 des ersten umschaltbaren Wärmetauschers 10a nachgeschaltet und den Kühlrohren 14 des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers 10b vorgeschaltet ist, geschlossen. Das Kältemittel wird im Verdichter 24 komprimiert und über Rohrleitungen 38 zu den Heizrohren 12 des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers 10b geführt. Anschließend wird das Kältemittel über Rohrleitungen 40, den nachgeschalteten ersten internen Wärmetauscher 30b, das geöffnete Ventil 28a und das nachgeschaltete Expansionsorgan 26a in Kühlrohre 14 des ersten umschaltbaren Wärmetauschers 10a geführt. Am Ausgang des ersten umschaltbaren Wärmetauschers 10a wird das Kältemittel im Gegenstrom über den zweiten internen Wärmetauscher 30b und Rohrleitungen 42 zurück zum Verdichter 24 geführt.In the cooling mode of the first switchable heat exchanger 10a, the valve 28b, which is connected downstream of the heating tubes 12 of the first switchable heat exchanger 10a and upstream of the cooling tubes 14 of the second switchable heat exchanger 10b, is closed. The refrigerant is compressed in the compressor 24 and fed via pipes 38 to the heating tubes 12 of the second switchable heat exchanger 10b. Subsequently, the refrigerant via pipes 40, the downstream first internal heat exchanger 30b, the open valve 28a and the downstream expansion device 26a in cooling tubes 14 of the first switchable heat exchanger 10a out. At the outlet of the first switchable heat exchanger 10 a, the refrigerant is passed in countercurrent via the second internal heat exchanger 30 b and piping 42 back to the compressor 24.
In dieser Konfiguration ist die Kälteanlage 22 so geschaltet, dass der zweite umschaltbare Wärmetauscher 10b Wärme an die Umgebung (Außenluft) abgibt und der erste umschaltbare Wärmetauscher 10a Wärme aus der Umgebung (Zuluft) aufnimmt. Der erste umschaltbare Wärmetauscher 10a arbeitet demnach als Verdampfer und der zweite umschaltbare Wärmetauscher 10b als Gaskühler.In this configuration, the refrigeration system 22 is switched so that the second switchable heat exchanger 10b gives off heat to the outside air and the first switchable heat exchanger 10a absorbs heat from the outside (supply air). The first switchable heat exchanger 10a thus operates as an evaporator and the second switchable heat exchanger 10b as a gas cooler.
Der Außenluft-Wärmetauscher 10b kann so gemäß der Darstellung in Figur 4 auch nach einer Vereisung abgetaut werden, um danach erneut gemäß Betrieb nach Figur 3 als Wärmepumpen-Verdampfer zu arbeiten. Der Kühlraum-Wärmetauscher 10a kann so gemäß Figur 3 auch nach einer aufgetretenen Vereisung abgetaut werden, um danach erneut gemäß Betrieb wie in Figur 4 dargestellt als Verdampfer zu arbeiten. According to the illustration in FIG. 4, the outside air heat exchanger 10b can also be defrosted after icing in order then to operate again as a heat pump evaporator in accordance with FIG. 3. According to FIG. 3, the cold room heat exchanger 10a can be defrosted even after an occurrence of icing, in order then to operate again as an evaporator in accordance with operation, as shown in FIG.
Figur 5 zeigt die Kälteanlage 22 der Figur 2 in einem Reheatbetrieb.FIG. 5 shows the refrigeration system 22 of FIG. 2 in a reheat mode.
Im Reheatbetrieb wird Luft in der Umgebung des ersten und zweiten umschaltbaren Wärmetauschers 10a, 10b entfeuchtet. Dazu sind beide Ventile 28a, 28b offen und regeln den Kältemittelfluss. So können der erste und der zweite umschaltbare Wärmetauscher 10a, 10b abhängig vom Kältemittelfluss sowohl im Heizbetrieb als auch im Kühlbetrieb, wie vorstehend beschrieben, betrieben werden. Der Kühlbetrieb dient dabei dem Kondensieren von Feuchtigkeit, wogegen der Heizbetrieb das Erwärmen von Luft ermöglicht. In dieser Betriebsart können die Heizleistungen bzw. die Kühlleistungen nahezu stufenlos an den Bedarf angepasst werden. Dazu werden die Regelventile 28a bzw. 28b entsprechend weniger geöffnet als das jeweils andere Ventil, d. h. die Regelventile 28a und 28b. Durch Dosieren der Volumenströme durch die Regelventile 28a und 28b können die gewünschten Kühlleistungen bzw. die gewünschten Heizleistungen am Zuluft-Wärmetauscher 10a geregelt werden. In reheat mode, air is dehumidified in the vicinity of the first and second switchable heat exchangers 10a, 10b. For this purpose, both valves 28a, 28b are open and regulate the flow of refrigerant. Thus, the first and the second switchable heat exchangers 10a, 10b can be operated depending on the refrigerant flow both in the heating mode and in the cooling mode, as described above. The cooling operation serves to condense moisture, whereas the heating operation allows the heating of air. In this mode of operation, the heating capacities and the cooling capacities can be adapted almost infinitely to the requirements. For this purpose, the control valves 28a and 28b are opened correspondingly less than the respective other valve, d. H. the control valves 28a and 28b. By metering the volume flows through the control valves 28a and 28b, the desired cooling capacities or the desired heating powers can be regulated at the supply air heat exchanger 10a.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsform eines Kälteanlagensystems 100 mit einer der Kälteanlage 22 der Figur 2 und einem beispielhaft erweiterten Kältemittelkreislauf 25 mit einen Warmwasserwärmetauscher 44 und einen Kaltwasserwärmetauscher 46.FIG. 6 shows an embodiment of a refrigeration system 100 having one of the refrigeration system 22 of FIG. 2 and an exemplary extended refrigerant circuit 25 having a hot water heat exchanger 44 and a cold water heat exchanger 46.
Der Aufbau der Kälteanlage 22 entspricht dem der Figuren 2 bis 5. In der Ausführungsform der Figur 6 sind jedoch weitere Abzweigungen 25a, 25b an den umschaltbaren Kältemittelkreislauf 20 gekoppelt, die den Warmwasserwärmetauscher 44 und den Kaltwasserwärmetauscher 46 umfassen. Der Warmwasserwärmetauscher 44 und der Kaltwasserwärmetauscher 46 sind dabei nicht umschaltbar ausgestaltet und können als Plattenwärmetauscher oder Doppelrohrwärmetauscher ausgeführt sein.In the embodiment of FIG. 6, however, further branches 25 a, 25 b are coupled to the switchable refrigerant circuit 20, which comprises the hot water heat exchanger 44 and the cold water heat exchanger 46. The hot water heat exchanger 44 and the cold water heat exchanger 46 are not designed switchable and can be designed as a plate heat exchanger or double tube heat exchanger.
Zur Kopplung des Warmwasserwärmetauschers 44 und des Kaltwasserwärme-tauschers 46 ist ein weiteres verzweigtes Leitungssystem 50 mit Rückschlagventilen 50a und 50b vorgesehen, dass sich an die Abzweige 62 und 63 vom umschaltbaren Kältemittelkreislauf 20 anschließt. So fließt im Kühl- und Heizbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers 10a Kältemittel vom Verdichter 24 zum Warmwasserwärmetauscher 44 der Abzweigung 25a, wenn das Ventil 52a geöffnet ist. Das Kältemittel kann weiter über die Ventile 50b und 52b zur Abzweigung 25b des Kaltwasserwärmetauschers 46 oder über das Expansionsorgan 26b und die Kühlrohre 14 des umschaltbaren zweiten Wärmetauschers 10b abfließen. Ein Abfließen über das Expansionsorgan 26a und die Kühlrohre 14 des ersten umschaltbaren Wärmetauschers 10a wird durch das Rückschlagventil 50a verhindert, so dass der Heizbetrieb des Wärmetauschers 10a nicht gestört wird. Der Kaltwasserwärmetauscher 46 der Abzweigung 25b ist weiter derart angebunden, dass das Rückschlagventil 50a im Kühlbetrieb des Wärmetauschers 10a bzw. das Rückschlagventil 50b im Heizbetrieb des Wärmetauschers 10a geöffnet ist. Ein weiteres Expansionsorgan 56, das dem Kaltwasserwärmetauscher 46 vorgeschaltet und dem Ventil 52b nachgeschaltet ist, entspannt das Kältemittel, bevor es in den Kaltwasserwärmetauscher 46 eintritt. Anschließend wird das Kältemittel vom Kaltwasserwärmetauscher 46 zum Verdichter 24 zurückgeführt. Die Magnetventile 52a und 52b dienen der Regelung des Kältemittelflusses durch den Warmwasser- und Kaltwasserwärmetauscher 44, 46 und sind diesen jeweils vor- oder nachgeschaltet. For coupling the hot water heat exchanger 44 and the cold water heat exchanger 46, a further branched line system 50 with check valves 50a and 50b is provided, which connects to the branches 62 and 63 of the switchable refrigerant circuit 20. Thus, in the cooling and heating operation of the first switchable heat exchanger 10a, refrigerant flows from the compressor 24 to the hot water heat exchanger 44 of the branch 25a when the valve 52a is opened. The refrigerant can continue to flow via the valves 50b and 52b to the branch 25b of the cold water heat exchanger 46 or via the expansion element 26b and the cooling tubes 14 of the switchable second heat exchanger 10b. Outflow via the expansion device 26a and the cooling tubes 14 of the first switchable heat exchanger 10a is prevented by the check valve 50a, so that the heating operation of the heat exchanger 10a is not disturbed. The cold water heat exchanger 46 of the branch 25b is further connected such that the check valve 50a in the cooling operation of the heat exchanger 10a and the check valve 50b is opened in the heating operation of the heat exchanger 10a. A further expansion element 56, which is connected upstream of the cold water heat exchanger 46 and downstream of the valve 52b, depressurises the refrigerant before it enters the cold water heat exchanger 46. Subsequently, the refrigerant is returned from the cold water heat exchanger 46 to the compressor 24. The solenoid valves 52a and 52b are used to control the flow of refrigerant through the hot water and cold water heat exchanger 44, 46 and are each upstream or downstream.
Mit Hilfe des erweiterten Kältemittelkreislaufes 25 können unterschiedliche Funktionen in einem einzigen Kälteanlagensystem 100 integriert werden, wodurch der Aufbau von Kälteanlagensystemen 100 beispielsweise in Fahrzeugen, wie Bussen, wesentlich vereinfacht wird und Kälteanlagensysteme 100 kompakter ausgestaltet werden können. With the aid of the extended refrigerant circuit 25 different functions can be integrated in a single refrigeration system 100, whereby the construction of refrigeration systems 100, for example in vehicles such as buses, is substantially simplified and refrigeration systems 100 can be made more compact.
Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kälteanlagensystems 100 mit einer Kälteanlage 22 und einem beispielhaft erweiterten Kältemittelkreislauf 25.FIG. 7 shows a further embodiment of a refrigeration system 100 with a refrigeration system 22 and an exemplary expanded refrigerant circuit 25.
Der Aufbau der Kälteanlage 22 entspricht dem der Figuren 2 bis 5, insbesondere dem der Figur 6. In der Ausführungsform der Figur 7 sind jedoch weitere Abzweigungen 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f an den umschaltbaren Kältemittelkreislauf 20 gekoppelt, die weitere Wärmetauscher 44a, 44b, 44c, 46a, 46b, 46c umfassen. Zur Kopplung der Wärmetauscher 44a, 44b, 44c, 46a, 46b, 46c ist ein verzweigtes Leistungssystem 50 mit Rückschlagventilen 50a und 50b vorgesehen, wie in Bezug auf Figur 6 bereits beschrieben. Zusätzlich regeln Magnetventile 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, die den Wärmetauschern 44a, 44b, 44c, 46a, 46b, 46c vor- oder nachgeschaltet sind, den Kältemittelfluss.In the embodiment of FIG. 7, however, further branches 25a, 25b, 25c, 25d, 25e, 25f are coupled to the switchable refrigerant circuit 20, the further heat exchangers 44a, 44b, 44c, 46a, 46b, 46c. For coupling the heat exchangers 44a, 44b, 44c, 46a, 46b, 46c, a branched power system 50 with check valves 50a and 50b is provided, as already described with reference to FIG. In addition, solenoid valves 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, which are upstream or downstream of the heat exchangers 44a, 44b, 44c, 46a, 46b, 46c, control the flow of refrigerant.
In der Ausführungsform der Figur 7 können die weiteren Wärmetauscher 44a, 44b, 44c, 46a, 46b, 46c unterschiedliche Funktionen übernehmen. Beispielsweise können die Wärmetauscher 44a und 46a, wie in Bezug auf Figur 6 beschrieben, als Kalt- und Warmwasserwärmetauscher ausgestaltet sein. Die weiteren Wärmetauscher 44b und 46b können zum Beispiel als Heizer 44b und Kühler 46b von Luft für eine Fahrerkabine im Fahrzeug dienen. Dementsprechend kann das Kälteanlagensystem 100 nahezu beliebig um weitere Wärmetauscher 44c, 46c zum Kühlen oder Heizen erweitert werden. In the embodiment of FIG. 7, the further heat exchangers 44a, 44b, 44c, 46a, 46b, 46c can assume different functions. For example, the heat exchangers 44a and 46a may be configured as cold and hot water heat exchangers as described with reference to FIG. The further heat exchangers 44b and 46b may, for example, serve as heaters 44b and radiators 46b of air for a driver's cab in the vehicle. Accordingly, the refrigeration system 100 can be extended to almost any other heat exchanger 44c, 46c for cooling or heating.
Figur 8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kälteanlagensystems 100 mit einer Kälteanlage 22 und einem beispielhaft erweiterten Kältemittelkreislauf 25.FIG. 8 shows a further embodiment of a refrigeration system 100 with a refrigeration system 22 and an exemplary expanded refrigerant circuit 25.
Der Aufbau des Kälteanlagensystems 100 entspricht dem der Figur 7. In der Ausführungsform der Figur 8 sind jedoch statt des Leitungssystems 50 mit Rückschlagventilen 50a und 50b, steuerbare Magnetventile 58a, 58b in den Rohrleitungen 60a, 60b angeordnet. So ist das Magnetventil 58a in der Rohrleitung 60a, die dem ersten umschaltbaren Wärmetauscher 10a zugeordnet ist, zwischen das Ventil 28a und das Expansionsorgan 26a geschaltet. Die Kopplung mit dem erweiterten Kältemittelkreislauf 25 erfolgt über eine Verbindungsleitung 63, die zwischen den Magnetventilen 28a und 58a abzweigt. Das Magnetventil 58b in der Rohrleitung 60b, die dem zweiten umschaltbaren Wärmetauscher 10b zugeordnet ist, ist zwischen dem Ventil 28b und dem Expansionsorgan 26b verschaltet. Die Kopplung mit dem erweiterten Kältemittelkreislauf 25 erfolgt über eine Verbindungsleitung 62, die zwischen den Magnetventilen 28b und 58b abzweigt. Mit Hilfe der Magnetventile 58a, 58b kann die Kopplung zwischen der Kälteanlage 22 und dem erweiterten Kältemittelkreislauf 25 einfacher und flexibler ausgestaltet werden. So kann im Unterschied zu den Ausführungsvarianten des Kälteanlagensystems gemäß der Figuren 6 und 7, in der Ausführungsvariante gemäß Figur 8 auch der umschaltbare zweite Wärmetauscher 10b nach einer aufgetretenen Vereisung im Kühlbetrieb des Wärmetauschers 10b sehr einfach und effektiv abgetaut werden, ohne den Heizbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers 10a zu unterbrechen. Dazu wird das Kältemittel ausgehend vom Verdichter 24 über die Heizrohre 12 des ersten und zweiten umschaltbaren Wärmetauschers 10a, 10b geleitet. Die Magnetventile 28a und 28b sind geöffnet. Durch die geschlossenen Magnetventile 58a und 58b sind die Kühlrohre 14 beider umschaltbarer Wärmetauscher 10a, 10b abgesperrt. Das Kältemittel kann über einen aktiven Verdampfer 46a, 46b oder 46c wieder zum Verdichter 24 zurückgeführt werden. Dazu eignet sich besonders der Kaltwasser-Wärmetauscher 46, der Abwärme aus anderen Prozessen, z. B. von der Batteriekühlung oder von der Motorkühlung, bereitstellt. Dies ist in der Ausführungsvariante nach Figur 7 nicht möglich, da das Kältemittel von den Heizrohren 12 des Wärmetauschers 10b über die Kühlrohre 14 des Wärmetauschers 10b abfließt und auf diese Weise den Heizbetrieb des Wärmetauschers 10a stören würde.The structure of the refrigeration system 100 corresponds to that of Figure 7. In the embodiment of Figure 8, however, instead of the conduit system 50 with check valves 50a and 50b, controllable solenoid valves 58a, 58b in the pipes 60a, 60b are arranged. Thus, the solenoid valve 58a in the pipe 60a associated with the first switchable heat exchanger 10a is connected between the valve 28a and the expansion member 26a. The coupling with the extended refrigerant circuit 25 via a connecting line 63 which branches off between the solenoid valves 28a and 58a. The solenoid valve 58b in the pipe 60b associated with the second switchable heat exchanger 10b is connected between the valve 28b and the expansion member 26b. The coupling with the extended refrigerant circuit 25 via a connecting line 62 which branches off between the solenoid valves 28b and 58b. With the aid of the solenoid valves 58a, 58b, the coupling between the refrigeration system 22 and the extended refrigerant circuit 25 can be made simpler and more flexible. Thus, in contrast to the embodiments of the refrigeration system according to Figures 6 and 7, in the embodiment of Figure 8 and the switchable second heat exchanger 10b are easily defrosted after an occurrence of icing in the cooling operation of the heat exchanger 10b very simple and effective, without the heating operation of the first switchable Interrupt heat exchanger 10a. For this purpose, the refrigerant is passed starting from the compressor 24 via the heating tubes 12 of the first and second switchable heat exchanger 10a, 10b. The solenoid valves 28a and 28b are opened. By the closed solenoid valves 58a and 58b, the cooling tubes 14 of both switchable heat exchanger 10a, 10b are shut off. The refrigerant can be returned to the compressor 24 via an active evaporator 46a, 46b or 46c. For this purpose, especially the cold water heat exchanger 46, the waste heat from other processes, eg. B. from the battery cooling or engine cooling, provides. This is not possible in the embodiment according to FIG. 7, since the refrigerant would flow away from the heating tubes 12 of the heat exchanger 10b via the cooling tubes 14 of the heat exchanger 10b and thus disturb the heating operation of the heat exchanger 10a.
Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kälteanlagensystems 100 mit einer Kälteanlage 22 und einem beispielhaft erweiterten Kältemittelkreislauf 25.FIG. 9 shows a further embodiment of a refrigeration system 100 with a refrigeration system 22 and an exemplary expanded refrigerant circuit 25.
Der Aufbau des Kälteanlagensystems 100 entspricht dem der Figur 8. In der Ausführungsform der Figur 9 sind jedoch weitere Vereinfachungen vorgesehen. So sind die Ventile 28a, 28b, 58a, 58b und 52a bis 52f als elektronisch ansteuerbare Regelventile ausgestaltet, wodurch der Kältemittelfluss in den einzelnen Zweigen des Kälteanlagensystems 100 geregelt werden kann. Die Expansionsorgane 26a, 26b und 56a bis 56c können entfallen. Dadurch kann eine zentrale Regelung realisiert werden, die die Überhitzung vor dem Verdichter 24 und damit der Gesamtvolumenstrom sowie die Einzelströme in den einzelnen Zweigen von Verdampfer-Wärmetauschern je nach benötigter Leistungsstufe regelt. Ebenso kann die Unterkühlung oder der optimale Hochdruck im Kälteanlagensystem 100 und damit der Gesamtvolumenstrom sowie die Einzelströme in den einzelnen Zweigen von Gaskühler-Wärmetauschern je nach benötigter Leistungsstufe geregelt werden.The structure of the refrigeration system 100 corresponds to that of Figure 8. In the embodiment of Figure 9, however, further simplifications are provided. Thus, the valves 28a, 28b, 58a, 58b and 52a to 52f designed as electronically controllable control valves, whereby the refrigerant flow in the individual branches of the refrigeration system 100 can be controlled. The expansion members 26a, 26b and 56a to 56c may be omitted. As a result, a central control can be realized, which regulates the overheating before the compressor 24 and thus the total volume flow and the individual streams in the individual branches of evaporator heat exchangers depending on the required power level. Likewise, the subcooling or the optimal high pressure in the refrigeration system 100 and thus the total volume flow and the individual streams in the individual branches of gas cooler heat exchangers can be regulated depending on the required power level.
Zusätzlich sieht die Kälteanlage 22 der Figur 9 nur noch einen einzigen internen Wärmetauscher 70 vor, der dem Verdichter 24 unmittelbar vorgeschaltet ist. Der interne Wärmetauscher 70 ist also in der gemeinsamen Leitung vorgesehen und führt den Gesamtvolumenstrom des Kältemittels in Gegenstrom. So können bei knapper Überhitzung am Verdichtereintritt einzelne Verdampfer-Wärmetauscher ohne Überhitzung mit flüssigem Kältemittel, also ohne Überhitzung betrieben werden. Die Unterkühlung und damit der optimale Hochdruck kann weiterhin nach Druck und Temperatur am Hochdruckeingang des internen Wärmetauschers 70 geregelt werden. Die Überhitzung kann nach Druck und Temperatur am Niederdruckausgang des internen Wärmetauschers 70 geregelt werden.In addition, the refrigeration system 22 of FIG. 9 only provides a single internal heat exchanger 70, which is connected directly upstream of the compressor 24. The internal heat exchanger 70 is thus provided in the common line and leads the total volume flow of the refrigerant in countercurrent. Thus, in the event of a brief overheating at the compressor inlet, individual evaporator heat exchangers can be operated without overheating with liquid refrigerant, ie without overheating. The subcooling and thus the optimal high pressure can continue to be regulated according to pressure and temperature at the high pressure input of the internal heat exchanger 70. The overheating can be regulated according to pressure and temperature at the low-pressure outlet of the internal heat exchanger 70.
Die Figuren 10 bis 13 zeigen einen Flachrohr-Wärmetauscher mit Heizrohren und Kühlrohren. FIGS. 10 to 13 show a flat tube heat exchanger with heating tubes and cooling tubes.
Der Darstellung gemäß Figur 11 ist zu entnehmen, dass ein dort dargestellter Flachrohr-Wärmetauscher 80 eine alternierende Abfolge von Heizungsrohren 12 und Kühlrohren 14 aufweist. Aufgrund des höheren Druckniveaus sind die Heizrohre 12 in einer dickeren Wandstärke ausgeführt, was auch aus der Darstellung gemäß Figur 11 hervorgeht. Der Eintritt der Heizrohre 12 ist auf der linken Seite in Figur 10 durch das Sammelrohr 90. Figur 12 zeigt einen Schnitt durch das Heizsammelrohr 90. Das eintretende Kältemittel wird in diesem Ausführungsbeispiel auf drei parallele Heizrohre 12 verteilt. Auf einer Seite sind die Heizrohre 12 jeweils durch kleine Verbindungsrohre 88 so verbunden, dass eine Umlenkung stattfinden kann. Das Kältemittel, welches durch drei Heizrohre 12 wieder zur linken Seite strömt, wird dort wieder auf ein Heizrohr 12 gebündelt, strömt wieder nach rechts über ein Verbindungsrohr 88 und wieder durch ein Heizrohr 12 nach links zum Heizsammelrohr 90 zurück, erneut durch ein Heizrohr 12 nach rechts über ein Verbindungsrohr 88 und wieder durch ein Heizrohr 12 nach links zum Heizsammelrohr 90, wo es schließlich austritt. The representation according to FIG. 11 shows that a flat-tube heat exchanger 80 shown there has an alternating sequence of heating tubes 12 and cooling tubes 14. Due to the higher pressure levels, the heating tubes 12 are designed in a thicker wall thickness, which also emerges from the illustration in FIG 11. The inlet of the heating tubes 12 is on the left side in Figure 10 through the manifold 90. Figure 12 shows a section through the Heizsammelrohr 90. The incoming refrigerant is distributed in this embodiment, three parallel heating tubes 12. On one side, the heating tubes 12 are each connected by small connecting tubes 88 so that a deflection can take place. The refrigerant, which flows through three heating tubes 12 back to the left side, is there again bundled on a heating tube 12, flows back to the right via a connecting tube 88 and again through a heating tube 12 to the left to Heizsammelrohr 90 back again by a heating tube 12 right over a connecting tube 88 and again through a heating tube 12 to the left to the heating manifold 90, where it finally exits.
Der Eintritt der Kühlrohre 14 ist auf der rechten Seite in Figur 10 durch das Sammelrohr 92. Das eintretende Kältemittel wird in diesem Ausführungsbeispiel auf zwei parallele Kühlrohre 14 verteilt. Auf der linken Seite sind die Kühlrohre 14 jeweils durch kleine Verbindungsrohre 88 so miteinander verbunden, dass eine Umlenkung stattfinden kann. Das Kältemittel, das durch zwei Kühlrohre 14 wieder zur rechten Seite strömt, wird dort wieder auf vier Kühlrohre 14 verteilt, strömt wieder nach links, über Verbindungsrohre 88 und wieder durch vier Kühlrohre 14 nach rechts zum Kühlsammelrohr 92 zurück, wo es schließlich austritt. In einer Zwischenaufteilung des Verdampfersammelrohrs. Es ist eine Blende 86 vorgesehen, die durch Turbulenzerzeugung eine homogene Verteilung von Dampf und Flüssigkeit des zweiphasigen Kältemittels begünstigt.The inlet of the cooling tubes 14 is on the right side in Figure 10 through the manifold 92. The incoming refrigerant is distributed in this embodiment, on two parallel cooling tubes 14. Die Kühlrohre 14 sind in Fig. 10 dargestellt. On the left side, the cooling tubes 14 are connected to each other by small connecting tubes 88 so that a deflection can take place. The refrigerant, which flows through two cooling tubes 14 back to the right side is there again distributed to four cooling tubes 14, flows back to the left, via connecting tubes 88 and again through four cooling tubes 14 to the right to the cooling manifold 92 back, where it finally exits. In an intermediate layout of the evaporator manifold. An aperture 86 is provided which promotes homogenous distribution of vapor and liquid of the two-phase refrigerant through turbulence generation.
Bei der Darstellung gemäß Figur 10 ist ein Flachrohr-Wärmetauscher zu entnehmen. Figur 11 zeigt die Anordnung der Heizflachrohre und Kühlflachrohre im Schnitt des Flachrohr-Wärmetauschers gemäß Figur 13. Figur 12 zeigt eine Schnittdarstellung des Flachrohr-Wärmetauschers gemäß Figur 13 mit den Heizsammelrohren 90 mit Strömungsrichtung. An das erste Sammelrohr 90a ist oben der Eintritt 82 angeschlossen und unten der Austritt 84. Über die Heizrohre 12 und die Verbindungsrohre 88 strömt das Kältemittel zum zweiten Heizsammelrohr 90b wieder zurück zum ersten Heizsammelrohr 90a, zum zweiten Heizsammelrohr 90b und schließlich erneut zum ersten Heizsammelrohr 90a und zum Austritt 84. Figur 13 zeigt eine Schnittdarstellung des Flachrohr-Wärmetauschers gemäß Figur 10, wobei die Kühlsammelrohre 92 mit dem Eintritt 82 verbunden sind. Über die Kühlrohre 14 und die Verbindungsrohre 88 strömt das Kältemittel zum zweiten Kühlsammelrohr 92b durch die Blende 86 und wieder zurück zum ersten Sammelrohr 92a und schließlich zum Austritt 84. In the illustration according to FIG. 10, a flat-tube heat exchanger can be seen. 11 shows the arrangement of Heizflachrohre and Kühlflachrohre in section of the flat tube heat exchanger of Figure 13. Figure 12 shows a sectional view of the flat tube heat exchanger according to Figure 13 with the Heizsammelrohren 90 with flow direction. Via the heating tubes 12 and the connecting tubes 88, the refrigerant flows to the second heating manifold 90b back to the first heating manifold 90a, the second heating manifold 90b, and finally to the first heating manifold 90a and to the outlet 84. FIG. 13 shows a sectional view of the flat tube heat exchanger according to FIG. 10, wherein the cooling collecting tubes 92 are connected to the inlet 82. Via the cooling tubes 14 and the connecting tubes 88, the refrigerant flows to the second cooling manifold 92 b through the aperture 86 and back to the first manifold 92 a and finally to the outlet 84.
Die Regelung der Kälteanlage 22 gemäß Figur 2 ist in den Figuren 3 bis 5 schon teilweise dargestellt. Figur 3 stellt ein maximales Heizen dar. Die Heizrohre 12 des Zuluftwärmetauschers 10a und die Kühlrohre 14 des Außenluftwärmetauschers 10b werden durchströmt, da das Ventil 28b voll geöffnet und das Ventil 28a ganz geschlossen ist. Figur 4 hingegen stellt das maximale Kühlen dar. Die Kühlrohre 14 des Zuluftwärmetauschers 10a und die Heizrohre 12 des Außenluftwärmetauschers 10b werden durchströmt, da das Ventil 28a voll geöffnet und das Ventil 28b ganz geschlossen ist. Figur 5 stellt eine Zwischenstufe dar, bei der sowohl die Heizrohre 12 als auch die Kühlrohre 14 des Zuluftwärmetauschers 10a und des Außenluftwärmetauschers 10b durchströmt werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass nie beide Ventile 28a und 28b ganz geschlossen sind, während der Kompressor 24 läuft. Eine Stufenregelung lässt sich der nachfolgenden Auflistung entnehmen:The regulation of the refrigeration system 22 according to FIG. 2 is already partly shown in FIGS. 3 to 5. FIG. 3 shows a maximum heating. The heating pipes 12 of the supply air heat exchanger 10a and the cooling pipes 14 of the outside air heat exchanger 10b are flowed through, since the valve 28b is fully opened and the valve 28a is completely closed. Figure 4, however, represents the maximum cooling. The cooling tubes 14 of the air heat exchanger 10a and the heating tubes 12 of the outdoor air heat exchanger 10b are flowed through, since the valve 28a is fully open and the valve 28b is completely closed. Figure 5 illustrates an intermediate stage in which both the heating tubes 12 and the cooling tubes 14 of the air heat exchanger 10 a and the outdoor air heat exchanger 10 b are flowed through. It is important to ensure that never both valves 28a and 28b are completely closed while the compressor 24 is running. A step control can be taken from the following list:
Tabelle 1Table 1
Modus mode 28a28a 28b28b
Heizen 4Heating 4 0%0% 100%100%
Heizen 3Heating 3 25%25% 100%100%
Heizen 2Heating 2 50%50% 100%100%
Heizen 1Heating 1 75%75% 100%100%
NeutralNeutral 100%100% 100%100%
Kühlen 1Cooling 1 100%100% 75%75%
Kühlen 2Cooling 2 100%100% 50%50%
Kühlen 3Cooling 3 100%100% 25%25%
Kühlen 4Cooling 4 100%100% 0%0%
Der neutrale Modus kann alternativ dazu auch mit abgeschaltetem Kompressor 24 und ggf. geschlossenen Ventilen 28a und 28b erfolgen. Das Abtauen des Außenluftwärmetauschers 10b erfolgt im Modus Kühlen 4 (Figur 4), aber mit ausgeschalteten Lüftern an den Wärmetauschern 10a und 10b. Das Abschalten der Lüfter des Außenluft-Wärmetauschers 10b ist dabei zwingend erforderlich. The neutral mode can alternatively be done with the compressor 24 and possibly closed valves 28a and 28b. The defrosting of the outdoor air heat exchanger 10b takes place in cooling mode 4 (FIG. 4), but with ventilators switched off at the heat exchangers 10a and 10b. The shutdown of the fan of the outdoor air heat exchanger 10b is mandatory.
Man kann die Ventile 28a und 28b auch alternierend ansteuern, so dass immer eines geöffnet ist, während das jeweils andere geschlossen ist. Dann könnte die Regelung gemäß der folgenden Auflistung erfolgen:You can also control the valves 28a and 28b alternately, so that one is always open, while the other is closed. Then the regulation could be made according to the following list:
Tabelle 2Table 2
Modus mode 28a28a 28b28b
Heizen 4Heating 4 0%0% 100%100%
Heizen 3Heating 3 20%20% 80%80%
Heizen 2Heating 2 33%33% 67%67%
Heizen 1Heating 1 40%40% 60%60%
NeutralNeutral 50%50% 50%50%
Kühlen 1Cooling 1 60%60% 40%40%
Kühlen 2Cooling 2 67%67% 33%33%
Kühlen 3Cooling 3 80%80% 20%20%
Kühlen 4Cooling 4 100%100% 0%0%
Bei Erweiterung des Systems gemäß der Figuren 6 und 7 kann die Regelung der umschaltbaren Wärmetauscher 10a und 10b wie in den zuvor gezeigten Tabellen erfolgen. Die zusätzlichen Heizwärmetauscher 44 (a, b, c, …) können über ihre jeweils zugeordneten Ventile 52a (c, e, …) auch stufig oder stufenlos geregelt werden, indem diese mit x% (0% bis 100%) geöffnet werden. Analog können zusätzliche Kühlwärmetauscher 46 (a, b, c, …) über diesen jeweils zugeordneten Ventile 52b (d, f, …) auch stufig oder stufenlos geregelt werden, indem diese mit x% (0% bis 100%) geöffnet werden. Wichtig ist beim Abtauen des Außenluft-Wärmetauschers 10b, dass das Ventil 28a geöffnet ist, während sämtliche anderen Ventile 28b, 52a, 52c, 52e, … der Heizwärmetauscher 44 (a, b, c, …) geschlossen sind. Die Kühlventile 52b, 52d, 52f, … sind davon nicht betroffen.When the system according to FIGS. 6 and 7 is expanded, the regulation of the switchable heat exchangers 10a and 10b can be carried out as in the previously shown tables. The additional heating heat exchangers 44 (a, b, c,...) Can also be regulated stepwise or steplessly via their respectively associated valves 52a (c, e,...) By opening them with x% (0% to 100%). Analogously, additional cooling heat exchangers 46 (a, b, c,...) Can also be regulated stepwise or steplessly via these respectively assigned valves 52b (d, f,...) By opening them with x% (0% to 100%). It is important when defrosting the outdoor air heat exchanger 10b that the valve 28a is open, while all the other valves 28b, 52a, 52c, 52e, ... the heating heat exchanger 44 (a, b, c, ...) are closed. The cooling valves 52b, 52d, 52f, ... are not affected.
Ist zumindest eines der zusätzlichen Heizventile 52a, 52c, 52e, … geöffnet, so kann die Öffnung der Ventile 28a und 28b reduziert werden, was sich nachfolgender Auflistung entnehmen lässt:If at least one of the additional heating valves 52a, 52c, 52e, ... is open, the opening of the valves 28a and 28b can be reduced, which can be seen in the following list:
Tabelle 3Table 3
Modus mode 28a28a 28b28b 52 (a, c, e, …)52 (a, c, e, ...)
Heizen 4Heating 4 0%0% 100%100% 100%100%
Heizen 3Heating 3 0%0% 75%75% 100%100%
Heizen 2Heating 2 0%0% 50%50% 100%100%
Heizen 1Heating 1 0%0% 25%25% 100%100%
NeutralNeutral 0%0% 0%0% 100%100%
Kühlen 1Cooling 1 25%25% 0%0% 100%100%
Kühlen 2Cooling 2 50%50% 0%0% 100%100%
Kühlen 3Cooling 3 75%75% 0%0% 100%100%
Kühlen 4Cooling 4 100%100% 0%0% 100%100%
In Figur 8 ist eine Erweiterung der Kälteanlage 22 um die Ventile 58a und 58b zu entnehmen. Dabei kann auf Rückschlagventile verzichtet werden. Durch das Absperren der Kühlrohre 14 in den Wärmetauschern 10a und 10b durch die Ventile 58a und 58b ist eine Vorrangkühlung eines weiteren Kühlwärmetauschers 46 möglich. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn z.B. der Kaltwasserwärmetauscher zur Batteriekühlung oberste Priorität haben soll. In diesem Fall kann auch der Außenluftwärmetauscher 10b abgetaut werden, ohne den Heizbetrieb zu unterbrechen:In Figure 8, an extension of the refrigeration system 22 can be seen around the valves 58a and 58b. It can be dispensed with check valves. By shutting off the cooling tubes 14 in the heat exchangers 10a and 10b through the valves 58a and 58b, priority cooling of a further cooling heat exchanger 46 is possible. This is particularly advantageous when e.g. the cold water heat exchanger for battery cooling should have top priority. In this case, the outdoor air heat exchanger 10b can be defrosted without interrupting the heating operation:
Tabelle 4Table 4
Modus mode 28a 28a 28b28b 58a58a 58b58b 52
(a, c, e)
52
(a, c, e)
52
(b, d, f)
52
(b, d, f)
Heizen 4Heating 4 0%0% 100%100% 0%0% 100%100%
Heizen 3Heating 3 0%0% 100%100% 25%25% 100%100%
Heizen 2Heating 2 0%0% 100%100% 50%50% 100%100%
Heizen 1Heating 1 0%0% 100%100% 75%75% 100%100%
NeutralNeutral 100%100% 100%100% 100%100% 0%0%
Kühlen 1Cooling 1 100%100% 75%75% 100%100% 0%0%
Kühlen 2Cooling 2 100%100% 50%50% 100%100% 0%0%
Kühlen 3Cooling 3 100%100% 25%25% 100%100% 0%0%
Kühlen 4Cooling 4 100%100% 0%0% 100%100% 0%0%
Abtauendefrosting 100%100% 100%100% 100%100% 0%0%
Tabelle 5Table 5
Modus mode 28a 28a 28b28b 58a58a 58b58b 52
(a, c, e)
52
(a, c, e)
52
(b, d, f)
52
(b, d, f)
Heizen 4Heating 4 0%0% 100%100% 0%0% 100%100% 100%100%
Heizen 3Heating 3 0%0% 100%100% 25%25% 100%100% 100%100%
Heizen 2Heating 2 0%0% 100%100% 50%50% 100%100% 100%100%
Heizen 1Heating 1 0%0% 100%100% 75%75% 100%100% 100%100%
NeutralNeutral 100%100% 100%100% 100%100% 0%0% 100%100%
Kühlen 1Cooling 1 100%100% 75%75% 100%100% 0%0% 100%100%
Kühlen 2Cooling 2 100%100% 50%50% 100%100% 0%0% 100%100%
Kühlen 3Cooling 3 100%100% 25%25% 100%100% 0%0% 100%100%
Kühlen 4Cooling 4 100%100% 0%0% 100%100% 0%0% 100%100%
Abtauendefrosting 100%100% 100%100% 100%100% 0%0% 100%100%
Tabelle 6Table 6
Modus mode 28a 28a 28b28b 58a58a 58b58b 52
(a, c, e)
52
(a, c, e)
52
(b, d, f)
52
(b, d, f)
Heizen 4Heating 4 0%0% 100%100% 0%0% 0%0% 100%100%
Heizen 3Heating 3 0%0% 100%100% 25%25% 0%0% 100%100%
Heizen 2Heating 2 0%0% 100%100% 50%50% 0%0% 100%100%
Heizen 1Heating 1 0%0% 100%100% 75%75% 0%0% 100%100%
NeutralNeutral 100%100% 0%0% 0%0% 0%0% 100%100%
Kühlen 1Cooling 1 100%100% 0%0% 25%25% 0%0% 100%100%
Kühlen 2Cooling 2 100%100% 0%0% 50%50% 0%0% 100%100%
Kühlen 3Cooling 3 100%100% 0%0% 75%75% 0%0% 100%100%
Kühlen 4Cooling 4 100%100% 0%0% 100%100% 0%0% 100%100%
Abtauendefrosting 100%100% 100%100% 0%0% 0%0% 100%100%
Die Regelung eines Kälteanlagen-Systems 100 nach Figur 9 erfolgt analog zur Regelung im Zusammenhang mit Figur 8. Allerdings kann die Öffnung der elektronischen Expansionsventile stetig dem Bedarf angepasst werden. Die Summe der Öffnungsgrade der Ventile 28a, 28b und 52a, 52c sowie 52e bestimmen den Hochdruck innerhalb des Kälteanlagen-Systems 100, der passend zur Temperatur am Hochdruckeingang des Wärmetauschers 70 geregelt werden kann. Ist der Druck höher als der vorherbestimmte Druck, werden die Öffnungsgrade anteilig vergrößert. Bei einem zu niedrigen Druck werden die Öffnungsgrade der Ventile 28a, 28b, 52a, 52c, 52e anteilig verringert. So kann ein optimaler Hochdruck ausgeregelt werden, z.B. 5 K Unterkühlung. Die Summe der Öffnungsgrade der Ventile 58a, 58b und 52b, 52d und 52f bestimmen den Niederdruck des Kälteanlagen-Systems 100, der passend zur Temperatur am Niederdruckausgang des Wärmetauschers 70 geregelt werden kann. Ist der Druck höher als der vorherbestimmte Druck, werden die Öffnungsgrade anteilig verringert. Bei einem zu niedrigen Druck werden die Öffnungsgrade anteilig vergrößert. So kann eine optimale Überhitzung vor dem Kompressor 24 ausgeregelt werden, z.B. 5 K Überhitzung. Die Überhitzungsregelung hat Vorrang gegenüber der Hochdruckregelung.The regulation of a refrigeration system 100 according to FIG. 9 is analogous to the regulation in connection with FIG. 8. However, the opening of the electronic expansion valves can be continuously adapted to the requirements. The sum of the opening degrees of the valves 28a, 28b and 52a, 52c and 52e determine the high pressure within the refrigeration system 100, which can be controlled to match the temperature at the high pressure inlet of the heat exchanger 70. If the pressure is higher than the predetermined pressure, the opening degrees are proportionally increased. If the pressure is too low, the opening degrees of the valves 28a, 28b, 52a, 52c, 52e are proportionally reduced. Thus, an optimal high pressure can be regulated, e.g. 5K supercooling. The sum of the opening degrees of the valves 58a, 58b and 52b, 52d and 52f determine the low pressure of the refrigeration system 100, which can be controlled to match the temperature at the low pressure output of the heat exchanger 70. If the pressure is higher than the predetermined pressure, the opening degrees are proportionally reduced. If the pressure is too low, the opening degrees will be proportionally increased. Thus, optimal overheating in front of the compressor 24 can be regulated, e.g. 5K overheating. The superheat control has priority over the high pressure control.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS Tabelle 7Table 7
1010 umschaltbarer Wärmetauscher switchable heat exchanger
10a10a 1. umschaltbarer Wärmetauscher1. switchable heat exchanger
10b10b 2. umschaltbarer Wärmetauscher2. switchable heat exchanger
1212 Heizrohre heating pipes
1414 Kühlrohrecooling pipes
1616 Gehäusecasing
1818 Lamellen slats
2020 Kältemittelkreislauf Refrigerant circulation
2222 Kälteanlage refrigeration plant
2424 Verdichter compressor
25a25a 1. Abzweig1. branch
25b25b 2. Abzweig 2nd branch
25c25c 3. Abzweig 3rd branch
25d25d 4. Abzweig4. branch
25e25e 5. Abzweig 5th branch
25f25f 6. Abzweig6. branch
26a26a 1. Expansionsorgan1. expansion organ
26b26b 2. Expansionsorgan2. expansion organ
28a28a (1.) Magnetventil(1.) solenoid valve
28b28b (2.) Magnetventil(2.) solenoid valve
30a30a (1.) interner Wärmetauscher(1.) internal heat exchanger
30b30b (2.) interner Wärmetauscher(2.) internal heat exchanger
3232 Rohrleitung pipeline
3434 Rohrleitung pipeline
3636 Rohrleitung pipeline
3838 Rohrleitung pipeline
4040 Rohrleitung pipeline
4242 Rohrleitung pipeline
4444 Warmwasser-WärmetauscherHot water heat exchanger
44a44a 1. Warmwasser-Wärmetauscher1. hot water heat exchanger
44b44b 2. Warmwasser-Wärmetauscher2. Hot water heat exchanger
44c44c 3. Warmwasser-Wärmetauscher3. Hot water heat exchanger
4646 Kaltwasser-WärmetauscherCold water heat exchanger
46a46a 1. Kaltwasser-Wärmetauscher1. cold water heat exchanger
46b46b 2. Kaltwasser-Wärmetauscher2. Cold water heat exchanger
46c46c 3. Kaltwasser-Wärmetauscher3. Cold water heat exchanger
4848
5050 Leitungssystem line system
50a 50a Rückschlagventilcheck valve
50b 50b Rückschlagventilcheck valve
52a52a 1. Ventil 1st valve
52b52b 2. Ventil 2nd valve
52c52c 3. Ventil 3rd valve
52d52d 4. Ventil 4th valve
52e52e 5. Ventil 5th valve
52f52f 6. Ventil6th valve
5454
5656 weiteres Expansionsorgan further expansion organ
58a58a (1.) Magnetventil(1.) solenoid valve
58b58b (2.) Magnetventil(2.) solenoid valve
60a, b60a, b Rohrleitungpipeline
6262 Abzweig, VerbindungsleitungBranch, connection line
6363 Abzweig junction
7070 interner Wärmetauscher internal heat exchanger
8080 FlachrohrwärmetauscherFlat tube heat exchanger
8282 Eintrittsseite entry page
8484 Austrittsseite exit side
8585 Durchströmungsweg Durchströmungsweg
8686 Blende cover
8888 Verbindungsrohrconnecting pipe
9090 Heizsammelrohr Heizsammelrohr
9292 KühlsammelrohrCooling manifold
9494 Lamellenanordnungfin arrangement
9696
9898
100100 KälteanlagensystemRefrigeration plant system

Claims (25)

  1. Umschaltbarer Wärmetauscher (10, 10a, 10b) für eine Kälteanlage (22), dadurch gekennzeichnet, dass getrennte Heizrohre (12) und Kühlrohre (14) derart in einem einzigen Gehäuse (16) integriert sind, dass Wärme zwischen den Heizrohren (12) und den Kühlrohren (14) zum Kühlen oder Heizen eines Luftstroms übertragen wird. Switchable heat exchanger (10, 10a, 10b) for a refrigeration system (22), characterized in that separate heating tubes (12) and cooling tubes (14) are integrated in a single housing (16) such that heat is present between the heating tubes (12) and the cooling tubes (14) is transmitted for cooling or heating an air flow.
  2. Umschaltbarer Wärmetauscher (10) gemäß Anspruch 1, wobei der umschaltbare Wärmetauscher (10) zumindest zwei Kältemitteleingänge und zumindest zwei Kältemittelausgänge umfasst. Switchable heat exchanger (10) according to claim 1, wherein the switchable heat exchanger (10) comprises at least two refrigerant inputs and at least two refrigerant outlets.
  3. Umschaltbarer Wärmetauscher (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der umschaltbare Wärmetauscher (10) als Lamellenwärmetauscher ausgeführt ist und Lamellen (18) Wärme zwischen den Heizrohren (12) und den Kühlrohren (14) durch Wärmeleitung übertragen. Switchable heat exchanger (10) according to claim 1 or 2, wherein the switchable heat exchanger (10) is designed as a fin heat exchanger and fins (18) transfer heat between the heating tubes (12) and the cooling tubes (14) by heat conduction.
  4. Umschaltbarer Wärmetauscher (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Heizrohre (12) und die Kühlrohre (14) zumindest teilweise in alternierender Reihenfolge in Lamellen (18) des umschaltbaren Wärmetauschers (10) angeordnet sind.Switchable heat exchanger (10) according to one of claims 1 to 3, wherein the heating tubes (12) and the cooling tubes (14) at least partially in alternating order in lamellae (18) of the switchable heat exchanger (10) are arranged.
  5. Umschaltbarer Wärmetauscher (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Heizrohre (12) und die Kühlrohre (14) vollständig in alternierender Reihenfolge angeordnet sind.A switchable heat exchanger (10) according to any one of claims 1 to 4, wherein the heating tubes (12) and the cooling tubes (14) are arranged entirely in alternating sequence.
  6. Umschaltbarer Wärmetauscher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der umschaltbare Wärmetauscher (10) erste Bereiche vorsieht, in denen die Heizrohre (12) und die Kühlrohre (14) vollständig in alternierender Reihenfolge angeordnet sind, sowie zweite Bereiche vorgesehen sind, in denen nur Heizrohre (12) oder nur Kühlrohre (14) angeordnet sind. Switchable heat exchanger (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the switchable heat exchanger (10) provides first regions in which the heating tubes (12) and the cooling tubes (14) are arranged completely in alternating sequence, and second regions are provided , in which only heating tubes (12) or only cooling tubes (14) are arranged.
  7. Umschaltbarer Wärmetauscher (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dass dieser als Flachrohr-Wärmetauscher (80) ausgebildet ist und die Heizrohre (12) eine dickere Wandstärke aufweisen, verglichen mit den Kühlrohren (14) oder Kühlrohrkanälen. Switchable heat exchanger (10) according to one of the preceding claims, that this is designed as a flat tube heat exchanger (80) and the heating tubes (12) have a thicker wall thickness, compared with the cooling tubes (14) or cooling tube channels.
  8. Kälteanlage (22) zum Temperieren von Luft mit mindestens einem Kältemittelkreislauf umfassend: - wenigstens einen Verdichter (24) zum Komprimieren eines Kältemittels, - wenigstens ein Expansionsorgan (26a, 26b) zum Entspannen des Kältemittels, - wenigstens einen umschaltbaren Wärmetauscher (10, 10a, 10b) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, und - wenigstens ein Ventil (28a, 28b) zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb des umschaltbaren Wärmetauschers (10, 10a, 10b).Refrigeration system (22) for controlling the temperature of air with at least one refrigerant circuit comprising: - at least one compressor (24) for compressing a refrigerant, - at least one expansion element (26a, 26b) for expanding the refrigerant, - at least one switchable heat exchanger (10, 10a, 10b) according to any one of claims 1 to 7, and - at least one valve (28a, 28b) for switching between a heating operation and a cooling operation of the switchable heat exchanger (10, 10a, 10b).
  9. Kälteanlage (22) gemäß Anspruch 8, wobei das wenigstens eine Ventil (28a, 28b) zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb derart ausgebildet ist, dass in einer ersten Schaltstellung für den Heizbetrieb das Kältemittel im Wesentlichen durch die Heizrohre (12) fließt, in einer zweiten Schaltstellung für den Kühlbetrieb das Kältemittel im Wesentlichen durch die Kühlrohre (14) fließt und in einer Schaltstellung zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung für einen Reheatbetrieb das Kältemittel durch die Heizrohre (12) und die Kühlrohre (14) fließt.Refrigeration system (22) according to claim 8, wherein the at least one valve (28a, 28b) is designed for switching between a heating operation and a cooling operation such that in a first switching position for the heating operation, the refrigerant flows substantially through the heating tubes (12), in a second switching position for the cooling operation, the refrigerant flows essentially through the cooling tubes (14) and in a switching position between the first and the second switching position for reheat operation, the refrigerant flows through the heating tubes (12) and the cooling tubes (14).
  10. Kälteanlage (22) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei wenigstens ein erstes Ventil (28a) zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb derart ausgebildet ist, dass es einen Kältemittelfluss durch die Heizrohre (12) regelt, und wenigstens ein zweites Ventil (28b) zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb derart ausgebildet ist, dass es einen Kältemittelfluss durch die Kühlrohre (14) regelt.A refrigeration system (22) according to claim 8 or 9, wherein at least a first valve (28a) for switching between a heating operation and a cooling operation is arranged to control refrigerant flow through the heating pipes (12), and at least one second valve (28b). for switching between a heating operation and a cooling operation is designed such that it controls a flow of refrigerant through the cooling tubes (14).
  11. Kälteanlage (22) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei den Heizrohren (12) des umschaltbaren Wärmetauschers (10, 10a, 10b) ein Verdichter (22) vorgeschaltet ist, so dass verdichtetes Kältemittel in die Heizrohre (12) des umschaltbaren Wärmetauschers (10, 10a, 10b) strömt, und den Kühlrohren (14) des umschaltbaren Wärmetauschers (10, 10a, 10b) ein Expansionsorgan (26a, 26b) vorgeschaltet ist, so dass entspanntes Kältemittel in die Kühlrohre (12) des umschaltbaren Wärmetauschers (10, 10a, 10b) strömt.Refrigeration system (22) according to one of claims 8 to 10, wherein the heating tubes (12) of the switchable heat exchanger (10, 10a, 10b) is preceded by a compressor (22), so that compressed refrigerant into the heating tubes (12) of the switchable heat exchanger (12). 10, 10a, 10b), and the cooling tubes (14) of the switchable heat exchanger (10, 10a, 10b) is preceded by an expansion element (26a, 26b), so that expanded refrigerant into the cooling tubes (12) of the switchable heat exchanger (10, 10a, 10b) flows.
  12. Kälteanlage (22) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Kälteanlage (22) zumindest einen ersten und einen zweiten umschaltbaren Wärmetauscher (10, 10a, 10b) mit integrierten Heizrohren (12) und Kühlrohren (14) umfasst, die derart miteinander verschaltet sind, dass im Kühlbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers (10a) der zweite umschaltbare Wärmetauscher (10b) im Heizbetrieb ist und umgekehrt.Refrigeration system (22) according to one of claims 8 to 11, wherein the refrigeration system (22) comprises at least a first and a second switchable heat exchanger (10, 10a, 10b) with integrated heating tubes (12) and cooling tubes (14) interconnected in such a way are that in the cooling operation of the first switchable heat exchanger (10a), the second switchable heat exchanger (10b) is in heating mode and vice versa.
  13. Kälteanlagensystem (100) mit einer Kälteanlage (22) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, an die ein erweiterter Kältemittelkreislauf (25) mit wenigstens einem weiteren Wärmetauscher (44, 44a, 44b, 44c, 46, 46a, 46b, 46c) gekoppelt ist.Refrigeration system (100) with a refrigeration system (22) according to one of claims 8 to 12, to which an extended refrigerant circuit (25) with at least one further heat exchanger (44, 44a, 44b, 44c, 46, 46a, 46b, 46c) is coupled ,
  14. Kälteanlagensystem (100) gemäß Anspruch 13, wobei der erweiterte Kältemittelkreislauf (25) wenigstens einen weiteren Wärmetauscher (44, 44a, 44b, 44c,) zum Heizen, dem der Verdichter (24) vorgeschaltet und die Kühlrohre (14) der umschaltbaren Wärmetauscher (10, 10a, 10b) über die Leitungen (62, 63) und die Expansionsorgane (26a, 26b) nachgeschaltet sind und/oder wenigstens einen weiteren Wärmetauscher (46, 46a, 46b, 46c) zum Kühlen, dem der Verdichter (24) nachgeschaltet und die Heizrohre (12) der umschaltbaren Wärmetauscher (10, 10a, 10b) vorgeschaltet sind, umfasst und wobei dem wenigstens einen weiteren Wärmetauscher (44, 44a, 44b, 44c, 46, 46a, 46b, 46c) zum Heizen oder Kühlen wenigstens ein Ventil (52a ... 52f) zum Regeln des Kältemittelflusses zugeordnet ist.Refrigeration system (100) according to claim 13, wherein the extended refrigerant circuit (25) at least one further heat exchanger (44, 44a, 44b, 44c,) for heating, upstream of the compressor (24) and the cooling tubes (14) of the switchable heat exchanger (10 , 10a, 10b) are connected downstream via the lines (62, 63) and the expansion elements (26a, 26b) and / or at least one further heat exchanger (46, 46a, 46b, 46c) for cooling downstream of the compressor (24) and the heating tubes (12) of the switchable heat exchangers (10, 10a, 10b) are connected upstream, and wherein the at least one further heat exchanger (44, 44a, 44b, 44c, 46, 46a, 46b, 46c) for heating or cooling at least one valve (52a ... 52f) is assigned to control the flow of refrigerant.
  15. Kälteanlagensystem (100) gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei dem ersten und/oder zweiten Abzweig (62, 63) ein Leitungssystem (50) mit Rückschlagventilen (50a, 50b) nachgeschaltet ist, und die Rückschlagventile (50a, 50b) je nach Betrieb der Kälteanlage (22) so geschaltet sind, dass der wenigstens eine weitere Wärmetauscher (44, 44a, 44b, 44c, 46, 46a, 46b, 46c) an einen Kältemittelkreislauf mit den Heizrohren (12) und/oder mit den Kühlrohren (14) des umschaltbaren Wärmetauschers (10, 10a, 10b) der Kälteanlage (22) gekoppelt ist, oder wobei dem ersten und/oder zweiten Abzweig ein Magnetventil (58a, 58b) vorgeschaltet ist, und das Magnetventil (58a, 58b) je nach Betrieb der Kälteanlage (22) so geschaltet ist, dass der Kältemittelfluss des wenigstens einen weiteren Wärmetauschers (44, 44a, 44b, 44c, 46, 46a, 46b, 46c) an den Kältemittelkreislauf mit den Heizrohren (12) und/oder mit den Kühlrohren (14) des umschaltbaren Wärmetauschers (10, 10a, 10b) der Kälteanlage (22) gekoppelt ist.Refrigeration system (100) according to one of claims 13 or 14, wherein the first and / or second branch (62, 63), a line system (50) with check valves (50a, 50b) is connected downstream, and the check valves (50a, 50b) as appropriate Operation of the refrigeration system (22) are connected so that the at least one further heat exchanger (44, 44 a, 44 b, 44 c, 46, 46 a, 46 b, 46 c) to a refrigerant circuit with the heating tubes (12) and / or with the cooling tubes (14 ) of the switchable heat exchanger (10, 10a, 10b) of the refrigeration system (22) is coupled, or wherein the first and / or second branch, a solenoid valve (58a, 58b) is connected upstream, and the solenoid valve (58a, 58b) depending on the operation of the Refrigeration system (22) is connected so that the refrigerant flow of the at least one further heat exchanger (44, 44a, 44b, 44c, 46, 46a, 46b, 46c) to the refrigerant circuit with the heating tubes (12) and / or with the cooling tubes (14 ) of the switchable heat exchanger (10, 10 a, 10 b) of the Kälteanla ge (22) is coupled.
  16. Kälteanlagensystem (100) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Ventile (28a, 28b) zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb des umschaltbaren Wärmetauschers (10, 10a, 10b) der Kälteanlage (22) und die Ventile (52a...52f) zum Regeln des Kältemittelflusses im erweiterten Kältemittelkreislauf (25) als elektrische Ventile ausgestaltet sind.Refrigeration system (100) according to one of claims 13 to 15, wherein the valves (28a, 28b) for switching between a heating operation and a cooling operation of the switchable heat exchanger (10, 10a, 10b) of the refrigeration system (22) and the valves (52a .. .52f) are designed to control the flow of refrigerant in the extended refrigerant circuit (25) as electrical valves.
  17. Fahrzeug ausgerüstet mit einer Kälteanlage (22) nach einem der Ansprüche 8 bis 12 oder ausgerüstet mit einem Kälteanlagensystem (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 16.Vehicle equipped with a refrigeration system (22) according to one of claims 8 to 12 or equipped with a refrigeration system (100) according to one of claims 13 to 16.
  18. Verfahren zum Betrieb einer Kälteanlage (22) nach einem der Ansprüche 8 bis 12 oder eines Kälteanlagesystems (100) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wonach die Heizleistung bzw. die Kühlleistung des Zuluftwärmetauscher (10a) geregelt wird, indem das Heizventil (28b) und/oder das Kühlventil (28a, 58a) stetig oder gestuft zwischen 0 % und 100 % Öffnung betrieben wird.A method for operating a refrigeration system (22) according to one of claims 8 to 12 or a refrigeration system (100) according to one of claims 13 to 16, according to which the heating power or the cooling capacity of the air heat exchanger (10a) is regulated by the heating valve (28b). and / or the cooling valve (28a, 58a) is operated continuously or stepped between 0% and 100% opening.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Heizventil (28b) und das Kühlventil (28a, 58a) invers zueinander betrieben werden, das Heizventil (28b) geschlossen ist, wenn das Kühlventil (28a, 58b) offen ist und umgekehrt.The method of claim 18, wherein the heating valve (28b) and the cooling valve (28a, 58a) are operated inversely of each other, the heating valve (28b) is closed when the cooling valve (28a, 58b) is open and vice versa.
  20. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorität der Heizlistung der Wärmetauscher in der Reihenfolge zusätzlicher Wärmetauscher (44, 44a, 44b, 44c) umschaltbarer Zuluftwärmetauscher (10a) und Außenluftwärmetauscher (10b) ist.A method according to claim 18, characterized in that the priority of the heating listing of the heat exchangers in the order of additional heat exchangers (44, 44a, 44b, 44c) is switchable air heat exchanger (10a) and outside air heat exchanger (10b).
  21. Verfahren gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorität der Kühlleistung der Wärmetauscher in der Reihenfolge zusätzlicher Kühlwärmetauscher (46, 46a, 46b, 46c), umschaltbarer Zuluftwärmetauscher (10a) und Außenluftwärmetauscher (10b) ist. A method according to claim 18, characterized in that the priority of the cooling capacity of the heat exchangers in the order of additional cooling heat exchanger (46, 46a, 46b, 46c), switchable air heat exchanger (10a) and outdoor air heat exchanger (10b).
  22. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei der Außenluftwärmetauscher (10b) nicht von Luft durchströmt wird, wenn dort keine Wärmeübertragung stattfindet oder nur die Heizrohre (12) zum Zwecke der Enteisung durchströmt werden.A method according to claim 18, wherein the outside air heat exchanger (10b) is not traversed by air when there is no heat transfer there or only the heating tubes (12) are flowed through for the purpose of deicing.
  23. Verfahren gemäß Anspruch 18, wonach die Kälteanlage (22) mehrere parallele Außenluftwärmetauscher (10b) enthält, die wechselseitig enteist werden, ohne den Heizbetrieb des Zuluftwärmetauschers (10a) zu unterbrechen.The method of claim 18, wherein the refrigeration system (22) includes a plurality of parallel outdoor air heat exchangers (10b) that are mutually de-icing without interrupting the heating operation of the air heat exchanger (10a).
  24. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die Kälteanlage (22) mehrere parallele Kühlraumwärmetauscher (10a) enthält, die wechselseitig enteist werden, ohne den Kühlbetrieb des jeweils anderen Kühlraumwärmetauschers (10a) zu unterbrechen.The method according to claim 18, wherein the refrigeration system (22) includes a plurality of parallel refrigerator-space heat exchangers (10a) that are mutually de-icing without interrupting the cooling operation of the other refrigerator-space heat exchanger (10a).
  25. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei ein gemeinsamer Regler über die Ansteuerung der Ventile (28a, 28b, 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 58a, 58b) eine vorbestimmte Überhitzung des Kältemittels am niederdruckseitigen Ausgang des Wärmetauschers (70) und/oder am Eingang des Kompressors (24) oder einem vorbestimmten optimalen Hochdruck bzw. eine vorbestimmte Unterkühlung des Kältemittels am hochdruckseitigen Eingang des Wärmetauschers (70) regelt.A method according to claim 18, wherein a common regulator via the control of the valves (28a, 28b, 52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 58a, 58b) a predetermined overheating of the refrigerant at the low pressure side exit of the heat exchanger (70) and / / or at the input of the compressor (24) or a predetermined optimum high pressure or a predetermined supercooling of the refrigerant at the high pressure side input of the heat exchanger (70) controls.
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