DE102014203895A1 - refrigeration plant - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Umschaltbarer Wärmetauscher (10, 10a, 10b) für eine Kälteanlage (22), bei dem Heizrohre (12) und Kühlrohre (14) derart in einem einzigen Gehäuse (16) integriert sind, dass Wärme zwischen den Heizrohren (12) und den Kühlrohren (14) übertragen wird. Die Erfindung betrifft zudem eine Kälteanlage (22) und ein Kälteanlagensystem (100) mit einem solchen Wärmetauscher (10, 10a, 10b).The invention relates to a switchable heat exchanger (10, 10a, 10b) for a refrigeration system (22), in which heating tubes (12) and cooling tubes (14) are integrated in a single housing (16) such that heat is present between the heating tubes (12). and the cooling tubes (14) is transmitted. The invention also relates to a refrigeration system (22) and a refrigeration system (100) with such a heat exchanger (10, 10a, 10b).
Description
Die Erfindung betrifft einen umschaltbaren Wärmetauscher und eine Kälteanlage mit mindestens einem Verdichter, mindestens einem Entspannungsorgan und mindestens einem umschaltbaren Wärmetauscher, die in einem Kältemittelkreislauf miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft zudem ein Kälteanlagensystem mit einer derartigen Kälteanlage sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Kälteanlage oder einem derartigen Kälteanlagensystem.The invention relates to a switchable heat exchanger and a refrigeration system with at least one compressor, at least one expansion element and at least one switchable heat exchanger, which are interconnected in a refrigerant circuit. The invention also relates to a refrigeration system with such a refrigeration system and a vehicle with such a refrigeration system or such a refrigeration system.
Kälteanlagen, die beispielsweise in Kühlfahrzeugen oder Bussen eingesetzt werden, weisen im Allgemeinen mehrere Wärmetauscher auf, die Luft beispielsweise zum Kühlen eines Kühlraumes oder zum Klimatisieren oder Heizen einer Fahrerkabine temperieren. Hierzu werden Wärmetauscher entweder in einem Kühlbetrieb oder in einem Heizbetrieb betrieben. Im Kühlbetrieb ist der Wärmetauscher demnach ein Verdampfer, während er im Heizbetrieb als Verflüssiger wirkt. Insbesondere im Kühlbetrieb können die Wärmetauscher Temperaturen erreichen, die zum Bilden einer Eisschicht führen. Durch die Eisschicht wird der Wärmeübertrag vom Wärmetauscher an die Umgebung reduziert. Zum Abtauen ist ein Umschalten in den Heizbetrieb notwendig.Refrigeration systems, which are used for example in refrigerated vehicles or buses, generally have a plurality of heat exchangers, the temperature, for example, for cooling a cold room or for air conditioning or heating a cab. For this purpose, heat exchangers are operated either in a cooling mode or in a heating mode. In cooling mode, the heat exchanger is therefore an evaporator while it acts as a condenser in heating mode. In particular, in the cooling mode, the heat exchanger can reach temperatures that lead to the formation of an ice sheet. The ice layer reduces the heat transfer from the heat exchanger to the environment. For defrosting, switching to heating mode is necessary.
In
Aus
In
Die bekannten Maßnahmen zum Enteisen von Wärmetauschern in Kälteanlagen erfordern ein Umschalten des Wärmetauschers von dem Kühlbetrieb auf den Heizbetrieb. Durch die Temperaturänderung werden jedoch die Komponenten stark beansprucht und es kann zu Schäden kommen. Um dies zu verhindern, können Wärmetauscher für den Kühlbetrieb und den Heizbetrieb getrennt voneinander vorgesehen werden. Dadurch wird jedoch mehr Bauraum beansprucht und die Konstruktion des Systems erschwert. Es besteht daher ein anhaltendes Interesse daran, eine einfache und langlebige Konstruktion für derartige Kälteanlagen bereitzustellen. The known measures for defrosting heat exchangers in refrigeration systems require switching the heat exchanger from the cooling mode to the heating mode. The temperature change, however, the components are heavily used and it can cause damage. In order to prevent this, heat exchangers for the cooling operation and the heating operation may be provided separately from each other. This, however, requires more space and makes the design of the system more difficult. There is therefore a continuing interest in providing a simple and durable design for such refrigeration systems.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein umschaltbarer Wärmetauscher für eine Kälteanlage vorgeschlagen, in dem Heizrohre und Kühlrohre derart in einem einzigen Gehäuse integriert sind, dass Wärme durch Wärmeleitung, z. B. über Lamellen (feine Aluminiumbleche) zwischen den Heizrohren und den Kühlrohren übertragen wird.According to the invention, a switchable heat exchanger for a refrigeration system is proposed in which heating tubes and cooling tubes are integrated in such a way in a single housing that heat by heat conduction, for. B. is transmitted via fins (fine aluminum sheets) between the heating pipes and the cooling tubes.
Zudem wird erfindungsgemäß eine Kälteanlage zum Temperieren von Luft mit mindestens einem Kältemittelkreislauf vorgeschlagen, die folgende Komponenten umfasst:
- – wenigstens einen Verdichter zum Komprimieren eines Kältemittels,
- – wenigstens ein Expansionsorgan zum Entspannen des Kältemittels,
- – wenigstens einen umschaltbaren Wärmetauscher, in dem Heizrohre und Kühlrohre derart in einem einzigen Gehäuse integriert sind, dass Wärme zwischen den Heizrohren und den Kühlrohren übertragen wird, und
- – wenigstens ein Ventil zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb des umschaltbaren Wärmetauschers.
- At least one compressor for compressing a refrigerant,
- At least one expansion element for expanding the refrigerant,
- - At least one switchable heat exchanger in which heating tubes and cooling tubes are integrated in a single housing such that heat is transferred between the heating tubes and the cooling tubes, and
- - At least one valve for switching between a heating operation and a cooling operation of the switchable heat exchanger.
Durch die Integration von Heiz- und Kühlrohren in einem einzigen Gehäuse des umschaltbaren Wärmetauschers wird das Umschalten zwischen dem Heizbetrieb und dem Kühlbetrieb des umschaltbaren Wärmetauschers wesentlich vereinfacht. So werden die Rohre des umschaltbaren Wärmetauschers nur zum Kühlen oder nur zum Heizen verwendet, wodurch ein großer Temperaturunterschied beim Umschalten vom Heiz- in den Kühlbetrieb und umgekehrt vermieden wird. Dadurch unterliegen die einzelnen Komponenten keinen großen Temperatursprüngen und Schäden können vermieden werden. Da die Heizrohre nicht als Kühlrohre verwendet werden, können die Heizrohre auf die Strömungsverhältnisse und Drücke im Heizfall optimiert ausgelegt werden. Analog gilt für die Kühlrohre ein Optimieren auf verdampfendes Kältemittel mit deutlich niedrigeren Drücken als die Heizrohre, so dass die Kühlrohre in einer dünneren Wandstärke ausgeführt werden können. Der Ausgang des Kompressors ist konsequent nur mit der Eingangsseite der Heizrohre verbunden bzw. verbindbar. Der Eingang des Kompressors hingegen ist konsequent nur mit der Ausgangsseite der Kühlrohre verbunden bzw. verbindbar und kann nur verdampftes Kältemittel ansaugen. Bei einer gemischten Nutzung der Kühlrohre und der Heizrohre wäre dies nicht immer gewährleistet. Auch wird die Strömungsrichtung nicht umgekehrt, was den Öltransport zurück zum Verdichter begünstigt. Dies führt insgesamt zu einer deutlichen Verbesserung der Betriebssicherheit für den Kompressor auch bei möglichen Fehlfunktionen der Schaltventile. Durch eine gemeinsame Nutzung der Lamellen sowohl durch die Heizrohre als auch durch die Kühlrohre wird die luftseitige Austauschfläche im Heiz- und im Kühlfalle deutlich vergrößert verglichen mit einer getrennten Lamellenausführung. Des Weiteren ist durch die Wärmeleitung von den Heizrohren ausgehend über die gemeinsame Lamelle auf die Kühlrohre ein schnelleres Abtauen möglich.The integration of heating and cooling pipes in a single housing of the switchable heat exchanger, the switching between the heating operation and the cooling operation of the switchable heat exchanger is much easier. Thus, the tubes of the switchable heat exchanger are used only for cooling or only for heating, whereby a large temperature difference when switching from heating to cooling mode and vice versa is avoided. As a result, the individual components are not subject to large temperature jumps and damage can be avoided. Since the heating pipes are not used as cooling pipes, the heating pipes can be designed optimized for the flow conditions and pressures in the heating case. The same applies to the cooling tubes optimizing evaporating refrigerant with significantly lower pressures than the heating tubes, so that the cooling tubes can be performed in a thinner wall thickness. The output of the compressor is consistently connected only to the input side of the heating pipes or connectable. The input of the compressor, however, is consistently connected only to the output side of the cooling tubes or connected and can only suck vaporized refrigerant. In a mixed use of the cooling tubes and the heating tubes, this would not always guaranteed. Also, the flow direction is not reversed, which favors the oil transport back to the compressor. Overall, this leads to a significant improvement in the reliability of the compressor even with possible malfunction of the switching valves. By sharing the slats both through the heating tubes and through the cooling tubes, the air-side exchange surface in the heating and in the cold trap is significantly increased compared with a separate slat design. Furthermore, a faster defrosting is possible by the heat conduction from the heating tubes on the common blade on the cooling tubes.
In die Kälteanlage integriert, bietet der vorgeschlagene umschaltbare Wärmetauscher zusätzlich den Vorteil, dass die Funktionalität erweitert wird. So können unterschiedliche Betriebszustände realisiert werden, die ein reines Kühlen oder Heizen sowie eine Regelung zwischen dem reinen Kühlen und Heizen ermöglichen. Kühlen und Heizen sind damit gleichzeitig möglich. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Leistungsanpassung zwischen maximaler Kühlleistung und maximaler Heizleistung. Auch die Konstruktion der Kälteanlage ist wesentlich vereinfacht, da deutlich weniger Schaltventile benötigt werden. Minimal ist nur ein Drei-Wege-Ventil erforderlich, oder es werden lediglich zwei Ventile eingesetzt, die gegebenenfalls auch als absperrbare Expansionsventile ausgeführt sein können. Integrated in the refrigeration system, the proposed reversible heat exchanger also has the advantage that the functionality is expanded. Thus, different operating conditions can be realized, which allow a pure cooling or heating and a regulation between the pure cooling and heating. Cooling and heating are possible at the same time. This allows a continuous power adjustment between maximum cooling capacity and maximum heating power. The design of the refrigeration system is considerably simplified, since significantly fewer switching valves are needed. Minimal only a three-way valve is required, or there are only two valves used, which may optionally be designed as a lockable expansion valves.
In einer Ausführungsform umfasst der umschaltbare Wärmetauscher zumindest zwei Kältemitteleingänge und zumindest zwei Kältemittelausgänge. So können für die Heizrohre und für die Kühlrohre jeweils ein Kältemitteleingang und ein Kältemittelausgang vorgesehen sein, wodurch der Kältemittelfluss durch die Heizrohre und der Kältemittelfluss durch die Kühlrohre jeweils getrennt geführt wird.In one embodiment, the switchable heat exchanger comprises at least two refrigerant inputs and at least two refrigerant outlets. Thus, a refrigerant inlet and a refrigerant outlet may be provided for the heating tubes and the cooling tubes, respectively, whereby the refrigerant flow through the heating tubes and the refrigerant flow through the cooling tubes is performed separately.
In einer weiteren Ausführungsform ist der umschaltbare Wärmetauscher als Lamellenwärmetauscher ausgeführt. Insbesondere können die Heizrohre und die Kühlrohre zumindest teilweise in alternierender Reihenfolge in Lamellen des umschaltbaren Wärmetauschers angeordnet sein. So können die Heizrohre und die Kühlrohre vollständig in alternierender Reihenfolge angeordnet sein. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Anwendung des umschaltbaren Wärmetauschers als Außenluftwärmetauscher, etwa in Klimaanlagen für Fahrzeuge, wie Busse, da ein Enteisungsbetrieb einfach realisiert werden kann. Alternativ kann der umschaltbare Wärmetauscher erste Bereiche vorsehen, in denen die Heizrohre und die Kühlrohre vollständig in alternierender Reihenfolge angeordnet sind, und zweite Bereiche, in denen nur Heizrohre oder nur Kühlrohre angeordnet sind. Eine derart gemischte Anordnung ist besonders vorteilhaft bei der Anwendung des umschaltbaren Wärmetauschers als Zuluftwärmetauscher etwa in Klimaanlagen für Fahrzeuge, wie Busse, da ein Reheatbetrieb, in dem durch gleichzeitiges Heizen und Kühlen Luft getrocknet wird, einfach realisiert werden kann. In a further embodiment, the switchable heat exchanger is designed as a plate heat exchanger. In particular, the heating tubes and the cooling tubes can be arranged at least partially in alternating sequence in lamellae of the switchable heat exchanger. Thus, the heating tubes and the cooling tubes can be arranged completely in alternating sequence. This is particularly advantageous in the application of the switchable heat exchanger as an external air heat exchanger, such as in air conditioning systems for vehicles such as buses, as a de-icing operation can be easily realized. Alternatively, the switchable heat exchanger may provide first regions in which the heating tubes and the cooling tubes are arranged entirely in alternating sequence, and second regions in which only heating tubes or only cooling tubes are arranged. Such a mixed arrangement is particularly advantageous in the application of the switchable heat exchanger as Zuluftwärmetauscher about in air conditioning systems for vehicles, such as buses, since a Reheatbetrieb in which air is dried by simultaneous heating and cooling, can be easily realized.
In einer Variante der Kälteanlage ist das wenigstens eine Ventil zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb derart ausgebildet, dass in einer ersten Schaltstellung für den Heizbetrieb das Kältemittel im Wesentlichen durch die Heizrohre fließt, in einer zweiten Schaltstellung für den Kühlbetrieb das Kältemittel im Wesentlichen durch die Kühlrohre fließt und in einer Schaltstellung zwischen der ersten und der zweiten Schaltstellung für einen Reheatbetrieb das Kältemittel durch die Heizrohre und die Kühlrohre fließt.In a variant of the refrigeration system, the at least one valve for switching between a heating operation and a cooling operation is designed such that in a first switching position for the heating operation, the refrigerant flows substantially through the heating tubes, in a second switching position for the cooling operation, the refrigerant substantially the cooling tubes flows and, in a switching position between the first and the second switch position for a reheat operation, the refrigerant flows through the heating tubes and the cooling tubes.
In einer weiteren Variante der Kälteanlage ist wenigstens ein erstes Ventil zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb derart ausgebildet, dass es einen Kältemittelfluss durch die Heizrohre regelt, und ist wenigstens ein zweites Ventil zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb derart ausgebildet, dass es einen Kältemittelfluss durch die Kühlrohre regelt. Insbesondere kann ein erstes Ventil den Heizrohren in Kältemittelflussrichtung gesehen nachgeschaltet sein und ein zweites Ventil den Kühlrohren in Kältemittelflussrichtung gesehen vorgeschaltet sein. Bevorzugt weisen die Ventile eine offene und eine geschlossene Schaltstellung auf. In a further variant of the refrigeration system, at least one first valve for switching between a heating operation and a cooling operation is designed such that it controls a refrigerant flow through the heating tubes, and at least one second valve for switching between a heating operation and a cooling operation is designed such that it controls a flow of refrigerant through the cooling tubes. In particular, a first valve can be connected downstream of the heating tubes in the direction of refrigerant flow, and a second valve can be connected upstream of the cooling tubes in the direction of refrigerant flow. Preferably, the valves have an open and a closed switching position.
In einer weiteren Variante der Kälteanlage ist den Heizrohren des Wärmetauschers ein Verdichter vorgeschaltet, so dass verdichtetes Kältemittel in die Heizrohre des umschaltbaren Wärmetauschers fließen kann, und den Kühlrohren des umschaltbaren Wärmetauschers ein Expansionsorgan vorgeschaltet, so dass entspanntes Kältemittel in die Kühlrohre des umschaltbaren Wärmetauschers fließen kann. Das Expansionsorgan kann beispielsweise als elektrisch ansteuerbares Expansionsventil, insbesondere als Schrittmotorventil oder als gepulstes Magnetventil ausgestaltet sein.In a further variant of the refrigeration system, a compressor is connected upstream of the heating tubes of the heat exchanger, so that compressed refrigerant can flow into the heating tubes of the switchable heat exchanger, and an expansion element upstream of the cooling tubes of the switchable heat exchanger so that expanded refrigerant can flow into the cooling tubes of the switchable heat exchanger , The expansion element can be designed, for example, as an electrically controllable expansion valve, in particular as a stepper motor valve or as a pulsed solenoid valve.
In einer weiteren Variante umfasst die Kälteanlage zumindest einen ersten und einen zweiten umschaltbaren Wärmetauscher mit integrierten Heizrohren und Kühlrohren, die derart miteinander verschaltet sind, dass im Kühlbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers der zweite umschaltbaren Wärmetauscher heizt und umgekehrt. Eine derart ausgebildete Kälteanlage kann einen Verdichter, zwei Ventile zum Umschalten zwischen Kühlbetrieb und Heizbetrieb und zwei Expansionsorgane umfassen. Die Kühlrohre des ersten und des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers kann jeweils ein Expansionsorgan vorgeschaltet sein, so dass entspanntes Kältemittel in die Kühlrohre des ersten oder zweiten umschaltbaren Wärmetauschers fließen kann. Weiterhin steuern die Ventile zum Umschalten zwischen Kühlbetrieb und Heizbetrieb den Kältemittelfluss durch die Kühlrohre und die Heizrohre des ersten und des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers. Dabei sind die Kältemittelkreise der Kühlrohre und der Heizrohre des ersten und des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers derart ausgebildet, dass die Kühlrohre des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers beaufschlagt sind, wenn die Heizrohre des ersten umschaltbaren Wärmetauschers beaufschlagt sind und umgekehrt. In a further variant, the refrigeration system comprises at least a first and a second switchable heat exchanger with integrated heating tubes and cooling tubes, which are interconnected such that heats in the cooling operation of the first switchable heat exchanger, the second switchable heat exchanger and vice versa. Such a refrigeration system may include a compressor, two valves for switching between cooling operation and heating operation and two expansion elements. The cooling tubes of the first and the second switchable heat exchanger can each be preceded by an expansion element so that expanded refrigerant can flow into the cooling tubes of the first or second switchable heat exchanger. Furthermore, the valves for switching between cooling operation and heating operation control the refrigerant flow through the cooling tubes and the heating tubes of the first and the second switchable heat exchanger. Here, the refrigerant circuits of the cooling tubes and the heating tubes of the first and second switchable heat exchanger are designed such that the cooling tubes of the second switchable heat exchanger are acted upon when the heating tubes of the first switchable heat exchanger are acted upon and vice versa.
In einer weiteren Variante umfasst die Kälteanlage zumindest einen internen Wärmetauscher, der zum Beispiel als Plattenwärmetauscher oder Doppelrohrwärmetauscher ausgestaltet sein kann. Sind zwei umschaltbare Wärmetauscher in der Kälteanlage vorgesehen, können zwei interne Wärmetauscher im Gegenstrom betrieben werden, in dem das Kältemittel nach Durchfluss der Heizrohre des ersten umschaltbaren Wärmetauschers zu dem Kältemittel nach Durchfluss der Kühlrohre des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers im Gegenstrom geführt wird. Umgekehrt können zwei interne Wärmetauscher im Gegenstrom derart betrieben werden, dass das Kältemittel nach Durchfluss der Heizrohre des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers zu dem Kältemittel nach Durchfluss der Kühlrohre des zweiten umschaltbaren Wärmetauschers im Gegenstrom geführt wird.In a further variant, the refrigeration system comprises at least one internal heat exchanger, which may be designed, for example, as a plate heat exchanger or double tube heat exchanger. If two switchable heat exchangers are provided in the refrigeration system, two internal heat exchangers can be operated countercurrently, in which the refrigerant, after flowing through the heating tubes of the first switchable heat exchanger, is conducted countercurrently to the refrigerant after flow of the cooling tubes of the second switchable heat exchanger. Conversely, two internal heat exchangers can be operated countercurrently in such a way that the refrigerant, after flowing through the heating tubes of the second switchable heat exchanger, is conducted countercurrently to the refrigerant after the cooling tubes of the second switchable heat exchanger have flowed through.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Kälteanlagensystem mit der vorstehend beschriebenen Kälteanlage, an die ein erweiterter Kältemittelkreislauf mit wenigstens einem weiteren Wärmetauscher gekoppelt ist. Als weiteren Wärmetauscher eignen sich zum Beispiel Plattenwärmetauscher oder Doppelrohrwärmetauscher zur Wärmeübertragung an einen Wärmeträgerfluid, z. B. Wasser-Glykol. Dabei können mindestens zwei weitere Wärmetauscher vorgesehen sein, wovon einer zum Kühlen und/oder einer zum Heizen ausgelegt ist. Dadurch wird die Funktionalität der Kälteanlage auf weitere Systeme beispielsweise im Fahrzeug, insbesondere im Bus, erweitert. So können die weiteren Wärmetauscher als Kalt- oder Warmwasserwärmetauscher für ein Antriebssystem oder als Zuluftwärmetauscher zum Kühlen oder Heizen einer Fahrerkabine genutzt werden.Another object of the invention is a refrigeration system with the above-described refrigeration system, to which an extended refrigerant circuit is coupled to at least one other heat exchanger. As a further heat exchanger are, for example, plate heat exchanger or double tube heat exchanger for heat transfer to a heat transfer fluid, z. B. water glycol. In this case, at least two further heat exchangers may be provided, of which one is designed for cooling and / or one for heating. As a result, the functionality of the refrigeration system is extended to other systems, for example in the vehicle, especially in the bus. Thus, the other heat exchangers can be used as a cold or hot water heat exchanger for a drive system or as Zuluftwärmetauscher for cooling or heating a cab.
In einer Implementierung des Kälteanlagensystems umfasst die Kopplung einen ersten Abzweig, der den Heizrohren des umschaltbaren Wärmetauschers der Kälteanlage nachgeschaltet ist, und/oder einen zweiten Abzweig, der den Kühlrohren des umschaltbaren Wärmetauschers der Kälteanlage vorgeschaltet ist.In one implementation of the refrigeration system, the coupling comprises a first branch, which is connected downstream of the heating tubes of the switchable heat exchanger of the refrigeration system, and / or a second branch, which is connected upstream of the cooling tubes of the switchable heat exchanger of the refrigeration system.
In einer weiteren Implementierung des Kälteanlagensystems umfasst der erweiterte Kältemittelkreislauf wenigstens einen weiteren Wärmetauscher zum Heizen und wenigstens einen weiteren Wärmetauscher zum Kühlen. In einer weiteren Implementierung des Kälteanlagensystems ist dem wenigstens einen weiteren Wärmetauscher wenigstens ein Ventil zum Regeln des Kältemittelflusses zugeordnet. Insbesondere ist ein Ventil dem weiteren Wärmetauscher zum Heizen in Kältemittelflussrichtung nachgeschaltet und ein Ventil dem weiteren Wärmetauscher zum Kühlen in Kältemittelflussrichtung vorgeschaltet. Die Ventile können als ansteuerbare Absperrventile ausgestaltet sein, wodurch die Heiz- und die Kühlleistung der weiteren Wärmetauscher regelbar ist. In a further implementation of the refrigeration system, the extended refrigerant circuit comprises at least one further heat exchanger for heating and at least one further heat exchanger for cooling. In a further implementation of the refrigeration system, at least one valve for controlling the flow of refrigerant is associated with the at least one further heat exchanger. In particular, a valve is connected downstream of the further heat exchanger for heating in the direction of refrigerant flow and a valve upstream of the further heat exchanger for cooling in the direction of refrigerant flow. The valves can be designed as controllable shut-off valves, whereby the heating and the cooling capacity of the other heat exchangers can be regulated.
In einer weiteren Implementierung des Kälteanlagensystems ist dem ersten und/oder zweiten Abzweig ein Leitungssystem mit Rückschlagventilen nachgeschaltet, und die Rückschlagventile sind je nach Betrieb der Kälteanlage so geschaltet, dass der wenigstens eine weitere Wärmetauscher an einen Kältemittelkreislauf mit den Heizrohren und/oder an einen Kältemittelkreislauf mit den Kühlrohren des Wärmetauschers der Kälteanlage gekoppelt ist. Durch die Rückschlagventile kann der Kältemittelfluss im erweiterten Kältemittelkreislauf je nach Betriebsart der Kälteanlage, also Heiz- oder Kühlbetrieb, entsprechend gesteuert werden. Durch die Ausgestaltung der Ventile zum Steuern des Kältemittelflusses im erweiterten Kältemittelkreislauf als Rückschlagventile ist eine sehr robuste, kostengünstige und einfache Steuerung des Kältemittelflusses im erweiterten Kältemittelkreislauf möglich.In a further implementation of the refrigeration system, the first and / or second branch a line system with check valves downstream, and the check valves are switched depending on the operation of the refrigeration system that the at least one further heat exchanger to a refrigerant circuit with the heating tubes and / or to a refrigerant circuit is coupled to the cooling tubes of the heat exchanger of the refrigeration system. By means of the non-return valves, the refrigerant flow in the extended refrigerant circuit can be correspondingly controlled depending on the operating mode of the refrigeration system, ie heating or cooling operation. Due to the design of the valves for controlling the flow of refrigerant in the extended refrigerant circuit as check valves, a very robust, cost-effective and simple control of the refrigerant flow in the extended refrigerant circuit is possible.
In einer weiteren Implementierung des Kälteanlagensystems ist dem ersten und/oder zweiten Abzweig ein elektrisch ansteuerbares Ventil, beispielsweise ein Magnetventil, vorgeschaltet, und ein elektrisch ansteuerbares Ventil ist je nach Betrieb der Kälteanlage so geschaltet, dass der Kältemittelfluss des wenigstens einen weiteren Wärmetauschers an den Kältemittelkreislauf, der die Heizrohre des umschaltbaren Wärmetauschers der Kälteanlage umfasst, und/oder an den Kältemittelkreislauf, der die Kühlrohre des umschaltbaren Wärmetauschers der Kälteanlage umfasst, gekoppelt ist. Durch die Ausgestaltung der Ventile zum Steuern des erweiterten Kältemittelkreislaufes als elektrisch ansteuerbare Ventile kann das Leitungssystem gegenüber der Ausführungsform mit Rückschlagventil vereinfacht werden und es kommen weniger Ventile zum Einsatz. Ein derart ausgestaltetes Kälteanlagensystem ist konstruktiv einfacher zu realisieren und spart Bauraum.In a further implementation of the refrigeration system, the first and / or second branch is preceded by an electrically controllable valve, for example a solenoid valve, and an electrically controllable valve is switched depending on the operation of the refrigeration system such that the refrigerant flow of the at least one further heat exchanger to the refrigerant circuit , which comprises the heating tubes of the switchable heat exchanger of the refrigeration system, and / or to the refrigerant circuit, which comprises the cooling tubes of the switchable heat exchanger of the refrigeration system, is coupled. The design of the valves for controlling the extended refrigerant circuit as electrically controllable valves, the line system over the embodiment with check valve can be simplified and fewer valves are used. Such a configured refrigeration system is structurally easier to implement and saves space.
In einer weiteren Implementierung des Kälteanlagensystems sind die Ventile zum Umschalten zwischen einem Heizbetrieb und einem Kühlbetrieb der Kälteanlage und die Ventile zum Regeln des Kältemittelflusses im erweiterten Kältemittelkreis als elektrisch ansteuerbare Ventile ausgestaltet. So kann eine zentrale Regelung der Wärmetauscher realisiert werden. Beispielsweise können die Überhitzung des Gesamtvolumenstromes vor dem Verdichter und die Einzelvolumenströme von Kältemittel je Verdampfer-Wärmetauscher und gerade benötigter Leistungsstufe geregelt werden. Ebenso können die Unterkühlung oder der optimale Hochdruck des Gesamtvolumenstromes und die Einzelvolumenströme je Gaskühler-Wärmetauscher und gerade benötigter Leistungsstufe geregelt werden.In a further implementation of the refrigeration system, the valves for switching between a heating mode and a cooling mode of the refrigeration system and the valves for regulating the refrigerant flow in the extended refrigerant circuit are designed as electrically controllable valves. Thus, a central control of the heat exchanger can be realized. For example, the overheating of the total volume flow upstream of the compressor and the individual volume flows of refrigerant per evaporator heat exchanger and just required power level can be controlled. Likewise, the subcooling or the optimal high pressure of the total volume flow and the individual volume flows per gas cooler heat exchanger and just required power level can be controlled.
Dies kann zum Beispiel so ausgestaltet sein, dass die einzelnen Öffnungsgrade der Regelventile vom jeweiligen Leistungsbedarf des einzelnen Wärmetauschers bestimmt werden und für das übergeordnete Regelziel der Überhitzung bzw. der Unterkühlung ein Faktor bestimmt wird, mit welchem diese Einzelöffnungsgrade der einzelnen beteiligten Regelventile zu multiplizieren sind. Dies kann in vorteilhafter Weise auch dazu führen, dass einzelne Verdampfer mit hohem Leistungsbedarf ohne Überhitzung, d. h. komplett verdampfendem Kältemittel, betrieben werden können. Eine Besonderheit stellt dabei der Außenluftwärmetauscher dar, dessen Leistungsbedarf allen anderen nachgeordnet ist. Bei den anderen Wärmetauschern im System kann es z. B. sein, dass die Kühlung bzw. Heizung von Antriebskomponenten, so z. B. Batterieelektrik, Motor und Bremse und dergleichen mehr, Vorrang hat. Des Weiteren kann z. B. eine Klimatisierung eines Fahrerraums Vorrang gegenüber der Klimatisierung eines Passagierraums haben. Oder aber die Kühlung des Frachtraums bzw. der Frachträume eines Kühltransporters kann gegebenenfalls Vorrang gegenüber der Klimatisierung des Fahrerraums genießen.This can be configured, for example, such that the individual opening degrees of the control valves are determined by the respective power requirement of the individual heat exchanger and a factor with which these individual opening degrees of the individual control valves involved are to be multiplied is determined for the superordinate control target of superheating or subcooling. This can also advantageously lead to individual evaporators with high power requirements without overheating, d. H. completely evaporating refrigerant can be operated. A special feature is the outdoor air heat exchanger whose power requirement is subordinate to all others. In the other heat exchangers in the system, it may, for. B. be that the cooling or heating of drive components, such. As battery electrics, engine and brake and the like more priority. Furthermore, z. B. an air conditioning of a driver's compartment have priority over the air conditioning of a passenger compartment. Or, however, the cooling of the cargo compartment or cargo compartments of a refrigerated transporter may possibly take precedence over the air conditioning of the driver's compartment.
Werden wenigstens zwei Verdampfer im Normalfall parallel betrieben, können diese mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Ausführungsform auch wechselseitig abgetaut werden, ohne dass der Betrieb zu unterbrechen ist. Als Beispiele hierfür seien folgende Szenarien genannt: So können beispielsweise zwei Verdampfer im Frachtraum eines Kühltransporters parallel betrieben werden, wobei der erste Verdampfer über die Heizrohre abgetaut wird, während der zweite Verdampfer über die Verdampferrohre weiterhin die Kühlung aufrechterhält. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, zwei Verdampfer im Außenwärmetauscher parallel zu betreiben. In der Regel ist eine Klimaanlage eines Busses mit einer Wärmepumpe derart ausgeführt. Bei diesem Beispiel kann beispielsweise der erste Außenwärmetauscher der Wärmepumpe über die Heizrohre abgetaut werden, während der andere weiter verdampft, ohne dass der Heizbetrieb des Zuluftwärmetauschers unterbrochen wird.If at least two evaporators are normally operated in parallel, they can also be defrosted alternately with the embodiment proposed according to the invention without the operation being interrupted. Examples include the following scenarios: For example, two evaporators can be operated in parallel in the hold of a refrigerated transporter, wherein the first evaporator is defrosted via the heating tubes, while the second evaporator continues to maintain the cooling via the evaporator tubes. Furthermore, it is possible to operate two evaporators in the outdoor heat exchanger in parallel. As a rule, an air conditioning system of a bus with a heat pump is designed in this way. In this example, for example, the first outdoor heat exchanger of the heat pump can be defrosted through the heating pipes, while the other evaporates further, without the heating operation of the air heat exchanger is interrupted.
Ein weiteres Beispiel ist durch einen Außenverdampfer und einen Kaltwasserwärmetauscher gegeben, bei dem Wärme durch Verdampfung dem Batterie/Motor-Kühlwasser entzogen wird und die in einer als Wärmepumpe arbeitenden Klimaanlagen parallel betrieben werden. Der Außenverdampfer kann über die Heizrohre abgetaut werden, während die Batterie weitergekühlt wird und die Wärmepumpe über die Heizrohre des Zuluftwärmetauschers weiter heizt. Another example is given by an external evaporator and a cold water heat exchanger in which heat is removed by evaporation of the battery / engine cooling water and operated in parallel in a working as a heat pump air conditioners. The outdoor evaporator can be defrosted via the heating pipes while the battery is being further cooled and the heat pump continues to be heated via the heating pipes of the supply air heat exchanger.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Bus, ein Schienenfahrzeug oder ein Kühltransporter, ausgerüstet mit der vorstehend beschriebenen Kälteanlage oder ausgerüstet mit dem vorstehend beschriebenen Kälteanlagensystem. Another object of the invention is a vehicle, in particular a bus, a rail vehicle or a refrigerated transporter, equipped with the above-described refrigeration system or equipped with the refrigeration system described above.
Ausführungsbeispieleembodiments
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to drawings.
Es zeigen:Show it:
Die Figuren stellen die Erfindung nur schematisch dar. Für gleiche oder ähnliche Komponenten werden gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, sofern nicht anders angegeben.The figures illustrate the invention only schematically. Identical or similar reference numbers are used for identical or similar components, unless stated otherwise.
Der Wärmetauscher
In
In
Weiterhin sind die Heizrohre
Die Heizrohre
Durch die Verbindung der Heizrohre
Die Kälteanlage
Zusätzlich weist der umschaltbare Kältemittelkreislauf
Im Heizbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers
In dieser Konfiguration ist die Kälteanlage
Im Kühlbetrieb des ersten umschaltbaren Wärmetauschers
In dieser Konfiguration ist die Kälteanlage
Der Außenluft-Wärmetauscher
Der Aufbau der Kälteanlage
Zur Kopplung des Warmwasserwärmetauschers
Mit Hilfe des erweiterten Kältemittelkreislaufes
Der Aufbau der Kälteanlage
In der Ausführungsform der
Der Aufbau des Kälteanlagensystems
Der Aufbau des Kälteanlagensystems
Zusätzlich sieht die Kälteanlage
Die
Der Darstellung gemäß
Der Eintritt der Kühlrohre
Bei der Darstellung gemäß
Die Regelung der Kälteanlage
Der neutrale Modus kann alternativ dazu auch mit abgeschaltetem Kompressor
Man kann die Ventile
Bei Erweiterung des Systems gemäß der
Ist zumindest eines der zusätzlichen Heizventile
In
Die Regelung eines Kälteanlagen-Systems
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- umschaltbarer Wärmetauscher switchable heat exchanger
- 10a10a
- 1. umschaltbarer Wärmetauscher 1. switchable heat exchanger
- 10b10b
- 2. umschaltbarer Wärmetauscher 2. switchable heat exchanger
- 1212
- Heizrohre heating pipes
- 1414
- Kühlrohre cooling pipes
- 1616
- Gehäuse casing
- 1818
- Lamellen slats
- 2020
- Kältemittelkreislauf Refrigerant circulation
- 2222
- Kälteanlage refrigeration plant
- 2424
- Verdichter compressor
- 25a25a
- 1. Abzweig 1. branch
- 25b25b
- 2. Abzweig 2nd branch
- 25c25c
- 3. Abzweig 3rd branch
- 25d25d
- 4. Abzweig 4. branch
- 25e25e
- 5. Abzweig 5th branch
- 25f25f
- 6. Abzweig 6. branch
- 26a26a
- 1. Expansionsorgan 1. expansion organ
- 26b26b
- 2. Expansionsorgan 2. expansion organ
- 28a28a
- (1.) Magnetventil (1.) solenoid valve
- 28b28b
- (2.) Magnetventil (2.) solenoid valve
- 30a30a
- (1.) interner Wärmetauscher (1.) internal heat exchanger
- 30b30b
- (2.) interner Wärmetauscher (2.) internal heat exchanger
- 3232
- Rohrleitung pipeline
- 3434
- Rohrleitung pipeline
- 3636
- Rohrleitung pipeline
- 3838
- Rohrleitung pipeline
- 4040
- Rohrleitung pipeline
- 4242
- Rohrleitung pipeline
- 4444
- Warmwasser-Wärmetauscher Hot water heat exchanger
- 44a44a
- 1. Warmwasser-Wärmetauscher 1. hot water heat exchanger
- 44b44b
- 2. Warmwasser-Wärmetauscher 2. Hot water heat exchanger
- 44c44c
- 3. Warmwasser-Wärmetauscher 3. Hot water heat exchanger
- 46 46
- Kaltwasser-Wärmetauscher Cold water heat exchanger
- 46a46a
- 1. Kaltwasser-Wärmetauscher 1. cold water heat exchanger
- 46b46b
- 2. Kaltwasser-Wärmetauscher 2. Cold water heat exchanger
- 46c46c
- 3. Kaltwasser-Wärmetauscher 3. Cold water heat exchanger
- 4848
- 5050
- Leitungssystem line system
- 50a50a
- Rückschlagventil check valve
- 50b50b
- Rückschlagventil check valve
- 52a52a
- 1. Ventil 1st valve
- 52b52b
- 2. Ventil 2nd valve
- 52c52c
- 3. Ventil 3rd valve
- 52d52d
- 4. Ventil 4th valve
- 52e52e
- 5. Ventil 5th valve
- 52f52f
- 6. Ventil 6th valve
- 5454
- 5656
- weiteres Expansionsorgan further expansion organ
- 58a58a
- (1.) Magnetventil (1.) solenoid valve
- 58b58b
- (2.) Magnetventil (2.) solenoid valve
- 60a, b60a, b
- Rohrleitung pipeline
- 6262
- Abzweig, Verbindungsleitung Branch, connection line
- 6363
- Abzweig junction
- 7070
- interner Wärmetauscher internal heat exchanger
- 8080
- Flachrohrwärmetauscher Flat tube heat exchanger
- 8282
- Eintrittsseite entry page
- 8484
- Austrittsseite exit side
- 8585
- Durchströmungsweg Durchströmungsweg
- 8686
- Blende cover
- 8888
- Verbindungsrohr connecting pipe
- 9090
- Heizsammelrohr Heizsammelrohr
- 9292
- Kühlsammelrohr Cooling manifold
- 9494
- Lamellenanordnung fin arrangement
- 9696
- 9898
- 100100
- Kälteanlagensystem Refrigeration plant system
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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