WO2019011617A1 - Ventilanordnung für einen kältemittelkreislauf - Google Patents

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Jonathan Krost
Tobias Herrmann
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    • F25B2400/0403—Refrigeration circuit bypassing means for the condenser

Definitions

  • the invention relates to a valve arrangement for a cold ittelniklauf GE measure the genus of claim 1 and a refrigerant circuit with heat pump functionality for a vehicle with such a valve assembly.
  • Valve arrangements for a refrigerant circuit in a vehicle are known in numerous variations.
  • Such a valve arrangement may comprise, for example, at least two ball valves, each having a ball as an adjusting element and an actuator for adjusting the associated ball.
  • the valve arrangement can be used, for example, in a heat pump system for a vehicle whose coolant circuit comprises a compressor, a condenser, an indirect condenser, a chiller, an evaporator and two expansion elements.
  • heat pump systems Via the valve arrangement with at least two ball valves different operating modes of the refrigerant circuit can be adjusted in electrified vehicles heat pump systems can be used. These have the advantage that the refrigerant circuit can be used to heat the interior of the vehicle.
  • shut-off valves are used. These are used for selective switching between a flow through the condenser for the purpose of cooling function or a flow through an indirect condenser for Schufunkti- on.
  • a sufficient amount of refrigerants To have tel in each active part of the refrigeration circuit available, also a Kälteffenabsaugfunktion is used. In this case, the refrigerant is withdrawn from the respective inactive heat exchanger and fed to the active region of the refrigerant circuit.
  • the refrigerant condenser located at the front of the vehicle is flowed through.
  • shut-off valves are used. These are arranged in a circle and have cable outlets between the valves.
  • the four valves are identical. They work according to a ball-valve principle. Each of the four valves has a ball that has a hole along one axis.
  • the housing has two openings on opposite sides. The ball can be rotated by a servomotor. If the ball is rotated so that its bore is aligned with the openings of the housing, the medium can flow through the valve.
  • the valve block is formed in two parts from a flow path element with the flow paths and from a limiting element.
  • the boundary element acts as a cover and boundary of the flow paths and further cavities or recesses optionally provided in the flow path element toward the outside.
  • a valve with valve body to understand, wherein the valve body is moved via a Ver adjusting element.
  • adjusting units ball valves are preferably used.
  • the respective valve body is thus designed as a ball and the adjusting element as a pin-like connection to the ball.
  • the invention is based on the object to provide a valve assembly for a refrigerant circuit and a refrigerant circuit with heat pump functionality for a vehicle with such a valve assembly, the implementation of various functions, in particular functions of a heat pump, in a refrigeration cycle at significantly lower ren costs and lighter weight and smaller space allows.
  • the object is achieved by providing a valve arrangement for a refrigerant circuit having the features of patent claim 1 and by a refrigerant circuit with heat pump functionality for a vehicle having the features of claim 13.
  • Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.
  • the at least two ball valves each having a ball as an actuator and an actuator for adjusting the associated ball, in each case as bidirectionally permeable 3-way valve with three terminals abandoned- leads.
  • a first ball of a first ball valve has a T-shaped bore, which allows an optional flow through two ports of the three ports and shut off a connection of the three ports or a simultaneous flow through the three ports.
  • a second ball of a second ball valve has an L-shaped bore, which allows an optional passage of two ports of the three ports and a shut-off of a connection of the three ports or shutting off the three ports.
  • a refrigerant circuit with heat pump functionality for a vehicle which comprises a compressor, a condenser, an indirect condenser, a chiller, an evaporator, two expansion elements and a valve arrangement according to the invention with at least two ball valves, via which different operating modes of the refrigerant circuit are adjustable ,
  • the valve arrangement according to the invention it is advantageously possible to represent the different functions of a heat pump with only two ball valves, so that only two actuators are required, which are preferably designed as electric actuators to switch between the various functions of the heat pump.
  • valve arrangement according to the invention advantageously reduce the complexity of the refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit for the implementation of the heat pump functions can be more robust.
  • a chiller is understood below to mean a coolant-refrigerant heat exchanger which acts as a heat source during a heat pump mode and is used in air-conditioning mode for cooling units such as a battery.
  • the ball valves may each have a valve block with flow channels in which the terminals are formed and the balls can be mounted rotatably.
  • a first connection block having a first connector may connect a second port of the first ball valve to a second port of the second ball valve
  • a second connection block having a second connector may connect a third port of the first ball valve to a third port of the second ball valve
  • first connection block, the second connection block, the first valve block and the second valve block connected to each other, preferably screwed together.
  • first connection block, the second connection block, the first valve block and the second valve block can be completely or partially combined in a common fluid block, so that assembly steps can be advantageously saved.
  • a first connection of the first ball valve with a first fluid connection of the valve arrangement and a first connection of the second ball valve can be connected to a second fluid connection of the valve arrangement.
  • the first connector may have a third fluid port of the valve assembly and the second connector may have a fourth fluid port of the valve assembly.
  • the first ball can have two half-holes and a through hole.
  • the axes of the two half-bores and the through-bore can preferably each be perpendicular to each other and meet in the center of the ball.
  • the first ball in a first switching position of the first ball valve, which corresponds to a first rotational position of the first ball, the first ball can connect the first port to the second port and shut off the third port and in a second switching position of the first ball valve, which corresponds to a second rotational position corresponds to the first ball, connect the first terminal to the second terminal and to the third terminal and in a third switching position of the first ball valve, which corresponds to a third rotational position of the first ball, connect the first terminal to the third terminal and shut off the second terminal.
  • the first ball valve can have compensation means, which provide a defined minimum flow cross-section for the fluid flow during a changeover operation between two shift positions.
  • the second ball may have two half-bores.
  • the axes of the two half-holes can be perpendicular to each other and meet in the center of the ball.
  • the second ball in a first switching position of the second ball valve, which corresponds to a first rotational position of the second ball, the second ball can connect the first port to the second port and shut off the third port and in a second switching position of the second ball valve, which corresponds to a second rotational position corresponds to the second ball, the first port and the second port and the third port shut off and in a third switching position of the second ball valve, which corresponds to a first rotational position of the second ball, connect the first port to the third port and shut off the second port.
  • a refrigerant charge or a flushing of different paths of the refrigerant circuit can be adjusted.
  • the ball valves can be switched in a predetermined order to switch between the operating modes of the refrigeration ittelnikanks. Via the first ball valve with the T- shaped bore can be flowed through either the capacitor or the indirect capacitor or both at the same time.
  • the second ball valve with the L-shaped bore allows the extraction of the refrigerant either from the condenser or the indirect condenser or is completely closed.
  • the switching positions of the two ball valves are coordinated so that, for example, no combined switching position of the two ball valves is possible, in which flows through the first ball valve only the indirect capacitor and at the same time the indirect condenser is sucked through the second ball valve. This would cause a short circuit.
  • a combined switching position of the two ball valves is prevented, in which flows through the first ball valve, only the condenser and at the same time the condenser is sucked through the second ball valve. This would also cause a short circuit.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of an exemplary embodiment of a refrigerant circuit according to the invention for a vehicle with heat pump functionality
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of an exemplary embodiment of a valve arrangement according to the invention for the refrigerant circuit of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of the valve assembly according to the invention of FIG. 2 from above, a schematic perspective view of the inventive valve assembly of Figures 2 and 3 from below, a schematic perspective view of a first ball of a first ball valve of the valve assembly according to the invention of FIGS. 2 to 4, and a schematic perspective view of a second ball of a second ball valve Valve arrangement according to the invention from FIGS. 2 to 4.
  • a refrigerant circuit 1 for a vehicle with heat pump functionality in the exemplary embodiment shown has a compressor 3, a condenser 5, an indirect condenser 7, a chiller 8, an evaporator 9, two expansion elements EO1, EO2 and a valve arrangement according to the invention 10 with at least two ball valves 20, 30, over which various modes of the refrigerant circuit 1 are adjustable.
  • the individual components of the refrigerant circuit 1 are interconnected as shown.
  • valve arrangement 1 0 for the refrigerant circuit 1 in the exemplary embodiment shown has two ball valves 20, 30, which each have a ball 24, 34 as adjusting element and an actuator 28, 38 for adjusting the associated ball 24 34.
  • two ball valves 20, 30 are each designed as a bidirectionally flow-through 3-way valve with three connections A1, B1, C1, A2, B2, C2.
  • a first ball 24 of a first ball valve 20 has a T-shaped bore 26, which is an optional flow through two ports A1, B1; A1, C1 of the three connections A1, B1, C1 and a blocking of a connection B1, C1 of the three connections A1, B1, C1 or a simultaneous one Flow through the three ports A1, B1, C1 allowed.
  • a second ball 34 of a second ball valve 30 has an L-shaped bore 36, which an optional flow through two ports A2, B2; A2, C2 of the three connections A2, B2, C2 and a blocking of a connection B2, C2 of the three connections A2, B2, C2 or a blocking of the three connections A2, B2, C2.
  • the ball valves 20, 30 each have a valve block 22, 32 with flow channels, in which the connections A1, B1, C1, A2, B2, C2 are formed and the balls 24, 34 are rotatably mounted.
  • a first connection block 12 with a first T-shaped connection piece 12.1 connects a second connection B1 of the first ball valve 20 to a second connection B2 of the second ball valve 30.
  • a second connection block 14 connects to a second T-shaped connection piece 14.1 a third connection C1 of FIG first ball valve 20 with a third port C2 of the second ball valve 30.
  • the first connecting block 12, the second connecting block 14, the first valve block 22 and the second valve block 32 are bolted together via screw not shown.
  • first connection block 12, the second connection block 14, the first valve block 22 and the second valve block 32 may alternatively be completely or partially combined in a common fluid block.
  • the actuators 28, 38 are designed as servomotors, which are coupled to the balls 24, 34 via shafts (not shown). About the waves of the respective actuator 28, 38, the associated ball 24, 34 rotate about its axis of rotation in the various switching positions.
  • a first connection A1 of the first ball valve 20 is connected to a first fluid connection P1 of the valve arrangement 10.
  • a first connection A2 of the second ball valve 30 is connected to a second fluid connection P2 of the valve arrangement 10.
  • the first T-shaped connecting piece 12.1 has a third fluid port P3 of the valve arrangement 10
  • the second T-shaped connecting piece 14.1 has a fourth fluid port P4 of the valve arrangement 10.
  • the first ball 24 has two half-bores 26.1, 26.2 and a through-bore 26.3.
  • the axes of the two half-bores 26.1, 26.2 and the through-hole 26.3 are each perpendicular to each other and meet in the center of the ball.
  • the second ball 34 has two half-bores 36.1, 36.2.
  • the axes of the two half-bores 36.1, 36.2 are perpendicular to each other and meet in the ball center.
  • the first ball 24 in a first switching position of the first ball valve 20, the first ball 24 connects the first port A1 to the second port B1 and blocks the third port C1.
  • the first ball 24 in a current second switching position of the first ball valve 20, the first ball 24 connects the first port A1 to the second port B1 and to the third port C1.
  • the first ball 24 connects the first port A1 to the third port C1 and blocks the second port B1.
  • the first port A1 acts as an intake port
  • the second port B1 and the third port C1 each act as an exhaust port.
  • the first port A1 is independent of the switching position with an opening of a first ten half-bore 26.1 connected.
  • the second connection B1 is connected in the first switching position with an opening of a second half-bore 26.2 and in the second switching position with an opening of the through-bore 26.3.
  • the third terminal C1 is connected in the third switching position with the opening of the second half-bore 26.2 and in the second switching position with an opening of the through-bore 26.3.
  • the second ball 34 in a first switching position of the second ball valve 30, the second ball 34 connects the first port A2 to the second port B2 and blocks the third port C2. In a current second switching position of the second ball valve 30, the second ball 34 blocks the first port A2 and the second port B2 and the third port C2. In a third switching position of the second ball valve 30, the second ball 34 connects the first port A2 to the third port C2 and blocks the second port B2.
  • the first fluid connection P1 of the valve arrangement 10 is connected to a high-pressure side of the compressor 3.
  • the second fluid port P2 of the valve arrangement 10 is provided with a suction pressure side of the compressor 3, wherein a check valve RSV is arranged between the second fluid port P2 and the compressor 3.
  • the third fluid port P3 of the valve assembly 10 is connected to a first port of the condenser 5.
  • the fourth fluid connection P4 of the valve arrangement 10 is connected to a first connection of the indirect capacitor 7.
  • a second connection of the capacitor 5 is connected via a check valve RSV to a first connection of the expansion element EO, which is designed as an expansion valve.
  • a second connection of the indirect capacitor 5 is likewise connected via a check valve RSV to the first connection of the expansion element EO.
  • a second connection of the expansion organ EO is with connected to a first port of the evaporator.
  • a second port of the evaporator 9 is connected to the suction pressure side of the compressor 3.
  • a cooling mode of the Kaltem ittelnikanks 1 is set. Therefore, in the cooling mode, the first port of the condenser 5 is connected to and flows through the high pressure side of the compressor 3. At the same time, the first port of the indirect condenser 7 is connected to the suction pressure side of the compressor 3 and exhausted by this compressor.
  • a heating mode of the Kaltem ittelnikanks 1 set.
  • the first port of the indirect condenser 7 is connected to and flows through the high-pressure side of the compressor.
  • the first port of the condenser 5 is connected to the suction pressure side of the compressor 3 and exhausted by the same.
  • a simultaneous flow through the capacitor 5 and the indirect capacitor. 7 set.
  • the ball valves 20, 30 are switched in a predetermined order in order to switch between the operating modes of the refrigeration ittelnikanks 1.
  • the combined Switch positions of the two ball valves 20, 30 so matched to each other, for example, that no combined switching position of the two ball valves 20, 30 is possible, in which flows through the first ball valve 20, only the indirect capacitor 7 and at the same time the indirect condenser 7 sucked off via the second ball valve 30 is, or in which via the first ball valve 20, only the capacitor 5 flows through and at the same time the condenser 5 is sucked off via the second ball valve 30.
  • embodiments of the cold-pressing circuit 1 make it possible to change the operating mode without the compressor 3 having to be switched off.
  • the first ball valve 20 balancing means not shown in detail, which provide a defined minimum flow cross-section for the fluid flow during a switching between two switching positions available.
  • the first ball 24, for example, between the opening of the second half-bore 26.2 and the openings of the through hole 26.3 have bypass channels, which are introduced as grooves and / or notches in a jacket of the first ball 24.
  • at least one defined minimum flow cross-section for the fluid flow is ensured during the ball rotation from the first switching position via the second switching position to the third switching position and vice versa at each instant.
  • bypass channels in this case fluidly connect the two openings of the through hole 26.3 with the opening of the second half-bore 26.2.
  • the effective minimum flow cross-section during the rotation process can be influenced.
  • at least the openings of the through-bore 26.3 and the opening of the second half-bore 26.2 each have a larger diameter than the second terminal B1 and the third terminal C1.
  • the change from the cooling mode to the heating mode will be described by way of example.
  • the first ball valve 20 in its first switching position and the second ball valve 30 is in its third switching position.
  • the condenser 5 flows through and the indirect condenser 7 is sucked off.
  • the second ball valve 30 is switched to its second switching position, in which all ports A2, B2, C2 of the second ball valve are shut off, so that no further refrigerant is sucked.
  • the first ball valve 20 is switched to its second switching position, in which the capacitor 5 and the indirect capacitor 7 can be flowed through.
  • the first ball valve 20 is switched to its third switching position, in which only the indirect capacitor 7 is flowed through.
  • the second switching valve 30 is switched to its first switching position, in which the condenser 5 is sucked off.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung (10) für einen Kältemittelkreislauf, mit mindestens zwei Kugelventilen (20, 30), welche jeweils eine Kugel (24, 34) als Stellelement und einen Aktuator (28, 38) zum Verstellen der zugehörigen Kugel (24, 34) aufweisen, sowie einen Kältemittelkreislauf mit Wärmepumpenfunktionalität für ein Fahrzeug mit einer solchen Ventilanordnung (10). Erfindungsgemäß sind die mindestens zwei Kugelventile (20, 30) jeweils als bidirektional durchströmbares 3-Wegeventil mit drei Anschlüssen (A1, B1, C1, A2, B2, C2) ausgeführt, wobei eine erste Kugel (24) eines ersten Kugelventils (20) eine T-förmige Bohrung aufweist, welche ein wahlweises Durchströmen von zwei Anschlüssen (A1, B1; A1, C1) der drei Anschlüsse (A1, B1, C1) und ein Absperren eines Anschlusses (B1, C1) der drei Anschlüsse (A1, B1, C1) oder ein simultanes Durchströmen der drei Anschlüsse (A1, B1, C1) erlaubt, und wobei eine zweite Kugel (34) eines zweiten Kugelventils (30) eine L-förmige Bohrung aufweist, welche ein wahlweises Durchströmen von zwei Anschlüssen (A2, B2; A2, C2) der drei Anschlüsse (A2, B2, C2) und ein Absperren eines Anschlusses (B2, C2) der drei Anschlüsse (A2, B2, C2) oder ein Absperren der drei Anschlüsse (A2, B2, C2) erlaubt.

Description

Ventilanordnung für einen Kältemittelkreislauf
Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für einen Kaltem ittelkreislauf ge- maß der Gattung des Patentanspruchs 1 sowie einen Kältemittelkreislauf mit Wärmepumpenfunktionalität für ein Fahrzeug mit einer solchen Ventilanordnung.
Ventilanordnungen für einen Kältemittelkreislauf in einem Fahrzeug sind in zahlreichen Variationen bekannt. Eine solche Ventilanordnung kann beispielsweise mindestens zwei Kugelventile umfassen, welche jeweils eine Kugel als Stellelement und einen Aktuator zum Verstellen der zugehörigen Kugel aufweisen. Die Ventilanordnung kann beispielsweise in einem Wärmepumpensystem für ein Fahrzeug eingesetzt werden, deren Kältemittel kreis- lauf einen Verdichter, einen Kondensator, einen indirekten Kondensator, einen Chiller, einen Verdampfer und zwei Expansionsorgans umfasst. Über die Ventilanordnung mit mindestens zwei Kugelventilen können verschiedene Betriebsarten des Kältemittel kreislaufs eingestellt werden In elektrifizierten Fahrzeugen können Wärmepumpensysteme zum Einsatz kommen. Diese haben den Vorteil, dass der Kältemittelkreislauf genutzt werden kann, um den Innenraum des Fahrzeugs zu beheizen. Gegenüber einer Fahrzeugbeheizung mittels eines elektrischen Zuheizers kann so eine Beheizung bei geringerer elektrischer Leistungsaufnahme erzielt werden. Dadurch ergibt sich eine größere elektrische Reichweite. Um das Umschalten zwischen den unterschiedlichen Funktionen des Kältekreises zu ermöglichen, kommen Absperrventile zum Einsatz. Diese dienen dem selektiven Umschalten zwischen einer Durchströmung des Kondensators zwecks Kühlfunktion oder einer Durchströmung eines indirekten Kondensators zwecks Heizfunkti- on. Um in diesen beiden Betriebsmodi eine hinreichende Menge an Kältemit- tel im jeweils aktiven Teil des Kältekreises zur Verfügung zu haben, kommt ferner eine Kältemittelabsaugfunktion zum Einsatz. Dabei wird das Kältemittel dem jeweils inaktiven Wärmeübertrager entzogen und dem aktiven Bereich des Kältekreises zugeführt. Bei der Kühlbetriebsart wird der am Front- bereich des Fahrzeugs befindliche Kältemittelkondensator durchströmt.
Gleichzeitig wird der indirekte Kondensator durch den Verdichter abgesaugt. Bei einer Heizbetriebsart wird der indirekte Kondensator durchströmt. Gleichzeitig wird der Kondensator durch den Verdichter abgesaugt. Um dies umzusetzen, kommen vier Absperrventile zum Einsatz. Diese sind zirkulär ange- ordnet und haben Leitungsabgänge jeweils zwischen den Ventilen. Die vier Ventile sind identisch aufgebaut. Sie funktionieren nach einem Kugel-Ventil- Prinzip. In den vier Ventilen befindet sich jeweils eine Kugel, die eine Bohrung entlang einer Achse hat. Das Gehäuse besitzt zwei Öffnungen auf gegenüberliegenden Seiten. Die Kugel kann durch einen Stellmotor gedreht werden. Ist die Kugel so gedreht, dass ihre Bohrung mit den Öffnungen des Gehäuses fluchtet, kann das Ventil vom Medium durchströmt werden. Wird die Kugel so gedreht, dass die Bohrung nicht den Gehäuseöffnungen übereinanderlegt, ist das Ventil geschlossen; es kann dann nicht durchströmt werden. Als nachteilig kann dabei angesehen werden, dass vier elektrische Stellmotoren erforderlich sind, um die vier Ventile anzutreiben. Der Einsatz der vier Ventile sowie ihrer Stellmotoren ist kostspielig. Zudem wirkt sich das Gewicht der vier Ventile negativ auf den Fahrzeugverbrauch aus. Des Weiteren ist der erforderliche Bauraum für die vier Ventile vergleichsweise groß. Aus der DE 10 2014 105 097 A1 ist eine gattungsgemäße Ventilblockanordnung für mehrere Ventile, insbesondere Expansions- und/oder Absperrventile bekannt, welche einen Ventilblock mit mehreren Strömungspfaden für Fluide sowie mehrere Verstelleinheiten mit zugeordneten Antriebseinheiten um- fasst. Der Ventilblock ist zweiteilig aus einem Strömungspfadelement mit den Strömungspfaden und aus einem Begrenzungselement ausgebildet. Das Be- grenzungselement wirkt als Abdeckung und Begrenzung der Ström ungspfa- de und weiterer gegebenenfalls im Strömungspfadelement vorgesehener Kavitäten oder Ausnehmungen nach außen hin. Unter einer Verstelleinheit ist ein Ventil mit Ventilkörper zu verstehen, wobei der Ventilkörper über ein Ver- Stellelement bewegt wird. Als Verstelleinheiten werden bevorzugt Kugelventile eingesetzt. Bei der Ausgestaltung der Verstelleinheiten als Kugelventile ist der jeweilige Ventilkörper demzufolge als Kugel und das Verstellelement als ein zapfenartiger Anschluss an der Kugel ausgebildet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Ventilanordnung für einen Kältemittelkreislauf sowie einen Kältemittelkreislauf mit Wärmepumpenfunktionalität für ein Fahrzeug mit einer solchen Ventilanordnung bereitzustellen, welche die Umsetzung von verschiedenen Funktionen, insbesondere von Funktionen einer Wärmpumpe, in einem Kältekreislauf bei deutlich geringe- ren Kosten und geringerem Gewicht sowie kleinerem Bauraum ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Bereitstellung einer Ventilanordnung für einen Kältemittelkreislauf mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Kältemittelkreislauf mit Wärmepumpenfunktionalität für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Ventilanordnung für einen Kältemittelkreislauf bereitzustellen, wel- che die Umsetzung von verschiedenen Funktionen, insbesondere von Funktionen einer Wärmpumpe, in einem Kältekreislauf bei deutlich geringeren Kosten und geringerem Gewicht sowie kleinerem Bauraum ermöglicht, sind die mindestens zwei Kugelventile, welche jeweils eine Kugel als Stellelement und einen Aktuator zum Verstellen der zugehörigen Kugel aufweisen, jeweils als bidirektional durchströmbares 3-Wegeventil mit drei Anschlüssen ausge- führt. Hierbei weist eine erste Kugel eines ersten Kugelventils eine T-förmige Bohrung auf, welche ein wahlweises Durchströmen von zwei Anschlüssen der drei Anschlüsse und ein Absperren eines Anschlusses der drei Anschlüsse oder ein simultanes Durchströmen der drei Anschlüsse erlaubt. Ei- ne zweite Kugel eines zweiten Kugelventils weist eine L-förmige Bohrung auf, welche ein wahlweises Durchströmen von zwei Anschlüssen der drei Anschlüsse und ein Absperren eines Anschlusses der drei Anschlüsse oder ein Absperren der drei Anschlüsse erlaubt. Zudem wird ein Kältemittelkreislauf mit Wärmepumpenfunktionalität für ein Fahrzeug vorgeschlagen, welcher einen Verdichter, einen Kondensator, einen indirekten Kondensator, einen Chiller, einen Verdampfer, zwei Expansionsorgane und eine erfindungsgemäße Ventilanordnung mit mindestens zwei Kugelventilen umfasst, über welche verschiedene Betriebsarten des Kältem ittel kreislaufs einstellbar sind. Durch Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ist es in vorteilhafter Weise möglich die verschiedenen Funktionen einer Wärmepumpe mit nur zwei Kugelventilen darzustellen, so dass nur zwei Aktuatoren erforderlich sind, welche vorzugsweise als elektrische Stellmotoren ausgeführt sind, um zwischen den verschie- denen Funktionen der Wärmepumpe umzuschalten. Weiterhin verringern Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Ventilanordnung in vorteilhafter Weise die Komplexität des Kältemittelkreislaufs. Dadurch kann der Kältemittelkreislauf für die Umsetzung der Wärmepumpenfunktionen robuster sein. Unter einem Chiller wird nachfolgen ein Kühlmittel-Kältemittel- Wärmeübertrager verstanden, welcher während eines Wärmepumpenmodus als Wärmequelle wirkt und im Klimaanlagenmodus zur Kühlung von Aggregaten, wie beispielsweise einer Batterie, eingesetzt wird. In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung können die Kugelventile jeweils einen Ventilblock mit Strömungskanälen aufweisen, in welchem die Anschlüsse ausgebildet und die Kugeln drehbeweglich gelagert werden können. Zudem kann ein erster Verbindungsblock mit einem ersten Verbindungsstück einen zweiten Anschluss des ersten Kugelventils mit einem zweiten Anschluss des zweiten Kugelventils verbinden, und ein zweiter Verbindungsblock mit einem zweiten Verbindungsstück kann einen dritten Anschluss des ersten Kugelventils mit einem dritten Anschluss des zweiten Kugelventils verbinden. Durch diese Anordnung der Kugelventile können die verschiedenen Funktionen der Wärmepumpe besonders bauraumsparend umgesetzt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung können der erste Verbindungsblock, der zweite Verbindungsblock, der erste Ventilblock und der zweite Ventilblock miteinander verbunden, vorzugsweise miteinander verschraubt werden. Alternativ können der erste Verbindungsblock, der zweite Verbindungsblock, der erste Ventilblock und der zweite Ventilblock komplett oder teilweise in einem gemeinsamen Fluidblock zusammengefasst werden, so dass in vorteilhafter Weise Montageschritte eingespart werden können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung kann ein erster Anschluss des ersten Kugelventils mit einem ersten Fluidanschluss der Ventilanordnung und ein erster Anschluss des zweiten Kugelventils kann mit einem zweiten Fluidanschluss der Ventilanordnung verbunden werden. Das erste Verbindungsstück kann einen dritten Fluidanschluss der Ventilanordnung und das zweite Verbindungsstück kann einen vierten Fluidanschluss der Ventilanordnung aufweisen. Damit ergeben sich vier Fluidanschlüsse für die Ventilanordnung, welche über Verbindungslei- tungen mit den anderen Komponenten des Kaltem ittelkreislaufs verbunden werden können.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilanord- nung kann die erste Kugel zwei Halbbohrungen und eine Durchgangsbohrung aufweisen. Hierbei können die Achsen der zwei Halbbohrungen und der Durchgangsbohrung vorzugsweise jeweils senkrecht zueinander stehen und sich in Kugelmitte treffen. Durch diese Ausführung der ersten Kugel können die Stellbewegungen um eine Drehachse und die erforderlichen Dichtfunktio- nen besonders einfach umgesetzt werden. So kann die erste Kugel in einer ersten Schaltstellung des ersten Kugelventils, welche einer ersten Drehstellung der ersten Kugel entspricht, den ersten Anschluss mit dem zweiten An- schluss verbinden und den dritten Anschluss absperren und in einer zweiten Schaltstellung des ersten Kugelventils, welche einer zweiten Drehstellung der ersten Kugel entspricht, den ersten Anschluss mit dem zweiten Anschluss und mit dem dritten Anschluss verbinden und in einer dritten Schaltstellung des ersten Kugelventils, welche einer dritten Drehstellung der ersten Kugel entspricht, den ersten Anschluss mit dem dritten Anschluss verbinden und den zweiten Anschluss absperren. Zudem kann das erste Kugelventil Ausgleichsmittel aufweisen, welche während eines Umschaltvorgangs zwischen zwei Schaltstellungen einen definierten Mindestströmungsquerschnitt für den Fluidfluss zur Verfügung stellen. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, einen Wechsel der Betriebsart des Kältem ittelkreislaufs durchzuführen, ohne dass der Verdichter vollständig abgeschaltet werden muss.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung kann die zweite Kugel zwei Halbbohrungen aufweisen. Hierbei können die Achsen der zwei Halbbohrungen senkrecht zueinander stehen und sich in Kugelmitte treffen. Durch diese Ausführung der zweiten Kugel können die Stellbewegungen um eine Drehachse und die erforderlichen Dichtfunktionen besonders einfach umgesetzt werden. So kann die zweite Kugel in einer ersten Schaltstellung des zweiten Kugelventils, welche einer ersten Drehstellung der zweiten Kugel entspricht, den ersten Anschluss mit dem zweiten An- schluss verbinden und den dritten Anschluss absperren und in einer zweiten Schaltstellung des zweiten Kugelventils, welche einer zweiten Drehstellung der zweiten Kugel entspricht, den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss und den dritten Anschluss absperren und in einer dritten Schaltstellung des zweiten Kugelventils, welche einer ersten Drehstellung der zweiten Kugel entspricht, den ersten Anschluss mit dem dritten Anschluss verbinden und den zweiten Anschluss absperren.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kaltem ittelkreislaufs kann der erste Fluidanschluss der Ventilanordnung mit einer Hochdruckseite des Verdichters, der zweite Fluidanschluss der Ventilanordnung kann mit einer Saugdruckseite des Verdichters, der dritte Fluidanschluss der Ventilanordnung kann mit dem Kondensator und der vierte Fluidanschluss der Ventilanordnung kann mit dem indirekten Kondensator verbunden werden. Durch diese Verschaltung der Ventilanordnung mit den beiden Kugelventilen lassen sich alle erforderlichen Kältemittelfließrichtungen im Kältemittelkreislauf mit zusätzlicher Wärmepumpenfunktionalität einstellen. So kann beispielsweise über eine erste kombinierte Schaltstellung der beiden Kugelventile eine Kühlbetriebsart oder über eine zweite kombinierte Schaltstellung der beiden Kugelventile eine Heizbetriebsart des Kältem ittelkreislaufs oder über eine dritte kombinierte Schaltstellung der beiden Kugelventile eine simultane Durchströmung des Kondensators und des indirekten Kondensators oder über weitere kombinierte Schaltstellungen der beiden Kugelventile eine Kältemittelbefüllung oder eine Spülung verschiedener Wege des Kältemittelkreislaufs eingestellt werden. Zudem können die Kugelventile in einer vorgegebenen Reihenfolge umgeschaltet werden, um zwischen den Betriebsarten des Kältem ittelkreislaufs zu wechseln. Über das erste Kugelventil mit der T- förmigen Bohrung kann entweder der Kondensator oder der indirekte Kondensator oder beide gleichzeitig durchströmt werden. Das zweite Kugelventil mit der L-förmigen Bohrung erlaubt die Absaugung des Kältemittels entweder aus dem Kondensator oder dem indirekten Kondensator oder ist komplett geschlossen. Die Schaltstellungen der beiden Kugelventile sind so aufeinander abgestimmt, dass beispielsweise keine kombinierte Schaltstellung der beiden Kugelventile möglich ist, in welcher über das erste Kugelventil nur der indirekte Kondensator durchströmt und gleichzeitig der indirekte Kondensator über das zweite Kugelventil abgesaugt wird. Dies würde einen Kurzschluss verursachen. Zudem wird eine kombinierte Schaltstellung der beiden Kugelventile verhindert, in welcher über das erste Kugelventil nur der Kondensator durchströmt und gleichzeitig der Kondensator über das zweite Kugelventil abgesaugt wird. Dies würde ebenfalls einen Kurzschluss verursachen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen. Hierbei zeigt: Fig. 1 eine schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs für ein Fahrzeug mit Wärmpumpenfunktionalität,
Fig. 2 eine schematisches Schaltschema eines Ausführungsbeispiels ei- ner erfindungsgemäßen Ventilanordnung für den Kältemittel kreis- lauf aus Fig. 1 ,
Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Ventilanordnung aus Fig. 2 von oben, eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsge- mäßen Ventilanordnung aus Fig. 2 und 3 von unten, eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Kugel eines ersten Kugelventils der erfindungsgemäßen Ventilanordnung aus Fig. 2 bis 4, und eine schematische perspektivische Darstellung einer zweiten Kugel eines zweiten Kugelventils der erfindungsgemäßen Ventilanordnung aus Fig. 2 bis 4.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist ein Kältemittelkreislauf 1 für ein Fahrzeug mit Wärmepumpenfunktionalität im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Verdichter 3, einen Kondensator 5, einen indirekten Kondensator 7, einen Chiller 8, einen Verdampfer 9, zwei Expansionsorgane EO1 , EO2 und eine erfindungsgemäße Ventilanordnung 10 mit mindestens zwei Kugelventilen 20, 30 auf, über welche verschiedene Betriebsarten des Kältemittel kreislaufs 1 einstellbar sind. Die einzelnen Komponenten des Kältemittel kreislaufs 1 sind wie dargestellt miteinander verschaltet.
Wie aus Fig. 1 bis 6 ersichtlich ist, weist die Ventilanordnung 1 0 für den Kältemittelkreislauf 1 im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Kugelventile 20, 30 auf, welche jeweils eine Kugel 24, 34 als Stellelement und einen Aktuator 28, 38 zum Verstellen der zugehörigen Kugel 24, 34 aufweisen. Erfindungs- gemäß sind beiden Kugelventile 20, 30 jeweils als bidirektional durchströmbares 3-Wegeventil mit drei Anschlüssen A1 , B1 , C1 , A2, B2, C2 ausgeführt. Hierbei weist eine erste Kugel 24 eines ersten Kugelventils 20 eine T-förmige Bohrung 26 auf, welche ein wahlweises Durchströmen von zwei Anschlüssen A1 , B1 ; A1 , C1 der drei Anschlüsse A1 , B1 , C1 und ein Absperren eines An- Schlusses B1 , C1 der drei Anschlüsse A1 , B1 , C1 oder ein simultanes Durchströmen der drei Anschlüsse A1 , B1 , C1 erlaubt. Eine zweite Kugel 34 eines zweiten Kugelventils 30 weist eine L-förmige Bohrung 36 auf, welche ein wahlweises Durchströmen von zwei Anschlüssen A2, B2; A2, C2 der drei Anschlüsse A2, B2, C2 und ein Absperren eines Anschlusses B2, C2 der drei Anschlüsse A2, B2, C2 oder ein Absperren der drei Anschlüsse A2, B2, C2 erlaubt.
Wie insbesondere aus Fig. 3 und 4 weiter ersichtlich ist, weisen die Kugelventile 20, 30 jeweils einen Ventilblock 22, 32 mit Strömungskanälen auf, in welchem die Anschlüsse A1 , B1 , C1 , A2, B2, C2 ausgebildet und die Kugeln 24, 34 drehbeweglich gelagert sind. Ein erster Verbindungsblock 12 mit einem ersten T-förmigen Verbindungsstück 12.1 verbindet einen zweiten Anschluss B1 des ersten Kugelventils 20 mit einem zweiten Anschluss B2 des zweiten Kugelventils 30. Zudem verbindet ein zweiter Verbindungsblock 14 mit einem zweiten T-förmigen Verbindungsstück 14.1 einen dritten Anschluss C1 des ersten Kugelventils 20 mit einem dritten Anschluss C2 des zweiten Kugelventils 30. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind der erste Verbindungsblock 12, der zweite Verbindungsblock 14, der erste Ventilblock 22 und der zweite Ventilblock 32 über nicht näher dargestellte Schraubverbindungen miteinander verschraubt. In alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können der erste Verbindungsblock 12, der zweite Verbindungsblock 14, der erste Ventilblock 22 und der zweite Ventilblock 32 alternativ komplett oder teilweise in einem gemeinsamen Fluidblock zusammengefasst werden. Wie aus Fig. 3 und 4 weiter ersichtlich ist, sind die Aktuatoren 28, 38 als Stellmotoren ausgeführt, welche über nicht näher dargestellte Wellen mit den Kugeln 24, 34 gekoppelt sind. Über die Wellen kann der jeweilige Aktuator 28, 38 die zugehörige Kugel 24, 34 um ihre Drehachse in die verschiedenen Schaltstellungen drehen. Wie insbesondere aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Ventilanordnung 10 ein erster Anschluss A1 des ersten Kugelventils 20 mit einem ersten Fluidanschluss P1 der Ventilanordnung 10 verbunden. Ein erster Anschluss A2 des zweiten Kugelventils 30 ist mit ei- nem zweiten Fluidanschluss P2 der Ventilanordnung 10 verbunden . Zudem weist das erste T-förmige Verbindungsstück 12.1 einen dritten Fluidanschluss P3 der Ventilanordnung 10 auf, und das zweite T-förmige Verbindungsstück 14.1 weist einen vierten Fluidanschluss P4 der Ventilanordnung 10 auf.
Wie aus Fig. 5 weiter ersichtlich ist, weist die erste Kugel 24 zwei Halbbohrungen 26.1 , 26.2 und eine Durchgangsbohrung 26.3 auf. Die Achsen der zwei Halbbohrungen 26.1 , 26.2 und der Durchgangsbohrung 26.3 stehen jeweils senkrecht zueinander und treffen sich in Kugelmitte.
Wie aus Fig. 6 weiter ersichtlich ist, weist die zweite Kugel 34 zwei Halbbohrungen 36.1 , 36.2 auf. Die Achsen der zwei Halbbohrungen 36.1 , 36.2 stehen senkrecht zueinander und treffen sich in Kugelmitte. Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, verbindet die erste Kugel 24 in einer ersten Schaltstellung des ersten Kugelventils 20 den ersten Anschluss A1 mit dem zweiten Anschluss B1 und sperrt den dritten Anschluss C1 ab. In einer aktuellen zweiten Schaltstellung des ersten Kugelventils 20 verbindet die erste Kugel 24 den ersten Anschluss A1 mit dem zweiten Anschluss B1 und mit dem dritten Anschluss C1 . In einer dritten Schaltstellung des ersten Kugelventils 20 verbindet die erste Kugel 24 den ersten Anschluss A1 mit dem dritten Anschluss C1 und sperrt den zweiten Anschluss B1 ab. Somit wirkt der erste Anschluss A1 als Einlassöffnung und der zweite Anschluss B1 und der dritte Anschluss C1 wirken jeweils als Auslassöffnung. Hierbei ist der erste Anschluss A1 unabhängig von der Schaltstellung mit einer Öffnung einer ers- ten Halbbohrung 26.1 verbunden. Der zweite Anschluss B1 ist in der ersten Schaltstellung mit einer Öffnung einer zweiten Halbbohrung 26.2 und in der zweiten Schaltstellung mit einer Öffnung der Durchgangsbohrung 26.3 verbunden. Der dritte Anschluss C1 ist in der dritten Schaltstellung mit der Öff- nung der zweiten Halbbohrung 26.2 und in der zweiten Schaltstellung mit einer Öffnung der Durchgangsbohrung 26.3 verbunden.
Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, verbindet die zweite Kugel 34 in einer ersten Schaltstellung des zweiten Kugelventils 30 den ersten Anschluss A2 mit dem zweiten Anschluss B2 und sperrt den dritten Anschluss C2 ab. In einer aktuellen zweiten Schaltstellung des zweiten Kugelventils 30 sperrt die zweite Kugel 34 den ersten Anschluss A2 und den zweiten Anschluss B2 und den dritten Anschluss C2 ab. In einer dritten Schaltstellung des zweiten Kugelventils 30 verbindet die zweite Kugel 34 den ersten Anschluss A2 mit dem dritten Anschluss C2 und sperrt den zweiten Anschluss B2 ab.
Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, ist der erste Fluidanschluss P1 der Ventilanordnung 10 mit einer Hochdruckseite des Verdichters 3 verbunden. Der zweite Fluidanschluss P2 der Ventilanordnung 10 ist mit einer Saugdrucksei- te des Verdichters 3, wobei zwischen dem zweiten Fluidanschluss P2 und dem Verdichter 3 ein Rückschlagventil RSV angeordnet ist. Der dritte Fluidanschluss P3 der Ventilanordnung 10 ist mit einem ersten Anschuss des Kondensators 5 verbunden. Der vierte Fluidanschluss P4 der Ventilanordnung 10 ist mit einem ersten Anschluss des indirekten Kondensators 7 ver- bunden ist. Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, ist ein zweiter Anschluss des Kondensators 5 über ein Rückschlagventil RSV mit einem ersten Anschluss des Expansionsorgans EO verbunden, welches als Expansionsventil ausgeführt ist. Ein zweiter Anschluss des indirekten Kondensators 5 ist ebenfalls über ein Rückschlagventil RSV mit dem ersten Anschluss des Expansionsor- gans EO verbunden. Ein zweiter Anschluss des Expansionsorgans EO ist mit einem ersten Anschluss des Verdampfers verbunden. Ein zweiter Anschluss des Verdampfers 9 ist mit der Saugdruckseite des Verdichters 3 verbunden.
Über eine erste kombinierte Schaltstellung der beiden Kugelventile 20, 30, in welcher sich das erste Kugelventil 20 in seiner ersten Schaltstellung befindet, und sich das zweite Kugelventil 30 in seiner dritten Schaltstellung befindet, wird eine Kühlbetriebsart des Kaltem ittelkreislaufs 1 eingestellt. Daher wird bei der Kühlbetriebsart der erste Anschluss des Kondensators 5 mit der Hochdruckseite des Verdichters 3 verbunden und durchströmt. Gleichzeitig wird der erste Anschluss des indirekten Kondensators 7 mit der Saugdruckseite des Verdichters 3 verbunden und durch diesen Verdichter abgesaugt. Alternativ wird über eine zweite kombinierte Schaltstellung der beiden Kugelventile 20, 30, in welcher sich das erste Kugelventil 20 in seiner dritten Schaltstellung befindet, und sich das zweite Kugelventil 30 in seiner ersten Schaltstellung befindet, eine Heizbetriebsart des Kaltem ittelkreislaufs 1 eingestellt. Daher wird bei der Heizbetriebsart der erste Anschluss des indirekten Kondensators 7 mit der Hochdruckseite des Verdichters verbunden und durchströmt. Gleichzeitig wird der erste Anschluss des Kondensators 5 mit der Saugdruckseite des Verdichters 3 verbunden und durch diesen abge- saugt. Über eine dritte kombinierte Schaltstellung der beiden Kugelventile 20, 30, in welcher sich das erste Kugelventil 20 in seiner zweiten Schaltstellung befindet, und sich das zweite Kugelventil 30 ebenfalls in seiner zweiten Schaltstellung befindet, wird eine simultane Durchströmung des Kondensators 5 und des indirekten Kondensators 7 eingestellt. Über weitere kombinier- te Schaltstellungen der beiden Kugelventile 20, 30 kann eine Kältemittelbefüllung oder eine Spülung verschiedener Wege des Kaltem ittelkreislaufs 1 eingestellt werden. Um ungewollte kombinierte Schaltzustände der beiden Kugelventile 20, 30 zu vermeiden werden die Kugelventile 20, 30 in einer vorgegebenen Reihenfolge umgeschaltet, um zwischen den Betriebsarten des Kältem ittelkreislaufs 1 zu wechseln. Vorzugsweise sind die kombinierten Schaltstellungen der beiden Kugelventile 20, 30 so aufeinander abgestimmt, dass beispielsweise keine kombinierte Schaltstellung der beiden Kugelventile 20, 30 möglich ist, in welcher über das erste Kugelventil 20 nur der indirekte Kondensator 7 durchströmt und gleichzeitig der indirekte Kondensator 7 über das zweite Kugelventil 30 abgesaugt wird, oder in welcher über das erste Kugelventil 20 nur der Kondensator 5 durchströmt und gleichzeitig der Kondensator 5 über das zweite Kugelventil 30 abgesaugt wird. In vorteilhafter Weise ermöglichen Ausführungsformen des Kaltem ittelkreislaufs 1 einen Wechsel der Betriebsart, ohne dass der Verdichter 3 abgeschaltet werden muss. Zu diesem Zweck weist das erste Kugelventil 20 nicht näher dargestellte Ausgleichsmittel auf, welche während eines Umschaltvorgangs zwischen zwei Schaltstellungen einen definierten Mindestströmungsquerschnitt für den Fluidfluss zur Verfügung stellen. So kann die erste Kugel 24 beispielsweise zwischen der Öffnung der zweiten Halbbohrung 26.2 und den Öffnungen der Durchgangsbohrung 26.3 Bypass-Kanäle aufweisen, welche als Nuten und/oder Kerben in einen Mantel der ersten Kugel 24 eingebracht sind . Dadurch ist während der Kugelrotation von der ersten Schaltstellung über die zweite Schaltstellung zur dritten Schaltstellung und umgekehrt zu jedem Zeitpunkt zumindest ein definierter Mindestströmungsquerschnitt für den Fluiddurchfluss sichergestellt. Die Bypass-Kanäle verbinden hierbei strömungstechnisch die beiden Öffnungen der Durchgangsbohrung 26.3 mit der Öffnung der zweiten Halbbohrung 26.2. Durch Variation von Tiefe und/oder Breite der Bypass-Kanäle lässt sich der wirksame Mindestströmungsquerschnitt während des Rotationsvorgangs beeinflussen. Zusätzlich oder alternativ können zumindest die Öffnungen der Durchgangsbohrung 26.3 und die Öffnung der zweiten Halbbohrung 26.2 jeweils einen größeren Durchmesser als der zweite Anschluss B1 und der dritte Anschluss C1 aufweisen. Neben den beiden eben beschriebenen konstruktiven Maßnahmen bietet sich aus Systemsicht anstelle einer vollständigen Abschaltung des Verdichters 3 die Möglichkeit an, die Leistung des Verdichters 3 bei Um- schaltvorgängen zu beschränken und somit trotz verengtem Strömungsquerschnitt bei laufendem Verdichter 3 keine unzulässigen Hochdruckspitzen im System zu erzeugen. Nun wird beispielhaft der Wechsel von der Kühlbetriebsart zur Heizbetriebsart beschrieben. Wie oben bereits ausgeführt ist, befindet sich in der Kühlbetriebsart des Kältem ittel kreislaufs 1 das erste Kugelventil 20 in seiner ersten Schaltstellung und das zweite Kugelventil 30 befindet sich in seiner dritten Schaltstellung. Dadurch wird der Kondensator 5 durchströmt und der indirek- te Kondensator 7 wird abgesaugt. Nun wird das zweite Kugelventil 30 in seine zweite Schaltstellung umgeschaltet, in welcher alle Anschlüsse A2, B2, C2 des zweiten Kugelventils abgesperrt sind, so dass kein weiteres Kältemittel abgesaugt wird. Dann wird das erste Kugelventil 20 in seine zweite Schaltstellung umgeschaltet, in welcher der Kondensator 5 und der indirekte Kondensator 7 durchströmt werden können. Anschließend wird das erste Kugelventil 20 in seine dritte Schaltstellung umgeschaltet, in welcher ausschließlich der indirekte Kondensator 7 durchströmt wird. Dann wird das zweite Schaltventil 30 in seine erste Schaltstellung umgeschaltet, in welcher der Kondensator 5 abgesaugt wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Kältemittelkreislauf mit Wärmepumpenfunktionalität
3 Verdichter
5 Kondensator
7 indirekter Kondensator
8 Chiller
9 Verdampfer
10 Ventilanordnung
12 erster Verbindungsblock
12.1 erstes Verbindungsstück
14 zweiter Verbindungsblock
14.1 zweites Verbindungsstück
20 erstes Kugelventil
22 erster Ventilblock
24 erste Kugel
26 T-förmige Bohrung
26.1 erste Halbbohrung
26.2 zweite Halbbohrung
26.3 Durchgangsbohrung
28 erster Aktuator
A1 , B1 , C1 Ventilanschluss
30 zweites Kugelventil
32 zweiter Ventilblock
34 zweite Kugel
36 L-förmige Bohrung
36.1 erste Halbbohrung
36.2 zweite Halbbohrung
38 zweiter Aktuator A2, B2, C2 Ventilanschluss P1 , P2, P3, P4 Fluidanschluss EO1 , EO2 Expansionsorgan RSV Rückschlagventil

Claims

Patentansprüche
1 . Ventilanordnung (10) für einen Kältemittel kreislauf (1 ), mit mindestens zwei Kugelventilen (20, 30), welche jeweils eine Kugel (24, 34) als Stellelement und einen Aktuator (28, 38) zum Verstellen der zugehörigen Kugel (24, 34) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Kugelventile (20, 30) jeweils als bidirektional durch- strömbares 3-Wegeventil mit drei Anschlüssen (A1 , B1 , C1 , A2, B2,
C2) ausgeführt sind, wobei eine erste Kugel (24) eines ersten Kugelventils (20) eine T-förmige Bohrung (36) aufweist, welche ein wahlweises Durchströmen von zwei Anschlüssen (A1 , B1 ; A1 , C1 ) der drei Anschlüsse (A1 , B1 , C1 ) und ein Absperren eines Anschlusses (B1 , C1 ) der drei Anschlüsse (A1 , B1 , C1 ) oder ein simultanes Durchströmen der drei Anschlüsse (A1 , B1 , C1 ) erlaubt, und wobei eine zweite Kugel (34) eines zweiten Kugelventils (30) eine L-förmige Bohrung (36) aufweist, welche ein wahlweises Durchströmen von zwei Anschlüssen (A2, B2; A2, C2) der drei Anschlüsse (A2, B2, C2) und ein Absperren eines Anschlusses (B2, C2) der drei Anschlüsse (A2, B2,
C2) oder ein Absperren der drei Anschlüsse (A2, B2, C2) erlaubt.
2. Ventilanordnung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelventile (20, 30) jeweils einen Ventilblock (22, 32) mit Strö- mungskanälen aufweisen, in welchem die Anschlüsse (A1 , B1 , C1 ,
A2, B2, C2) ausgebildet sind und die Kugeln (24, 34) drehbeweglich gelagert sind.
Ventilanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Verbindungsblock (12) mit einem ersten Verbin- dungsstück (12.1 ) einen zweiten Anschluss (B1 ) des ersten Kugelventils (20) mit einem zweiten Anschluss (B2) des zweiten Kugelventils (30) verbindet, und ein zweiter Verbindungsblock (14) mit einem zweiten Verbindungsstück (14.1 ) einen dritten Anschluss (C1 ) des ersten Kugelventils (20) mit einem dritten Anschluss (C2) des zweiten Kugelventils (30) verbindet.
Ventilanordnung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsblock (12), der zweite Verbindungsblock (14), der erste Ventilblock (22) und der zweite Ventilblock (32) miteinander verbunden oder komplett oder teilweise in einem gemeinsamen Fluid- block zusammengefasst sind.
Ventilanordnung (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anschluss (A1 ) des ersten Kugelventils (20) mit einem ersten Fluidanschluss (P1 ) der Ventilanordnung (10) und ein erster Anschluss (A2) des zweiten Kugelventils (30) mit einem zweiten Fluidanschluss (P2) der Ventilanordnung (10) verbunden ist, und das erste Verbindungsstück (12.1 ) einen dritten Fluidanschluss (P3) der Ventilanordnung (10) und das zweite Verbindungsstück (14.1 ) einen vierten Fluidanschluss (P4) der Ventilanordnung (10) aufweist.
Ventilanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kugel (24) zwei Halbbohrungen (26.1 , 26.2) und eine Durchgangsbohrung (26.3) aufweist.
Ventilanordnung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der zwei Halbbohrungen (26.1 , 26.2) und der Durchgangsbohrung (26.3) jeweils senkrecht zueinander stehen und sich in Kugel mitte treffen.
8. Ventilanordnung (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kugel (24) in einer ersten Schaltstellung des ersten Kugelventils (20) den ersten Anschluss (A1 ) mit dem zweiten An- schluss (B1 ) verbindet und den dritten Anschluss (C1 ) absperrt und in einer zweiten Schaltstellung des ersten Kugelventils (20) den ersten Anschluss (A1 ) mit dem zweiten Anschluss (B1 ) und mit dem dritten Anschluss (C1 ) verbindet und in einer dritten Schaltstellung des ersten Kugelventils (20) den ersten Anschluss (A1 ) mit dem dritten Anschluss (C1 ) verbindet und den zweiten Anschluss (B1 ) absperrt.
9. Ventilanordnung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kugelventil (20) Ausgleichsmittel aufweist, welche während eines Umschaltvorgangs zwischen zwei Schaltstellungen einen definierten Mindestströmungsquerschnitt für den Fluidfluss zur Verfügung stellen. l O.Ventilanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kugel (34) zwei Halbbohrungen (36.1 , 36.2) aufweist.
1 1 .Ventilanordnung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der zwei Halbbohrungen (36.1 , 36.2) senkrecht zueinander stehen und sich in Kugelmitte treffen.
12. Ventilanordnung (10) nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kugel (34) in einer ersten Schaltstellung des zweiten Kugelventils (30) den ersten Anschluss (A2) mit dem zweiten Anschluss (B2) verbindet und den dritten Anschluss (C2) absperrt und in einer zweiten Schaltstellung des zweiten Kugelventils (30) den ers- ten Anschluss (A2) und den zweiten Anschluss (B2) und den dritten Anschluss (C2) absperrt und in einer dritten Schaltstellung des zweiten Kugelventils (30) den ersten Anschluss (A2) mit dem dritten Anschluss (C2) verbindet und den zweiten Anschluss (B2) absperrt.
13. Kältemittelkreislauf (1 ) mit Wärmepumpenfunktionalität für ein Fahrzeug, mit einem Verdichter (3), einem Kondensator (5), einem indirekten Kondensator (7), einem Chiller (8), einem Verdampfer (9), zwei Expansionsorganen (EO1 , EO2) und einer Ventilanordnung (10) mit mindestens zwei Kugelventilen (20, 30), über welche verschiedene Betriebsarten des Kältemittel kreislaufs (1 ) einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (10) nach zumindest einem der Patentansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
14. Kältemittelkreislauf (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fluidanschluss (P1 ) der Ventilanordnung (10) mit einer Hochdruckseite des Verdichters (3), der zweite Fluidanschluss (P2) der Ventilanordnung (10) mit einer Saugdruckseite des Verdichters (3), der dritte Fluidanschluss (P1 ) der Ventilanordnung (10) mit dem Kondensator (5) und der vierte Fluidanschluss (P4) der Ventilanordnung (10) mit dem indirekten Kondensator (7) verbunden ist.
15. Kältemittelkreislauf (1 ) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass über eine erste kombinierte Schaltstellung der beiden Kugelventile (20, 30) eine Kühlbetriebsart oder über eine zweite kombinierte Schaltstellung der beiden Kugelventile (20, 30) eine Heizbetriebsart des Kältemittel kreislaufs (1 ) oder über eine dritte kombinierte Schaltstellung der beiden Kugelventile (20, 30) eine simultane Durchströmung des Kondensators (5) und des indirekten Kondensators (7) oder über weitere kombinierte Schaltstellungen der beiden Kugelventile (20, 30) eine Kältefüllung oder eine Spülung verschiedener Wege des Kältem ittel kreislaufs (1 ) einstellbar ist.
16. Kaltem ittel Kreislauf (1 ) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelventile (20, 30) in einer vorgegebenen Reihenfolge umschaltbar sind, um zwischen den Betriebsarten des Kältem ittel kreislaufs (1 ) zu wechseln.
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