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Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen mit geringer Abwärmeentwicklung, wie Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kälteanlage und ein Verfahren zum Betrieben der Kälteanlage.
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Kältekreise bzw. Kälteanlagen mit Wärmepumpenfunktion, die über den Au-ßenwärmetauscher, d.h. den AC-Kondensator die Umgebungswärme nutzen und/oder auch einen Kältemittel-Kühlmittelwärmeübertrager als weitere Wärmequelle mit in den Prozess einbeziehen, sind in der Regel mit einem niederdruckseitigen Akkumulator bzw. Kältemittelsammler ausgeführt. Alternativ sind auch Verschaltungen mit zwei hochdruckseitigen Sammlern realisierbar, die aber einen hohen Aufwand an Schalt- und Bypassventilen zur Folge haben.
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In der zum Zeitpunkt der Einreichung dieser Anmeldung noch nicht veröffentlichten
DE 10 2018 211 589.3 wurde daher eine Kälteanlage mit einem einzigen Hochdrucksammler vorgeschlagen, der im Vergleich zu bisherigen Hochdrucksammlern drei statt bisher zwei Anschlüsse erfordert. Die dort beschriebene Kälteanlage kommt zwar mit einem einzigen Hochdrucksammler aus, umfasst aber keinen inneren Wärmeübertrager mehr. Außerdem hat sich gezeigt, dass ein Hochdrucksammler mit drei Anschlüssen zwar dazu führt, dass die äußere Systemkomplexität (Verschaltungen, Anzahl sperrbare Organe etc.) vereinfacht werden kann, aber der innere Aufbau des Hochdrucksammlers komplexer wird.
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Ein anderes Beispiel für eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion ist aus der
DE 10 2011 118 162 A1 bekannt. Dort sind auch verschiedene Betriebsmodi einer solchen Kälteanlage beschrieben, wie Kälteanlagenmodus, Luftwärmepumpenmodus, Wasserwärmepumpenmodus und Reheatmodus.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Kälteanlage mit innerem Wärmeübertrager anzugeben, bei der eine aktive Durchströmung des Hochdrucksammlers in allen Betriebsarten der Kälteanlage gewährleistet werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 3, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird gemäß einem ersten Aspekt also eine Kälteanlage mit einem Verdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekundärstrang verbindbar oder verbunden ist; mit einem mit dem Primärstrang und dem Sekundärstrang verbundenen Kältemittelsammler mit wenigstens zwei Kältemittelanschlüssen, wobei der Primärstrang mit einem ersten Kältemittelanschluss verbunden ist; mit einem stromabwärts des Kältemittelsammlers angeordneten inneren Wärmeübertrager, wobei der innere Wärmeübertrager mit einem zweiten Kältemittelanschluss des Kältemittelsammlers verbunden ist; wobei der Primärstrang einen bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager umfasst, der je nach Betriebsart der Kälteanlage als Kälteanlagenkondensator oder Wärmepumpenverdampfer dient, und wobei der Sekundärstrang einen Heizkondensator umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass stromaufwärts des ersten Kältemittelanschlusses des Kältemittelsammlers zwischen dem bidirektional durchströmbaren Wärmetauscher und dem Kältemittelsammler ein erstes Absperrventil angeordnet ist, und dass stromabwärts des zweiten Kältemittelanschlusses des Kältemittelsammlers ein Bypassabschnitt angeordnet ist, der das erste Absperrventil im Betrieb des Wärmeübertragers als Wärmepumpenverdampfer umgeht, wobei in dem Bypassabschnitt ein Expansionsorgan angeordnet ist.
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Durch die Einbindung des inneren Wärmeübertragers kann die Systemeffizienz gesteigert werden, da der innere Wärmeübertrager zumindest für mindestens einen für die Innenraumklimatisierung vorgesehenen Verdampfer wirksam ist. Durch das Bereitstellen des ersten Absperrorgans und des Bypassabschnitts mit dem Expansionsorgan ist es möglich, einen an sich bekannten Kältemittelsammler mit zwei Anschlüssen einzusetzen. Die Kälteanlage bietet somit hinsichtlich der Systemkomplexität eine einfache Alternative zu dem Einsatz eines Hochdrucksammlers mit drei Anschlüssen. Dabei wird das Expansionsorgan, das lediglich für einen Luftwärmepumpenmodus durchströmt werden muss, in den Bypassabschnitt verlagert und parallel dazu ein zusätzliches Absperrorgan angeordnet, das nur in einem Kälteanlagenmodus durchströmt wird.
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Zwischen dem Heizkondensator und dem ersten Kältemittelanschluss des Kältemittelsammlers kann ein zweites Absperrventil angeordnet sein. Dieses zweite Absperrorgan wird geöffnet, wenn die Kälteanlage in einem Wärmepumpenmodus, insbesondere im Luftwärmepumpenmodus oder im Wasserwärmepumpenmodus betrieben wird, so dass vom Verdichter zum Heizkondensator gefördertes Kältemittel stromaufwärts des Hochdrucksammlers und stromabwärts der ersten Absperreinrichtung eingeleitet werden kann.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion vorgeschlagen mit einem Verdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekundärstrang verbindbar oder verbunden ist; mit einem mit dem Primärstrang und dem Sekundärstrang verbundenen Kältemittelsammler mit wenigstens zwei Kältemittelanschlüssen, wobei der Primärstrang mit einem ersten Kältemittelanschluss verbunden ist; mit einem stromabwärts des Kältemittelsammlers angeordneten inneren Wärmeübertrager, wobei der innere Wärmeübertrager mit einem zweiten Kältemittelanschluss des Kältemittelsammlers verbunden ist; wobei der Primärstrang einen bidirektional durchströmbaren Wärmetauscher umfasst, der je nach Betriebsart der Kälteanlage als Kälteanlagenkondensator oder Wärmepumpenverdampfer dient, und wobei der Sekundärstrang einen Heizkondensator umfasst. Dabei ist vorgesehen, dass stromaufwärts des ersten Kältemittelanschlusses des Kältemittelsammlers zwischen dem bidirektional durchströmbaren Wärmetauscher und dem Kältemittelsammler ein Expansionsorgan angeordnet ist, und dass der Kältemittelsammler einen dritten Kältemittelanschluss aufweist, der mit dem Sekundärstrang verbunden ist, wobei stromaufwärts des dritten Kältemittelanschlusses ein Absperrventil angeordnet ist.
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Auch bei diesem Aufbau der Kälteanlage kann durch die Einbindung des inneren Wärmeübertragers die System effizienz gesteigert werden, da der innere Wärmeübertrager zumindest für mindestens einen für die Innenraumklimatisierung vorgesehenen Verdampfer wirksam ist. Dabei kommt ein Kältemittelsammler mit drei Anschlüssen zum Einsatz, der mit dem inneren Wärmeübertrager kombiniert wird.
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Stromabwärts des inneren Wärmeübertragers kann mindestens ein Verdampfer angeordnet sein, wobei zwischen dem inneren Wärmeübertrager und dem Verdampfer ein Expansionsorgan angeordnet ist.
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Zwischen dem Kältemittelsammler und dem Verdichter kann ein Chiller angeordnet sein, dessen Kältemittelzuleitung stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers abzweigt. Alternativ kann zwischen dem Kältemittelsammler und dem Verdichter ein Chiller angeordnet sein, dessen Kältemittelzuleitung stromabwärts des inneren Wärmeübertragers und stromaufwärts des Verdampfers abzweigt. Der Chiller ist in beiden Fällen parallel zu dem Verdampfer in der Kälteanlage vorgesehen, allerdings außerhalb eines Leitungsabschnitts, der beim inneren Wärmeübertrager (hochdruckseitig) beginnt und beim inneren Wärmeübertrager (niederdruckseitig) endet und den Verdampfer sowie das zugehörige Expansionsorgan umfasst. Der innere Wärmeübertrager ist somit ausschließlich für den mindestens einen Verdampfer wirksam, wobei die Systemleistung bei Hochlastbetrieb in Bezug auf die Innenraumklimatisierung erhöht werden kann.
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In der zum Chiller führenden Kältemittelzuleitung kann ein Expansionsorgan angeordnet sein. Das Expansionsorgan kann dabei zwischen dem Kältemittelsammler und dem Chiller angeordnet sein, wenn der Abzweig der Kältemittelzuleitung stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers vorgesehen ist. Alternativ kann das Expansionsorgan zwischen dem inneren Wärmeübertrager und dem Chiller angeordnet sein, wenn der Abzweig der Kältemittelzuleitung stromabwärts des inneren Wärmeübertragers vorgesehen ist.
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Ein niederdruckseitiger Anschluss des Chillers kann stromabwärts des inneren Wärmeübertragers und stromaufwärts des Verdichters angeordnet sein. Somit kann durch den Chiller geführtes Kältemittel und durch den inneren Wärmeübertrager geführtes Kältemittel vor dem Verdichter wieder zusammengeführt werden.
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Eine weitere Anbindungsvariante des Chillers, dessen Kältemittelstrang hochdruckseitig stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers und stromabwärts des Kältemittelsammlers abzweigt, ist niederdruckseitig stromaufwärts des niederdruckseitigen Abschnitts des inneren Wärmeübertragers und stromabwärts des mindestens einen im System vorgesehenen Verdampfers, gegeben. Damit ist auch in diesem Fall gewährt, dass der innere Wärmeübertrager nur für den mindestens einen vorgesehen Verdampfer aktiv ist.
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Der Kältemittelsammler kann hochdruckseitig in der Kälteanlage derart eingebunden sein, dass er in jedem Betriebszustand der Kälteanlage aktiv durchströmt ist.
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Die Kälteanlage kann eine Steuereinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, einen gewünschten Betriebsmodus einzustellen, insbesondere durch Ansteuern von wenigstens einem betreffenden Absperrventil oder/und wenigstens einem betreffenden Expansionsorgan. Die Steuereinrichtung kann dabei auch Teil eine übergeordneten Fahrzeugsteuerung sein. Insbesondere ist die Steuereinrichtung auch dazu eingerichtet, je nach Betriebsmodus der Kälteanlage ein Ventil oder/und Expansionsorgan nicht nur vollständig zu öffnen oder zu schließen, sondern auch variable Öffnungsstellungen von betreffenden Ventilen oder/und Expansionsorganen anzusteuern bzw. zu regeln.
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Die voranstehend aufgeführten optionalen Merkmale der Kälteanlage können mit beiden alternativ vorgestellten Kälteanlagen nach dem ersten Aspekt bzw. nach dem zweiten Aspekt der Erfindung kombiniert werden.
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Vorgeschlagen wird auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, mit einer der oben beschriebenen Eigenschaften. Das Kraftfahrzeug kann ein reines Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein.
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Vorgeschlagen wird weiter ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei:
- - in einem Kälteanlagenmodus das erste Absperrventil geöffnet wird bzw. ist und das im Bypassabschnitt angeordnete Expansionsorgan geschlossen wird bzw. ist; und
- - in einem Luftwärmepumpenmodus das erste Absperrventil geschlossen wird bzw. ist und das Expansionsorgan im Bypassabschnitt geöffnet wird bzw. ist;
- - in einem Wasserwärmepumpenmodus das erste Absperrventil geschlossen wird bzw. ist und das Expansionsorgan im Bypassabschnitt geschlossen wird bzw. ist.
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In einem kombinierten Modus aus Wasserwärmepumpenmodus und Luftwärmepumpenmodus kann das erste Absperrventil geschlossen werden bzw. sein und das im Bypassabschnitt angeordnete Expansionsorgan kann entsprechend einer Ansteuerung durch die Steuereinheit insbesondere variabel geöffnet werden bzw. sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:
- 1 ein schematisches Diagramm einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung;
- 2 ein schematisches Diagramm einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
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1 zeigt in einer schematischen Schaltkreisdarstellung eine Kältemittelanlage 10 mit Wärmepumpenfunktion. Die Kältemittelanlage 10 umfasst einen Verdichter 12, an den sich eine Ventileinrichtung 14 anschließt. Mittels der Ventileinrichtung 14 kann Kältemittel zu einem Primärstrang S1 (im Schema nach links) beim Ventileinrichtungsausgang 2 oder/und einem Sekundärstrang S2 (im Schema nach rechts) beim Ventileinrichtungausgang 3 geleitet werden, je nach gewünschtem Betriebsmodus der Kälteanlage 10.
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Der Primärstrang S1 umfasst einen bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager 16 und einen Verdampfer 18. Der bidirektional durchströmbare Wärmeübertrager 16 kann auch als Umgebungswärmeübertrager bezeichnet werden. Zwischen dem Wärmeübertrager 16 und dem Verdampfer 18 ist ein innerer Wärmeübertrager 20 angeordnet. Der Primärstrang S1 wird im dargestellten Schema an einem ersten Kältemittelanschluss 21 in einen Kältemittelsammler 22 geführt. Der Kältemittelsammler 22 weist einen zweiten Kältemittelanschluss 23. An diesem zweiten Kältemittelanschluss 23 sind der innere Wärmeübertrager 20, der Chiller 26 und der Verdampfer 18 angeschlossen.
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Die Kälteanlage 10 umfasst im Sekundärstrang S2 einen Heizkondensator 24. Die Verbindung des Sekundärstrangs S2 mit dem Kältemittelsammler 22 ist stromaufwärts des ersten Kältemittelanschlusses 21 vorgesehen.
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Die Kälteanlage 10 umfasst einen Chiller 26. Der Chiller 26 ist stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 angeordnet. Eine Kältemittelzuleitung 28 zu dem Chiller 26 hin weist ein absperrbares Expansionsorgan AE1 auf. Die Abzweigung 30 für den Chiller 26 ist stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 und stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 vorgesehen. Alternativ kann statt der Abzweigung 30 stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 auch eine Abzweigung 30a stromabwärts des inneren Wärmeübertragers 20 vorgesehen sein, was als gestrichelter Leitungsverlauf stromaufwärts des Expansionsorgans AE1 der Zuleitung 28 dargestellt ist.
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Die Kälteanlage 10 weist stromaufwärts des Kältemittelsammlers 22 bzw. des ersten Kältemittelanschlusses 21 ein erstes Absperrventil A2 auf. Stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 zweigt insbesondere nach dem zweiten Kältemittelanschluss 23 ein Bypassabschnitt 32 ab. In dem Bypassabschnitt 32 ist ein Expansionsorgan AE3 angeordnet. Der Bypassabschnitt 32 ist mit einem Leitungsabschnitt 34 verbunden, der zwischen dem bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager 16 und dem ersten Absperrventil A2 angeordnet ist. Der Bypassabschnitt 32 bildet somit eine Umgehung des ersten Absperrventils A2. Anders ausgedrückt ermöglicht der Bypassabschnitt 32 das Fördern von Kältemittel über den ersten Kältemittelanschluss 21 hin zu dem zweiten Kältemittelanschluss 23, jedoch an dem ersten Absperrventil A2 vorbei.
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Ein zweites Absperrventil A1 ist in dem Sekundärstrang S2 vorgesehen. Das zweite Absperrventil A1 ist ausgangsseitig zwischen dem ersten Absperrventil A2 und dem Kältemittelsammler 22 angeschlossen. Somit sind der Primärstrang S1 und der Sekundärstrang S2 mit dem ersten Kältemittelanschluss 21 (Kältemitteleingang) des Kältemittelsammlers 22 verbunden.
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Mit pT1 bis pT5 sind mögliche Positionen gekennzeichnet, an denen Druck-/Temperatursensoren angeordnet sein können, wobei die Anzahl der entsprechenden Sensoren und deren genaue Positionierung auch an andere Ausgestaltungen angepasst werden können. Mit R3 und R4 sind beispielhaft zwei Rückschlagventile gekennzeichnet.
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Wird die Kälteanlage 10 in einem Kälteanlagenmodus betrieben, wird Kältemittel durch den Verdichter 12 komprimiert und zur Ventileinrichtung 14 gefördert. Die Ventileinrichtung 14 ist bzw. wird so geschaltet, dass das Kältemittel zum Wärmeübertrager 16 geführt wird, der in diesem Fall als Kälteanlagenkondensator arbeitet. Im Kälteanlagenmodus ist das Expansionsorgan AE3 geschlossen bzw. gesperrt, so dass aus dem Wärmeübertrager 16 austretendes Kältemittel durch das geöffnete erste Absperrventil A2 in den Kältemittelsammler 22 gelangt. Es ist selbstredend, dass in dem Kälteanlagenmodus das zweite Absperrventil A1 geschlossen bzw. gesperrt ist. Aus dem Kältemittelsammler 22 austretendes Kältemittel wird über die Hochdruckseite des inneren Wärmeübertragers 20 dem Expansionsorgan AE2 und dem Verdampfer 18 zugeführt. Vom Verdampfer 18 gelangt das Kältemittel zur Niederdruckseite des inneren Wärmeübertragers und zurück zum Verdichter 12.
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In dem Kälteanlagenmodus kann das Expansionsorgan AE1, das stromaufwärts des Chillers 26 angeordnet ist, offen oder geschlossen sein. Im geöffneten Zustand kann Kältemittel durch den Chiller 26 strömen, so dass der als Verdampfer arbeitende Chiller 26 beispielsweise dazu eingesetzt werden kann, einen Elektromotor oder/und eine Batterie eines Kraftfahrzeugs zu kühlen.
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Neben dem Verdampfer 18 mit dem ihm zugeordneten Expansionsorgan AE1 kann in dem System mindestens ein weiterer Innenraumverdampfer bspw. als Fondsraumverdampfer mit einem diesen vorgeschalteten Expansionsorgan vorgesehen werden
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Die Kälteanlage 10 kann auch in einem Luftwärmepumpenmodus betrieben werden. Von dem Verdichter 12 komprimiertes Kältemittel wird dabei durch die Ventileinrichtung 14 in den Sekundärstrang S2 geleitet und strömt durch den Heizkondensator 24. Es ist selbstverständlich, dass die Ventileinrichtung 14 hierzu entsprechend angesteuert werden kann, insbesondere umstellbar zwischen Kälteanlagenmodus und Wärmepumpenmodus ausgebildet ist. Vom Heizkondensator 24 gelangt das Kältemittel zum geöffneten zweiten Absperrventil A1 der Kälteanlage 10 und zum Kältemittelsammler 22. Das erste Absperrventil A2 des Primärstrangs S1 ist dabei geschlossen. Stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 sind die beiden absperrbaren Expansionsorgane AE1 und AE2 geschlossen. Entsprechend strömt das Kältemittel vom Kältemittelsammler 22 her durch den Bypassabschnitt 32 und das in diesem Betriebsmodus gemäß Steuergerätevorgabe veränderlich geöffnete Expansionsorgan AE3. Schließlich gelangt Kältemittel zum Wärmeübertrager 16, der als Luftwärmepumpenverdampfer arbeitet. Vom Wärmeübertrager 16 wird das Kältemittel niederdruckseitig durch die Ventileinrichtung 14 und das Rückschlagventi R4 wieder zum Verdichter 12 geleitet.
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In einem Wasserwärmepumpenmodus und/ oder Reheat-Modus wird von dem Verdichter 12 komprimiertes Kältemittel durch die Ventileinrichtung 14 in den Sekundärstrang S2 geleitet und strömt durch den Heizkondensator 24. Vom Heizkondensator 24 gelangt das Kältemittel zum geöffneten zweiten Absperrventil A1 der Kälteanlage 10 und zum Kältemittelsammler 22. Das erste Absperrventil A2 des Primärstrangs S1 ist dabei geschlossen. Ebenso ist das Expansionsorgan AE3 im Bypassabschnitt 32 geschlossen. Stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 können die beiden absperrbaren Expansionsorgane AE1 und AE2 geöffnet sein oder es kann nur eines der beiden Expansionsorgane AE1 , AE2 geöffnet sein. Entsprechend der Stellung der Expansionsorgane AE1, AE2 strömt das Kältemittel vom Kältemittelsammler 22 her durch Verdampfer 18 oder/und durch den Chiller 26. Vom Verdampfer 18 oder/und vom Chiller 26 wird das Kältemittel niederdruckseitig wieder zum Verdichter 12 geleitet.
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Im Betrieb einer Kälteanlage 10 der 1 können folgende Schritte ausgeführt werden. Im Kälteanlagenmodus Öffnen des erste Absperrventils (A2) und Schließen des im Bypassabschnitt (32) angeordnete Expansionsorgans (AE3). Im Luftwärmepumpenmodus Schließen des ersten Absperrventils (A2) und Öffnen des Expansionsorgans (AE3) im Bypassabschnitt (32).
Im Wasserwärmepumpenmodus Schließen des ersten Absperrventils (A2) und Schließen des Expansionsorgans (AE3) im Bypassabschnitt (32). Im Kombinationsmodus aus Wasserwärmepumpe und Luftwärmepumpe Schließen des ersten Absperrventils (A2) und Öffnen der Expansionsorgane (AE1 und AE3).
Der Vollständigkeit halber wird noch darauf hingewiesen, dass der hochdruckseitige Eingang 1 der Ventileinrichtung und der niederdruckseitige Ausgang 4 der Ventileinrichtung 14 umstellbar sind. Die in der 1 dargestellte Stellung zeigt den Kälteanlagenmodus. Es ist klar, dass in den Wärmepumpenmodi die bei 1 und 4 dargestellten umstellbaren Organe umgeschaltet werden, so dass der Kältemittelfluss entlang dem gestrichelt dargestellten Verlauf erfolgt.
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2 zeigt eine alternative Kälteanlage 10, die im Wesentlichen gleich aufgebaut ist, wie die Kälteanlage 10 der 1. Auch diese Kältemittelanlage 10 umfasst einen Verdichter 12, an den sich eine Ventileinrichtung 14 anschließt. Mittels der Ventileinrichtung 14 kann Kältemittel zu einem Primärstrang S1 (im Schema nach links) oder/und einem Sekundärstrang S2 (im Schema nach rechts) geleitet werden, je nach gewünschtem Betriebsmodus der Kälteanlage 10.
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Der Primärstrang S1 umfasst einen bidirektional durchströmbaren Wärmeübertrager 16 und einen Verdampfer 18. Zwischen dem Wärmeübertrager 16 und dem Verdampfer 18 ist ein innerer Wärmeübertrager 20 angeordnet. Der Primärstrang S1 wird im dargestellten Schema an einem ersten Kältemittelanschluss 21 in einen Kältemittelsammler 22 geführt. Der Kältemittelsammler 22 weist einen zweiten Kältemittelanschluss 23 auf. An diesem zweiten Kältemittelanschluss 23 sind der innere Wärmeübertrager 20 und der Verdampfer 18 angeschlossen.
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Die Kälteanlage 10 umfasst im Sekundärstrang S2 einen Heizkondensator 24. Die Verbindung des Sekundärstrangs S2 mit dem Kältemittelsammler 22 ist über einen dritten Kältemittelanschluss 25 vorgesehen. Somit weist die Kälteanlage 10 der 2 einen Kältemittelsammler 22 mit drei Anschlüssen 21, 23, 25 auf im Gegensatz zu dem Kältemittelsammler 22 mit zwei Anschlüssen 21, 23 der Kälteanlage 10 der 1.
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Die Kälteanlage 10 umfasst einen Chiller 26. Der Chiller 26 ist stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 angeordnet. Eine Kältemittelzuleitung 28 zu dem Chiller 26 hin weist ein absperrbares Expansionsorgan AE1 auf. Die Abzweigung 30 für den Chiller 26 ist stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 und stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 vorgesehen. Alternativ kann statt der Abzweigung 30 stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 auch eine Abzweigung 30a stromabwärts des inneren Wärmeübertragers 20 vorgesehen sein, was als gestrichelter Leitungsverlauf dargestellt stromaufwärts des Expansionsorgans AE1 der Zuleitung 28.
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Alternativ kann bei der Wahl eines Abzweiges 30 für den Chiller 26 dessen niederdruckseitige Anbindung stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 und stromabwärts des Rückschlagventils R3 erfolgen.
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Die Kälteanlage 10 der 2 weist stromaufwärts des Kältemittelsammlers 22 bzw. des ersten Kältemittelanschlusses 21 ein Expansionsorgan AE3 auf. Ein Absperrventil A1 ist in dem Sekundärstrang S2 vorgesehen. Das Absperrventil A1 ist ausgangsseitig an dem dritten Kältemittelanschluss 25 des Kältemittelsammlers 22 angeschlossen. Somit sind der Primärstrang S1 und der Sekundärstrang S2 im Kältemittelsammler 22 zusammengeführt.
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Mit pT1 bis pT5 sind mögliche Positionen gekennzeichnet, an denen Druck-/Temperatursensoren angeordnet sein können, wobei die Anzahl der entsprechenden Sensoren und deren genaue Positionierung auch an andere Ausgestaltungen angepasst werden kann. Mit R3 und R4 sind beispielhaft zwei Rückschlagventile gekennzeichnet.
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Wird die Kälteanlage 10 in einem Kälteanlagenmodus betrieben, wird Kältemittel durch den Verdichter 12 komprimiert und zur Ventileinrichtung 14 gepumpt. Die Ventileinrichtung 14 ist bzw. wird so geschaltet, dass das Kältemittel zum Wärmetauscher 16 geführt wird, der in diesem Fall als Kälteanlagenkondensator arbeitet. Im Kälteanlagenmodus gelangt aus dem Wärmeübertrager 16 austretendes Kältemittel durch das geöffnete Expansionsorgan AE3 in den Kältemittelsammler 22. Es ist selbstredend, dass in dem Kälteanlagenmodus das Absperrventil A1 geschlossen bzw. gesperrt ist. Aus dem Kältemittelsammler 22 austretendes Kältemittel wird über die Hochdruckseite des inneren Wärmeübertragers 20 dem Expansionsorgan AE2 und dem Verdampfer 18 zugeführt. Vom Verdampfer 18 gelangt das Kältemittel zur Niederdruckseite des inneren Wärmeübertragers und zurück zum Verdichter 12.
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Neben dem Verdampfer 18 mit dem ihm zugeordneten Expansionsorgan AE1 kann in dem System bzw. der Kälteanlage 10 mindestens ein weiterer Innenraumverdampfer bspw. als Fondsraumverdampfer mit einem diesem vorgeschalteten Expansionsorgan vorgesehen werden.
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In dem Kälteanlagenmodus kann das Expansionsorgan AE1, das stromaufwärts des Chillers 26 angeordnet ist, offen oder geschlossen sein. Im geöffneten Zustand kann Kältemittel durch den Chiller 26 strömen, so dass der als Verdampfer arbeitende Chiller 26 beispielsweise dazu eingesetzt werden kann, einen Elektromotor oder/und ein Batterie eines Kraftfahrzeugs zu kühlen.
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Die Kälteanlage 10 kann auch in einem Luftwärmepumpenmodus betrieben werden. Von dem Verdichter 12 komprimiertes Kältemittel wird dabei durch die Ventileinrichtung 14 in den Sekundärstrang S2 geleitet und strömt durch den Heizkondensator 24. Es ist selbstverständlich, dass die Ventileinrichtung 14 hierzu entsprechend angesteuert werden kann, insbesondere umstellbar zwischen Kälteanlagenmodus und Wärmepumpenmodus ausgebildet ist. Vom Heizkondensator 24 gelangt das Kältemittel zum geöffneten Absperrventil A1 der Kälteanlage 10 und zum Kältemittelsammler 22. Stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 sind die beiden absperrbaren Expansionsorgane AE1 und AE2 geschlossen. Entsprechend strömt das Kältemittel vom Kältemittelsammler 22 her durch den ersten Kältemittelanschluss 21 zu dem Expansionsorgan AE3. Schließlich gelangt Kältemittel zum Wärmeübertrager 16, der als Luftwärmepumpe arbeitet. Vom Wärmeübertrager 16 wird das Kältemittel niederdruckseitig durch die Ventileinrichtung 14 und das Rückschlagventil R4 wieder zum Verdichter 12 geleitet.
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In einem Wasserwärmepumpenmodus und/oder Reheatmodus wird von dem Verdichter 12 komprimiertes Kältemittel durch die Ventileinrichtung 14 in den Sekundärstrang S2 geleitet und strömt durch den Heizkondensator 24. Vom Heizkondensator 24 gelangt das Kältemittel zum geöffneten Absperrventil A1 der Kälteanlage 10 und zum Kältemittelsammler 22. Das Expansionsorgan AE3 ist dabei geschlossen. Stromabwärts des Kältemittelsammlers 22 können die beiden absperrbaren Expansionsorgane AE1 und AE2 geöffnet sein oder es kann nur eines der beiden Expansionsorgane AE1, AE2 geöffnet sein. Entsprechend der Stellung der Expansionsorgane AE1, AE2 strömt das Kältemittel vom Kältemittelsammler 22 her durch den Verdampfer 18 oder/und durch den Chiller 26. Vom Verdampfer 18 oder/und vom Chiller 26 wird das Kältemittel niederdruckseitig wieder zum Verdichter 12 geleitet.
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Im Kombinationsmodus aus Wasserwärmepumpe und Luftwärmepumpe können durch Öffnen der Expansionsorgane (AE1 und AE3) sowohl der Wärmeübertrager 16 als auch der Chiller 26 mit Kältemittel beaufschlagt werden und durch Verdampfung des sie durchströmenden Mediums Wärme aufnehmen.
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Analog zu 1 kann der Abgang zum Chiller 26 über den Abzweig 30 stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 bzw. stromabwärts des inneren Wärmeübertragers 20 vorgesehen werden. Alternativ kann bei der Wahl eines Abzweiges 30 für den Chiller 26 dessen niederdruckseitige Anbindung stromaufwärts des inneren Wärmeübertragers 20 und stromabwärts des Rückschlagventils R3 erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018211589 [0003]
- DE 102011118162 A1 [0004]
