DE20121533U1 - Construction and control of an air conditioning system for a motor vehicle - Google Patents
Construction and control of an air conditioning system for a motor vehicleInfo
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Description
P800328/DE/2. 1P800328/EN/2. 1
DaimlerChrysler AG 21.12.01DaimlerChrysler AG 21.12.01
KreiserCircle
Stand der Technik für das Kühlen, Trocknen, Heizen und Belüften von Fahrzeuginnenräumen sind Klimageräte in Fahrzeugen. Die Kühlung und Trocknung der Luft erfolgt durch Kälteanlagen, zur Heizung wird die Kabinenluft normalerweise in Heizungswärmetauschern, welche die Motorabwärme bereitstellen, erwärmt. Die Belüftung der Kabine erfolgt mittels Aussenluft oder Recirculationsluft aus der Kabine über Luftgebläse. Ferner wird mit dem Klimagerät die Luftverteilung in der Kabine geregelt.Air conditioning units in vehicles are the state of the art for cooling, drying, heating and ventilating vehicle interiors. The air is cooled and dried using refrigeration systems, and for heating the cabin air is normally heated in heating heat exchangers that provide the engine's waste heat. The cabin is ventilated using outside air or recirculated air from the cabin via air blowers. The air distribution in the cabin is also regulated using the air conditioning unit.
Zur Kühlung / Trocknung und Heizung sind Kälte-Erzeugungsanlagen für das Klimatisieren der Fahrzeugkabinenluft in Fahrzeugen bekannt, bei denen auf der Hochdruckseite eines Dampf-Kompressions-Kreislaufes, der einen Verdichter, einen Gaskühler/Kondensator, einen inneren Wärmetauscher, eine Drosseleinrichtung mit mindestens einem Verdampfer beinhaltet, die in Reihe geschaltet sind und einen integralen, geschlossenen Kreis bilden zum Angebot von Kälteleistung, bzw. Heizleistung eine hinsichtlich des kritischen Druckes im Kreislauf überkritischen Druck erzeugt und gleichzeitig auf der Niederdruckseite des Kreislaufes ein unterkritischer Druck erreicht wird, wobei dem auf der Niederdruckseite abgekühlten Kältemittel über dem Verdampfer Wärmeenergie zugeführt wird, bzw. Kälteenergie abgeführt wird und der Kältemittel-Massenstrom im Kreislauf durch Regulierung desselben im Verdichter geregelt wird (DE 44 322 72 C 2).For cooling/drying and heating, refrigeration systems are known for air conditioning the vehicle cabin air in vehicles, in which on the high-pressure side of a vapor compression circuit, which includes a compressor, a gas cooler/condenser, an internal heat exchanger, a throttle device with at least one evaporator, which are connected in series and form an integral, closed circuit to provide cooling power or heating power, a supercritical pressure is generated in relation to the critical pressure in the circuit and at the same time a subcritical pressure is achieved on the low-pressure side of the circuit, whereby heat energy is supplied to the coolant cooled on the low-pressure side via the evaporator, or cold energy is removed, and the refrigerant mass flow in the circuit is regulated by regulating the same in the compressor (DE 44 322 72 C 2).
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Eine Ausgestaltung der Erfindung bezüglich der Einbindung der Anlage in das Klimagerät eines Fahrzeuges und der verschieden Betriebsmodi Heizen, Kühlen und Trocknen erfolgt nicht.An embodiment of the invention with regard to the integration of the system into the air conditioning unit of a vehicle and the different operating modes of heating, cooling and drying does not take place.
In DE 198 13 674 C 1 wird eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion beschrieben, die über den Kältekreislauf Wärmeleistung auf die Kabinenluft von Fahrzeugen überträgt. Ziel ist hierbei unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Fahrzeuges die Wirksamkeit der Heizung zu erhöhen und deren Ansprechzeit zu verkürzen. Dies geschieht durch die Nutzung der Kälteanlage als Wärmepumpe, wobei der Wärmeeintrag in das Kältemittels im Umgebungswärmetauscher mit Außenluft erfolgt und in einem Abgaswärmetauscher mit den Abgasen einer Brennkraftmaschine weiter erwärmt wird. Das Kältemittel wird in folge im Kältemittelverdichter komprimiert, im Innenraumwärmetauscher mit angesaugter kalter Fahrzeuginnenraumluft durchströmt. Somit erwärmt sich die Fahrzeuginnenraumluft im Innenraumwärmetauscher und die Fahrzeugkabine wird beheizt.DE 198 13 674 C 1 describes a refrigeration system with a heat pump function that transfers heat output to the cabin air of vehicles via the refrigeration circuit. The aim here is to increase the effectiveness of the heating immediately after the vehicle is started up and to shorten its response time. This is achieved by using the refrigeration system as a heat pump, whereby the heat is introduced into the refrigerant in the ambient heat exchanger using outside air and is further heated in an exhaust heat exchanger using the exhaust gases from an internal combustion engine. The refrigerant is then compressed in the refrigerant compressor and flows through the interior heat exchanger with the cold vehicle interior air that has been sucked in. The vehicle interior air is thus heated in the interior heat exchanger and the vehicle cabin is heated.
Wird die Anlage zum Kühlen und Trocknen der Fahrzeuginnenraumluft genutzt, so kühlt und trocknet der Innenraumwärmetauscher die angesaugte feuchte Fahrzeuginnenraumluft. Somit kühlt sich die Fahrzeuginnenraumluft ab, der in der angesaugten Luft enthaltene Wasserdampf kondensiert und die Fahrzeugkabine wird klimatisiert.If the system is used to cool and dry the air inside the vehicle, the interior heat exchanger cools and dries the moist air that is sucked in. This cools the air inside the vehicle, the water vapor contained in the sucked in air condenses and the vehicle cabin is air-conditioned.
Das Umschalten der Kälteanlage vom Kühlen und Trocknen auf Heizen bezüglich eines möglichen Scheibenbeschlags in der Fahrzeugkabine ist hierin nicht gelöst.The switching of the refrigeration system from cooling and drying to heating in order to prevent possible fogging of the windows in the vehicle cabin is not solved here.
In DE 4318255 Al ist eine Einrichtung zur Innenraumklimatisierung eines mit Abwärme erzeugenden Antriebes ausgerüsteten Fahrzeuges beschrieben. Diese enthältDE 4318255 A1 describes a device for air conditioning the interior of a vehicle equipped with a waste heat generating drive. This contains
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einen Kältemittelkreislauf und einen Heizmittelkreislauf, die beide nur über zumindest einen ersten Wärmetauscher wärmeübertragend koppelbar sind. Während im Heizmittelkreislauf ein Wärmetauscher zur Erfassung der Abwärme des Antriebes und ein im Wege der zum Innenraum zu transportierenden Luft angeordneter Heizungs-wärmetauscher liegen, enthält der Kältemittelkreislauf im Wege der Luft einen Verdampfer, einen Umgehungskanal zu diesem und einem Abluftkanal zu diesem und einem Abluftstutzen sowie einem Kältemittelverdichter . Über Umschaltventile lassen sich für den Fall des Kühlbetriebs ein Kondensator und Kühler in die beiden Kreisläufe integrieren; auch ist der Heizungswärmetauscher mittels eines ventilbestückten Bypasses abschaltbar. Hiermit sollen energiesparend verschiedene Klimaaufgaben im Fahrzeug lösbar werden.a coolant circuit and a heating circuit, both of which can only be coupled in a heat-transfer manner via at least one first heat exchanger. While the heating circuit contains a heat exchanger for capturing the waste heat from the drive and a heating heat exchanger arranged in the path of the air to be transported to the interior, the coolant circuit contains an evaporator, a bypass duct to this and an exhaust air duct to this and an exhaust air nozzle as well as a coolant compressor. A condenser and cooler can be integrated into the two circuits via changeover valves for cooling operation; the heating heat exchanger can also be switched off using a valve-equipped bypass. This is intended to solve various air conditioning tasks in the vehicle in an energy-saving manner.
Nachteilig an diesen Lösungen ist, daß die Erwärmung der Kabinenluft nicht direkt erfolgt, sondern über einen Heizungswärmetauscher im Wärmeträgerkreislauf als Teil des Motorkühlsystems. Aufgrund der thermischen Massen ergibt sich eine hohe Trägheit der Anlage, was die Dynamik beim Aufheizen vermindert und der Verkehrssicherheit nicht zuträglich ist.The disadvantage of these solutions is that the cabin air is not heated directly, but via a heating heat exchanger in the heat transfer circuit as part of the engine cooling system. Due to the thermal masses, the system has a high inertia, which reduces the dynamics when heating up and is not conducive to road safety.
In DE 3907201 C2 ist ein Kraftfahrzeug mit einer heizenden d.h. auch als Wärmepumpe arbeitende Klimaanlage ausgerüstet. Um im Heizbetrieb die Aufnahme von sich möglicherweise im vorangegangenen Kühlbetrieb am Verdampfer niedergeschlagener Feuchtigkeit durch die zu klimatisierende Luft verhindern, werden verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen. So wird für den Heizbetrieb ein separater Wärmetauscher vorgesehen, des weiteren kann am Innenraumwärmetauscher ein Feuchtensensor angebracht werden, welcher in Abhängigkeit von der ermittelten Feuchtigkeit entweder den Heizbetrieb unterbindet oder eineIn DE 3907201 C2, a motor vehicle is equipped with a heating air conditioning system, i.e. one that also works as a heat pump. In order to prevent the absorption of moisture that may have condensed on the evaporator during the previous cooling operation by the air to be conditioned during heating operation, various measures are proposed. For example, a separate heat exchanger is provided for heating operation, and a humidity sensor can be attached to the interior heat exchanger, which either prevents heating operation or initiates a
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stromab des Kühl- Verdampfers vorgesehene Entfeuchtungs-Vorrichtung für die zu klimatisierende Luft aktiviert.The dehumidification device for the air to be conditioned, located downstream of the cooling evaporator, is activated.
Nachteilig an der einen Lösung ist, daß bei häufig vorkommenden Betriebsbedingungen des Fahrzeuges, wie der vorangegangenen Trocknung der Luft für die Fahrzeugkabine bei Außentemperaturen von z.B. O0C bis 1O0C kein Heizbetrieb möglich ist oder eine nur sehr eingeschränkte Leistung der Anlage entnommen werden kann.The disadvantage of one solution is that under frequently occurring operating conditions of the vehicle, such as the prior drying of the air for the vehicle cabin at outside temperatures of, for example, 0 0 C to 1O 0 C, no heating operation is possible or only a very limited power can be drawn from the system.
Die andere Lösung vermeidet die wünschenswerte kontinuierliche Lufttrocknung bei der Nutzung der Kälteanlage im Wärmepumpenbetrieb und erfüllt damit nicht die Forderungen an die Beschlagfreihaltung der Scheiben in der Fahrzeugkabine insbesondere im Umluftbetrieb. Entfeuchtungseinrichtungen z.B. auf Basis adsorptiver Materialien verursachen einen Druckabfall im Luftmassenstrom für die Belüftung der Fahrzeugkabine und müssen periodisch desorbiert werden. Um hier Kontinuität zu erreichen, müssen mindestens zwei Entfeuchtungseinrichtungen umschaltbar bereitgestellt werden, welches in Verbindung mit einer elektrischen Heizung und Luftfördereinrichtung und Abströmung zur Desorbtion einen erheblichen technischen Aufwand bedeutet.The other solution avoids the desirable continuous air drying when using the refrigeration system in heat pump mode and therefore does not meet the requirements for keeping the windows in the vehicle cabin free of fog, especially in recirculation mode. Dehumidification devices based on adsorptive materials, for example, cause a drop in pressure in the air mass flow for ventilating the vehicle cabin and must be desorbed periodically. In order to achieve continuity here, at least two dehumidification devices must be provided in a switchable manner, which, in conjunction with an electric heater and air conveyor and outflow for desorption, means a considerable technical effort.
In EP 09 898 003 A2 ist ein Kältekreislauf mit Wärmepumpe für eine bevorzugte Anwendung in einen nicht verbrennungsmotorisch betriebene Fahrzeuge beschrieben. Die Anlage enthält ein Klimagerät mit 2 kältemitteldurchströmten Wärmetauschern, einem ersten Kondenstor und einem Verdampfer. Im Klimakasten wird der bezüglich der einströmenden Kabinenluft stromabwärts angeordnete Wärmetauscher direkt mit der Hochdruckseite des Verdichters fluidisch verbunden und wird je nach Betriebsfall mit heißen Kältemittel unter hohem Druck durchströmt. Für die benötigte Heizung der Kabine wird der Innenraumluftstrom nur bei Bedarf über diese Komponente geleitet. Im Kühl- undEP 09 898 003 A2 describes a refrigeration circuit with a heat pump for a preferred application in a vehicle not powered by an internal combustion engine. The system contains an air conditioning unit with 2 heat exchangers through which coolant flows, a first condenser and an evaporator. In the air conditioning box, the heat exchanger, which is arranged downstream of the incoming cabin air, is fluidically connected directly to the high-pressure side of the compressor and, depending on the operating case, is flowed through with hot coolant under high pressure. For the required heating of the cabin, the interior air flow is only directed through this component when required. In the cooling and
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Trocknungsbetrieb strömt das Kältemittel vom Verdichter durch denn ersten Kondensator im Klimakasten, wird anschließend im zweiten Kondensator abgekühlt, in einer Drosseleinrichtung entspannt und verflüssigt und gelangt dann zur Wärmeaufnahme zur Abkühlung der Kabinenluft in den Verdampfer . Sinngemäß wird bei reinem Kühlbetrieb kein Luftstrom über den ersten Kondensator geleitet. Bei Kühlbetrieb mit Wiederaufheizung, wie zur Entfeuchtung notwendig (Reheat Modus), gelangt lediglich ein Teilstrom über diese Komponente. Zur Entfeuchtung strömt das Kältemittel nacheinander durch den ersten Kondensator, durch den zweiten Kondensator , durch die Drosselstelle verflüssigt in den Verdampfer, zum Akkumulator zurück zum Verdichter. Bei allen drei Betriebsmodi: Kühlen , Kühlen und Wiederaufheizen und Heizen wird das gesamte Kältemittel immer zuerst durch den ersten Kondensator, dann durch den Zweiten Kondensator, Verdampfer, und über den Akkumulator geleitet, wobei an verschiedenen Drosselstellen unterschiedliche Drücke und Temperaturen sich einstellen lassen und verschiedene Bypassstellen den Kreislauf unterschiedlich gestalten können.In drying mode, the refrigerant flows from the compressor through the first condenser in the air conditioning box, is then cooled in the second condenser, expanded and liquefied in a throttle device and then passes into the evaporator to absorb heat and cool the cabin air. Accordingly, in pure cooling mode, no air flow is passed through the first condenser. In cooling mode with reheating, as is necessary for dehumidification (reheat mode), only a partial flow passes through this component. For dehumidification, the refrigerant flows successively through the first condenser, through the second condenser, liquefied through the throttle point into the evaporator, to the accumulator and back to the compressor. In all three operating modes: cooling, cooling and reheating and heating, the entire refrigerant is always passed first through the first condenser, then through the second condenser, evaporator and over the accumulator, whereby different pressures and temperatures can be set at different throttle points and different bypass points can design the circuit differently.
Nachteilig ist, daß in den Klimakasten ständig eine hohe Wärmelast eingebracht wird, der Heizungswärmetauscher hoher Temperatur- und Druckbelastung widerstehen muß, die Verrohrung der Anlage im Fahrzeug komplex und bauraumintensiv ist, sich vermeidbare Druckabfälle mit Effizienzminderung einstellen und eine große Kältemittelfüllung erfordert. Die Anlage erfüllt daher nicht die allgemeingültigen Anforderungen an Komplexität, Kosten, Effizienz, Leistungsfähigkeit und Ökologie.The disadvantage is that a high heat load is constantly introduced into the air conditioning box, the heating heat exchanger has to withstand high temperature and pressure loads, the piping of the system in the vehicle is complex and takes up a lot of space, avoidable pressure drops occur with reduced efficiency and a large refrigerant charge is required. The system therefore does not meet the general requirements for complexity, cost, efficiency, performance and ecology.
Der Stand der Technik beschreibt somit Systeme, bei dem der Kälteanlagen-Verdampfer, d.h. der Kältemittel durchströmte Wärmetauscher im Betrieb der Kälteanlage im Kühlbetrieb die inThe state of the art therefore describes systems in which the refrigeration system evaporator, i.e. the heat exchanger through which the refrigerant flows, during operation of the refrigeration system in cooling mode,
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den Fahrzeuginnenraum eintretende Luft abkühlt und trocknet, oder im Betrieb der Kälteanlage im Heizbetrieb die in Fahrzeuginnenraum eintretende Luft aufheizt. Im Kühlbetrieb kondensiert der Wasserdampf der Luft an den kalten Oberflächen des Wärmetauschers. Somit kann im Heizbetrieb das an der Oberfläche des kältemitteldurchströmten Wärmetauschers anhaftende Wasser verdampfen und den in den Fahrzeuginnenraum eintretenden Luftmassenstrom befeuchten. Die kann zu vermehrtem Scheibenbeschlag führen. Aus Gründen der Beschlagfreihaltung wird nach dem Stand der Technik bei Temperaturen von ca. -40C und 1O0C der eintretenden Luftmassenstrom durch die Kälteanlage im Kühlbetrieb abgekühlt und damit getrocknet und danach Im Heizungswärmetauscher auf die benötigte Lufttemperatur im sogenannten 'Reheat Betrieb* erwärmt. Bei Nutzung des kältemitteldurchströmten Wärmetauschers zu Heizen kann die Funktion des Abkühlens und damit des Trocknens nicht gleichzeitig ausgeführt werden.cools and dries the air entering the vehicle interior, or heats up the air entering the vehicle interior when the refrigeration system is in heating mode. In cooling mode, the water vapor in the air condenses on the cold surfaces of the heat exchanger. This allows the water adhering to the surface of the heat exchanger through which the coolant flows to evaporate in heating mode and humidify the air mass flow entering the vehicle interior. This can lead to increased window fogging. To keep the windows fog-free, the state of the art requires that at temperatures of approx. -4 0 C to 1O 0 C the incoming air mass flow is cooled and thus dried by the refrigeration system in cooling mode and then heated in the heating heat exchanger to the required air temperature in what is known as 'reheat mode'. When the heat exchanger through which the coolant flows is used for heating, the cooling and thus drying functions cannot be carried out at the same time.
Mit Blick auf die vorangegangenen Probleme und Unzulänglichkeiten ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung von Komponenten einer Kälteanlage in Fahrzeugen dahingehend umzugestalten und zu erweitern, welche die Heizleistung in Fahrzeugen in allen Betriebszuständen verbessern, welche ein beliebiges Umschalten der Kälteanlage zwischen Heiz- und Kühlbetrieb ohne Scheibenbeschlag ermöglichen.In view of the foregoing problems and deficiencies, the aim of the present invention is to redesign and expand an arrangement of components of a refrigeration system in vehicles in such a way that the heating performance in vehicles improves in all operating states, which enables the refrigeration system to be switched between heating and cooling mode at will without fogging up the windows.
In einem zweiten Ziel der vorliegenden Erfindung soll die einströmende Kabinenluft auch bei Betrieb der Wärmepumpe und Außentemperaturen weit unterhalb der heutigen getrocknet werden.In a second aim of the present invention, the incoming cabin air should be dried even when the heat pump is operating and outside temperatures are far below today's.
In einem dritten Ziel der Erfindung soll die Speicherung von Wärme (z.B. zum Heizen und Kühlen) beim kurzzeitigen Abstellen des Fahrmotors den Insassenkomfort aufrecht halten.In a third aim of the invention, the storage of heat (e.g. for heating and cooling) is intended to maintain occupant comfort when the drive engine is switched off for a short time.
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Die Aufgabe wird bezüglich des Innenraumes durch zwei prinzipielle Anordnungen gelöst:The task is solved with regard to the interior by two basic arrangements:
A: Eine integrierte Wärmepumpenanlage zum Kühlen und Heizen, welche die Energie direkt in den Luftstrom für die Fahrzeugkabine einbringt. Dies erfolgt mittels kältemitteldurchströmten Wärmetauschern im Klimakasten des Fahrzeugs in dem zum Heizen das Kältemittel abkühlt und gegebenenfalls kondensiert und in dem zum Kühlen das Kältemittel verdampft.A: An integrated heat pump system for cooling and heating, which introduces the energy directly into the air flow for the vehicle cabin. This is done by means of heat exchangers through which coolant flows in the vehicle's air conditioning box, in which the coolant cools down and condenses if necessary for heating, and in which the coolant evaporates for cooling.
B: Eine integrierte Wärmepumpenanlage zum Kühlen und Heizen, welche die Energie indirekt über Wärmeträgerflüssigkeiten in den Luftstrom für die Fahrzeugkabine einbringt. Dies erfolgt mittels Flüssigkeits-/ Luft- Wärmetauscher im Klimakasten des Fahrzeugs in dem zum Heizen des Luftstroms das Sekundär- Kältemittel abkühlt und in dem zum Kühlen des Luftstromes das Sekundär- Kältemittel aufwärmt.B: An integrated heat pump system for cooling and heating, which introduces energy indirectly into the air flow for the vehicle cabin via heat transfer fluids. This is done by means of a liquid/air heat exchanger in the vehicle's air conditioning box in which the secondary refrigerant is cooled to heat the air flow and in which the secondary refrigerant is warmed up to cool the air flow.
Die Anordnungen können sowohl in der beschriebenen Form als auch in Kombination miteinander ausgeführt sein.The arrangements can be designed both in the form described and in combination with one another.
Für beide Anordnungen bestehen für den Wärmepumpenbetrieb jeweils die Optionen als Hauptwärmequelle das Kühlmittel des Fahrzeugantriebes (Fig. 5,7,11,12,14,16) oder die Außenluft (Fig. 6,8,13,15,17,18,20,21,22) zu nutzen. Die sensible und latente Wärme kann als Neben-Wärmequelle zur Funktion der Wärmepumpfe beitragen (Fig. 9,10,19).For both arrangements, there are options for heat pump operation to use the coolant of the vehicle drive (Fig. 5,7,11,12,14,16) or the outside air (Fig. 6,8,13,15,17,18,20,21,22) as the main heat source. The sensible and latent heat can contribute to the function of the heat pump as a secondary heat source (Fig. 9,10,19).
Mit Bezug auf die vorliegende Erfindung in einem Kältekreislauf strömt im Kühlbetrieb das Kältemittel vom Verdichter über ein Schaltventil über den Kondensator/ Gaskühler und gegebenenfalls die Hochdruckseite des Inneren Wärmetauscher zu einem ersten Expansionsventil, in welchem dasWith reference to the present invention in a refrigeration cycle, in cooling mode the refrigerant flows from the compressor via a switching valve via the condenser/gas cooler and possibly the high pressure side of the internal heat exchanger to a first expansion valve in which the
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Kältemittel sich verflüssigt und über den Verdampfer, den Sammler und gegebenenfalls die Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers über ein weiteres Schaltventil in den Kältemittelverdichter. Der Gaskühler führt Wärme an die Umgebung ab. Der Verdampfer befindet sich im Klimakasten. Er kühlt und trocknet die Innenraumluft für die Fahrzeugkabine. Durch den in seinem Fördervolumen regelbaren Verdichter kann der im Kreislauf umlaufende Kältemittelmassenstrom eingestellt werden. Somit kann die gewünschte Verdampfertemperatur eingestellt werden. Beim Betrieb der Kälteanlage zum Kühlen können zwei Betriebsfälle auftreten, Kühlen und Trocknen oder Kühlen/Trocknen und Heizen (Reheat). Bei letzteren erfolgt die Erwärmung der Luft über den Heizungswärmetauscher stromabwärts des Verdampfers.The coolant liquefies and flows through the evaporator, the collector and, if necessary, the low-pressure side of the internal heat exchanger via another switching valve into the coolant compressor. The gas cooler dissipates heat into the environment. The evaporator is located in the air conditioning box. It cools and dries the interior air for the vehicle cabin. The compressor, whose delivery volume can be regulated, can be used to adjust the coolant mass flow circulating in the circuit. This allows the desired evaporator temperature to be set. When operating the refrigeration system for cooling, two operating cases can occur: cooling and drying or cooling/drying and heating (reheat). In the latter case, the air is heated via the heating heat exchanger downstream of the evaporator.
In der Wärmepumpenschaltung strömt das Kältemittel vom Verdichter umgelenkt durch das Schaltventil durch einen Gaskühler/ Kondensator im Klimakasten, ein erstes Expansionsventil, den Verdampfer, ein zweites Expansionsventil zur Wärmeaufnahme in einen Wärmetauscher und über ein zweites Schaltventil zurück zum Verdichter. Der Kreislauf ist damit geschlossen.In the heat pump circuit, the coolant flows from the compressor, diverted through the switching valve, through a gas cooler/condenser in the air conditioning box, a first expansion valve, the evaporator, a second expansion valve to absorb heat in a heat exchanger and via a second switching valve back to the compressor. The circuit is thus closed.
Die Abgabe von Nutzwärme bei der Wärmepumpe erfolgt im Gaskühler/ Kondensator. Dieser kann die Wärme unterschiedlich weiterleiten. Er kann direkt im Klimakasten stromabwärts von Verdampfer und Heizungswärmetauscher angeordnet sein oder in den Heizmittelstrom eingebracht werden und über den Heizungswärmetauscher zur Erwärmung der Innenraumluft für die Kabine herangezogen werden. Der Druck und damit die Temperatur im Kältemittelverdampfer kann mittels des ersten Expansionsventils und des zweiten Expansionsventils variiert werden. Dies ist zum einen für die Aufrechterhaltung der Trocknung essentiell zum anderen kann bei trockener Wärmetauschermatrix der Verdampfer zur Steigerung derThe release of useful heat from the heat pump takes place in the gas cooler/condenser. This can transfer the heat in different ways. It can be located directly in the air conditioning box downstream of the evaporator and heating heat exchanger or it can be introduced into the heating medium flow and used via the heating heat exchanger to heat the interior air for the cabin. The pressure and thus the temperature in the refrigerant evaporator can be varied using the first expansion valve and the second expansion valve. This is essential for maintaining the drying and, if the heat exchanger matrix is dry, the evaporator can be used to increase the
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Heizleistung der Anlage genutzt werden. Die Aufnahme von Wärme in den Kältekreislauf erfolgt über den Umgebungswärmetauscher bei einer Verdampfungstemperatur unterhalb der Außentemperatur. Anstelle der Wärmequelle Umgebung kann auch mit einem Motorkühlmittel /Kältemittel Wärmetauscher die Motorwärme nutzbar werden. Hier strömt dann das Kältemittel vom Verdichter umgelenkt durch das Schaltventil durch den Wärmepumpenkondensator, ein erstes Expansionsventil durch den Verdampfer über ein zweites Expansionsventil zur Wärmeaufnahme in den Motorkühlmittel /Kältemittel Wärmetauscher und dann gegebenenfalls über ein zweites Schaltventil zurück zum Verdichter. Der Kreislauf ist damit ebenfalls geschlossen. Beim Betrieb der Wärmepumpe zum Heizen können zwei Betriebsfälle auftreten: Heizen und Trocknen oder Heizen. Im ersten Fall kondensiert/ kühlt das verdichtete Kältemittel im Wärmepumpenkondensator ab. Es gibt dabei seine Wärme direkt an die Kabinenluft ab oder leitet diese indirekt in den Heizmittelstrom vor dem Heizungswärmetauscher ein. Nachfolgend trifft das Kältemittel auf ein regelbares Expansionsventil, in welchem es auf eine Temperatur geregelt wird, die für die Trocknung der Luft ausreichend und soweit möglich komfortabel ist. Danach wird das Kältemittel auf eine Temperatur unterhalb die der Wärmequelle expandiert. Hier nimmt der Kältekreislauf Wärme auf. Beim Betriebsmodi Heizen kondensiert/ kühlt das verdichtete Kältemittel im Wärmepumpenkondensator ab. Es gibt dabei seine Wärme direkt an die Kabinenluft ab oder leitet diese indirekt in den Heizmittelstrom vor dem Heizungswärmetauscher ein. Nachfolgend trifft das Kältemittel auf das vollständig geöffnete erste Expansionsventil, in welchen das Kältemittel nur wenig gedrosselt wird und das Kältemittel weiter abgekühlt werden kann. Die eintretende Kabinenluft wird vorgewärmt. Hierdurch läßt die Heizleistung der Anlage weiter steigern. Danach wird das Kältemittel auf eine Temperatur unterhalb die der Wärmequelle expandiert. Hierheating output of the system can be used. Heat is absorbed into the refrigeration circuit via the ambient heat exchanger at an evaporation temperature below the outside temperature. Instead of the ambient heat source, the engine heat can also be used with an engine coolant/refrigerant heat exchanger. Here the coolant flows from the compressor, redirected through the switching valve, through the heat pump condenser, a first expansion valve, through the evaporator, via a second expansion valve to absorb heat in the engine coolant/refrigerant heat exchanger and then, if necessary, via a second switching valve back to the compressor. The circuit is thus also closed. When the heat pump is operated for heating, two operating cases can occur: heating and drying or heating. In the first case, the compressed refrigerant condenses/cools in the heat pump condenser. It gives off its heat directly to the cabin air or indirectly introduces it into the heating medium flow in front of the heating heat exchanger. The coolant then hits a controllable expansion valve, in which it is regulated to a temperature that is sufficient for drying the air and as comfortable as possible. The coolant is then expanded to a temperature below that of the heat source. Here the refrigeration circuit absorbs heat. In the heating mode, the compressed coolant condenses/cools in the heat pump condenser. It gives off its heat directly to the cabin air or indirectly introduces it into the heating medium flow in front of the heating heat exchanger. The coolant then hits the fully open first expansion valve, in which the coolant is only slightly throttled and the coolant can be cooled further. The incoming cabin air is preheated. This allows the heating output of the system to be increased further. The coolant is then expanded to a temperature below that of the heat source. Here
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nimmt der Kältekreislauf Wärme auf und das Kältemittel gelangt zurück zum Kältemittelverdichter.the refrigeration circuit absorbs heat and the refrigerant returns to the refrigerant compressor.
Bei Fahrtbeginn ist die integrierte Wärmepumpenanlage imAt the start of the journey, the integrated heat pump system in the
Heizbetrieb für die Fahrzeugheizung ausreichend, eineHeating operation is sufficient for the vehicle heating, a
Fahrzeugheizung durch das Motorkühlmittel erfolgt anfangs nicht.Initially, the vehicle is not heated by the engine coolant.
Erfolgt die Wärmabgabe bei einer integrierten Wärmepumpenanlage im Heizbetrieb indirekt über einen Wärmeträgerkreislauf, so können in diesen Kreislauf weitere Wärmetauscher im Wärmetausch mit anderen Betriebsflüssigkeiten und Komponenten stehen. Die Verschaltung des Kreislaufes ist abhängig von der Aufheizpriorität der Komponenten oder Systeme. Sie befinden sich daher stromaufwärts oder stromabwärts des Heizungswärmetauschers.If the heat is released indirectly via a heat transfer circuit in an integrated heat pump system during heating operation, additional heat exchangers can be located in this circuit to exchange heat with other operating fluids and components. The circuit connection depends on the heating priority of the components or systems. They are therefore located upstream or downstream of the heating heat exchanger.
Sinngemäß kann bei Fahrtbeginn im Betrieb der integrierten Wärmepumpenanlage im Kühlbetrieb indirekt über den Wärmeträgerkreislauf zum Heizen Wärme in den Kreislauf eingebracht werden, welche zur Aufheizung anderer Betriebsflüssigkeiten und Komponenten genutzt werden kann. Die Wärmeabfuhr aus dem Kältemittelkreislauf ist dabei sehr hoch.Accordingly, when the integrated heat pump system is operating in cooling mode, heat can be introduced indirectly into the circuit via the heat transfer circuit for heating when the journey begins. This heat can then be used to heat other operating fluids and components. The heat dissipation from the coolant circuit is very high.
Ferner beinhaltet die Erfindung anstelle des direkt mit Luft und Kältemittel beaufschlagten Verdampfer im Klimakasten einen Wärmeträgerflüssigkeits-/Luft Wärmetauscher im Klimakasten einzusetzen. Die Wärmeübertragung an die Innenraumluft erfolgt damit indirekt über einen kleinen aktiven Kreislauf von Wärmeträgerflüssigkeit. Der Wärmeträgerflüssigkeits-Kreislauf besteht aus einer Flüssigkeitspumpe und einem und einem Flüssigkeits-/Luft Wärmetauscher. Der Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf kann daneben einen Flüssigkeits- Speicherbehälter enthalten, welcher das imFurthermore, the invention includes the use of a heat transfer fluid/air heat exchanger in the air conditioning box instead of the evaporator in the air conditioning box which is directly supplied with air and coolant. The heat transfer to the interior air is thus carried out indirectly via a small active circuit of heat transfer fluid. The heat transfer fluid circuit consists of a fluid pump and a fluid/air heat exchanger. The heat transfer fluid circuit can also contain a fluid storage container which stores the
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Umlauf befindliche Flüssigkeitsvolumen entsprechend erhöhen kann. In diesem Flüssigkeitskreislauf zirkuliert nur ein kleines Flüssigkeitsvolumen bis die Kriterien für ein Aufladen des Speichers erfüllt sind. Hiernach strömt ein Teilvolumen der umlaufenden Flüssigkeit in den Speicher, bis der Speicher eineIn this liquid circuit, only a small volume of liquid circulates until the criteria for charging the storage tank are met. After this, a partial volume of the circulating liquid flows into the storage tank until the storage tank has a
gewünschte oder erreichbare Temperatur angenommen hat. Diese kann während des normalen Fahrzeugbetriebs aufrecht erhalten werden. Fällt nun die Leistung der Kälteanlage ab oder wird diese abgestellt, so kann durch Auskopplung der im Speicher enthaltenen Wärmeträgerflüssigkeit die Temperatur der umlaufenden Wärmeträgerflüssigkeit für einen gewissen Zeitraum auf einen nutzbaren Temperaturniveau gehalten werden.desired or achievable temperature. This can be maintained during normal vehicle operation. If the performance of the refrigeration system drops or is switched off, the temperature of the circulating heat transfer fluid can be kept at a usable temperature level for a certain period of time by decoupling the heat transfer fluid contained in the storage tank.
Die Erfindung beschreibt weiterhin einen Kältekreislauf in welchem die Wärmeübertragung beim Kühlen und Heizen des Luftstromes indirekt erfolgt und im welchen die Strömungsrichtung des Kältemittels im Kältekreislauf umkehrbar ist. Beim Kühlbetrieb strömt das Kältemittel vom Verdichter über ein Schaltventil über den Kondensator/ Gaskühler und die Hochdruckseite des Inneren Wärmetauscher zu einem ersten Expansionsventil, in welchem das Kältemittel sich verflüssigt und über den Verdampfer, den Sammler und die Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers über ein weiteres Schaltventil in den Kältemittelverdichter. Der Gaskühler führt Wärme an die Umgebung ab. Der Verdampfer ist als Kältemittel-/ Wärmeträgerflussigkeits- Wärmetauscher ausgeführt und befindet sich außerhalb des Klimakasten. Er tauscht seine Wärme mit einer Wärmeträgerflüssigkeit welche dann in einen Flüssigkeits-/Luft Wärmetauscher die Innenraumluftstrom für die Fahrzeugkabine kühlt und trocknet. Durch den in seinem Fördervolumen regelbaren Verdichter kann der im Kreislauf umlaufende Kältemittelmassenstrom eingestellt werden. Durch die gegebenenfalls regelbare Pumpe für das Umpumpen derThe invention further describes a refrigeration circuit in which heat transfer occurs indirectly during cooling and heating of the air flow and in which the flow direction of the refrigerant in the refrigeration circuit is reversible. During cooling operation, the refrigerant flows from the compressor via a switching valve via the condenser/gas cooler and the high-pressure side of the internal heat exchanger to a first expansion valve, in which the refrigerant liquefies and via the evaporator, the collector and the low-pressure side of the internal heat exchanger via another switching valve into the refrigerant compressor. The gas cooler dissipates heat to the environment. The evaporator is designed as a refrigerant/heat transfer fluid heat exchanger and is located outside the air conditioning box. It exchanges its heat with a heat transfer fluid which then cools and dries the interior air flow for the vehicle cabin in a liquid/air heat exchanger. The compressor, whose delivery volume can be regulated, can be used to adjust the refrigerant mass flow circulating in the circuit. The pump for pumping the refrigerant, which can be regulated if necessary, can be used to pump the refrigerant around.
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Wärmeträgerflüssigkeit kann eine gewünschte Verdampfertemperatur eingestellt werden. Beim Betrieb der Kälteanlage zum Kühlen können zwei Betriebsfälle auftreten, Kühlen und Trocknen oder Kühlen/Trocknen und Heizen (Reheat). Bei letzteren erfolgt die Erwärmung des Luftstroms für den Innenraum im Klimakasten über den Heizungswärmetauscher stromabwärts des Verdampfers Flüssigkeits-/Luft Wärmetauschers.A desired evaporator temperature can be set using the heat transfer fluid. When operating the refrigeration system for cooling, two operating cases can occur: cooling and drying or cooling/drying and heating (reheat). In the latter case, the air flow for the interior is heated in the air conditioning box via the heating heat exchanger downstream of the evaporator liquid/air heat exchanger.
Beim Heizbetrieb strömt das Kältemittel vom Verdichter über ein Schaltventil über den Kältemittel-/ Wärmeträgerflüssigkeits- Wärmetauscher im Bypass durch das erste Expansionsventil, den Inneren Wärmetauscher zu einer weiteren Expansionseinrichtung , in welcher das Kältemittel sich verflüssigt und über den Gaskühler/ Kondensator über ein weiteres Schaltventil in den Kältemittelverdichter. Der Sammler und der Innere Wärmtauscher können dabei durchströmt sein. Der Gaskühler führt Wärme aus der Umgebung zu. Der Flüssigkeits-/Luft Wärmetauscher Klimakasten wird bei trockener Wärmetauscher-Luftseite von der warmen Wärmeträgerflüssigkeit durchströmt und erwärmt den Innenraumluftstrom der Fahrzeugkabine. Bei nasser Wärmetauscher-Luftseite wird die warme Wärmeträgerflüssigkeit in den Kühlmittelkreislauf des Fahrantriebes geleitet und über den Heizungswärmetauscher im Klimakasten dem Innenraum zugeführt.During heating operation, the refrigerant flows from the compressor via a switching valve via the refrigerant/heat transfer fluid heat exchanger in the bypass through the first expansion valve, the internal heat exchanger to another expansion device in which the refrigerant liquefies and via the gas cooler/condenser via another switching valve into the refrigerant compressor. The flow can pass through the collector and the internal heat exchanger. The gas cooler supplies heat from the environment. If the heat exchanger air side is dry, the warm heat transfer fluid flows through the liquid/air heat exchanger climate box and heats the interior air flow in the vehicle cabin. If the heat exchanger air side is wet, the warm heat transfer fluid is fed into the coolant circuit of the drive system and fed to the interior via the heater heat exchanger in the climate box.
Dank der Erfindung kann eine Wärmepumpenanlage für das Kühlen und Trocknen und Heizen der Innenraumluft für die Fahrzeugkabine verwendet werden. Zwischen dem Betriebsmodus Heizen und Kühlen kann beliebig umgeschaltet werden, ohne das hier besonders im Winter eine Beeinträchtigung der durch Scheibenbeschlag auftreten kann. Des weiteren wird bei Bedarf eine kontinuierliche Trocknung der Innenraumluft auch beiThanks to the invention, a heat pump system can be used for cooling, drying and heating the interior air for the vehicle cabin. The operating mode heating and cooling can be switched between as required without any impairment caused by fogging of the windows, particularly in winter. Furthermore, if required, continuous drying of the interior air is also possible at
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Betrieb der Wärmepumpe möglich. Durch das spontane Ansprechen der Wärmepumpe als Heizung wird das Motorkühlmittel nicht zur Heizung benötigt. Der Antriebsmotor erreicht daher schnell seine Betriebstemperatur. Verbrauchs- und Schadstoffreduktion werden möglich. Bei der Nutzung von Wärmeträgerflüssigkeiten zum Energietransport zum Kühlen und Heizen der Innenraumluft befinden sich keine kältemittelführende Komponenten im Innenraum oder im Luftstrom zur Fahrzeugkabine. Damit können auch Kältemittel in Fahrzeugen Verwendung finden, welche für die Anwendung vorteilhaft sind, aber aufgrund von Brennbarkeit oder toxikologischen Gründen ausscheiden. Werden Wärmeträgerflüssigkeiten verwendet, so sind die aktiven Flüssigkeitsvolumina klein. Die Dynamik nach dem Start bleibt damit erhalten, welches eine schnelle Aufheizung bzw. Abkühlung des Innenraumes erlaubt. Der Kreislauf kann durch ein zusätzliches Speichervolumen erweitert werden. Hiermit wird ein hohes Maß an thermischen Komforts auch bei kurzen Stopps aufrechterhalten. Nach kurzen Fahrtunterbrechungen steht beim Starten ein vorkonditioniertes Speichervolumen mit entsprechender Wärmekapazität zum schnellen Erlangen der Innenraumkonditionen bereit.Operation of the heat pump is possible. Because the heat pump responds spontaneously as a heater, the engine coolant is not needed for heating. The drive motor therefore quickly reaches its operating temperature. Consumption and pollutant reductions are possible. When heat transfer fluids are used to transport energy to cool and heat the interior air, there are no coolant-carrying components in the interior or in the air flow to the vehicle cabin. This means that coolants can also be used in vehicles that are advantageous for the application but are not suitable due to flammability or toxicological reasons. If heat transfer fluids are used, the active fluid volumes are small. The dynamics after starting are thus maintained, which allows the interior to be heated or cooled quickly. The circuit can be expanded with an additional storage volume. This maintains a high level of thermal comfort even during short stops. After short breaks in driving, a preconditioned storage volume with the appropriate heat capacity is available when starting to quickly achieve the interior conditions.
Bei Nutzung der Wärmepumpenanlage für das Kühlen und Heizen kann entweder die abzuführende Wärme oder die bereitgestellte Nutzwärme zum Beheizen weiterer Fahrzeugsysteme, wie Antriebsmotor, Getriebe, Differentialgetriebe, etc. verwendet werden. Hierdurch sinkt der Kraftstoffverbrauch nach Kaltstart und der Bauteilverschleiß erheblich. Des weiteren wird im Kühlbetrieb zu Beginn sehr viel Wärme dem Kreislauf entzogen, was wiederum eine hohe Anfangsleistung der Kälteanlage nach sich zieht und den Komfort im Innenraum schneller erreichbar macht.When using the heat pump system for cooling and heating, either the heat that is dissipated or the useful heat provided can be used to heat other vehicle systems, such as the drive motor, transmission, differential gear, etc. This significantly reduces fuel consumption after a cold start and component wear. Furthermore, a lot of heat is removed from the circuit at the beginning of cooling operation, which in turn results in a high initial output of the cooling system and makes it easier to achieve comfort in the interior.
Weitere Merkmale und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und derFurther features and embodiments of the invention emerge from the claims, the figures and the
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Figurenbeschreibung. Die vorstehend genannten und nachfolgend aufgeführten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den rahmen der Erfindung zu verlassen.Description of the figures. The features and combinations of features mentioned above and listed below can be used not only in the combination specified but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the invention.
In den Figuren sind weitere Ausführungen der Erfindung dargestellt und erläutert, dabei zeigen:Further embodiments of the invention are illustrated and explained in the figures, showing:
Fig.l schematisch in einer Prinzipskizze einen Dampfkompressionskreislauf mit einem regelbaren Verdichter und einem Drosselmittel. Fig.l shows a schematic diagram of a vapor compression cycle with a controllable compressor and a throttling device.
Fig. 2 schematisch in einer Prinzipskizze einen Dampfkompressionskreislauf mit einem Verdichter, einem zweiten Wärmetauscher und einem zweiten Drosselmittel. Fig. 2 shows a schematic diagram of a vapor compression cycle with a compressor, a second heat exchanger and a second throttling means.
Fig. 3 schematisch in einem p-h Diagramm einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter, Wärmtauschern und Drosselmittel. Fig. 3 shows schematically in a pH diagram a refrigerant circuit with a compressor, heat exchangers and throttling means.
Fig. 4 schematisch in einem p-h Diagramm einen Kältemittelkreislauf mit einem Verdichter, Wärmtauschern und Drosselmittel. Fig. 4 shows schematically in a pH diagram a refrigerant circuit with a compressor, heat exchangers and throttling means.
Fig. 5 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufige Expansion ermöglicht und mit wasserseitigen Wärmeaufnahme arbeitet. Fig. 5 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system that enables a 2-stage expansion in heating mode and works with water-side heat absorption.
Fig. 6 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufige Expansion ermöglicht und mit luftseitigen Wärmeaufnahme arbeitet. Fig. 6 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system that enables a 2-stage expansion in heating mode and operates with air-side heat absorption.
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Fig. 7 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufige Expansion ermöglicht, die Wärme indirekt mittels einer Wärmeträgerflüssigkeit überträgt und mit Wärmeaufnahme aus einem Kühlmittel arbeitet.Fig. 7 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which enables a 2-stage expansion in heating mode, transfers heat indirectly by means of a heat transfer fluid and works with heat absorption from a coolant.
Fig. 8 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufige Expansion ermöglicht, die Wärme indirekt mittels einer Wärmeträgerflüssigkeit überträgt und mit Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft arbeitet.Fig. 8 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which enables a 2-stage expansion in heating mode, transfers heat indirectly by means of a heat transfer fluid and works with heat absorption from the ambient air.
Fig. 9 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufig expandiert und mit Wärmeaufnahme aus der Kabinenluft arbeitet.Fig. 9 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which expands in two stages in heating mode and works by absorbing heat from the cabin air.
Fig. 10 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufige Expansion ermöglicht, die Wärme indirekt mittels einer Wärmeträgerflüssigkeit überträgt und mit Wärmeaufnahme aus der Kabinenluft arbeitet.Fig. 10 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which enables a two-stage expansion in heating mode, transfers heat indirectly by means of a heat transfer fluid and works with heat absorption from the cabin air.
Fig. 11 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufige Expansion ermöglicht, die Wärme indirekt mittels einer Wärmeträgerflüssigkeit überträgt und mit Wärmeaufnahme aus dem Kühlmittel arbeitetFig. 11 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system that enables a 2-stage expansion in heating mode, transfers heat indirectly by means of a heat transfer fluid and works with heat absorption from the coolant
Fig. 12 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufige Expansion ermöglicht und mit Wärmeaufnahme aus dem Kühlmittel arbeitet.Fig. 12 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which enables a 2-stage expansion in heating mode and operates with heat absorption from the coolant.
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Fig. 13 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufige Expansion ermöglicht und mit Wärmeaufnahme aus der Luft arbeitet.Fig. 13 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which enables a 2-stage expansion in heating mode and operates by absorbing heat from the air.
Fig. 14 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufige Expansion ermöglicht und mit Wärmeaufnahme aus dem Kühlmittel arbeitet. Fig. 14 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which enables a two-stage expansion in heating mode and operates with heat absorption from the coolant.
Fig. 15 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufige Expansion ermöglicht, die Wärme indirekt mittels einer Wärmeträgerflüssigkeit überträgt und mit Wärmeaufnahme aus der Luft arbeitet. Fig. 15 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which enables a two-stage expansion in heating mode, transfers heat indirectly by means of a heat transfer fluid and works by absorbing heat from the air.
Fig. 16 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Kühlmodus die Wärme indirekt mittels einer Wärmeträgerflüssigkeit und nachfolgend mittels Außenluft überträgt. Fig. 16 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which, in cooling mode, transfers heat indirectly by means of a heat transfer fluid and subsequently by means of outside air.
Fig. 17 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufige Expansion ermöglicht, die Wärme indirekt mittels einer ersten Wärmeträgerflüssigkeit überträgt, die Wärme zum Kühlen oder zum Heizen der Luft indirekt mittels einer zweiten Wärmeträgerflüssigkeit überträgt und bei Wärmepumpenbetrieb die Wärme aus der Luft aufnimmt. Fig. 17 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which enables a 2-stage expansion in heating mode, transfers heat indirectly by means of a first heat transfer fluid, transfers heat for cooling or heating the air indirectly by means of a second heat transfer fluid and absorbs heat from the air during heat pump operation.
Fig. 18 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus eine 2-stufige Expansion ermöglicht, die Wärme indirekt mittels einer ersten Wärmeträgerflüssigkeit überträgt, die Wärme zum Kühlen oder zum Heizen der Luft indirekt mittels einer zweiten Wärmeträgerflüssigkeit überträgt und bei Wärmepumpenbetrieb die Wärme aus der Luft aufnimmt. Fig. 18 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which enables a 2-stage expansion in heating mode, transfers heat indirectly by means of a first heat transfer fluid, transfers heat for cooling or heating the air indirectly by means of a second heat transfer fluid and absorbs heat from the air during heat pump operation.
P800328/DE/O. 17P800328/EN/O.17
Fig. 19 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die im Heizmodus die Wärme indirekt
mittels einer ersten Wärmeträgerflüssigkeit überträgt, die
Wärme zum Kühlen oder zum Heizen der Luft indirekt mittels
einer zweiten Wärmeträgerflüssigkeit überträgt und beim Kühlen die Wärme aus dem Kreislauf an die ersteFig. 19 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which, in heating mode, provides heat indirectly
by means of a first heat transfer fluid, which
Heat for cooling or heating the air indirectly by means of
a second heat transfer fluid and during cooling the heat from the circuit to the first
Wärmeträgerflüssigkeit und/oder an die Außenluft übertragbar ist.heat transfer fluid and/or to the outside air.
Fig. 20 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die Wärme zum Kühlen oder zum Heizen der Luft indirekt in den Kühlmittelkreislauf des Antriebsmotors oder indirekt in ein abgeschlossenes Teilsystem des
Kühlmittelkreislaufes überträgt und bei Wärmepumpenbetrieb die Wärme aus der Luft aufnimmt.Fig. 20 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which supplies heat for cooling or heating the air indirectly into the coolant circuit of the drive motor or indirectly into a closed subsystem of the
coolant circuit and absorbs the heat from the air during heat pump operation.
Fig. 21 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die Wärme zum Kühlen oder zum Heizen der Luft indirekt in den Kühlmittelkreislauf des Antriebsmotors oder indirekt in ein abgeschlossenes Teilsystem des
Kühlmittelkreislaufes überträgt und bei Wärmepumpenbetrieb die Wärme aus der Luft aufnimmt und die Verschaltung des
Kühlmittelkreises darstellt.Fig. 21 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which supplies heat for cooling or heating the air indirectly into the coolant circuit of the drive motor or indirectly into a closed subsystem of the
coolant circuit and, in heat pump operation, absorbs the heat from the air and the connection of the
coolant circuit.
Fig. 22 schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage, die Wärme zum Kühlen oder zum Heizen der Luft indirekt in den Kühlmittelkreislauf des Antriebsmotors oder indirekt in ein abgeschlossenes Teilsystem des
Kühlmittelkreislaufes überträgt und bei Wärmepumpenbetrieb die Wärme aus der Luft aufnimmt und die Verschaltung des
Kühlmittelkreises in einer Ventileinheit darstellt.Fig. 22 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which supplies heat for cooling or heating the air indirectly into the coolant circuit of the drive motor or indirectly into a closed subsystem of the
coolant circuit and, in heat pump operation, absorbs the heat from the air and the connection of the
coolant circuit in a valve unit.
P800328/DE/T- 18P800328/EN/T-18
Fig. 1 zeigt einen Kreislauf, der in Reihe geschaltet sukzessiv hintereinander einen Verdichter 12, einen Gaskühler/Kondensator 14, einen Inneren Wärmetauscher 15, ein Drosselmittel 16, einen Verdampfer 5 und einen Sammler 19 beinhaltet. Der Verdichter ist bezüglich seines Kältemittel-Massenstromes regelbar. Ebenfalls regelbar ist das Drosselmittel 16, das als Expansionsventil ausgebildet sein kann. Fig. 1 shows a circuit which, connected in series, successively includes a compressor 12, a gas cooler/condenser 14, an internal heat exchanger 15, a throttling means 16, an evaporator 5 and a collector 19. The compressor can be regulated with regard to its refrigerant mass flow. The throttling means 16, which can be designed as an expansion valve, is also adjustable.
Fig. 2 zeigt einen als Wärmepumpe ausgebildeten Kältekreislauf, der in Reihe geschaltet sukzessiv hintereinander einen Verdichter 12, einen Gaskühler/Kondensator 20, ein erstes Drosselmittel 16, einen ersten Verdampfer 5, ein zweites Drosselmittel 17, einen zweiten Verdampfer 18 und einen Sammler 19 beinhaltet. Der Verdichter ist bezüglich seines Kältemittel-Massenstromes regelbar. Ebenfalls regelbar ist das erste Drosselmittell6, das zweite Drosselmittel 17 kann regelbar und dicht abzusperren ausgeführt sein. Das zweite Drosselmittel 17 kann auch als Konstantdrosselelement mit zusätzlicher Absperreinrichtung ausgeführt sein. Verdampfer 5 wird in der Wärmepumpenanlage im Kühlbetrieb als Verdampfer betrieben. Im Heizbetrieb kann er zwei Funktionen, als Verdampfer oder als Gaskühler ausführen. Wird im Heizbetrieb, vor der eigentlichen Erwärmung der Kabinenluft, diese getrocknet oder ist die luftseitige Oberfläche des Verdampfers noch mit Kondensat benetzt, so arbeitet der Verdampfer als Verdampfer. Dieser Betriebsfall kommt häufig bei Außentemperaturen von etwa 1OK oberhalb des Gefrierpunktes und etwa 1OK unterhalb des Gefrierpunktes vor. Ist die luftseitige Oberfläche trocken und es wird die Luft nicht getrocknet, wie bei Fig. 2 shows a refrigeration circuit designed as a heat pump, which contains a compressor 12, a gas cooler/condenser 20, a first throttling means 16, a first evaporator 5, a second throttling means 17, a second evaporator 18 and a collector 19, connected in series one after the other. The compressor can be regulated with regard to its refrigerant mass flow. The first throttling means 16 is also adjustable, and the second throttling means 17 can be designed so that it can be regulated and shut off tightly. The second throttling means 17 can also be designed as a constant throttling element with an additional shut-off device. In the heat pump system, evaporator 5 is operated as an evaporator in cooling mode. In heating mode, it can perform two functions, as an evaporator or as a gas cooler. If, in heating mode, the cabin air is dried before it is actually heated, or if the air-side surface of the evaporator is still wetted with condensate, the evaporator works as an evaporator. This operating case often occurs at outside temperatures of about 10°C above freezing and about 10°C below freezing. If the air-side surface is dry and the air is not dried, as in
P800328/DE/1- 19 ·; .· ♦ *l J : ;· JP800328/DE/1-19 ·; .· ♦ *l J : ;· J
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Lufteintrittstemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes, wird der Verdampfer 5 als Gaskühler/Kondensator betrieben.If the air inlet temperature is below freezing, the evaporator 5 is operated as a gas cooler/condenser.
Arbeitet der Verdichter 12 unter hoher Last - d.h. in einer Wärmepumpenanlage im Heizbetrieb z. B. als transkritischer Kälteprozess, so verdichtet er wie in Fig. 3 einen Kältemittel-Massenstrom von einem Ausgangsdruck Pl auf einen höheren Druck P2 oberhalb des kritischen Druckes, wobei die Prozesstemperatur von Tl auf T2 ansteigt. Das verdichtete gasförmige Kältemittel wird in den Gaskühler/Kondensator 2 0 über ein durchströmendes Kühlmittel, wie der Luftmassenstrom für die Fahrzeugkabine oder eine Wärmeträgerflüssigkeit, isobar auf eine Temperatur T3 abgekühlt. Das Kältemittel wird beim Durchströmen des Expansionsventils 16 isenthalp auf einen Zwischendruck Druck P4, der dem zwischen dem Ausgangsdruck Pl und dem Verdichtungsdruck P2 liegt, entspannt, wobei sich das Kältemittel auf eine Temperatur T4 weiter abkühlt, die sich bereits im Verflüssigungsbereich des Kältemittels befinden kann. Erreicht das evtl. so entstandene Zwei-Phasen-Gemisch Gas/Flüssigkeit des Kältemittels den Verdampfer 5, verdampft ein Flüssigkeitsanteil des Zwei-Phasen-Gemisches durch die Wärmeaufnahme. Das Kältemittel wird beim Durchströmen des Expansionsventils 17 isenthalp bis auf den Ausgangsdruck Pl entspannt, wobei die Temperatur des Kältemittels bis auf T6 abfällt. Durch den Wärmeeintrag der Aussenluft oder des Motorkühlmittels erwärmt sich das Kältemittel auf die Temperatur T7. Wird nicht der gesamte flüssige Anteil des Kältemittels verdampft so sammelt sich das flüssige Kältemittel danach im Pufferbehälter 19 und gelangt von dort als Gemisch von flüssigem und gasförmigen Kältemittel in den Verdichter 12.If the compressor 12 is operating under high load - i.e. in a heat pump system in heating mode, e.g. as a transcritical refrigeration process - it compresses a refrigerant mass flow from an outlet pressure Pl to a higher pressure P2 above the critical pressure, as in Fig. 3, whereby the process temperature rises from Tl to T2. The compressed gaseous refrigerant is isobarically cooled to a temperature T3 in the gas cooler/condenser 20 via a flowing coolant, such as the air mass flow for the vehicle cabin or a heat transfer fluid. As it flows through the expansion valve 16, the refrigerant is expanded isenthalpically to an intermediate pressure P4, which lies between the outlet pressure Pl and the compression pressure P2, whereby the refrigerant cools further to a temperature T4, which may already be in the liquefaction range of the refrigerant. If the two-phase gas/liquid mixture of the refrigerant that may have been created in this way reaches the evaporator 5, a liquid portion of the two-phase mixture evaporates due to the heat absorption. As the refrigerant flows through the expansion valve 17, it is expanded isenthalpically to the initial pressure Pl, whereby the temperature of the refrigerant drops to T6. The heat input from the outside air or the engine coolant heats the refrigerant to the temperature T7. If the entire liquid portion of the refrigerant is not evaporated, the liquid refrigerant then collects in the buffer tank 19 and from there reaches the compressor 12 as a mixture of liquid and gaseous refrigerant.
P80032 8/DE/O. 20P80032 8/EN/O. 20
In Fig. 4 wird hingegen das Expansionsventil 16 als vollständig geöffnet dargestellt. Das Kältemittel erfährt so nur eine geringe Entspannung. Der Zwischendruck P4 entspricht nahezu dem Verdichtungsdruck P2. Das Kältemittel kühlt weiter bis auf die Temperatur T5 ab. Der Verdampfer 5 arbeitet nun als Gaskühler/Kondensator. Das Kältemittel wird beim Durchströmen des Expansionsventils 17 isenthalp bis auf den Ausgangsdruck Pl entspannt, wobei die Temperatur des Kältemittels bis auf T6 abfällt. Durch den Wärmeeintrag der Aussenluft oder des Motorkühlmittels erwärmt sich das Kältemittel auf die Temperatur T7. Wird nicht der gesamte flüssige Anteil des Kältemittels verdampft so sammelt sich das Kältemittel danach im Pufferbehälter 19 und gelangt von dort in den Verdichter 12.In Fig. 4, however, the expansion valve 16 is shown as being completely open. The refrigerant therefore only experiences a slight expansion. The intermediate pressure P4 corresponds almost to the compression pressure P2. The refrigerant cools further down to the temperature T5. The evaporator 5 now works as a gas cooler/condenser. As it flows through the expansion valve 17, the refrigerant is expanded isenthalpically down to the outlet pressure Pl, whereby the temperature of the refrigerant drops to T6. The heat input from the outside air or the engine coolant heats the refrigerant to the temperature T7. If the entire liquid portion of the refrigerant is not evaporated, the refrigerant then collects in the buffer tank 19 and from there reaches the compressor 12.
Fig. 5 zeigt schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage. Fig. 5 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system.
Nach der Verdichtung gelangt das Kältemittel unter hohem Druck und Temperatur in das Schaltventil 13. Hier wird der Betriebsmodus Kühlen oder Heizen geschaltet. Ist das Ventil auf den Betriebsmodus Kühlen geschaltet gibt das Kältemittel über den Gaskühler (14) Wärme an die Umgebung ab und wird im Hochdruckteil des Inneren Wärmetauscher (15) weiter enthitzt. Nach Passieren des Rückschlagventil (6) wird das Kältemittel im ersten Expansionsventil (16) auf Verdampfungsdruck entspannt. Der Betriebspunkt befindet sich im 2-Phasen-Gebiet. Im Verdampfer 5 nimmt es Wärme vom Luftstrom für die Fahrzeugkabine, welcher dadurch gekühlt wird. Das zweite Expansionsventil (17) ist nicht geschaltet und damit geschlossen. Das Kältemittel strömt über das geöffnete Ventil (26) in den Sammler (19). Auf der Niederdruckseite des Inneren Wärmetauscher (15) wird das Kältemittel überhitzt und anschließend vom Verdichter (12) angesaugt. Im KlimakastenAfter compression, the refrigerant enters the switching valve 13 under high pressure and temperature. Here, the cooling or heating operating mode is switched. If the valve is switched to the cooling operating mode, the refrigerant releases heat to the environment via the gas cooler (14) and is further deheated in the high-pressure part of the internal heat exchanger (15). After passing through the check valve (6), the refrigerant is expanded to evaporation pressure in the first expansion valve (16). The operating point is in the 2-phase region. In the evaporator 5, it absorbs heat from the air flow for the vehicle cabin, which is thereby cooled. The second expansion valve (17) is not switched and is therefore closed. The refrigerant flows through the open valve (26) into the collector (19). On the low-pressure side of the internal heat exchanger (15), the refrigerant is superheated and then sucked in by the compressor (12). In the air conditioning box
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wird der Luftstrom für die Kabine abgekühlt, die enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensiert an den kalten Oberflächen der Wärmetauscher. Im Bedarfsfall wird die Luft mittels des Heizungswärmetauschers 7 entsprechend erwärmt.the air flow for the cabin is cooled, the humidity contained condenses on the cold surfaces of the heat exchangers. If necessary, the air is heated accordingly by means of the heating heat exchanger 7.
Ist das Ventil 13 auf den Betriebsmodus Heizen geschaltet, gibt das Kältemittel die Wärme über Gaskühler/ Kondensator (20) an den Luftstrom für die Fahrzeugkabine ab. Nach Passieren des Rückschlagventil (10) gelangt das Kältemittel in das erste Expansionsventil (16). Nach entsprechender Drosselung und Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe im Verdampfer 5 strömt das Kältemittel durch das zweite Expansionsventil 17, in welchem es isenthalp auf das Verdampfungsdruckniveau der Wärmeaufnahme entspannt wird. Dabei ist Ventil 2 6 geschlossen. Im Kältemittel-/Wärmeträgerfluid-Wärmetauscher 18 wird dem Kältemittel Wärme aus dem Motorkühlmittel zugeführt und gegebenenfalls überhitzt. Das Kältemittel durchströmt den Sammler 19 und verlässt den Sammler 19 mit einer definierten Kältemittelqualität, d.h. Verhältnis gasförmiges Massenstrom zum Gesamtmassenstrom des Kältemittels. Das Kältemittel durchströmt dann die Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers und gelangt zum Verdichter . Rückschlagventil (6) und (10) werden nicht zwingend für die Funktion der Wärmepumpenanlage benötigt. Sie vermeiden in beiden Betriebsfällen, daß der jeweils nicht benötigte Kreislaufteil sich mit Kältemittel füllt. Um dieses in Bezug auf Leistung und Effizienz zu kompensieren, muss mehr Kältemittel in die Anlage eingefüllt werden, was aus Gründen des Umweltschutzes nicht zielführend ist.If the valve 13 is switched to the heating operating mode, the refrigerant releases the heat via the gas cooler/condenser (20) to the air flow for the vehicle cabin. After passing through the check valve (10), the refrigerant reaches the first expansion valve (16). After appropriate throttling and heat absorption or heat release in the evaporator 5, the refrigerant flows through the second expansion valve 17, in which it is isenthalpically expanded to the evaporation pressure level of the heat absorption. Valve 2 6 is closed here. In the refrigerant/heat transfer fluid heat exchanger 18, heat from the engine coolant is supplied to the refrigerant and, if necessary, superheated. The refrigerant flows through the collector 19 and leaves the collector 19 with a defined refrigerant quality, i.e. ratio of gaseous mass flow to the total mass flow of the refrigerant. The refrigerant then flows through the low-pressure side of the internal heat exchanger and reaches the compressor. Check valves (6) and (10) are not absolutely necessary for the heat pump system to function. In both operating cases, they prevent the part of the circuit that is not required from filling up with coolant. In order to compensate for this in terms of performance and efficiency, more coolant must be filled into the system, which is not expedient for environmental reasons.
Für die Steuerung der Öffnung der Expansionsventile 16 und und damit der Einstellung des Zwischendruckniveaus sind zwei Betriebsstrategien möglich:Two operating strategies are possible for controlling the opening of the expansion valves 16 and thus the setting of the intermediate pressure level:
Im ersten Fall soll die in die Fahrzeugkabine geleitete Luft vor der Aufheizung getrocknet werden oder die luftseitigeIn the first case, the air supplied to the vehicle cabin should be dried before heating or the air-side
P800328/DE/2- 22P800328/EN/2- 22
Oberfläche des Wärmetauschers ist mit Kondensat benetzt. Trocknung der Luft wird immer dann notwendig sein, wenn die einströmende Luft einen Taupunkt über dem Gefrierpunkt aufweist. Es ist besonders zielführend , die Verdampfungstemperatur des Kältemittels in dieser Komponente mit der Außentemperatur abzustimmen, um hier die notwendige Trocknung sicherzustellen um Scheibenbeschlag sicher zu vermeiden ohne jedoch die Luft aus hygienischen Gründen zu weit zu entfeuchten. Somit stellt auch Betrieb des Klimakastens im Umluftbetrieb im Winter, z.B. zur Komforterhöhung beim Aufheizen oder zur Verminderung des Schadstoffeintrags in die Kabine kein Problem mehr dar. Der Feuchtengehalt der einströmenden Luft in den Verdampfer kann mittels Feuchtensensor, Taupunktsensor, Beschlagssensor an der Frontscheibe, etc. ermittelt werden. Zusammen mit der Kenntnis der Außentemperatur kann somit eine Notwendigkeit der Trocknung ermittelt werden. Mit einem Nässesensor an einer charakteristischen Position an der Oberfläche des Verdampfers kann ermittelt werden, ob der Verdampfer nass ist. In diesem Falle kann der Verdampfer solange weiter als Verdampfer betrieben werden. Die Verdampfungstemperatur wird entweder wie bei der Trocknung geregelt oder in der Nähe des Gefrierpunktes gehalten.The surface of the heat exchanger is wetted with condensate. Drying of the air will always be necessary when the incoming air has a dew point above freezing. It is particularly expedient to coordinate the evaporation temperature of the coolant in this component with the outside temperature in order to ensure the necessary drying to reliably prevent window fogging without, however, dehumidifying the air too much for hygienic reasons. This means that operating the air conditioning box in recirculation mode in winter, e.g. to increase comfort when heating up or to reduce the amount of pollutants entering the cabin, is no longer a problem. The moisture content of the air flowing into the evaporator can be determined using a humidity sensor, dew point sensor, fogging sensor on the windshield, etc. Together with knowledge of the outside temperature, the need for drying can be determined. A wetness sensor at a characteristic position on the surface of the evaporator can be used to determine whether the evaporator is wet. In this case, the evaporator can continue to be operated as an evaporator. The evaporation temperature is either controlled as in drying or kept close to the freezing point.
Bei der Steuerung der Expansionsventile wird bei zu niedriger Ist-Temperatur das erste Expansionsventil 16 etwas mehr geöffnet und das Expansionsventil 17 etwas mehr geschlossen, bis die Verdampfungstemperatur im Verdampfer die gewünschte Soll- Temperatur erreicht hat. Umgekehrt wird Expansionsventil 16 etwas weniger geöffnet und Expansionsventil 17 etwas mehr geöffnet wenn die Ist- Verdampfertemperatur oberhalb der Soll-Temperatur liegt. Der gewünschte Verdichtungsdruck bleibt von dieser Maßnahme unbeeinflusst, da der Gesamtdruckverlust durch das erste Expansionsventil16 , den Verdampfer 5 und das zweite Expansionsventil 17 konstant bleibt.When controlling the expansion valves, if the actual temperature is too low, the first expansion valve 16 is opened a little more and the expansion valve 17 is closed a little more until the evaporation temperature in the evaporator has reached the desired target temperature. Conversely, expansion valve 16 is opened a little less and expansion valve 17 is opened a little more if the actual evaporator temperature is above the target temperature. The desired compression pressure remains unaffected by this measure, since the total pressure loss through the first expansion valve 16, the evaporator 5 and the second expansion valve 17 remains constant.
P80 03 2 8/DE/1, 23 ·· "*P80 03 2 8/EN/1, 23 ·· "*
Im zweiten Fall soll mit dem Verdampfer die einströmende Luft in die Kabine vorgewärmt werden. Dies ist nur bei trockener luftseitiger Oberfläche des Verdampfers sinnvoll. Wenn durch geeignete Maßnahmen ein Feuchteneintrag in den Innenraum durch verdampfendes Wasser sicher vermieden werden kann, dann wird das Expansionsventil 16 vollständig geöffnet. Damit Heizen zwei Wärmetauscher im Gegenstrom mit der Kabinenluft im Klimakasten. Es kann eine sehr hohe Leistung übertragen werden. Die Kältemitteleintrittstemperatur in den Verdampfer 5 nahezu gleich mit der Kältemittelaustrittstemperatur am Gaskühler/Kondensator 20 im Klimakasten 3.In the second case, the evaporator is used to preheat the air flowing into the cabin. This only makes sense if the air-side surface of the evaporator is dry. If suitable measures can be taken to safely prevent moisture from entering the interior through evaporating water, then the expansion valve 16 is opened completely. This causes two heat exchangers to heat in countercurrent with the cabin air in the air conditioning box. A very high power can be transferred. The coolant inlet temperature in the evaporator 5 is almost the same as the coolant outlet temperature at the gas cooler/condenser 20 in the air conditioning box 3.
Fig. 6 zeigt schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmpumpenanlage, die beim Heizen mit einer 2-stufigen Expansion arbeitet. Die eigentliche Wärmeaufnahme des Kältekreislaufes beim Heizen erfolgt aus der Außenluft. Nach der Verdichtung gelangt das Kältemittel unter hohem Druck und Temperatur in das Schaltventil 13. Hier wird der Betriebsmodus Kühlen oder Heizen geschaltet. Ist das Ventil 13 auf den Betriebsmodus Kühlen geschaltet gibt das Kältemittel über den Gaskühler (14) Wärme an die Umgebung ab und wird im Hochdruckteil des Inneren Wärmetauscher (15) weiter enthitzt. Nach Passieren des Rückschlagventil (6) wird das Kältemittel im ersten Expansionsventil (16) auf Verdampfungsdruck entspannt. Der Betriebspunkt befindet sich im 2-Phasen-Gebiet. Im Verdampfer 5 nimmt es Wärme vom Luftstrom für-die Fahrzeugkabine, welcher dadurch gekühlt wird. Das Kältemittel strömt in den Sammler (19). Auf der Niederdruckseite des Inneren Wärmetauscher (15) wird das Kältemittel überhitzt und anschließend vom Verdichter (12) angesaugt. Im Klimakasten wird der Luftstrom für die Kabine abgekühlt, die enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensiert an den kalten Oberflächen der Fig. 6 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system which operates with a 2-stage expansion when heating. The actual heat absorption of the refrigeration circuit when heating occurs from the outside air. After compression, the refrigerant enters the switching valve 13 under high pressure and temperature. This is where the cooling or heating operating mode is switched. If the valve 13 is switched to the cooling operating mode, the refrigerant releases heat to the environment via the gas cooler (14) and is further deheated in the high-pressure part of the internal heat exchanger (15). After passing through the check valve (6), the refrigerant is expanded to evaporation pressure in the first expansion valve (16). The operating point is in the 2-phase region. In the evaporator 5, it absorbs heat from the air flow for the vehicle cabin, which is thereby cooled. The refrigerant flows into the collector (19). On the low-pressure side of the internal heat exchanger (15), the refrigerant is overheated and then sucked in by the compressor (12). In the air conditioning box, the air flow for the cabin is cooled, the humidity contained condenses on the cold surfaces of the
P800328/DE/O. 24P800328/EN/O.24
Wärmetauscher. Im Bedarfsfall wird die Luft mittels des Heizungswärmetauschers 7 entsprechend erwärmt. Ist das Ventil 13 auf den Betriebsmodus Heizen geschaltet, gibt das Kältemittel die Wärme über den Gaskühler/ Kondensator (20) an den Luftstrom für die Fahrzeugkabine ab. Nach Passieren des Rückschlagventil (10) gelangt das Kältemittel in das erste Expansionsventil (16). Nach entsprechender Drosselung und Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe im Verdampfer 5 strömt das Kältemittel durch den Sammler 19 und verlässt den Sammler 19 mit einer definierten Kältemittelqualität dann zur Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers. Das Schaltventil 21 versperrt den direkten Weg zum Verdichter, somit wird das zweite Expansionsventil 17 durchströmt , in welchem es isenthalp auf das Verdampfungsdruckniveau der Wärmeaufnahme entspannt wird. Im Kondensator/ Gaskühler 14 wird dem Kältemittel Wärme aus der Umgebung zugeführt und gegebenenfalls überhitzt. Das Kältemittel gelangt im Anschluss über das Schaltventil 21 zurück zum Verdichter 12 . Besonders vorteilhaft ist an dieser Schaltung, dass der Motorkühlmittelkreislauf während der Aufwärmung des Fahrzeuges nicht zur Heizung der Kabine herangezogen wird. Zur Wärmeaufnahme wird ein im Kältekreislauf vorhandener Wärmetauscher genutzt. Damit erwärmt sich der Antriebsmotor zügig, welches Verbrauch, Verschleiß und Emissionen gering hält.Heat exchanger. If necessary, the air is heated accordingly by means of the heating heat exchanger 7. If the valve 13 is switched to the heating operating mode, the refrigerant releases the heat via the gas cooler/condenser (20) to the air flow for the vehicle cabin. After passing through the check valve (10), the refrigerant reaches the first expansion valve (16). After appropriate throttling and heat absorption or heat release in the evaporator 5, the refrigerant flows through the collector 19 and leaves the collector 19 with a defined refrigerant quality and then to the low pressure side of the internal heat exchanger. The switching valve 21 blocks the direct path to the compressor, so the air flows through the second expansion valve 17, in which it is isenthalpically expanded to the evaporation pressure level of the heat absorption. In the condenser/gas cooler 14, heat from the environment is supplied to the refrigerant and, if necessary, superheated. The refrigerant then returns to the compressor 12 via the switching valve 21. A particularly advantageous feature of this circuit is that the engine coolant circuit is not used to heat the cabin while the vehicle is warming up. A heat exchanger in the cooling circuit is used to absorb the heat. This means that the drive motor heats up quickly, which keeps consumption, wear and emissions low.
In Fig. 7 zeigt schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage. Fig. 7 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system.
Nach der Verdichtung gelangt das Kältemittel unter hohem Druck und Temperatur in das Schaltventil 13. Hier wird der Betriebsmodus Kühlen oder Heizen geschaltet. Ist das Ventil 13 auf den Betriebsmodus Kühlen geschaltet gibt das Kältemittel über den Gaskühler (14) Wärme an die Umgebung ab und wird im Hochdruckteil des Inneren Wärmetauscher (15) weiter enthitzt.After compression, the refrigerant enters the switching valve 13 under high pressure and temperature. This is where the cooling or heating operating mode is switched. If the valve 13 is switched to the cooling operating mode, the refrigerant releases heat to the environment via the gas cooler (14) and is further deheated in the high-pressure part of the internal heat exchanger (15).
P8 0032 8/DE/X.P8 0032 8/EN/X.
Nach Passieren des Rückschlagventil (6) wird das Kältemittel im ersten Expansionsventil (16) auf Verdampfungsdruck entspannt. Der Betriebspunkt befindet sich im 2-Phasen-Gebiet. Im Verdampfer 5 nimmt es Wärme vom Luftstrom für die Fahrzeugkabine, welcher dadurch gekühlt wird. Das zweite Expansionsventil (17) ist nicht geschaltet und damit geschlossen. Das Kältemittel strömt über das geöffnete Ventil (26) in den Sammler (19). Auf der Niederdruckseite des Inneren Wärmetauscher (15) wird das Kältemittel überhitzt und anschließend vom Verdichter (12) angesaugt. Im Klimakasten wird der Luftstrom für die Kabine abgekühlt, die enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensiert an den kalten Oberflächen der Wärmetauscher. Im Bedarfsfall wird die Luft mittels des Heizungswärmetauschers 7 entsprechend erwärmt. Ist das Ventil 13 auf den Betriebsmodus Heizen geschaltet, gibt das Kältemittel die Wärme über einen Kältemittel-/ Wärmeträgerf luid- Wärmetauscher (-27) an das Motorkühlmittel ab. Nach Passieren des Rückschlagventil (10) gelangt das Kältemittel in das erste Expansionsventil (16). Nach entsprechender Drosselung und Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe im Verdampfer 5 strömt das Kältemittel durch das zweite Expansionsventil 17, in welchem es isenthalp auf das Verdampfungsdruckniveau der Wärmeaufnahme entspannt wird. Dabei ist Ventil 26 geschlossen. Im Kältemittel-/Wärmeträgerfluid-Wärmetauscher 18 wird dem Kältemittel Wärme aus dem Motorkühlmittel zugeführt und gegebenenfalls überhitzt. Das Kältemittel durchströmt den Sammler 19 die Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers 15 und gelangt zum Verdichter 12.After passing through the check valve (6), the refrigerant is expanded to evaporation pressure in the first expansion valve (16). The operating point is in the 2-phase region. In the evaporator 5, it absorbs heat from the air flow for the vehicle cabin, which is thereby cooled. The second expansion valve (17) is not switched and is therefore closed. The refrigerant flows through the open valve (26) into the collector (19). On the low-pressure side of the internal heat exchanger (15), the refrigerant is superheated and then sucked in by the compressor (12). In the air conditioning box, the air flow for the cabin is cooled, and the humidity it contains condenses on the cold surfaces of the heat exchangers. If necessary, the air is heated accordingly using the heating heat exchanger 7. If the valve 13 is switched to the heating operating mode, the refrigerant releases the heat to the engine coolant via a refrigerant/heat transfer fluid heat exchanger (-27). After passing through the check valve (10), the refrigerant enters the first expansion valve (16). After appropriate throttling and heat absorption or heat release in the evaporator 5, the refrigerant flows through the second expansion valve 17, in which it is expanded isenthalpically to the evaporation pressure level of heat absorption. Valve 26 is closed. In the refrigerant/heat transfer fluid heat exchanger 18, heat from the engine coolant is supplied to the refrigerant and, if necessary, superheated. The refrigerant flows through the collector 19, the low-pressure side of the internal heat exchanger 15 and reaches the compressor 12.
Die Übertragung der Wärme im Heizbetrieb erfolgt indirekt über das Motorkühlmittel. Das erhitzte Motorkühlmittel wird mit der Heizungspumpe (8) in den Heizungswärmetauscher (7) gefördert und gibt dort Wärme an den Luftstrom für die Fahrzeugkabine ab. Anschließend kann das Motorkühlmittel weitereThe heat is transferred indirectly via the engine coolant during heating operation. The heated engine coolant is pumped into the heater heat exchanger (7) by the heater pump (8) and releases heat there to the air flow for the vehicle cabin. The engine coolant can then be further
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Wärmetauscher zur Wärmaufnahme und -abgabe wie den Kühler für die Abgasrückführung (23) durchströmen. Ist die Temperatur des Motorkühlmittels vor Eintritt in den Motor höher als die des Motorkühlmittels im Motor, oder soll der Motor im Zusammenhang mit seiner Aufheizung nicht durchströmt werden, so wird es über das Ventil (22) direkt zum Kältemittel-Motorkühlmittel -Wärmetauscher (27) gefördert. Ist das Motorkühlmittel im Motor wärmer als das Motorkühlmittel vor Eintritt in den Motor so wird das Motorkühlmittel zur Wärmeaufnahme durch den Motor geleitet. Vorteile aus einer solchen Anordnung ergeben sich beim luftseitigem Druckabfall im Klimakasten durch nur 2 Wärmetauscher und bei der gleicher Regelung der Temperatur und Luftverteilung in der Kabine bei Heizbetrieb mit der Wärmepumpenanlage und der konventionellen Heizung. Ein weiterer Vorteil wird in Fahrzeugen mit zwei Klimakästen zu finden sein. Hierdurch kann der Aufwand für die Beheizung begrenzt werden.Heat exchangers for heat absorption and release such as the cooler for exhaust gas recirculation (23). If the temperature of the engine coolant before entering the engine is higher than that of the engine coolant in the engine, or if the engine is not to be flowed through in connection with its heating, it is fed via the valve (22) directly to the refrigerant-engine coolant heat exchanger (27). If the engine coolant in the engine is warmer than the engine coolant before entering the engine, the engine coolant is fed through the engine to absorb heat. The advantages of such an arrangement arise from the air-side pressure drop in the air conditioning box through only 2 heat exchangers and from the same control of the temperature and air distribution in the cabin when heating is operated with the heat pump system and the conventional heater. A further advantage will be found in vehicles with two air conditioning boxes. This can limit the effort required for heating.
Dem prinzipiellen Nachteil der Wärmeabgabe auf einem hohen Temperaturniveau kann zum einen durch die Verwendung eines Kältemittel-/ Wärmeträgerfluid- Wärmetauscher (27)nach dem Gegenstromprinzip begegnet werden, zum anderen wird die Luft im Verdampfer 5 aufgrund der im Kältemittel verbliebenen Energie deutlich vorgewärmt. Diese Option kann natürlich nur dann genutzt werden wenn die luftseitige Oberfläche des Verdampfers 5 trocken ist.The fundamental disadvantage of heat emission at a high temperature level can be counteracted by using a refrigerant/heat transfer fluid heat exchanger (27) based on the countercurrent principle, and the air in the evaporator 5 is significantly preheated due to the energy remaining in the refrigerant. This option can of course only be used if the air-side surface of the evaporator 5 is dry.
Im Falle, daß die luftseitige Oberfläche des Verdampfers 5 nicht trocken ist, kann der Wärmetauscher beheizt werden und der entstehende Wasserdampf durch einen Teilluftstrom aus dem Klimakasten ins Freie geleitet werden.In case the air-side surface of the evaporator 5 is not dry, the heat exchanger can be heated and the resulting water vapor can be led outside by a partial air flow from the air conditioning box.
In Fig. 8 ist schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmpumpenanlage dargestellt, die beim Heizen mit einer 2-stufigen Expansion arbeitet. Die eigentliche Fig. 8 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system that works with a 2-stage expansion when heating. The actual
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Wärmeaufnahme des Kältekreislaufes beim Heizen erfolgt aus der Außenluft.The refrigeration circuit absorbs heat from the outside air during heating.
Nach der Verdichtung gelangt das Kältemittel unter hohem Druck und Temperatur in das Schaltventil 13. Hier wird der Betriebsmodus Kühlen oder Heizen geschaltet. Ist das Ventil 13 auf den Betriebsmodus Kühlen geschaltet gibt das Kältemittel über den Gaskühler (14) Wärme an die Umgebung ab und wird im Hochdruckteil des Inneren Wärmetauscher (15) weiter enthitzt. Nach Passieren des Rückschlagventil (6) wird das Kältemittel im ersten Expansionsventil (16) auf Verdampfungsdruck entspannt. Der Betriebspunkt befindet sich im 2-Phasen-Gebiet. Im Verdampfer 5 nimmt es Wärme vom Luftstrom für die Fahrzeugkabine, welcher dadurch gekühlt wird. Das Kältemittel strömt in den Sammler (19). Auf der Niederdruckseite des Inneren Wärmetauscher (15) wird das Kältemittel überhitzt und anschließend vom Verdichter (12) angesaugt. Im Klimakasten wird der Luftstrom für die Kabine abgekühlt, die enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensiert an den kalten Oberflächen der Wärmetauscher. Im Bedarfsfall wird die Luft mittels des Heizungswärmetauschers 7 entsprechend erwärmt. Ist das Ventil 13 auf den Betriebsmodus Heizen geschaltet, gibt das Kältemittel die Wärme über einen Kältemittel-/ Motorkühlmittel - Wärmetauscher (27)an das Motorkühlmittel ab. Nach Passieren des Rückschlagventil (10) gelangt das Kältemittel in das erste Expansionsventil (16). Nach entsprechender Drosselung und Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe im Verdampfer 5 strömt das Kältemittel durch den Sammler 19 und verlässt den Sammler 19 mit einer definierten Kaltemittelqualität dann zur Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers. Das Schaltventil 21 versperrt den direkten Weg zum Verdichter, somit wird das zweite Expansionsventil 17 durchströmt , in welchem es isenthalp auf das Verdampfungsdruckniveau der Wärmeaufnahme entspannt wird. Im Kondensator/ Gaskühler 14 wird dem Kältemittel Wärme aus derAfter compression, the refrigerant enters the switching valve 13 under high pressure and temperature. This is where the cooling or heating operating mode is switched. If valve 13 is switched to cooling mode, the refrigerant releases heat to the environment via the gas cooler (14) and is further deheated in the high-pressure part of the internal heat exchanger (15). After passing through the check valve (6), the refrigerant is expanded to evaporation pressure in the first expansion valve (16). The operating point is in the 2-phase region. In the evaporator 5, it absorbs heat from the air flow for the vehicle cabin, which is thereby cooled. The refrigerant flows into the collector (19). On the low-pressure side of the internal heat exchanger (15), the refrigerant is superheated and then sucked in by the compressor (12). In the air conditioning box, the air flow for the cabin is cooled and the humidity it contains condenses on the cold surfaces of the heat exchanger. If necessary, the air is heated accordingly by means of the heating heat exchanger 7. If the valve 13 is switched to the heating operating mode, the refrigerant releases the heat to the engine coolant via a refrigerant/engine coolant heat exchanger (27). After passing through the check valve (10), the refrigerant reaches the first expansion valve (16). After appropriate throttling and heat absorption or heat release in the evaporator 5, the refrigerant flows through the collector 19 and leaves the collector 19 with a defined refrigerant quality to the low-pressure side of the internal heat exchanger. The switching valve 21 blocks the direct path to the compressor, so the air flows through the second expansion valve 17, in which it is expanded isenthalpically to the evaporation pressure level of the heat absorption. In the condenser/gas cooler 14, heat from the
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Umgebung zugeführt und gegebenenfalls überhitzt. Das Kältemittel gelangt im Anschluss über das Schaltventil 21 zurück zum Verdichter 12.environment and possibly overheated. The refrigerant then returns to the compressor 12 via the switching valve 21.
Besonders vorteilhaft ist an dieser Schaltung, dass die Wärmaufnahme der Wärmepumpe aus der Außenluft erfolgt und sich somit der Motorkühlmittelkreislauf besonders rasch erwärmt, welches Vorteile bei Verbrauch, Verschleiß und Emissionen hat.A particularly advantageous feature of this circuit is that the heat pump absorbs heat from the outside air, meaning that the engine coolant circuit heats up particularly quickly, which has advantages in terms of consumption, wear and emissions.
In Fig. 9 ist schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmpumpenanlage dargestellt. Fig. 9 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system.
Nach der Verdichtung gelangt das Kältemittel unter hohem Druck und Temperatur vor die Schaltventile 24 und 25. Ist das Ventil 24 geöffnet, gibt das Kältemittel über den Gaskühler (14) Wärme an die Umgebung ab und wird im Hochdruckteil des Inneren Wärmetauscher (15) weiter enthitzt. Nach Passieren des Rückschlagventil (6) wird das Kältemittel im ersten Expansionsventil (16) auf Verdampfungsdruck entspannt. Der Betriebspunkt befindet sich im 2-Phasen-Gebiet. Im Verdampfer 5 nimmt es Wärme vom Luftstrom für die Fahrzeugkabine, welcher dadurch gekühlt wird. Das Kältemittel strömt in den Sammler (19) . Auf der Niederdruckseite des Inneren Wärmetauscher (15) wird das Kältemittel überhitzt und anschließend vom Verdichter (12) angesaugt. Im Klimakasten wird der Luftstrom für die Kabine abgekühlt, die enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensiert an den kalten Oberflächen der Wärmetauscher. Im Bedarfsfall wird die Luft mittels des Heizungswärmetauschers 7 entsprechend erwärmt.After compression, the refrigerant reaches the switching valves 24 and 25 under high pressure and temperature. If the valve 24 is open, the refrigerant gives off heat to the environment via the gas cooler (14) and is further deheated in the high-pressure part of the internal heat exchanger (15). After passing through the check valve (6), the refrigerant is expanded to evaporation pressure in the first expansion valve (16). The operating point is in the 2-phase region. In the evaporator 5, it absorbs heat from the air flow for the vehicle cabin, which is thereby cooled. The refrigerant flows into the collector (19). On the low-pressure side of the internal heat exchanger (15), the refrigerant is superheated and then sucked in by the compressor (12). In the air conditioning box, the air flow for the cabin is cooled and the humidity it contains condenses on the cold surfaces of the heat exchanger. If necessary, the air is heated accordingly using the heating heat exchanger 7.
Ist das Ventil 25 geschaltet, gibt das Kältemittel die Wärme an einen Gaskühler / Kondensator 2 0 ab. Nach Passieren des Rückschlagventil (10) gelangt das Kältemittel in das Expansionsventil 16. Nach entsprechender Drosselung und Wärmeaufnahme des Kältekreislaufes im Verdampfer 5 strömt das Kältemittel durch den Sammler 19 und verlässt den Sammler 19If the valve 25 is switched, the refrigerant gives off the heat to a gas cooler / condenser 2 0. After passing the check valve (10), the refrigerant enters the expansion valve 16. After appropriate throttling and heat absorption of the refrigeration circuit in the evaporator 5, the refrigerant flows through the collector 19 and leaves the collector 19
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mit einer definierten Kältemittelqualität über die Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers zum Verdichter 12. Besonders vorteilhaft ist an dieser Schaltung, dass die Wärmaufnahme der Wärmepumpe aus dem Luftstrom der Kabinenluft erfolgt und sich somit der Motorkühlmittelkreislauf besonders rasch erwärmt, welches Vorteile bei Verbrauch, Verschleiß und Emissionen hat.with a defined refrigerant quality via the low-pressure side of the internal heat exchanger to the compressor 12. A particularly advantageous feature of this circuit is that the heat pump absorbs heat from the air flow of the cabin air and thus the engine coolant circuit heats up particularly quickly, which has advantages in terms of consumption, wear and emissions.
Die Heizleistung dieser Anlage ist durch die der Zuluft für die Kabine entnehmbare Wärme und der eingebrachten Verdichterleistung begrenzt.The heating capacity of this system is limited by the heat that can be extracted from the supply air for the cabin and the compressor output.
In Fig. 10 ist schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmpumpenanlage dargestellt. Fig. 10 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system.
Nach der Verdichtung gelangt das Kältemittel unter hohem Druck und Temperatur vor die Schaltventile 24 und 25. Ist das Ventil 24 geöffnet, gibt das Kältemittel über den Gaskühler (14) Wärme an die Umgebung ab und wird im Hochdruckteil des Inneren Wärmetauscher (15) weiter enthitzt. Nach Passieren des Rückschlagventil (6) wird das Kältemittel im ersten Expansionsventil (16) auf Verdampfungsdruck entspannt. Der Betriebspunkt befindet sich im 2-Phasen-Gebiet. Im Verdampfer 5 nimmt es Wärme vom Luftstrom für die Fahrzeugkabine, welcher dadurch gekühlt wird. Das Kältemittel strömt in den Sammler (19). Auf der Niederdruckseite des Inneren Wärmetauscher (15) wird das Kältemittel überhitzt und anschließend vom Verdichter (12) angesaugt. Im Klimakasten wird der Luftstrom für die Kabine abgekühlt, die enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensiert an den kalten Oberflächen der Wärmetauscher. Im Bedarfsfall wird die Luft mittels des Heizungswärmetauschers 7 entsprechend erwärmt.After compression, the refrigerant reaches the switching valves 24 and 25 under high pressure and temperature. If the valve 24 is open, the refrigerant gives off heat to the environment via the gas cooler (14) and is further deheated in the high-pressure part of the internal heat exchanger (15). After passing through the check valve (6), the refrigerant is expanded to evaporation pressure in the first expansion valve (16). The operating point is in the 2-phase region. In the evaporator 5, it absorbs heat from the air flow for the vehicle cabin, which is thereby cooled. The refrigerant flows into the collector (19). On the low-pressure side of the internal heat exchanger (15), the refrigerant is superheated and then sucked in by the compressor (12). In the air conditioning box, the air flow for the cabin is cooled, and the humidity it contains condenses on the cold surfaces of the heat exchanger. If necessary, the air is heated accordingly using the heating heat exchanger 7.
Ist das Ventil 25 geschaltet, gibt das Kältemittel die Wärme über einen Kältemittel-/ Motorkühlmittel - Wärmetauscher (27)an das Motorkühlmittel ab. Nach Passieren des Rückschlagventil (10) gelangt das Kältemittel in dasIf the valve 25 is switched, the refrigerant releases the heat to the engine coolant via a refrigerant/engine coolant heat exchanger (27). After passing the check valve (10), the refrigerant enters the
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Expansionsventil 16. Nach entsprechender Drosselung und Wärmeaufnahme des Kältekreislaufes im Verdampfer 5 strömt das Kältemittel durch den Sammler 19 und verlässt den Sammler 19 mit einer definierten Kältemittelqualität über die Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers zum Verdichter 12. Besonders vorteilhaft ist an dieser Schaltung, dass die Wärmaufnahme der Wärmepumpe aus dem Luftstrom der Kabinenluft erfolgt und die Energie in den Motorkühlmittelkreislauf eingebracht wird.Expansion valve 16. After appropriate throttling and heat absorption of the refrigeration circuit in the evaporator 5, the refrigerant flows through the collector 19 and leaves the collector 19 with a defined refrigerant quality via the low-pressure side of the internal heat exchanger to the compressor 12. A particularly advantageous feature of this circuit is that the heat absorption of the heat pump takes place from the air flow of the cabin air and the energy is introduced into the engine coolant circuit.
Ein weiterer Nutzen entsteht im Betriebsfall Kühlen. Bei einem Start mit einem aufgeheizten Fahrzeuginnenraum können für kurze Zeit sehr große Wärmeströme in das Motorkühlmittel abgegeben werden. Hierdurch wird eine große Kälteleistung bereitgestellt. Diese Schaltung ist immer dann sinnvoll, wenn die Motorkühlmitteltemperatur weniger als 400C beträgt. Dadurch erwärmt sich der Antriebsmotor vorteilhaft.Another benefit arises in cooling mode. When starting with a heated vehicle interior, very large heat flows can be released into the engine coolant for a short time. This provides a high cooling capacity. This circuit is always useful when the engine coolant temperature is less than 40 0 C. This heats up the drive motor in a beneficial way.
Fig.11 zeigt die Schaltung aus Fig.7 mit dem Unterschied daß Umschaltventil 13 durch zwei Absperrventile 24 und 25 ersetzt wurde. So können nach einem Start mit einem im Innenraum aufgeheizten Fahrzeug für kurze Zeit sehr große Wärmeströme in das Motorkühlmittel abgegeben werden. Hierdurch wird eine große Kälteleistung bereitgestellt. Diese Schaltung ist immer dann sinnvoll, wenn die Motorkühlmitteltemperatur weniger als 400C beträgt. Dadurch erwärmt sich der Antriebsmotor vorteilhaft. Fig. 11 shows the circuit from Fig. 7, with the difference that changeover valve 13 has been replaced by two shut-off valves 24 and 25. After starting the vehicle with a heated interior, very large heat flows can be released into the engine coolant for a short time. This provides a high cooling capacity. This circuit is always useful when the engine coolant temperature is less than 40 0 C. This heats up the drive motor in a beneficial way.
Fig. 12 zeigt schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage. Fig. 12 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system.
Nach der Verdichtung gelangt das Kältemittel unter hohem Druck und Temperatur vor die Schaltventile 24 und 25. Ist das Ventil 24 geöffnet, gibt das Kältemittel über den Gaskühler (14) Wärme an die Umgebung ab und wird im Hochdruckteil des Inneren Wärmetauscher (15) weiter enthitzt. Nach Passieren desAfter compression, the refrigerant passes under high pressure and temperature in front of the switching valves 24 and 25. If the valve 24 is open, the refrigerant releases heat to the environment via the gas cooler (14) and is further deheated in the high-pressure part of the internal heat exchanger (15). After passing through the
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Rückschlagventil (6) wird das Kältemittel im ersten Expansionsventil (16) auf Verdampfungsdruck entspannt. Im Verdampfer 5 nimmt es Wärme vom Luftstrom für die Fahrzeugkabine, welcher dadurch gekühlt wird. Das zweite Expansionsventil (17) ist nicht geschaltet und damit geschlossen. Das Kältemittel strömt über das geöffnete Ventil (26) in den Sammler (19). Auf der Niederdruckseite des Inneren Wärmetauscher (15) wird das Kältemittel überhitzt und anschließend vom Verdichter (12) angesaugt. Im Klimakasten wird der Luftstrom für die Kabine abgekühlt, die enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensiert an den kalten Oberflächen der Wärmetauscher. Im Bedarfsfall wird die Luft mittels des Heizungswärmetauschers 7 entsprechend erwärmt.The coolant is expanded to evaporation pressure in the first expansion valve (16) via the check valve (6). In the evaporator 5, it absorbs heat from the air flow for the vehicle cabin, which is thereby cooled. The second expansion valve (17) is not switched and is therefore closed. The coolant flows into the collector (19) via the open valve (26). On the low-pressure side of the internal heat exchanger (15), the coolant is superheated and then sucked in by the compressor (12). The air flow for the cabin is cooled in the air conditioning box, and the humidity it contains condenses on the cold surfaces of the heat exchangers. If necessary, the air is heated accordingly using the heating heat exchanger 7.
Ist das Ventil 25 geschaltet, gibt das Kältemittel die Wärme an einen Gaskühler / Kondensator 20 ab. Nach Passieren des Rückschlagventil (10) gelangt das Kältemittel in das Expansionsventil 16. Nach entsprechender Drosselung und Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe im Verdampfer 5 strömt das Kältemittel durch das zweite Expansionsventil 17, in welchem es isenthalp auf das Verdampfungsdruckniveau der Wärmeaufnahme entspannt wird. Dabei ist Ventil 26 geschlossen. Im Kältemittel-/Wärmeträgerfluid-Wärmetauscher 18 wird dem Kältemittel Wärme aus dem Motorkühlmittel zugeführt und gegebenenfalls überhitzt und gelangt zurück zum Verdichter Der Sammler 19 und die Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers 15 werden nicht vom umlaufenden Kältemittel durchströmt und stehen mit dem Verdichtereintritt in Verbindung.If the valve 25 is switched, the refrigerant gives off the heat to a gas cooler / condenser 20. After passing through the check valve (10), the refrigerant reaches the expansion valve 16. After appropriate throttling and heat absorption or heat release in the evaporator 5, the refrigerant flows through the second expansion valve 17, in which it is isenthalpically expanded to the evaporation pressure level of the heat absorption. Valve 26 is closed here. In the refrigerant / heat transfer fluid heat exchanger 18, heat from the engine coolant is supplied to the refrigerant and, if necessary, superheated and returns to the compressor. The collector 19 and the low-pressure side of the internal heat exchanger 15 are not flowed through by the circulating refrigerant and are connected to the compressor inlet.
Bei dieser Schaltung im Heizbetrieb wird der Sammler und die Niederdruckseite des inneren Wärmetauschers nicht vom umlaufenden Kältemittel durchströmt. Da normalerweise aufgrund der Betriebscharakteristik des Sammlers immer etwas flüssigesIn this circuit in heating mode, the collector and the low-pressure side of the internal heat exchanger are not flowed through by the circulating coolant. Since there is normally always some liquid coolant due to the operating characteristics of the collector,
Kältemittel ausgetragen wird, führt dies in Folge zur geringen Überhitzung am Verdichtereintritt welches dann sich in niedrigeren Verdichteraustrittstemperaturen niederschlägt. Damit wird nicht die maximale Leistungsfähigkeit der Wärmpumpe normalerweise nicht erreicht. Des weiteren ist der auftretende Druckabfall auf der Saugseite deutlich geringer. Da diese Schaltung diese Merkmale nicht aufweist, handelt es sich um eine vorteilhafte Anwendung.If the coolant is discharged, this leads to a slight overheating at the compressor inlet, which then results in lower compressor outlet temperatures. This means that the maximum performance of the heat pump is not normally achieved. Furthermore, the pressure drop on the suction side is significantly lower. Since this circuit does not have these features, it is an advantageous application.
Fig. 13 zeigt schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmpumpenanlage, die beim Heizen mit einer 2-stufigen Expansion arbeitet. Fig. 13 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system that operates with a 2-stage expansion during heating.
Nach der Verdichtung gelangt das Kältemittel unter hohem Druck und Temperatur vor die Schaltventile 24 und 25. Ist das Ventil 24 geöffnet, gibt das Kältemittel über den Gaskühler (14) Wärme an die Umgebung ab und wird im Hochdruckteil des Inneren Wärmetauscher (15) weiter enthitzt. Nach Passieren des Rückschlagventil (6) wird das Kältemittel im ersten Expansionsventil (16) auf Verdampfungsdruck entspannt. Der Betriebspunkt befindet sich im 2-Phasen-Gebiet. Im Verdampfer 5 nimmt es Wärme vom Luftstrom für die Fahrzeugkabine, welcher dadurch gekühlt wird. Das Kältemittel strömt in den Sammler (19) . Auf der Niederdruckseite des Inneren Wärmetauscher (15) wird das Kältemittel überhitzt und anschließend vom Verdichter (12) angesaugt. Im Klimakasten wird der Luftstrom für die Kabine abgekühlt, die enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensiert an den kalten Oberflächen der Wärmetauscher. Im Bedarfsfall wird die Luft mittels des Heizungswärmetauschers 7 entsprechend erwärmt.After compression, the refrigerant reaches the switching valves 24 and 25 under high pressure and temperature. If the valve 24 is open, the refrigerant gives off heat to the environment via the gas cooler (14) and is further deheated in the high-pressure part of the internal heat exchanger (15). After passing through the check valve (6), the refrigerant is expanded to evaporation pressure in the first expansion valve (16). The operating point is in the 2-phase region. In the evaporator 5, it absorbs heat from the air flow for the vehicle cabin, which is thereby cooled. The refrigerant flows into the collector (19). On the low-pressure side of the internal heat exchanger (15), the refrigerant is superheated and then sucked in by the compressor (12). In the air conditioning box, the air flow for the cabin is cooled and the humidity it contains condenses on the cold surfaces of the heat exchanger. If necessary, the air is heated accordingly using the heating heat exchanger 7.
Ist das Ventil 25 geschaltet, gibt das Kältemittel die Wärme an einen Gaskühler / Kondensator 2 0 an den Luftstrom für die Fahrzeugkabine ab. Nach Passieren des Rückschlagventil (10) gelangt das Kältemittel in das erste Expansionsventil (16) .If the valve 25 is switched, the refrigerant gives off the heat to a gas cooler / condenser 20 to the air flow for the vehicle cabin. After passing the check valve (10), the refrigerant reaches the first expansion valve (16).
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Nach entsprechender Drosselung und Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe im Verdampfer 5 strömt das Kältemittel durch das zweite Expansionsventil 17 , in welchem es isenthalp auf das Verdampfungsdruckniveau der Wärmeaufnahme entspannt wird. Das Schaltventil 26 versperrt den Weg zum Sammler 19. Im Kondensator/ Gaskühler 14 wird dem Kältemittel Wärme aus der Umgebung zugeführt und gegebenenfalls überhitzt. Das Kältemittel gelangt im Anschluss über das Schaltventil 21 zurück zum Verdichter 12 .After appropriate throttling and heat absorption or heat release in the evaporator 5, the refrigerant flows through the second expansion valve 17, in which it is expanded isenthalpically to the evaporation pressure level of heat absorption. The switching valve 26 blocks the path to the collector 19. In the condenser/gas cooler 14, heat from the environment is supplied to the refrigerant and, if necessary, superheated. The refrigerant then returns to the compressor 12 via the switching valve 21.
Besonders vorteilhaft ist an dieser Schaltung, dass der Motorkühlmittelkreislauf während der Aufwärmung des Fahrzeuges nicht zur Heizung der Kabine herangezogen wird. Zur Wärmeaufnahme wird ein im Kältekreislauf vorhandener Wärmetauscher genutzt. Damit erwärmt sich der Antriebsmotor zügig, welches Verbrauch, Verschleiß und Emissionen gering hält.A particularly advantageous feature of this circuit is that the engine coolant circuit is not used to heat the cabin while the vehicle is warming up. A heat exchanger in the cooling circuit is used to absorb the heat. This means that the drive motor heats up quickly, which keeps consumption, wear and emissions low.
Fig. 14 zeigt schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage. Fig. 14 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system.
Nach der Verdichtung gelangt das Kältemittel unter hohem Druck und Temperatur in das Schaltventil 13. Hier wird der Betriebsmodus Kühlen oder Heizen geschaltet. Ist das Ventil auf den Betriebsmodus Kühlen geschaltet gibt das Kältemittel über den Gaskühler (14) Wärme an die Umgebung ab und wird im Hochdruckteil des Inneren Wärmetauscher (15) weiter enthitzt. Nach Passieren des Rückschlagventil (6) wird das Kältemittel im ersten Expansionsventil (16) auf Verdampfungsdruck entspannt. Das zweite Expansionsventil (17) ist nicht geschaltet und damit geschlossen. Das Kältemittel strömt über das geöffnete Ventil (26) in den Sammler (19) . Auf der Niederdruckseite des Inneren Wärmetauscher (15) wird das Kältemittel überhitzt und anschließend vom Verdichter (12) angesaugt. Im Klimakasten wird der Luftstrom für die Kabine abgekühlt, die enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensiert an denAfter compression, the refrigerant enters the switching valve 13 under high pressure and temperature. Here, the cooling or heating operating mode is switched. If the valve is switched to the cooling operating mode, the refrigerant releases heat to the environment via the gas cooler (14) and is further deheated in the high-pressure part of the internal heat exchanger (15). After passing through the check valve (6), the refrigerant is expanded to evaporation pressure in the first expansion valve (16). The second expansion valve (17) is not switched and is therefore closed. The refrigerant flows through the open valve (26) into the collector (19). On the low-pressure side of the internal heat exchanger (15), the refrigerant is superheated and then sucked in by the compressor (12). In the air conditioning box, the air flow for the cabin is cooled, the humidity contained condenses on the
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kalten Oberflächen der Wärmetauscher. Im Bedarfsfall wird die Luft mittels des Heizungswärmetauschers 7 entsprechend erwärmt.cold surfaces of the heat exchangers. If necessary, the air is heated accordingly by means of the heating heat exchanger 7.
Ist das Ventil 13 auf den Betriebsmodus Heizen geschaltet, gibt das Kältemittel die Wärme über Gaskühler/ Kondensator 2 0 an den Luftstrom für die Fahrzeugkabine ab. Nach Passieren des Rückschlagventil 10 gelangt das Kältemittel an den Eintritt der Hochdruckseite des Inneren Wärmetauschers 15 und in Folge in das erste Expansionsventil 16. Durch das Rückschlagventil 6 wird ein Nachströmen des Kältemittels in den Gaskühler 14 verhindert, in welchem Wärme an die Umgebung abgeführt werden kann und das enthaltene Kältemittel kondensiert. Hierbei nimmt das spezifische Volumen zu, was zum Nachströmen des Kältemittels aus dem Kreislauf führt. Der Gaskühler füllt sich dadurch mit flüssigem Kältemittel. Nach entsprechender Drosselung und Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe im Verdampfer 5 strömt das Kältemittel durch das zweite Expansionsventil 17, in welchem es isenthalp auf das Verdampfungsdruckniveau der Wärmeaufnahme entspannt wird. Dabei ist Ventil 26 geschlossen. Im Kältemittel-/Wärmeträgerfluid-Wärmetauscher 18 wird dem Kältemittel Wärme aus dem Motorkühlmittel zugeführt und gegebenenfalls überhitzt. Das Kältemittel durchströmt den Sammler 19, die Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers 15 und gelangt zum Verdichter 12.If the valve 13 is switched to the heating operating mode, the refrigerant releases the heat via the gas cooler/condenser 20 to the air flow for the vehicle cabin. After passing through the check valve 10, the refrigerant reaches the inlet on the high pressure side of the internal heat exchanger 15 and then into the first expansion valve 16. The check valve 6 prevents the refrigerant from flowing into the gas cooler 14, in which heat can be dissipated to the environment and the refrigerant contained therein condenses. The specific volume increases here, which leads to the refrigerant flowing out of the circuit. The gas cooler therefore fills with liquid refrigerant. After appropriate throttling and heat absorption or heat release in the evaporator 5, the refrigerant flows through the second expansion valve 17, in which it is expanded isenthalpically to the evaporation pressure level of the heat absorption. Valve 26 is closed here. In the refrigerant/heat transfer fluid heat exchanger 18, heat from the engine coolant is added to the refrigerant and, if necessary, superheated. The refrigerant flows through the collector 19, the low-pressure side of the internal heat exchanger 15 and reaches the compressor 12.
Bei dieser Schaltung wird die im Kältemittel verbliebene Energie zur Überhitzung des Kältemittels vor Eintritt in den Verdichter 12 mittels des Inneren Wärmetauschers 15 verwendet. Da hier ein Teil der Energie im Kreislauf verbleibt, damit die Sauggastemperaturen im Verdichter 12 hoch sind, werden hohe Verdichteraustrittstemperaturen erreicht. Damit steht die Wärme bei hoher Temperatur bereit.In this circuit, the energy remaining in the refrigerant is used to superheat the refrigerant before it enters the compressor 12 by means of the internal heat exchanger 15. Since part of the energy remains in the circuit so that the suction gas temperatures in the compressor 12 are high, high compressor outlet temperatures are achieved. The heat is therefore available at a high temperature.
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In Fig. 15 ist schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmpumpenanlage dargestellt, die beim Heizen mit einer 2-stufigen Expansion arbeitet. Die eigentliche Wärmeaufnahme des Kältekreislaufes beim Heizen erfolgt aus der Außenluft. Fig. 15 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system that works with a 2-stage expansion when heating. The actual heat absorption of the refrigeration circuit when heating comes from the outside air.
Nach der Verdichtung gelangt das Kältemittel unter hohem Druck und Temperatur in das Schaltventil 13. Hier wird der Betriebsmodus Kühlen oder Heizen geschaltet. Ist das Ventil 13 auf den Betriebsmodus Kühlen geschaltet gibt das Kältemittel über den Gaskühler (14) Wärme an die Umgebung ab und wird im Hochdruckteil des Inneren Wärmetauscher (15) weiter enthitzt. Nach Passieren des Rückschlagventil (6) wird das Kältemittel im ersten Expansionsventil (16) auf Verdampfungsdruck entspannt. Im Verdampfer 5 nimmt es Wärme vom Luftstrom für die Fahrzeugkabine, welcher dadurch gekühlt wird. Das Kältemittel strömt in den Sammler (19) . Auf der Niederdruckseite des Inneren Wärmetauscher (15) wird das Kältemittel überhitzt und anschließend vom Verdichter (12) angesaugt. Im Klimakasten wird der Luftstrom für die Kabine abgekühlt, die enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensiert an den kalten Oberflächen der Wärmetauscher. Im Bedarfsfall wird die Luft mittels des Heizungswärmetauschers 7 entsprechend erwärmt.After compression, the refrigerant reaches the switching valve 13 under high pressure and temperature. This is where the cooling or heating operating mode is switched. If the valve 13 is switched to the cooling operating mode, the refrigerant releases heat to the environment via the gas cooler (14) and is further deheated in the high-pressure part of the internal heat exchanger (15). After passing through the check valve (6), the refrigerant is expanded to evaporation pressure in the first expansion valve (16). In the evaporator 5, it absorbs heat from the air flow for the vehicle cabin, which is thereby cooled. The refrigerant flows into the collector (19). On the low-pressure side of the internal heat exchanger (15), the refrigerant is superheated and then sucked in by the compressor (12). In the air conditioning box, the air flow for the cabin is cooled and the humidity it contains condenses on the cold surfaces of the heat exchanger. If necessary, the air is heated accordingly using the heating heat exchanger 7.
Ist das Ventil 13 auf den Betriebsmodus Heizen geschaltet, gibt das Kältemittel die Wärme über einen Kältemittel-/ Motorkühlmittel - Wärmetauscher (27)an das Motorkühlmittel ab. Nach Passieren des Rückschlagventil 10 gelangt das Kältemittel an den Eintritt der Hochdruckseite des Inneren Wärmetauschers 15 und in Folge in das erste Expansionsventil 16. Durch das Rückschlagventil 6 wird ein Nachströmen des Kältemittels in den Gaskühler 14 verhindert. Nach entsprechender Drosselung und Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe im Verdampfer 5 strömt das Kältemittel durch den Sammler 19 zur Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers 15. Das Schaltventil 21 versperrt denIf the valve 13 is switched to the heating operating mode, the refrigerant releases the heat to the engine coolant via a refrigerant/engine coolant heat exchanger (27). After passing through the check valve 10, the refrigerant reaches the inlet of the high-pressure side of the internal heat exchanger 15 and then into the first expansion valve 16. The check valve 6 prevents the refrigerant from flowing into the gas cooler 14. After appropriate throttling and heat absorption or heat release in the evaporator 5, the refrigerant flows through the collector 19 to the low-pressure side of the internal heat exchanger 15. The switching valve 21 blocks the
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direkten Weg zum Verdichter, somit wird das zweite Expansionsventil 17 durchströmt , in welchem es isenthalp auf das Verdampfungsdruckniveau der Wärmeaufnahme entspannt wird. Im Kondensator/ Gaskühler 14 wird dem Kältemittel Wärme aus der Umgebung zugeführt und gegebenenfalls überhitzt. Das Kältemittel gelangt im Anschluss über das Schaltventil 21 zurück zum Verdichter 12.direct route to the compressor, thus flowing through the second expansion valve 17, in which it is expanded isenthalpically to the evaporation pressure level of heat absorption. In the condenser/gas cooler 14, heat from the environment is added to the refrigerant and, if necessary, superheated. The refrigerant then returns to the compressor 12 via the switching valve 21.
Fig. 16 zeigt schematisch in einer Prinzipskizze eine integrierte Wärmepumpenanlage.Fig. 16 shows a schematic diagram of an integrated heat pump system.
Nach der Verdichtung gelangt das Kältemittel unter hohem Druck und Temperatur in das Schaltventil 13. Hier wird der Betriebsmodus Kühlen oder Heizen geschaltet. Ist das Ventil auf den Betriebsmodus Kühlen geschaltet gibt das Kältemittel über den Gaskühler (14) Wärme an die Umgebung ab und wird im Hochdruckteil des Inneren Wärmetauscher (15) weiter enthitzt. Nach Passieren des Rückschlagventil (6) wird das Kältemittel im ersten Expansionsventil (16) auf Verdampfungsdruck entspannt. Das zweite Expansionsventil (17) ist nicht geschaltet und damit geschlossen. Das Kältemittel strömt über das geöffnete Ventil (26) in den Sammler (19) . Auf der Niederdruckseite des Inneren Wärmetauscher (15) wird das Kältemittel überhitzt und anschließend vom Verdichter (12) angesaugt.After compression, the refrigerant enters the switching valve 13 under high pressure and temperature. This is where the cooling or heating operating mode is switched. If the valve is switched to cooling mode, the refrigerant releases heat to the environment via the gas cooler (14) and is further deheated in the high-pressure part of the internal heat exchanger (15). After passing through the check valve (6), the refrigerant is expanded to evaporation pressure in the first expansion valve (16). The second expansion valve (17) is not switched and is therefore closed. The refrigerant flows via the open valve (26) into the collector (19). On the low-pressure side of the internal heat exchanger (15), the refrigerant is superheated and then sucked in by the compressor (12).
Durch das Schalten des Umschaltventils 3 0 in den Betriebsmodus Kühlen kann bei Stellung des Ventils 13 auf Heizen gekühlt werden. Das Kältemittel gibt einen Teil die Wärme über einen Kältemittel-/ Motorkühlmittel - Wärmetauscher 27 an das Motorkühlmittel ab und strömt dann durch Umschaltventil 3 0 durch das Rückschlagventil 10 in den Gaskühler 14. Hier gibt es weitere Wärme an die Umgebung ab und wird im Hochdruckteil des Inneren Wärmetauscher 15 weiter enthitzt. Nach Passieren des Rückschlagventil 6 wird das Kältemittel im ersten Expansionsventil 16 auf Verdampfungsdruck entspannt. DasBy switching the changeover valve 3 0 to the cooling operating mode, cooling can be carried out when the valve 13 is set to heating. The refrigerant gives off part of the heat to the engine coolant via a refrigerant/engine coolant heat exchanger 27 and then flows through the changeover valve 3 0 through the check valve 10 into the gas cooler 14. Here it gives off further heat to the environment and is further deheated in the high-pressure part of the inner heat exchanger 15. After passing through the check valve 6, the refrigerant is expanded to evaporation pressure in the first expansion valve 16. The
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zweite Expansionsventil 17 ist nicht geschaltet und damit geschlossen. Das Kältemittel strömt über das geöffnete Ventil 26 in den Sammler 19. Auf der Niederdruckseite des Inneren Wärmetauscher 15 wird das Kältemittel überhitzt und anschließend vom Verdichter 12 angesaugt.The second expansion valve 17 is not switched on and is therefore closed. The refrigerant flows through the open valve 26 into the collector 19. The refrigerant is superheated on the low-pressure side of the internal heat exchanger 15 and is then sucked in by the compressor 12.
Im Klimakasten wird der Luftstrom für die Kabine abgekühlt, die enthaltene Luftfeuchtigkeit kondensiert an den kalten Oberflächen der Wärmetauscher. Im Bedarfsfall wird die Luft mittels des Heizungswärmetauschers 7 entsprechend erwärmt.In the air conditioning box, the air flow for the cabin is cooled and the humidity contained condenses on the cold surfaces of the heat exchangers. If necessary, the air is heated accordingly using the heating heat exchanger 7.
Ist das Ventil 13 auf den Betriebsmodus Heizen geschaltet, gibt das Kältemittel die Wärme über einen Kältemittel-/ Motorkühlmittel - Wärmetauscher (27) an das Motorkühlmittel ab. Im Umschaltventil 3 0 in der Stellung für den Betriebsmodus Heizen gelangt das Kältemittel an den Eintritt der Hochdruckseite des Inneren Wärmetauschers 15 und in Folge in das erste Expansionsventil 16. Durch das Rückschlagventil 6 wird ein Nachströmen des Kältemittels in den Gaskühler 14 verhindert, in welchem Wärme an die Umgebung abgeführt werden kann und das enthaltene Kältemittel kondensiert. Hierbei nimmt das spezifische Volumen zu, was zum Nachströmen des Kältemittels aus dem Kreislauf führt. Der Gaskühler füllt sich dadurch mit flüssigem Kältemittel. Nach entsprechender Drosselung und Wärmeaufnahme oder Wärmeabgabe im Verdampfer 5 strömt das Kältemittel durch das zweite Expansionsventil 17, in welchem es isenthalp auf das Verdampfungsdruckniveau der Wärmeaufnahme entspannt wird. Dabei ist Ventil 2 6 geschlossen. Im Kältemittel-/Wärmeträgerfluid-Wärmetauscher 18 wird dem Kältemittel Wärme aus dem Motorkühlmittel zugeführt und gegebenenfalls überhitzt. Das Kältemittel durchströmt den Sammler 19, die Niederdruckseite des Inneren Wärmetauschers 15 und gelangt zum Verdichter 12.If the valve 13 is switched to the heating operating mode, the refrigerant gives off the heat to the engine coolant via a refrigerant/engine coolant heat exchanger (27). In the changeover valve 3 0 in the position for the heating operating mode, the refrigerant reaches the inlet on the high pressure side of the internal heat exchanger 15 and then into the first expansion valve 16. The check valve 6 prevents the refrigerant from flowing into the gas cooler 14, in which heat can be dissipated to the environment and the refrigerant contained therein condenses. The specific volume increases here, which leads to the refrigerant flowing out of the circuit. The gas cooler therefore fills with liquid refrigerant. After appropriate throttling and heat absorption or heat release in the evaporator 5, the refrigerant flows through the second expansion valve 17, in which it is expanded isenthalpically to the evaporation pressure level of the heat absorption. Valve 2 6 is closed here. In the refrigerant/heat transfer fluid heat exchanger 18, heat from the engine coolant is added to the refrigerant and, if necessary, superheated. The refrigerant flows through the collector 19, the low-pressure side of the internal heat exchanger 15 and reaches the compressor 12.
Bei dieser Schaltung wird die im Kältemittel nach der Verdichtung enthaltene Energie in das MotorkühlmittelIn this circuit, the energy contained in the refrigerant after compression is transferred to the engine coolant
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eingebracht, welches sich somit nach Fahrtbeginn schnell erwärmt. Dadurch ergeben sich Vorteile bei Verschleiß, Verbrauch und Emission. Ferner steht für den Kühlbetrieb zu Anfang eine große Wärmesenke bereit welche das Ansprechen der Kälteanlage zu Beginn verbessert. Daneben ergeben sich für den Betrieb der Kälteanlage weitere Vorteile. Die Wärmeabgabe erfolgt nicht nur im Gaskühler sondern auch über den Motorkühler. Dies erlaubt eine effizientere Wärmeabfuhr. Des weiteren ist die Eintrittstemperatur des Kältemittels in den Gaskühler deutlich reduziert. Die Temperatur liegt damit unter 1000C, was aus Gründen der Festigkeit der in Wärmetauschern üblicherweise verwendeten Aluminiummaterialien einen großen Vorteil darstellt.which heats up quickly after driving begins. This has advantages in terms of wear, consumption and emissions. In addition, a large heat sink is available for cooling operation at the beginning, which improves the response of the refrigeration system at the beginning. There are also other advantages for the operation of the refrigeration system. The heat is released not only in the gas cooler but also via the engine cooler. This allows more efficient heat dissipation. In addition, the inlet temperature of the coolant in the gas cooler is significantly reduced. The temperature is therefore below 100 0 C, which is a great advantage due to the strength of the aluminum materials usually used in heat exchangers.
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