-
Die Erfindung betrifft einen Kältekreis für ein Fahrzeug, mit zwei Verdampferzweigen, die zueinander parallel geschaltet sind, wobei im ersten Verdampferzweig ein erstes Expansionsventil und ein erster Verdampfer angeordnet sind, zur Klimatisierung einer ersten Komponente, und im zweiten Verdampferzweig ein zweites Expansionsventil und ein zweiter Verdampfer, zur Klimatisierung einer zweiten Komponente. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug.
-
-
Ein Kältekreis in einem Fahrzeug dient üblicherweise zur Kühlung einer Anzahl von Komponenten, welche über geeignete Verdampfer an den Kältekreis thermisch angeschlossen sind und typischerweise als Wärmequelle wirken. Im Kältekreis zirkuliert dann ein Kältemittel, welches im jeweiligen Verdampfer Wärme aufnimmt und in einem Kondensator des Kältekreises wieder abgibt, beispielsweise an einen Kühlkreis oder direkt an die Umgebung. Dadurch stellt der Kältekreis eine bestimmte Kühlleistung zur Verfügung.
-
Generell besteht bei Kältekreisen mit mehreren Wärmequellen das Problem, die zur Verfügung stehende Kühlleistung in geeigneter Weise auf die mehreren Verdampfer, genauer gesagt die Komponenten aufzuteilen. Besonders problematisch sind hierbei solche Fälle, in denen an unterschiedlichen Verdampfern auch unterschiedliche und/oder wechselnde Kühlanforderungen vorliegen.
-
Der in der
DE 10 2013 211 259 A1 beschriebene Kältekreis weist einen Kondensator auf und zwei Verdampferzweige, von denen einer zur Kühlung eines Fahrzeuginnenraums dient und der andere zur Kühlung eines Hochvoltspeichers. In den Verdampferzweigen sind jeweils ein Verdampfer und ein diesem vorgeschaltetes Expansionsventil angeordnet. Weiterhin sind die beiden Verdampferzweige zueinander parallel geschaltet. Bei Erkennen eines zu geringen Kältemittelstroms durch den zum Hochvoltspeicher zugehörigen Verdampfer ist vorgesehen, einen Wärmeverlust am Kondensator zu verringern, indem ein Teil des Kältemittels über einen Bypass am Kondensator vorbeigeführt wird.
-
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kältekreis für ein Fahrzeug anzugeben. Mittels des Kältekreises soll eine verbesserte Klimatisierung verschiedener Komponenten gewährleistet sein.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelost durch einen Kältekreis mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Kältekreis sinngemäß auch für das Verfahren sowie das Fahrzeug und umgekehrt.
-
Der Kältekreis ist insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug ausgebildet, insbesondere einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Im Kältekreis zirkuliert ein Kältemittel mit einem Gesamtmassenstrom, welches mittels eines Verdichters komprimiert wird und stromab desselben einen Kondensator durchströmt, zur Wärmeabgabe, beispielsweise an einen Kühlkreis oder die Umgebung des Fahrzeugs. Stromab des Kondensators ist eine erste Verzweigung angeordnet, an welcher der Gesamtmassenstrom des Kältemittels in zwei Teilmassenströme aufgeteilt wird. Ausgehend von der ersten Verzweigung sind dann zwei Verdampferzweige ausgebildet, die zueinander parallel geschaltet sind. Dabei sind im ersten Verdampferzweig ein erstes Expansionsventil und ein erster Verdampfer angeordnet, zur Klimatisierung einer ersten Komponente, und im zweiten Verdampferzweig sind ein zweites Expansionsventil und ein zweiter Verdampfer angeordnet, zur Klimatisierung einer zweiten Komponente. Die beiden Komponenten sind insbesondere Fahrzeugkomponenten. Ein jeweiliges Expansionsventil ist dabei stromauf des jeweiligen Verdampfers angeordnet. Stromab der beiden Verdampfer sind die beiden Verdampferzweige an einer zweiten Verzweigung wieder zusammengeführt und ebenso die beiden Teilmassenströme. Ein jeweiliger Verdampferzweig erstreckt sich somit zwischen den beiden Verzweigungen. Erfindungsgemäß ist nun im zweiten Verdampferzweig stromab des zweiten Verdampfers ein Drucksteuerelement angeordnet, zur selektiven Drucksteuerung im zweiten Verdampferzweig.
-
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass in den beiden Verdampfern unterschiedliche Drücke des Kältemittels eingestellt werden, und zwar im Wesentlichen unabhängig voneinander, d. h. selektiv. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, auf entsprechend unterschiedliche Kühlanforderungen an die beiden Verdampfer auch unterschiedlich zu reagieren und in jedem der Verdampferzweige genau die Kühlleistung bereitzustellen, die am jeweiligen Verdampfer gefordert ist. Bei einem herkömmlichen Kältekreis erfolgt dagegen stromab der beiden Verdampfer durch Zusammenführen der Teilmassenströme ein Druckausgleich, welcher eine Kopplung der Drücke in den beiden Verdampferzweigen zur Folge hat und somit negativ auf die Verdampferzweige und die dort erzielte Kühlleistung zurückwirkt. Dies wird durch das zusätzliche Drucksteuerelement vermieden.
-
Dabei liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, mittels des Drucksteuerelements die beiden Verdampferzweige drucktechnisch möglichst weitgehend derart zu entkoppeln, dass jeweils ein optimaler Teilmassenstrom an Kältemittel und somit ein optimaler Druck einstellbar sind. Diese Entkoppelung ist besonders in solchen Fällen von Vorteil, in denen in beiden Verdampferzweigen zusammen mehr Kühlleistung angefordert wird, als der Kältekreis maximal leisten kann. Das Drucksteuerelement im zweiten Verdampferzweig wirkt hierbei dann als Sicherung des ersten Verdampferzweigs gegen einen möglicherweise zu starken Druckanstieg im ersten Verdampferzweig. Ein solcher Druckanstieg würde die Leistungsfähigkeit des ersten Verdampferzweigs in ungewünschtem Ausmaß reduzieren. Dieser Druckanstieg im ersten Verdampfer könnte ohne das Drucksteuerelement stromab des zweiten Verdampfers lediglich durch eine Anpassung des zweiten Expansionaventils vor dem zweiten Verdampfer vermieden werden. Dadurch wird allerdings in nachteiliger Weise im zweiten Verdampferkreis das Kältemittel unter Umständen bereits beim Einströmen in einen Eingangsabschnitt des Verdampfers vollständig verdampft. Auf dem restlichen Weg durch den Verdampfer ist in diesem Fall dann durch das überhitzte Kältemittel keine Kühlung mehr möglich.
-
Diese zu schnelle Verdampfung des Kältemittels ist besonders bei großflächigen Komponenten von Bedeutung, die dann lediglich lokal gekühlt werden, nämlich dort, wo die Komponente mit dem Eingangsabschnitt des Verdampfers in thermischer Verbindung steht. Kritisch ist dies dann insbesondere bei solchen Komponenten, bei denen eine zu große Temperaturspreizung vermieden werden soll, d. h. bei denen eine räumlich möglichst homogene Kühlung erzielt werden soll. Ein Beispiel hierfür ist ein Hochvoltspeicher, zur Energieversorgung eines Antriebs eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, bei welchem eine Temperaturspreizung vermieden werden sollte, um alle Hochvoltspeicherzellen gleichermaßen zu kühlen und somit insbesondere eine möglichst gleichmäßige thermische Beanspruchung aller Hochvoltspeicherzellen zu gewährleisten. Anderenfalls würden stärker belastete Hochvoltspeicherzellen deutlich schneller degenerieren und dann insbesondere die Gesamtleistung des Hochvoltspeichers entsprechend frühzeitig negativ beeinflussen. Mittels des nachgeschalteten Drucksteuerelements ist es in Kombination mit dem vorgeschalteten zweiten Expansionsventil jedoch möglich, den Druck im zweiten Verdampfer derart zu erhöhen, dass die Kühlleistung des zweiten Verdampfers reduziert wird und eine gleichmäßigere Verdampfung des Kältemittels über den gesamten Verdampfer erzielt wird, d. h. über dessen gesamte Länge, insbesondere unabhängig vom Druck im ersten Verdampfer. Insgesamt erfolgt somit durch die selektive Drucksteuerung im zweiten Verdampferzweig eine besonders homogene Klimatisierung der diesem zugeordneten zweiten Komponente.
-
Mit anderen Worten besteht der Vorteil der Erfindung insbesondere darin, dass der zur Kühlung der zweiten Komponente verwendet Anteil der gesamten Kühlleistung einstellbar ist und eine reduzierte Kühlung erfolgt, sodass bedarfsweise entweder ein Maximum an Kühlleistung weiterhin für die erste Komponente zur Verfügung steht oder ein optimaler Kompromiss zur Aufteilung der Kühlleistung auf beide Komponenten erzielt wird, bei gleichzeitig besonders homogener Kühlung insbesondere der zweiten Komponente.
-
Die Expansionsventile wirken vorrangig jeweils als Druckminderer für das Kältemittel und weisen dazu eine Öffnung auf, zur Reduktion der Menge an durchströmendem Kältemittel, d. h. zum Einstellen eines bestimmten Massenstroms. Auf diese Weise wird eine Expansion und insbesondere auch Abkühlung des Kältemittels stromab des Expansionsventils erzielt, Eine veränderte Öffnung führt dabei zu einem veränderten Teilmassenstrom an Kältemittel pro Zeit und einer entsprechenden Druckänderung. Das Ausmaß der Druckminderung ist demnach über die Größe der Öffnung vorgebbar, welche zu diesem Zweck häufig entsprechend einstellbar und/oder verschließbar ist.
-
Grundsätzlich sind mehrere Typen von Expansionsventilen bekannt, zum einen sogenannte thermische Expansionsventile, kurz TXV, und zum anderen elektrische Expansionsventile, kurz EXV. Bei einem TXV erfolgt das Einstellen der Öffnung durch eine temperaturabhängige Volumenänderung eines Arbeitsmediums. Dieses ist üblicherweise über eine Sonde thermisch mit einem Temperaturmesspunkt verbunden. Steigt die Temperatur am Temperaturmesspunkt, dann dehnt sich das Arbeitsmedium aus und bewirkt eine Änderung der Öffnung. Ein TXV benötigt insbesondere keine Elektronik und ist daher besonders kostengünstig. Bei einem EXV erfolgt dagegen eine elektrische Steuerung der Öffnung. Dies ermöglicht eine besonders flexible Einstellung, insbesondere auch unter Berücksichtigung anderer Parameter als lediglich einer Temperatur an einem Temperaturmesspunkt. Ein besonderer Vorteil eines EXV ist zudem, dass dieses bedarfsweise und unabhängig von den vorliegenden Temperaturverhältnissen ausgehend von einer maximalen Öffnung stufenlos bis zur vollständigen Schließung und somit vollständig absperrbar ist, wodurch der entsprechende Verdampferzweig dann nicht mehr von Kältemittel durchströmt wird und quasi stillgelegt ist. Ein sogenanntes elektrisches thermisches Expansionsventil, kurz ETXV, ist ein TXV welches zusätzlich elektrisch absperrbar ist. Desweiteren sind auch druckgesteuerte Ventile bekannt, die ähnlich wie ein TXV funktionieren, wobei jedoch zur Steuerung der Öffnung direkt der Druck des Kältemittels verwendet wird. Auf ein separates Arbeitsmedium wird dann verzichtet. In einer weiteren, besonders einfachen Ausgestaltung wird als Expansionsventil lediglich eine feste Öffnung verwendet, welche auch als Orifice bezeichnet wird. Eine solche feste Öffnung ist nicht einstellbar. Für das erste und das zweite Expansionsventil sind grundsätzlich alle der vorgenannten Ventile und Öffnungen geeignet, besonders bevorzugt sind jedoch TXV, EXV und/oder ETXV.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Drucksteuerelement ein drittes Expansionsventil. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist insbesondere, dass durch ein solches Drucksteuerelement insbesondere eine Anpassung des Drucks im zweiten Verdampferzweig erfolgt, indem am Drucksteuerelement ein Druckabfall zum ersten Verdampferzweig hin realisiert wird, d. h. quasi eine Druckanpassung an den Druck des Kältemittels stromab des ersten Verdampfers. Zwischen dem zweiten Expansionsventil und dem Drucksteuerelement ist dann auf dem zweiten Verdampferzweig vorteilhafterweise ein Zwischendruck eingestellt, der höchstens dem Druck des Kältemittels stromauf des zweiten Expansionsventils entspricht und wenigstens dem Druck stromab des Drucksteuerelements, d. h. insbesondere einem Ansaugdruck des Verdichters. In der Ausgestaltung als drittes Expansionsventil lässt sich dann insbesondere die druckmindernde Wirkung eines Expansionsventils vorteilhaft einsetzen. Eine Verdampfung des Kältemittels erfolgt dabei allerdings insbesondere nicht, da bereits das zweite Expansionsventil zweckmäßigerweise derart eingestellt ist, dass das Kältemittel vor Erreichen des Drucksteuerelements vollständig verdampft ist. Das Drucksteuerelement wirkt dann vorrangig Insbesondere als Drossel zur Druckminderung des gasförmigen Kältemittels und weniger als Expansionsventil zur Verdampfung von flüssigem Kältemittel. Grundsätzlich sind dabei alte oben genannten Ausführungen von Expansionsventilen als Drucksteuerelement geeignet.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird dann der Zwischendruck bedarfsweise eingestellt, indem das zweite Expansionsventil und das Drucksteuerelement eingestellt werden. Diese werden dabei insbesondere derart aufeinander abgestimmt, dass einerseits das Kältemittel im Verdampfer mit einem vorgegebenen Druck vorliegt und möglichst eine gewünschte, d. h. bedarfsgerechte Überhitzung erreicht wird, zum möglichst homogenen Wärmeaustausch, und somit vor dem Einströmen in den Verdichter vollständig verdampft wird. Dabei wird insbesondere das zweite Expansionsventil derart eingestellt, dass am Austritt des zweiten Verdampfers das Kältemittel vollständig verdampft ist. Das nachgeschaltete Drucksteuerelement dient dann vorrangig zur Druckminderung des bereits vollständig verdampften Kältemittels. Durch das Einstellen des Zwischendrucks wird insbesondere auch eine bestimmte Kältemittelsättigungstemperatur eingestellt, die im Vergleich mit einer Momentantemperatur der zweiten Komponente auch das Ausmaß der Kühlung bestimmt.
-
Um die Klimatisierung der zweiten Komponente besonders flexibel und bedarfsgerecht zu steuern, ist das zweite Expansionsventil oder das Drucksteuerelement ein absperrbares Expansionsventil. Dabei wird unter absperrbar insbesondere verstanden, dass das Expansionsventil bedarfsweise und vollständig absperrbar ist, der Teilmassenstrom an Kältemittel im zweiten Verdampferzweig also beliebig und unabhängig von den vorliegenden Temperaturverhältnissen zu- oder abschaltbar ist. Dazu ist das absperrbare Expansionsventil insbesondere elektrisch absperrbar und ein EXV oder ETXV.
-
Vorzugsweise ist das zweite Expansionsorgan oder das Drucksteuerelement insbesondere elektrisch absperrbar, sodass zur Drucksteigerung im zweiten Verdampfer dann das zweite Expansionsorgan oder das Drucksteuerelement abgesperrt wird. Dadurch wird der Teilmassenstrom durch den zweiten Verdampfer angehalten und ein verringerter Wärmetausch mit der zweiten Komponente erzielt, d. h. eine verringerte und somit besonders bedarfsgerechte Kühlung. Die zur Kühlung der ersten Komponente verbleibende Kühlleistung ist entsprechend vergrößert. Durch Öffnen des Drucksteuerelements wird dann der Teilmassenstrom wieder freigegeben. Dieser Prozess wird zweckmäßigerweise durch geeignete Taktung des Drucksteuerelements periodisch durchgeführt. Durch Auswahl einer geeigneten Taktzeit mit einer geeigneten Schaltfrequenz, beispielsweise im Bereich von 10 mHz bis 10 Hz wird in einer geeigneten Variante effektiv ein mittlerer Öffnungsquerschnitt durch schnelle Taktung der Öffnungs- und Schließzeit eingestellt und dadurch dann der Zwischendruck und somit das Ausmaß der Kühlung vorgegeben oder eingestellt. Die absperrbare Ausgestaltung eignet sich zudem insbesondere auch zum vollständigen Stilllegen des zweiten Verdampferzweigs, falls beispielsweise keine Kühlung erfolgen soll.
-
In einer geeigneten Weiterbildung weist der Kältekreis eine Steuereinheit auf, die ausgebildet ist, das Drucksteuerelement anzusteuern und dadurch in den beiden Verdampferzweigen unterschiedliche Drücke einzustellen. Dabei wird insbesondere im zweiten Verdampferzweig ein Zwischendruck eingestellt, der größer ist als der Druck im ersten Verdampferzweig. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, vielfältigsten Umgebungsbedingungen gerecht zu werden und die bedarfsweise Aufteilung der Kühlleistung auch in ein Gesamtklimatisierungskonzept des Fahrzeugs zu integrieren.
-
Die Steuereinheit ist geeigneterweise zur Messung einer jeweiligen Momentantemperatur der Komponenten ausgebildet und ermittelt in vorgegebenen Zeitabständen oder kontinuierlich einen jeweiligen Kühlbedarf, aufgrund dessen dann das Drucksteuerelement und insbesondere der Zwischendruck eingestellt werden, sodass in der Folge die zur Verfügung stehende Kühlleistung optimal zwischen den beiden Verdampfern aufgeteilt wird. Beispielsweise ist an die Steuereinheit ein Temperatursensor angeschlossen, der zur Messung der Momentantemperatur an einer geeigneten Stelle der jeweiligen Komponenten angebracht ist.
-
Zweckmäßigerweise erfolgt sogar eine Regelung, indem die Steuereinheit ausgebildet ist, das Drucksteuerelement in Abhängigkeit des Klimatisierungsbedarfs zumindest der beiden Komponenten zu regeln. Dadurch ist durchgehend eine automatische Anpassung an möglicherweise wechselnde Kühlanforderungen und Umgebungsbedingungen realisiert. Dabei erfolgt die Regelung des Klimatisierungsbedarfs der zweiten Komponente insbesondere direkt über das Drucksteuerelement und die Regelung des Klimatisierungsbedarfs der ersten Komponente entsprechend mittelbar aufgrund der Änderung der Kühlleistung an der zweiten Komponente.
-
In einer geeigneten Variante sind das erste und das zweite Expansionsventil sowie das Drucksteuerelement jeweils als thermisches Expansionsventil, d. h. hier als TXV, als druckgesteuertes Ventil oder als feste Öffnung ausgebildet. Diese Ausführungsform ist besonders kostengünstig. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung, bei welcher das erste und das zweite Expansionsventil sowie das Drucksteuerelement jeweils ein TXV oder ein druckgesteuertes Ventil und somit jeweils einstellbar sind.
-
Insbesondere in der Ausgestaltung, in welcher das erste und das zweite Expansionsventil als TXV ausgebildet sind und das Drucksteuerelement als TXV, druckgesteuertes Ventil oder feste Öffnung, bilden das erste und das zweite Expansionsventil sowie das Drucksteuerelement in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ein passives, selbstregelndes System. Dieses kommt dann insbesondere ohne eine Steuereinheit aus. Stattdessen weisen die Expansionsventile jeweils Sonden auf, die an geeigneten Temperatur und/oder Druckmesspunkten des Kältekreises und/oder der Komponenten platziert sind, um auf entsprechende Temperatur- und/oder Druckänderungen an diesen Messpunkten zu reagieren. Die Platzierung erfolgt hierbei derart, dass ein optimal abgestimmtes System entsteht, bei dem die Expansionsventile je nach Anforderung und Situation automatisch jeweils eine geeignete Einstellung einnehmen und somit eine optimale Klimatisierung der Komponenten gewährleisten. Vorzugsweise sind dabei die jeweiligen Sonden derart angebracht, dass das erste und das zweite Expansionsventil die Überhitzung am Austritt des jeweiligen Verdampfers einstellen und das Drucksteuerelement den Druck im zweiten Verdampferzweig einstellt.
-
Grundsätzlich ist jedoch auch ein passives, selbstregelndes System unter Verwendung einer Kombination von TXV, EXV, ETXV, druckgesteuerten Ventilen und festen Öffnungen denkbar, bei dem eine elektrische Ansteuerung der entsprechend elektrisch ansteuerbaren Ventile lediglich in Ausnahmefällen erfolgt oder in einem speziellen aktiven Modus und beispielsweise mittels einer Steuereinheit, wohingegen sich das System in einem passiven Modus dann selbst regelt. Zur Realisierung der Regelung wird hierbei insbesondere lediglich die passive Funktionalität der Ventile verwendet, sodass grundsätzlich lediglich passive Ventile, d. h. TXV, druckgesteuerte Ventile und/oder feste Öffnungen notwendig sind. In einer Variante ist dann zumindest eines der Ventile zusätzlich absperrbar, um abseits der Reglung ein Abschalten oder Stilllegen des entsprechenden Verdampferzweigs zu ermöglichen.
-
Vorzugsweise ist die erste Komponente ein Fahrzeuginnenraum, d. h. Fahrgastraum, und der erste Verdampfer ein Klimaverdampfer, zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs. Der Klimaverdampfer ist dabei insbesondere ein Teil einer Klimaanlage, zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums. Dieser ist durch die selektive Drucksteuerung im zweiten Verdampferkreis in vorteilhafter Weise weitestgehend unabhängig von der zweiten Komponente klimatisierbar, sodass ein maximaler Komfort gewährleistet ist. So wird beispielsweise zur Innenraumkühlung der zweite Verdampferzweig vollständig abgesperrt, sodass die gesamte Kühlleistung zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums zur Verfügung steht.
-
Der oben beschriebene Kältekreis eignet sich besonders zur Verwendung in einem Fahrzeug, welches ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ist und einen Hochvoltspeicher aufweist. Dieser dient dann insbesondere der Energieversorgung eines Antriebs des Fahrzeugs. Hochvoltspeicher sind zudem typischerweise großflächige Komponenten, mit einer zu kühlenden Fläche im Bereich von etwa 0,2 bis 2 m2. Hochvoltspeicher reagieren weiterhin besonders empfindlich auf eine inhomogene Temperaturverteilung entlang der Fläche, d. h. eine Temperaturspreizung insbesondere zwischen unterschiedlichen Zellen des Hochvoltspeichers. Entsprechend ist in einer bevorzugten Ausgestaltung die zweite Komponente ein Hochvoltspeicher des Fahrzeugs und der zweite Verdampfer ein HVS-Verdampfer, zum Wärmeaustausch mit dem Hochvoltspeicher. Dessen Klimatisierung lässt sich dann besonders bedarfsgerecht einstellen oder alternativ sogar regeln.
-
Der Hochvoltspeicher muss üblicherweise nicht durchgängig gekühlt werden, sondern beispielsweise lediglich, falls dessen Momentantemperatur einen bestimmten Maximalwert erreicht. Zur Kühlung wird dann ein Teil der Kühlleistung des Kältekreises zur Kühlung des Hochvoltspeichers verwendet. Besonders bei einem Hybridfahrzeug wird der Hochvoltspeicher unter Umständen, beispielsweise bei Verwendung eines Verbrennungsmotors zum Antrieb, gar nicht oder lediglich in geringem Maße beansprucht, sodass hier eine lediglich bedarfsweise Kühlung besonders sinnvoll ist und die übrige Kühlleistung beispielsweise für den Fahrzeuginnenraum zur Verfügung steht. Komforteinbußen bei der Innenraumklimatisierung beim Kühlen des Hochvoltspeichers werden dann effizient vermindern.
-
Prinzipiell ist auch eine Variante vorteilhaft, bei der auch im ersten Verdampferzweig stromab des ersten Verdampfers ein weiteres, zweites Drucksteuerelement angeordnet ist. Beide Verdampferzweige sind dann jeweils mit einem Drucksteuerelement ausgestattet und die Steuerung oder Regelung des Kältekreises und der Aufteilung der Kühlleistung ist entsprechend flexibler.
-
Der Verdichter und das erste und das zweite Expansionsventil teilen den Kältekreis in eine Hochdruckseite stromab des Verdichters und eine Niederdruckseite stromauf des Verdichters auf. Zur Effizienzsteigerung weist dann der Kältekreis in einer zweckmäßigen Weiterbildung zusätzlich einen inneren Wärmetauscher auf, zur Wärmeübertragung zwischen der Nieder- und der Hochdruckseite. Dazu ist der innere Wärmetauscher insbesondere stromauf des Verdichters und stromab des Kondensators an den Kältekreis angeschlossen.
-
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige 1 schematisch einen Kältekreis mit zwei parallelen Verdampferzweigen.
-
In 1 ist ein Kältekreis 2 für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug gezeigt. Der Kältekreis 2 weist einen Verdichter 4 auf, zur Verdichtung eines im Kältekreis 2 zirkulierenden Kältemittels. Weiterhin weist der Kältekreis 2 einen Kondensator 6 auf, zur Wärmeabgabe an beispielsweise einen Kühlkreis oder die Umgebung. Stromab des Kondensators 6 weist der Kältekreis 2 eine erste Verzweigung 8 auf, an welcher das Kältemittel in zwei Teilmassenströme aufgeteilt wird und in zwei zueinander parallele Verdampferzweige 10, 12 strömt, nämlich einen ersten Verdampferzweig 10 und einen zweiten Verdampferzweig 12. Diese sind schließlich an einer zweiten Verzweigung 14 stromauf des Verdichters 4 wieder zusammengeführt.
-
Im ersten Verdampferzweig 10 sind ein erstes Expansionsventil 16 und ein erster Verdampfer 18 angeordnet, zur Klimatisierung einer ersten Komponente 20 des Fahrzeugs. Im zweiten Verdampferzweig 12 sind ein zweites Expansionsventil 22 und ein zweiter Verdampfer 24 angeordnet, zur Klimatisierung einer zweiten Komponente 26. Die beiden Expansionsventile 16, 22 sind dabei jeweils stromauf des jeweiligen Verdampfers 18, 24 angeordnet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist zudem die erste Komponenten 20 ein Fahrzeuginnenraum, insbesondere Fahrgastraum des Fahrzeugs. Die zweite Komponente 26 ist hier ein Hochvoltspeicher des Fahrzeugs, welches somit ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ist.
-
Stromab des zweiten Verdampfers 24 ist im zweiten Verdampferzweig 12, d. h. noch stromauf der zweiten Verzweigung 14, ein Drucksteuerelement 28 angeordnet, zur selektiven Drucksteuerung. Dieses ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als drittes Expansionsventil ausgebildet. Das Drucksteuerelement 28 und das zweite Expansionsventil 22 sind hier weiterhin mit einer Steuereinheit 30 verbunden, mittels welcher das Drucksteuerelement 28 und das zweite Expansionsventil 22 bedarfsgerecht eingestellt werden. Dabei wird zwischen dem Drucksteuerelement 28 und dem zweiten Expansionsventil 22, d. h. über dem zweiten Verdampfer 24 ein Zwischendruck eingestellt, und zwar in einem Bereich zwischen einem hohen Druck des Kältemittels stromauf der ersten Verzweigung 12 und einem niedrigen Druck stromab der zweiten Verzweigung 14. Eine Druckänderung bewirkt insbesondere eine Temperaturänderung des Kältemittels und somit eine Steuerung des Wärmeaustauschs zwischen Kältemittel und zweiter Komponente 26 am zweiten Verdampfer 24. Mittels der Steuereinheit 30 wird der Zwischendruck dann je nach Kühlanforderung der ersten und zweiten Komponente 26 bedarfsgerecht eingestellt.
-
Die beiden Expansionsventile 16, 22 und das Drucksteuerelement 28 sind in 1 jeweils entweder als TXV, EXV, ETXV, druckgesteuertes Ventil oder feste Öffnung, d. h. als sogenanntes Orifice, ausgebildet. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher das erste Expansionsventil 16 ein TXV ist und das zweite Expansionsventil 22 sowie das Drucksteuerelement 28 jeweils ein EXV sind. In einer Variante sind beide Expansionsventile 16, 22 als TXV ausgebildet und das Drucksteuerelement 28 als TXV oder als druckgesteuertes Ventil. In einer nicht gezeigten Weiterbildung dieser Variante wird dann auch auf eine Steuereinheit 30 verzichtet, sodass insgesamt ein passives, selbstregelndes System ausgebildet ist.
-
In einer nicht gezeigten Variante ist auch dem ersten Verdampfer 18 ein Drucksteuerelement 28 nachgeschaltet. Der Kältekreis 2 weist dann zwei Drucksteuerelemente 28 auf, eines in jedem der beiden Verdampferzweige 10, 12. Zweckmäßigerweise sind dann bei Verwendung einer Steuereinheit 30 auch das erste Expansionsventil 16 und das weitere Drucksteuerelement 28 zwecks Steuerung oder Regelung an die Steuereinheit 30 angeschlossen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Kältekreis
- 4
- Verdichter
- 6
- Kondensator
- 8
- erste Verzweigung
- 10
- erster Verdampferzweig
- 12
- zweiter Verdampferzweig
- 14
- zweite Verzweigung
- 16
- erstes Expansionsventil
- 18
- erster Verdampfer
- 20
- erste Komponente
- 22
- zweites Expansionsventil
- 24
- zweiter Verdampfer
- 26
- zweite Komponente
- 28
- Drucksteuerelement
- 30
- Steuereinheit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013211259 A1 [0002, 0005]