WO2019015891A1 - Kälteanlage eines fahrzeugs mit einem kältemittelkreislauf - Google Patents

Kälteanlage eines fahrzeugs mit einem kältemittelkreislauf Download PDF

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Uwe Gerlinger
Peter Heyl
David Günther
Andreas ROEDER
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Hanon Systems Corp
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Audi AG
Hanon Systems Corp
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    • F25B2600/25—Control of valves
    • F25B2600/2507—Flow-diverting valves

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration system of a vehicle having a refrigerant circuit.
  • a refrigerant circuit for a vehicle air conditioner with a 2-evaporator system namely with a front evaporator and a rear system evaporator.
  • Electrified vehicles require in addition to the front evaporator (also called air conditioner evaporator) as at least one interior evaporator a separate heat exchanger for cooling a battery or other electronics.
  • This heat exchanger can be configured as a chiller for a cooling water circuit or as a refrigerant-operated battery cooler (direct evaporator).
  • a vehicle air conditioning system is known from DE 198 39 477 A1, in which after a refrigerant condenser and a liquid collector, a first branch of the refrigerant circuit is provided, at which the refrigerant is branched into a first refrigerant flow and a second refrigerant flow.
  • the first refrigerant flow flows via a first expansion element to an evaporator as a heat exchanger, while a second refrigerant flow via a second expansion element to an additional heat exchanger, which is heated by a HV (high-voltage) battery.
  • HV high-voltage
  • Such additional heat exchanger for a high-voltage battery are usually for reasons of optimal geometric and functional arrangement (Package) in the rear of the vehicle.
  • the respective temperature-controlled expansion element is usually accommodated together with the evaporator or the additional heat exchanger or in direct proximity to the evaporator or the additional heat exchanger installed.
  • DE 102 18 539 A1 describes a device for cooling a battery pack for a vehicle having a source of cooling gas, a pump or a compressor for compressing the cooling gas and a high-pressure line system, which is in fluid communication with the pump and the compressed cooling gas feeds the battery pack, an expansion valve, which is in fluid communication with the high-pressure piping system and causes a decompression of the cooling gas and a low-pressure piping system, which is in fluid communication with the expansion valve comprises.
  • the cooling gas is passed through the entire battery pack and the same quickly cooled unevenly.
  • DE 10 2008 027 293 A1 relates to a device for cooling a vehicle battery, which comprises a plurality of electrical storage elements and a heat sink with channels for flowing through with a fluid body.
  • the storage elements are in thermal contact with the heat sink, thereby transferring heat of the storage elements to the fluid.
  • Such a refrigeration system of a vehicle with a refrigerant circuit comprises:
  • a first refrigerant circuit for the interior air conditioning of the vehicle with a refrigerant compressor, a condenser or gas cooler and an evaporator with an associated expansion element,
  • a second refrigerant circuit with a provided for coupling to a heat source heat exchanger with associated expansion element
  • this refrigeration system can have an internal heat exchanger and a refrigerant collector.
  • connection geometry is created with which the course of the refrigerant in favor of the second cooling circuit is preferred, so that a sufficient mass flow is available for cooling the heat source.
  • This connecting geometry according to the invention realized by the branching device consists in the fact that the flow profile predetermined by the refrigerant line section is maintained for the first partial mass flow and thus no deflection takes place from the predetermined direction of the refrigerant pipe section. This reduces the flow resistance of the first partial mass flow with the consequence of the preference of the refrigerant flow in favor of the heat exchanger provided for cooling the heat source.
  • a further advantage is that evaporator-controlled regulation of the refrigerant compressor can also be realized for the refrigeration system according to the invention, which is particularly relevant for hybrid vehicles or electric vehicles.
  • the branching device is designed to divert a second partial mass flow from the refrigerant for the air-conditioning evaporator by deflecting it from the direction of the refrigerant line section.
  • this second partial mass flow of the refrigerant thus generated, there is an increased flow resistance in comparison to the first partial mass flow, so that the flow course of the refrigerant in the direction of the second refrigerant circuit is also preferred therewith.
  • the coolant conduit section has a straight or curved course.
  • the flow path of the refrigerant in the direction of the second cooling circuit is not substantially hindered.
  • the branching device is designed as a 3-Wegeucunsanordung.
  • the branching means comprises an inlet portion and an outlet portion aligned with the same, and a branch portion not aligned with the inlet and outlet portions.
  • pressure loss optimization is achieved by providing a return line of the heat exchanger between its exit and a connection point between the air conditioning evaporator and the cold compressor having at least the same cross section or a larger cross section compared to the cross section the line sections of the evaporator branch is formed between the branching device and the connection point.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that in a caused by the prioritization of the refrigerant pipe section refrigerant deficit in the air-evaporator in dependence of a temperature detected by a temperature sensor, the power of the refrigerant compressor is increased regardless of the state of the heat exchanger.
  • the return lines of the air-conditioner evaporator and the heat exchanger on the same pressure losses is further education achieved in that at least one same cross-section is used.
  • a detailed Ab- tuning can be done over the respective length of the line sections after the evaporators to the connector and the expected mass flow of the refrigerant. The goal, however, is that the pressure loss in both lines is of the same order of magnitude in order to be able to realize the same evaporation temperature at the evaporator outlet of both heat exchangers.
  • Figure 1 is a circuit diagram of an embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a detailed perspective view I of a line branching of the refrigeration system according to FIG. 1 between the air conditioning compressor and the heat exchanger provided for cooling the heat source.
  • the refrigeration system 10 of a vehicle according to FIG. 1 consists of a refrigerant circuit 1 with a first refrigeration circuit 1 .1 and a second refrigeration circuit 1 .2.
  • the first refrigeration circuit 1 .1 is used for the interior air conditioning of the vehicle and comprises a refrigerant compressor 2, a condenser or gas cooler 3, a refrigerant collector 7 and a climate evaporator 4 with upstream expansion element 4.1, wherein this component flows through in the listed order of a refrigerant become.
  • a supply air flow L2 supplied to the vehicle interior is dehumidified and / or cooled by means of the climate evaporator 4 and the heat absorbed thereby is removed via the condenser or gas cooler 3 to an ambient air flow L1.
  • the air-conditioning evaporator 4 is located together with its expansion element 4.1 in an evaporator branch 4.0 extending between a branching device 6 and a branching point P, wherein the refrigerant flow through the air-conditioning evaporator 4 can be switched off by means of a shut-off valve 4.2 arranged in this evaporator branch 4.0.
  • a pressure sensor 8 With a pressure sensor 8, the pressure of the refrigerant at the inlet of the condenser or gas cooler 3 is detected.
  • a temperature sensor 9 in the region of the supply air flow L2 serves for detecting the air temperature at the outlet of the air-conditioning evaporator 4.
  • the air-conditioning evaporator 4 is optionally arranged with further components in an air conditioning unit of the vehicle.
  • a second refrigeration circuit 1 .2 is connected to the first refrigeration circuit 1 .1 in order to cool a heat source 5.0 by means of a heat exchanger 5 arranged in the second refrigeration circuit 1 .2.
  • This heat source 5.0 represents, for example, a high-voltage battery (HV battery) with which, for example, an electric drive machine of a hybrid vehicle or a pure electric vehicle is driven.
  • a power electronics to be cooled or other electrical component of the vehicle to be cooled also represents such a heat source 5.0.
  • This second refrigeration circuit 1 .2 consists of a feed line 1 .21, which the branching device 6 via a shut-off 5.2 with an inlet E of the heat exchanger. 5 connects with its associated expansion element 5.1.
  • a return line 1 .20 of the second refrigerant circuit 1 .2 connects an outlet A of the heat exchanger 5 with the connection point P.
  • the branching device 6 is arranged in a line section 1 .0 of the refrigerant circuit 1, which is supplied via a connected to the condenser or gas cooler 3 and the refrigerant collector 7 line section 1 .10 a mass flow mo as the total mass flow of the refrigerant. From this mass flow mo is by means of the branching device 6 on the one hand, a partial mass flow in which is expanded via the feed line 1 .21 with opened shut-off valve 5.2 by means of the expansion element 5.1 in the heat exchanger 5, and on the other hand, a second partial mass flow nri2, which at open shut-off valve 4.2 is relaxed by means of the expansion element 4.1 in the air-conditioner evaporator 4, branched off.
  • the branching device 6 is set up such that the flow profile of the first partial mass flow mi follows the course of the refrigerant line section 1 .0, as will be explained in more detail below with reference to the detail I according to FIG.
  • This figure 2 shows the refrigerant line section 1 .0 with the branching device 6, to which the evaporator branch 4.0 is connected.
  • the branching device 6 connects a line section 1 .100 of the connecting line 1 .10 with a line section 1 .210 of the inlet line 1 .21 of the heat exchanger 5.
  • the branching device 6 consists of an inlet section 6.1, an outlet section 6.2 and a branch section 6.3.
  • the inlet and outlet sections 6.1 and 6.2 are oriented in alignment with one another such that the first partial mass flow branched off from the mass flow mo follows in the course of the two line sections 1 .100 and 1 .210.
  • the two line sections 1 .100 and 1 .210 run in a straight line, this also leads to a straight-line flow path or flow path.
  • the two line sections 1 .100 and 1 .210 form an arcuate course, the flow path or flow path of the first partial mass flow mi is also adapted to this continuous arcuate course.
  • the first partial mass flow nm is therefore not deflected by the branching device 6 from the course predetermined by the direction of the two line sections 1 .100 and 1 .210.
  • the second partial mass flow nri2 is deflected from this predetermined flow direction by means of the branching device 6.
  • this branching device 6 is designed such that according to Figure 2, the second partial mass flow nri2 is diverted by a two-fold 90 ° deflection from the mass flow mo and flows into the evaporator branch 4.0.
  • the pressure loss ratios between the first refrigerant circuit 1 .1 and the second refrigeration circuit 1 .2 are adjusted, as a result, similar pressures are present on the suction side of the refrigerant compressor 2, which at the same evaporation pressures and thus also the same Evaporation temperatures at the air conditioning evaporator 4 and the heat exchanger 5 lead. If too little mass flow mo is supplied by the refrigerant compressor 2, control via the evaporator outlet temperature causes the compressor speed to be increased and thus more refrigerant to be circulated.
  • the heat exchanger 5 also receives more refrigerant.
  • the branching geometry according to the invention in the region of the refrigerant line section 1 .0 becomes due to the prioritization of the refrigerant flow in the feed line achieved.
  • tion 1 .21 sufficient refrigerant to the heat exchanger 5 for cooling the heat source 5.0 provided.
  • expansion element 4.1 of the air-conditioner evaporator 4 is designed as a thermal expansion valve (TXV) or an electrical expansion element (EXV), this is opened at an increased overheating.
  • TXV thermal expansion valve
  • EXV electrical expansion element
  • the return line 1 .20 of the heat exchanger 5 is adapted to the line cross sections of the evaporator branch 4.0 to further optimize the pressure losses in the first and second refrigerant circuits 1 .1 and 1 .2 by the line cross-section of the return line 1 .20 at least equal to or greater than that of the evaporator branch 4.0 is selected, whereby its flow resistance despite the long connecting lines in the rear carriage reduced and thereby the prioritization of the refrigerant flow in the second refrigerant circuit 1 .2 still reinforced and thereby an improved cooling capacity of the heat exchanger 5 is achieved.
  • oil return problems can be avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf Kälteanlage (10) eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (1) und umfasst einen ersten Kältekreis (1.1) zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs mit einem Kältemittelverdichter (2), einem Kondensator oder Gaskühler (3) und einem Klima-Verdampfer (4) mit zugeordnetem Expansionsorgan (4.1), einen zweiten Kältekreis (1.2) mit einem zur Kopplung mit einer Wärmequelle (5.0) vorgesehenen Wärmeübertrager (5) mit zugeordnetem Expansionsorgan (5.1), und einen dem Kondensator oder Gaskühler (3) stromaufwärts nachgeschalteten Kältemittelleitungsabschnitt (1.0) zum Verbinden des ersten Kältekreises (1.1) mit dem zweiten Kältekreis (1.2) mit einer Verzweigungseinrichtung (6), welche ausgebildet ist einen ersten Teilmassenstrom (m) vom Kältemittel für den zweiten Kältekreis (1.2) mit einem dem Kältemittelleitungsabschnitt (1.0) folgenden Strömungsverlauf abzuzweigen.

Description

Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf.
Es ist bekannt einen Kältemittelkreislauf für eine Fahrzeugklimaanlage mit einer 2-Verdampferanlage zu realisieren, nämlich mit einem Frontverdampfer und einem Heckanlagenverdampfer. Elektrifizierte Fahrzeuge benötigen neben dem Frontverdampfer (auch Klima-Verdampfer genannt) als mindestens einen Innenraumverdampfer einen separaten Wärmeübertrager zur Kühlung einer Batterie oder einer weiteren Elektronik. Dieser Wärmeübertrager kann als Chiller einem Kühlwasserkreislauf oder als kältemittelbetriebener Batte- riekühler (Direktverdampfer) ausgebildet sein.
Eine Fahrzeugklimaanlage ist aus der DE 198 39 477 A1 bekannt, bei welcher nach einem Kältemittel kondensator und einem Flüssigkeitssammler eine erste Verzweigung des Kältemittelkreislaufes vorgesehen ist, an der das Kältemittel in einen ersten Kältemittelstrom und einen zweiten Kältemittelstrom verzweigt wird. Der erste Kältemittelstrom fließt über ein erstes Expansionsorgan einem Verdampfer als Wärmeübertrager zu, während ein zweiter Kältemittelstrom über ein zweites Expansionsorgan einem zusätzlichen Wärmeübertrager zufließt, der von einer HV (Hochvolt)-Batterie beheizt wird.
Solche zusätzlichen Wärmeübertrager für eine Hochvoltbatterie befinden sich in der Regel aus Gründen einer optimalen geometrischen und funktionalen Anordnung (Package) im Hinterwagen des Fahrzeugs. Das jeweilige tempe- raturgeregelte Expansionsorgan ist dabei zumeist zusammen mit dem Verdampfer bzw. dem zusätzlichen Wärmeübertrager untergebracht oder in direkter Nähe zu dem Verdampfer bzw. dem zusätzlichen Wärmeübertrager verbaut. Die Regelung des Kältemittels über die Verdichterdrehzahl des Kältemittelverdichters erfolgt über die Austrittstemperatur der Luft am Verdampfer. Hierbei ergeben sich ungenügende Kälteleistungen zur Kühlung der Hochvoltbatterie, insbesondere in Betriebspunkten mit niedriger Kälteleistung des Luftverdampfers und hohen Leistungen des Batteriekühlers im Kombinationsbetrieb, da die Luftaustrittstemperatur die Leistung des Verdichters regelt.
Der Vollständigkeit halber sei noch auf die DE 102 18 539 A1 und die DE 10 2008 027 293 A1 verwiesen.
Die DE 102 18 539 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Kühlung eines Batteriesatzes für ein Fahrzeug, die eine Quelle für kühlendes Gas, eine Pumpe bzw. ein Kompressor zur Kompression des kühlenden Gases sowie ein Hochdruck-Leitungssystem, welches in Fluidverbindung mit der Pumpe steht und das komprimierte kühlende Gas dem Batteriesatz zuführt, ein Expansionsventil, welches in Fluidverbindung mit dem Hochdruck-Leitungssystem steht und eine Dekompression des kühlenden Gases bewirkt und ein Niederdruck-Leitungssystem, welches in Fluidverbindung mit dem Expansionsventil steht, umfasst. Mittels des Niederdruck-Leitungssystems wird das kühlende Gas durch den gesamten Batteriesatz geführt und derselbe dadurch schnell ungleichmäßig gekühlt.
Die DE 10 2008 027 293 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung einer Fahr- zeugbatterie, die eine Mehrzahl von elektrischen Speicherelementen und einen Kühlkörper mit Kanälen zur Durchströmung mit einem Fluidkörper umfasst. Die Speicherelemente stehen mit dem Kühlkörper in thermischem Kontakt, wodurch Wärme der Speicherelemente auf das Fluid übertragen wird. Es ist Aufgabe der Erfindung eine Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf anzugeben, welcher einen ersten Kältekreis zur Innen- raumklimatisierung des Fahrzeugs und einen zweiten Kältekreis mit einem zur Kopplung mit einer Wärmequelle vorgesehenen Wärmeübertrager mit zugeordnetem Expansionsorgan aufweist und gegenüber dem Stand der Technik eine erhöhte Kühlleistung für den Wärmeübertrager zur Kühlung der Wärmequelle, bspw. einer Hochvoltbatterie bereitstellt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 .
Eine solche Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf um- fasst:
- einen ersten Kältekreis zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs mit einem Kältemittel Verdichter, einem Kondensator oder Gaskühler und einem Verdampfer mit zugeordnetem Expansionsorgan,
- einen zweiten Kältekreis mit einem zur Kopplung mit einer Wärmequelle vorgesehenen Wärmeübertrager mit zugeordnetem Expansionsorgan, und
- einen dem Kondensator oder Gaskühler stromaufwärts nachgeschalteten Kältemittelleitungsabschnitt zum Verbinden des ersten Kältekreises mit dem zweiten Kältekreis mit einer Verzweigungseinrichtung, welche ausgebildet ist einen ersten Teilmassenstrom vom Kältemittel für den zweiten Kältekreis mit einem dem Kältemittelleitungsabschnitt folgenden Strömungsverlauf abzuzweigen.
Zusätzlich kann diese Kälteanlage einen inneren Wärmeübertrager sowie einen Kältemittelsammler aufweisen.
Mit einer solchen erfindungsgemäßen Verzweigungseinrichtung wird eine Anschlussgeometrie geschaffen, mit welcher der Kältemittelverlauf zugunsten des zweiten Kältekreises bevorzugt wird, so dass ein ausreichender Massenstrom zur Kühlung der Wärmequelle zur Verfügung steht. Diese von der Verzweigungseinrichtung realisierte erfindungsgemäße Anschlussgeometrie besteht darin, dass der durch den Kältemittelleitungsabschnitt vorgegebene Strömungsverlauf für den ersten Teilmassenstrom beibehalten wird und damit keine Umlenkung aus der von dem Kältemittelleitungsabschnitt vorgegebenen Richtung stattfindet. Dies reduziert den Strömungswiderstand des ersten Teilmassenstromes mit der Folge der Bevorzugung des Kältemittelverlaufs zugunsten des zur Kühlung der Wärmequelle vorgesehenen Wärmeübertragers.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch für die erfindungsgemäße Kälteanlage eine verdampfergesteuerte Regelung des Kältemittel Verdichters realisierbar ist, was insbesondere für Hybrid-Fahrzeuge oder Elektrofahrzeu- ge relevant ist.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Verzweigungseinrichtung ausgebildet, einen zweiten Teilmassenstrom vom Kältemittel für den Klima-Verdampfer durch Umlenken aus der Richtung des Kältemittellei- tungsabschnittes abzuzweigen. Bei diesem derart erzeugten zweiten Teilmassenstrom des Kältemittels besteht im Vergleich zu dem ersten Teilmassenstrom ein erhöhter Strömungswiderstand, so dass auch damit der Strömungsverlauf des Kältemittels in Richtung des zweiten Kältekreises bevorzugt wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn weiterbildungsgemäß der Kältemittelleitungsabschnitt einen geraden oder bogenförmigen Verlauf aufweist. Damit wird der Strömungsverlauf des Kältemittels in Richtung des zweiten Kältekreises im Wesentlichen nicht behindert.
Des Weiteren sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Verzweigungseinrichtung als 3-Wegeverbindungsanordung ausgebildet ist. Vorzugsweise weist die Verzweigungseinrichtung einen Einlassabschnitt und einen mit demselben fluchtenden Auslassabschnitt sowie einen mit dem Einlass- und Auslassabschnitt nichtfluchtenden Verzweigungsabschnitt auf. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Druckverlustop- timierung dadurch erreicht, dass eine Rücklaufleitung des Wärmeübertragers zwischen dessen Austritt und einem zwischen dem Klima-Verdampfer und dem Kaltem ittel Verdichter liegenden Verbindungspunkt mit wenigstens dem gleichen Querschnitt oder einem größeren Querschnitt im Vergleich zu dem Querschnitt der Leitungsabschnitte des Verdampferzweiges zwischen der Verzweigungseinrichtung und dem Verbindungspunkt ausgebildet ist.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einem durch die Priorisierung des Kältemittelleitungsabschnittes hervorgerufenen Kältemitteldefizit im Klima-Verdampfer in Abhängigkeit eines mittels eines Temperatursensors erfassten Temperaturwertes die Leistung des Kältemittelverdichters unabhängig vom Zustand des Wärmeübertragers erhöht wird.
Nach einer letzten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Rücklaufleitungen des Klima-Verdampfers und des Wärmeübertragers gleiche Druckverluste auf, dies wird weiterbildungsgemäß dadurch erreicht, dass mindestens ein gleicher Querschnitt verwendet wird. Eine detaillierte Ab- Stimmung kann über die jeweilige Länge der Leitungsabschnitte nach den Verdampfern bis zum Verbindungsstück und den zu erwartenden Massenstrom des Kältemittels erfolgen. Ziel ist es aber, dass der Druckverlust bei beiden Leitungen in der gleichen Größenordnung liegt, um am Verdampferaustritt beider Wärmeübertrager die gleiche Verdampfungstemperatur reali- sieren zu können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Kälteanlage, und Figur 2 eine perspektivische Detaildarstellung I einer Leitungsverzweigung der Kälteanlage nach Figur 1 zwischen dem Klima-Verdichter und dem zur Kühlung der Wärmequelle vorgesehenen Wärmeübertra- ger.
Die Kälteanlage 10 eines Fahrzeugs nach Figur 1 besteht aus einem Kältemittelkreislauf 1 mit einem ersten Kältekreis 1 .1 und einem zweiten Kältekreis 1 .2.
Der erste Kältekreis 1 .1 dient zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs und umfasst einen Kältemittelverdichter 2, einen Kondensator oder Gaskühler 3, einen Kältemittelsammler 7 und einen Klima-Verdampfer 4 mit vorgeschaltetem Expansionsorgan 4.1 , wobei diese Komponente in der aufgeführ- ten Reihenfolge von einem Kältemittel durchströmt werden. Im Kältebetrieb der Kälteanlage 10 wird ein dem Fahrzeuginnenraum zugeführter Zuluftstrom L2 mittels des Klima-Verdampfers 4 entfeuchtet und/oder gekühlt und die dabei aufgenommene Wärme über den Kondensator oder Gaskühler 3 an einen Umgebungsluftstrom L1 abgeführt.
Der Klima-Verdampfer 4 befindet sich zusammen mit dessen Expansionsorgan 4.1 in einem zwischen einer Verzweigungseinrichtung 6 und einem Verzweigungspunkt P verlaufenden Verdampferzweig 4.0, wobei mittels eines in diesem Verdampferzweig 4.0 angeordneten Abschaltventils 4.2 der Kältemit- telfluss durch den Klima-Verdampfer 4 abgeschaltet werden kann.
Mit einem Drucksensor 8 wird der Druck des Kältemittels am Eintritt des Kondensators oder Gaskühlers 3 erfasst. Ein Temperatursensor 9 im Bereich des Zuluftstroms L2 dient der Erfassung der Lufttemperatur am Ausgang des Klima-Verdampfers 4. Der Klima-Verdampfer 4 ist gegebenenfalls mit weiteren Komponenten in einem Klimagerät des Fahrzeugs angeordnet. In einem Kombinationsbetrieb ist mit dem ersten Kältekreis 1 .1 ein zweiter Kältekreis 1 .2 verbunden, um eine Wärmequelle 5.0 mittels eines in dem zweiten Kältekreis 1 .2 angeordneten Wärmeübertragers 5 zu kühlen. Diese Wärmequelle 5.0 stellt bspw. eine Hochvoltbatterie (HV-Batterie) dar, mit welcher bspw. eine elektrische Antriebsmaschine eines Hybrid-Fahrzeugs oder eines reinen Elektrofahrzeugs angetrieben wird. Auch eine zu kühlende Leistungselektronik oder eine sonstige zu kühlende elektrische Komponente des Fahrzeugs stellt eine solche Wärmequelle 5.0 dar. Dieser zweite Kältekreis 1 .2 besteht aus einer Zulaufleitung 1 .21 , welche die Verzweigungseinrichtung 6 über ein Abschaltventil 5.2 mit einem Eintritt E des Wärmeübertragers 5 mit dessen zugeordneten Expansionsorgan 5.1 verbindet. Eine Rücklaufleitung 1 .20 des zweiten Kältekreises 1 .2 verbindet einen Austritt A des Wärmeübertragers 5 mit dem Verbindungspunkt P.
Die Verzweigungseinrichtung 6 ist in einem Leitungsabschnitt 1 .0 des Kältemittelkreislaufs 1 angeordnet, welchem über einen mit dem Kondensator oder Gaskühler 3 und dem Kältemittelsammler 7 verbundenen Leitungsabschnitt 1 .10 ein Massenstrom mo als Gesamtmassenstrom des Kältemittels zugeführt wird. Aus diesem Massenstrom mo wird mittels der Verzweigungseinrichtung 6 zum einen ein erster Teilmassenstrom im , welcher über die Zulaufleitung 1 .21 bei geöffnetem Abschaltventil 5.2 mittels des Expansionsorgans 5.1 in den Wärmeübertrager 5 expandiert wird, und zum anderen ein zweiter Teilmassenstrom nri2, welcher bei geöffnetem Abschaltventil 4.2 mit- tels des Expansionsorgans 4.1 in den Klima-Verdampfer 4 entspannt wird, abgezweigt.
Die Verzweigungseinrichtung 6 ist hierbei derart eingerichtet, dass der Strömungsverlauf des ersten Teilmassenstroms mi dem Verlauf des Kältemittel- leitungsabschnittes 1 .0 folgt, wie dies nachfolgend anhand des Details I nach Figur 2 näher erläutert wird. Diese Figur 2 zeigt den Kältemittelleitungsabschnitt 1 .0 mit der Verzweigungseinrichtung 6, an welche der Verdampferzweig 4.0 angebunden ist. Die Verzweigungseinrichtung 6 verbindet einen Leitungsabschnitt 1 .100 der Verbindungsleitung 1 .10 mit einem Leitungsabschnitt 1 .210 der Zulaufleitung 1 .21 des Wärmeübertragers 5.
Die Verzweigungseinrichtung 6 besteht aus einem Einlassabschnitt 6.1 , einem Auslassabschnitt 6.2 und einem Verzweigungsabschnitt 6.3. Hierbei sind der Einlass- und Auslassabschnitt 6.1 und 6.2 derart fluchtend zueinan- der ausgerichtet, dass der von dem Massenstrom mo abgezweigte erste Teilmassenstrom im dem Verlauf der beiden Leitungsabschnitte 1 .100 und 1 .210 folgt. Dies führt zu einem kontinuierlichen Strömungsverlauf bzw. Strömungsweg des ersten Teilmassenstroms m1 aus der Verbindungsleitung 1 .10 in die Zulaufleitung 1 .21 . Verlaufen die beiden Leitungsabschnitte 1 .100 und 1 .210 geradlinig, führt dies auch zu einem geradlinigen Strömungsverlauf bzw. Strömungsweg. Bilden die beiden Leitungsabschnitte 1 .100 und 1 .210 einen bogenförmigen Verlauf, ist auch der Strömungsverlauf bzw. Strömungsweg des ersten Teilmassenstroms mi an diesen kontinuierlichen bogenförmigen Verlauf angepasst.
Der erste Teilmassenstrom nm wird also aus der durch die Richtung der beiden Leitungsabschnitte 1 .100 und 1 .210 vorgegebenen Verlauf durch die Verzweigungseinrichtung 6 nicht umgelenkt. Dagegen wird der zweite Teilmassenstrom nri2 aus dieser vorgegebenen Strömungsrichtung mittels der Verzweigungseinrichtung 6 umgelenkt. Hierzu ist diese Verzweigungseinrichtung 6 derart ausgeführt, dass entsprechend von Figur 2 der zweite Teilmassenstrom nri2 durch eine zweifache 90°-Umlenkung aus dem Massenstrom mo abgezweigt wird und in den Verdampferzweig 4.0 strömt. Mit dieser Verzweigungsgeometrie im Bereich des Kältemittelleitungsabschnittes 1 .0 wird der Kältemittelverlauf in die Zulaufleitung 1 .21 zugunsten des Wärmeübertragers 5 bevorzugt, d. h. priorisiert, mit der Folge dass bei ansonsten identischen Betriebsbedingungen ein größerer erster Teilmassen- strom mi in den Wärmeübertrager 5 strömt, als im umgekehrten Fall, wenn der Auslassabschnitt 6.2 mit dem Verdampferzweig 4.0 und der Verzweigungsabschnitt 6.3 mit der Zulaufleitung 1 .21 des Wärmeübertragers 5 fluid- verbunden wäre.
Ferner werden mit dieser Verzweigungsgeometrie im Bereich des Kältemittelleitungsabschnittes 1 .0 die Druckverlustverhältnisse zwischen dem ersten Kältekreis 1 .1 und dem zweiten Kältekreis 1 .2 angepasst, infolgedessen auf der Saugseite des Kältemittelverdichters 2 ähnliche Drücke vorliegen, die zu gleichen Verdampfungsdrücken und damit auch zu gleichen Verdampfungstemperaturen an dem Klima-Verdampfer 4 und dem Wärmeübertrager 5 führen. Wird von dem Kältemittelverdichter 2 zu wenig Massenstrom mo geliefert, führt die Regelung über die Verdampfer-Austrittstemperatur dazu, dass die Verdichterdrehzahl angehoben und damit mehr Kältemittel umgewälzt wird. Dies bedeutet, dass bei einem durch die Priorisierung des Kältemittelleitungsabschnittes 1 .0 (d. h. Priorisierung des Kältemittelverlaufs in die Zulauf- leitung 1 .21 ) hervorgerufenen Kältemitteldefizit im Klima-Verdampfer 4 in Abhängigkeit eines mittels des Temperatursensors 9 erfassten Temperaturwertes die Leistung des Kältemittelverdichters 2 unabhängig vom Zustand des Wärmeübertragers 5 erhöht wird, d. h. der Regelung liegen keine Informationen des Wärmeübertragers 5 vor.
Damit steht nicht nur mehr Kältemittel im Klima-Verdampfer 4 zur Verfügung, sondern gleichzeitig erhält auch der Wärmeübertrager 5 mehr Kältemittel. Im Falle einer niedriger Außentemperatur, wenn also die Kühlleistung für den Fahrzeuginnenraum gering ist, wird mit der erfindungsgemäßen Verzwei- gungsgeometrie im Bereich des Kältemittelleitungsabschnittes 1 .0 aufgrund der dadurch erreichten Priorisierung des Kältemittelverlaufs in die Zulauflei- tung 1 .21 ausreichend Kältemittel dem Wärmeübertrager 5 zur Kühlung der Wärmequelle 5.0 zur Verfügung gestellt.
Wird das Expansionsorgan 4.1 des Klima-Verdampfers 4 als thermisches Expansionsventil (TXV) oder elektrischen Expansionsorgan (EXV) ausgeführt, wird dieses bei einer erhöhten Überhitzung geöffnet.
Da sich der Wärmeübertrager 5 in der Regel im Hinterwagen des Fahrzeugs befindet, wird zur weiteren Optimierung der Druckverluste in dem ersten und zweiten Kältekreis 1 .1 und 1 .2 die Rücklaufleitung 1 .20 des Wärmeübertragers 5 an die Leitungsquerschnitte des Verdampferzweiges 4.0 angepasst, indem der Leitungsquerschnitt der Rücklaufleitung 1 .20 zumindest gleich groß oder größer als derjenige des Verdampferzweiges 4.0 gewählt wird, wodurch dessen Strömungswiderstand trotz der langen Verbindungsleitun- gen in den Hinterwagen reduziert und dadurch die Priorisierung des Kältemittelverlaufs in den zweiten Kältekreis 1 .2 noch verstärkt und dadurch eine verbesserte Kühlleistung des Wärmeübertragers 5 erreicht wird. Bei einer Ausführung mit gleichem Querschnitt können Probleme hinsichtlich der Ölrückführung vermieden werden.
Es ist auch vorgesehen, die Rücklaufleitung des Klima-Verdampfers 4 und die Rücklaufleitung 1 .20 des Wärmeübertragers 5 so auszuführen, dass dort gleiche Druckverluste herrschen, dies wird dadurch erreicht, dass mindestens ein gleicher Querschnitt verwendet wird. Eine detaillierte Abstimmung kann über die jeweilige Länge der Leitungsabschnitte nach den Verdampfern bis zum Verbindungsstück und den zu erwartenden Massenstrom des Kältemittels erfolgen. Ziel ist es aber, dass der Druckverlust bei beiden Leitungen in der gleichen Größenordnung liegt, um am Verdampferaustritt beider Wärmeübertrager die gleiche Verdampfungstemperatur realisieren zu kön- nen. Bezugszeichen
1 Kältem ittel kreislauf
1 .0 Kältemittelleitungsabschnitt des Kältemittelkreislaufs 1
1 .1 erster Kältekreislauf
1 .10 Verbindungsleitung des ersten Kältekreislaufs 1 .1
1 .100 Leitungsabschnitt der Verbindungsleitung 1 .10 1 .2 zweiter Kältekreislauf
1 .20 Rücklaufleitung des Wärmeübertragers 5
1 .21 Zulaufleitung des Wärmeübertragers 5
1 .210 Leitungsabschnitt der Zulaufleitung 1 .21 2 Kältemittelverdichter
3 Kondensator oder Gaskühler
4 Klima-Verdampfer
4.0 Verdampferzweig
4.1 Expansionsorgan des Klima-Verdampfers 4
4.2 Abschaltventil
5 Wärmeübertrager
5.0 Wärmequelle
5.1 Expansionsorgan des Wärmeübertragers 5
5.2 Abschaltventil
6 Verzweigungseinrichtung
6.1 Einlassabschnitt der Verzweigungseinrichtung 6 6.2 Auslassabschnitt der Verzweigungseinrichtung 6
6.3 Verzweigungsabschnitt der Versorgungseinrichtung 6 7 Kältemittelsammler
8 Drucksensor
9 Temperatursensor 10 Kälteanlage
L1 Luftstrom
L2 Zuluftstrom mo Massenstrom des Kältemittels
mi erster Teilmassenstrom des Massenstroms mo nri2 zweiter Teilmassenstrom des Massenstroms mo
P Verbindungspunkt

Claims

Patentansprüche
Kälteanlage (10) eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf (1 ) umfassend
- einen ersten Kältekreis (1 .1 ) zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs mit einem Kältemittel Verdichter (2), einem Kondensator oder Gaskühler (3) und einem Klima-Verdampfer (4) mit zugeordnetem Expansionsorgan (4.1 ),
- einen zweiten Kältekreis (1 .2) mit einem zur Kopplung mit einer Wärmequelle (5.0) vorgesehenen Wärmeübertrager (5) mit zugeordnetem Expansionsorgan (5.1 ), und
- einen dem Kondensator oder Gaskühler (3) stromaufwärts nachgeschalteten Kältemittelleitungsabschnitt (1 .0) zum Verbinden des ersten Kältekreises (1 .1 ) mit dem zweiten Kältekreis (1 .2) mit einer Verzweigungseinrichtung (6), welche ausgebildet ist einen ersten Teilmassenstrom (mi ) vom Kältemittel für den zweiten Kältekreis (1 .2) mit einem dem Kältemittelleitungsabschnitt (1 .0) folgenden Strömungsverlauf abzuzweigen.
Kälteanlage (10) nach Anspruch 1 , bei welcher die Verzweigungseinrichtung (6) ausgebildet ist, einen zweiten Teilmassenstrom (nri2) vom Kältemittel für den Klima-Verdampfer (4) durch Umlenken aus der Richtung des Kühlmittelleitungsabschnittes (1 .0) abzuzweigen.
Kälteanlage (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Kältemittelleitungsabschnitt (1 .0) einen geraden oder bogenförmigen Verlauf aufweist. 4. Kälteanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Verzweigungseinrichtung (6) als 3-Wegeverbindungs- anordung ausgebildet ist. Kälteanlage (10) nach Anspruch 4, bei welcher die Verzweigungseinrichtung (6) einen Einlassabschnitt (6.1 ) und einen mit demselben fluchtenden Auslassabschnitt (6.2) sowie einen mit dem Einlass- und Auslassabschnitt (6.1 , 6.2) nichtfluchtenden Verzweigungsabschnitt (6.3) aufweist.
Kälteanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher eine Rücklaufleitung (1 .20) des Wärmeübertragers (5) zwischen dessen Austritt (A) und einem zwischen dem Klima-Verdampfer (4) und dem Kältemittelverdichter (2) liegenden Verbindungspunkt (P) mit einem größeren Querschnitt im Vergleich zu dem Querschnitt der Leitungsabschnitte des Verdampferzweiges (4.0) zwischen der Verzweigungseinrichtung (6) und dem Verbindungspunkt (P) ausgebildet ist.
Kälteanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher ein durch die Priorisierung des Kältemittelleitungsabschnittes (1 .0) hervorgerufenes Kältemitteldefizit im Klima-Verdampfer (4) in Abhängigkeit eines mittels eines Temperatursensors (9) erfassten Temperaturwertes die Leistung des Kältemittelverdichters (2) unabhängig vom Zustand des Wärmeübertragers (5) erhöht wird.
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