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WO2017005559A1 - Kältekreis, verfahren zur klimatisierung eines fahrzeugs und fahrzeug - Google Patents

Kältekreis, verfahren zur klimatisierung eines fahrzeugs und fahrzeug Download PDF

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Publication number
WO2017005559A1
WO2017005559A1 PCT/EP2016/065069 EP2016065069W WO2017005559A1 WO 2017005559 A1 WO2017005559 A1 WO 2017005559A1 EP 2016065069 W EP2016065069 W EP 2016065069W WO 2017005559 A1 WO2017005559 A1 WO 2017005559A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
evaporator
pressure control
expansion valve
control element
pressure
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/065069
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Moser
Oliver Horn
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Publication of WO2017005559A1 publication Critical patent/WO2017005559A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/323—Cooling devices using compression characterised by comprising auxiliary or multiple systems, e.g. plurality of evaporators, or by involving auxiliary cooling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration circuit for a vehicle, with two evaporator branches, which are connected in parallel, wherein in the first evaporator branch, a first expansion valve and a first evaporator are arranged for the air conditioning of a first component, and in the second evaporator branch, a second expansion valve and a second evaporator , For the air conditioning of a second component, Furthermore, the invention relates to a method for air conditioning of a vehicle and a vehicle.
  • a refrigeration cycle in a vehicle typically serves to cool a number of components which are thermally connected to the refrigeration circuit via suitable evaporators and typically act as a heat source.
  • the refrigerant circuit then circulates a refrigerant which receives heat in the respective evaporator and emits in a condenser of the refrigerant circuit again, for example, to a cooling circuit or directly to the environment.
  • the cooling circuit provides a certain cooling capacity.
  • the problem is to divide the available cooling capacity in a suitable manner to the multiple evaporators, more precisely, the components. Particularly problematic in this case are those cases in which Different evaporators also different and / or changing cooling requirements are present.
  • the refrigerant circuit described in DE 10 2013 211 259 A1 has a condenser and two evaporator branches, one of which serves for cooling a vehicle interior and the other for cooling a high-voltage accumulator.
  • the evaporator branches in each case an evaporator and an expansion valve upstream of this are arranged. Furthermore, the two evaporator branches are connected in parallel to each other.
  • the cooling circuit is designed in particular for use in a vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle.
  • the refrigerant circuit circulates a refrigerant with a total mass flow, which is compressed by a compressor and downstream of the same one Condenser flows through, for heat dissipation, for example, to a Kühi Vietnamese or the environment of the vehicle.
  • a first branch is arranged, at which the total mass flow of the refrigerant is divided into two partial mass flows. Starting from the first branch then two evaporator branches are formed, which are connected in parallel.
  • a first expansion valve and a first evaporator are arranged for conditioning a first component
  • a second expansion valve and a second evaporator are arranged for conditioning a second component.
  • the two components are in particular vehicle components.
  • a respective expansion valve is arranged upstream of the respective evaporator. Downstream of the two evaporators, the two evaporator branches are brought together again at a second branch and also the two partial mass flows. A respective evaporator branch thus extends between the two branches.
  • a pressure control element is now arranged in the second evaporator branch downstream of the second evaporator for selective pressure control in the second evaporator branch.
  • a significant advantage of the invention is, in particular, that different pressures of the refrigerant are set in the two evaporators, specifically independently, ie selectively.
  • a pressure compensation takes place downstream of the two evaporators by merging the partial mass flows a pressure compensation, which has a coupling of the pressures in the two evaporator branches result and thus negative on the evaporator branches and there achieved Cooling capacity reacts. This is avoided by the additional pressure control element.
  • the invention is based on the idea of decoupling the two evaporator branches by means of the pressure control element as far as possible in terms of printing technology so that in each case an optimum partial mass flow of refrigerant and thus an optimum pressure can be set.
  • This decoupling is particularly advantageous in those cases in which more cooling power is required in both evaporator branches together than the cooling circuit can afford at most.
  • the pressure control element in the second evaporator branch in this case acts as a backup of the first evaporator branch against a possibly excessive increase in pressure in the first evaporator branch. Such a pressure increase would reduce the performance of the first evaporator branch to an undesirable extent.
  • This too rapid evaporation of the refrigerant is particularly important for large components of importance, which are then only locally cooled, namely where the component is in thermal communication with the inlet portion of the evaporator. This is critical in particular for those components in which an excessive temperature spread is to be avoided, ie in which a spatially homogeneous as possible cooling is to be achieved.
  • An example of this is a High-voltage storage, to power a drive of an electric or hybrid vehicle, in which a temperature spread should be avoided to cool all high-voltage storage cells alike, and thus in particular to ensure the most uniform thermal stress on all high-voltage storage cells.
  • downstream pressure control element By means of the downstream pressure control element, however, it is possible in combination with the upstream second expansion valve to increase the pressure in the second evaporator such that the cooling capacity of the second evaporator is reduced and a more uniform evaporation of the refrigerant is achieved over the entire evaporator, ie over its entire Length, in particular independent of the pressure in the first evaporator. Overall, therefore, by the selective pressure control in the second evaporator branch, a particularly homogeneous air conditioning of the associated second component.
  • the advantage of the invention is, in particular, that the proportion of the total cooling capacity used for cooling the second component is adjustable and reduced cooling takes place, so that either a maximum of cooling capacity is still available for the first component or an optimal compromise is achieved to split the cooling capacity on both components, at the same time particularly homogeneous cooling, in particular the second component.
  • the expansion valves act primarily as a pressure reducer for the refrigerant and to have an opening to reduce the amount of refrigerant flowing through, ie for setting a certain mass flow. In this way, an expansion and in particular cooling of the refrigerant downstream of the expansion valve is achieved.
  • a modified opening leads to a changed Teiimassenstrom
  • the extent of the pressure reduction is therefore predeterminable over the size of the opening, which is often appropriately adjustable and / or closed for this purpose.
  • TXV thermal expansion valves
  • EXV electrical expansion valves
  • a particular advantage of an EXV is also that, if necessary and regardless of the prevailing temperature conditions, starting from a maximum opening is infinitely variable until complete closure and thus completely shut off, whereby the corresponding evaporator branch is then no longer traversed by refrigerant and quasi shut down.
  • a so-called electrical thermal expansion valve, short ETXV is a TXV which is additionally electrically isolable.
  • pressure-controlled valves are also known which function similarly to a TXV, but the pressure of the refrigerant is used directly to control the opening. On a separate working medium is then omitted.
  • only a fixed opening which is also referred to as an orifice, is used as the expansion valve. Such a fixed opening is not adjustable.
  • the first and the second expansion valve are basically all of the aforementioned valves and openings suitable, but particularly preferred are TXV, EXV and / or ETXV.
  • the pressure control element is a third expansion valve.
  • An advantage of this embodiment is in particular that by such a pressure control element in particular an adjustment of the pressure in the second evaporator branch is effected by a pressure drop is realized at the pressure control element to the first evaporator branch back, i. virtually a pressure adjustment to the pressure of the refrigerant downstream of the first evaporator.
  • an intermediate pressure is then advantageously set on the second evaporator branch which corresponds at most to the pressure of the refrigerant upstream of the second expansion valve and at least the pressure downstream of the pressure control element, d. H. in particular a suction pressure of the compressor.
  • the pressure-reducing effect of an expansion valve can be used advantageously.
  • an evaporation of the refrigerant in this case does not take place, in particular, since already the second expansion valve is expediently set in such a way that the refrigerant has completely evaporated before reaching the pressure control element.
  • the pressure control element then acts primarily as a throttle for reducing the pressure of the gaseous refrigerant and less as an expansion valve for the evaporation of liquid refrigerant.
  • all the above-mentioned embodiments of expansion valves are suitable as a pressure control element.
  • the intermediate pressure is then adjusted as needed by adjusting the second expansion valve and the pressure control element.
  • the second expansion valve is adjusted such that at the outlet of the second evaporator, the refrigerant is completely evaporated.
  • the downstream pressure control then serves primarily to reduce the pressure of the already completely evaporated refrigerant.
  • the second expansion valve or the pressure control element is a shut-off expansion valve.
  • shut-off is understood to mean, in particular, that the expansion valve can be shut off as required and completely, ie that the partial mass flow of refrigerant in the second evaporator branch can be switched on or off as desired independently of the prevailing temperature conditions.
  • the lockable expansion valve is in particular electrically shut off and an EXV or ETXV.
  • the second expansion element or the pressure control element is in particular electrically shut off, so that the pressure increase in the second evaporator then the second expansion element or the pressure control element is shut off.
  • the partial mass flow is stopped by the second evaporator and a reduced heat exchange with the second component is achieved, ie a reduced and thus particularly needs-based cooling.
  • the remaining for cooling the first component cooling capacity is increased accordingly.
  • opening the Pressure control element is then released the partial mass flow again. This process is expediently carried out periodically by suitable clocking of the print control element.
  • a central opening cross-section is effectively set by rapid timing of the opening and closing time, thereby setting or setting the intermediate pressure and thus the extent of cooling.
  • the shut-off embodiment is also particularly suitable for complete shutdown of the second evaporator branch, if, for example, no cooling should take place.
  • the cooling circuit has a control unit which is designed to control the pressure control element and thereby set different pressures in the two evaporator branches.
  • an intermediate pressure is set, in particular in the second evaporator branch, which is greater than the pressure in the first evaporator branch.
  • the control unit is suitably designed for measuring a respective instantaneous temperature of the components and determines at predetermined time intervals or continuously a respective cooling demand, on the basis of which the pressure control element and in particular the intermediate pressure are set, so that the available cooling capacity is optimally divided between the two evaporators becomes.
  • a temperature sensor is connected to the control unit, which is mounted for measuring the instantaneous temperature at a suitable location of the respective components.
  • the control unit is designed to regulate the pressure control element as a function of the air conditioning requirement of at least the two components.
  • the regulation of the air conditioning requirement of the second component takes place in particular directly via the pressure control element and the regulation of the air conditioning requirement of the first component corresponding to indirectly due to the change in the cooling capacity at the second component.
  • the first and second expansion valves and the pressure control element are each a thermal expansion valve, i. designed here as TXV, as a pressure-controlled valve or as a fixed opening.
  • TXV thermal expansion valve
  • This embodiment is particularly inexpensive.
  • Particularly preferred is an embodiment in which the first and the second expansion valve and the pressure control element are each a TXV or a pressure-controlled valve and thus each adjustable.
  • the first and the second expansion valve and the pressure control element in a particularly advantageous embodiment, a passive, self-regulating system.
  • the expansion valves each have probes which are placed at suitable temperature and / or pressure measuring points of the refrigeration circuit and / or components in order to respond to corresponding temperature and / or pressure changes at these measuring points. The placement is done in such a way that an optimally tuned system is created in which the expansion valves automatically depending on the requirement and situation each take a suitable setting and thus ensure optimum air conditioning of the components.
  • the respective probes are mounted in such a way that the first and the second expansion valve adjust the overheating at the outlet of the respective evaporator and the pressure control element adjusts the pressure in the second evaporator branch.
  • a passive, self-regulating system using a combination of TXV, EXV, ETXV, pressure-controlled valves and fixed openings is conceivable in which an electrical control of the corresponding electrically controllable valves only in exceptional cases or in a special active mode and for example by means a control unit, whereas the system then self-regulates in a passive mode.
  • the passive functionality of the valves is used to implement the control, so that in principle only passive valves, i. TXV, pressure-controlled valves and / or fixed openings are necessary.
  • at least one of the valves is additionally shut off to allow off the regulation shutdown or shutdown of the corresponding evaporator branch.
  • the first component is a vehicle interior, ie passenger compartment
  • the first evaporator is an air-conditioning evaporator, for the interior air conditioning of the vehicle.
  • the air conditioner is in particular a part of an air conditioner, for cooling the vehicle interior.
  • This is largely air-conditioned by the selective pressure control in the second evaporator circuit advantageously largely independent of the second component, so that maximum comfort is ensured.
  • the above-described refrigeration cycle is particularly suitable for use in a vehicle which is an electric or hybrid vehicle and has a high-voltage storage. This then serves in particular the power supply of a drive of the vehicle.
  • High-voltage accumulators are also typically large-area components, with an area to be cooled in the range of about 0.2 to 2 m 2 .
  • High-voltage accumulators continue to be particularly sensitive to an inhomogeneous temperature distribution along the surface, ie a temperature spread, in particular between different cells of the high-voltage accumulator.
  • the second component is a high-voltage accumulator of the vehicle and the second evaporator HVS evaporator, for heat exchange with the high-voltage accumulator. Its air conditioning can then be adjusted to meet specific needs or alternatively even regulate.
  • the high-voltage accumulator usually does not have to be cooled continuously, but for example only if its instantaneous temperature reaches a certain maximum value. For cooling, part of the cooling capacity of the refrigeration circuit is then used to cool the high-voltage storage.
  • the high-voltage storage is under certain circumstances, for example, when using an internal combustion engine to drive, not or only slightly claimed, so here only a need for cooling is particularly useful and the remaining cooling power is available for example for the vehicle interior. Loss of comfort in the interior air conditioning when cooling the high-voltage storage will then reduce efficiently.
  • a variant is also advantageous in which a second, second pressure control element is also arranged downstream of the first evaporator in the first evaporator branch.
  • Both evaporator branches are then each equipped with a pressure control element and the controller or Control of the refrigeration circuit and the division of the cooling capacity is correspondingly more flexible.
  • the compressor and the first and second expansion valves divide the refrigerant circuit into a high-pressure side downstream of the compressor and a low-pressure side upstream of the compressor.
  • To increase the efficiency of the refrigerant circuit then has in an expedient development in addition to an internal heat exchanger. for heat transfer between the low and the high pressure side.
  • the inner heat exchanger is connected in particular upstream of the compressor and downstream of the condenser to the refrigeration circuit.
  • FIG. 1 shows schematically a refrigerant circuit with two parallel evaporator branches.
  • a refrigeration circuit 2 for a vehicle not shown in detail.
  • the refrigeration circuit 2 has a compressor 4, for compressing a circulating in the refrigerant circuit 2 refrigerant.
  • the refrigeration circuit 2 has a condenser 6, for heat dissipation to, for example, a refrigeration cycle or the environment. Downstream of the condenser 6, the refrigeration circuit 2 has a first branch 8, at which the refrigerant is divided into two partial mass flows and flows into two parallel evaporator branches 10, 12, namely a first evaporator branch 10 and a second evaporator branch 12. These are finally at one second branch 14 upstream of the compressor 4 again merged.
  • first expansion valve 16 and a first evaporator 18 are arranged for conditioning a first component 20 of the vehicle.
  • second evaporator branch 12 are a second expansion valve 22 and a second evaporator 24 arranged for air conditioning a second component 26, the two expansion valves 16, 22 are respectively upstream of the respective evaporator 18, 24 are arranged.
  • the first component 20 is a vehicle interior, in particular passenger compartment of the vehicle.
  • the second component 26 is here a high-voltage storage of the vehicle, which is thus an electric or hybrid vehicle.
  • a pressure control element 28 arranged for selective pressure control. This is formed in the embodiment shown here as a third expansion valve.
  • the pressure control element 28 and the second expansion valve 22 are here further connected to a control unit 30, by means of which the pressure control element 28 and the second expansion valve 22 are adjusted as needed. In this case, between the pressure control element 28 and the second expansion valve 22, d. H. Above the second evaporator 24, an intermediate pressure is set, in a range between a high pressure of the refrigerant upstream of the first branch 12 and a low pressure downstream of the second branch 14.
  • a pressure change causes, in particular, a temperature change of the refrigerant and thus a control of the heat exchange between Refrigerant and second component 26 on the second evaporator 24.
  • the intermediate pressure is then adjusted according to the cooling requirement of the first and second components 26 as needed.
  • the two expansion valves 16, 22 and the pressure control element 28 are each designed either as TXV, EXV, ETXV, pressure-controlled valve or fixed opening, ie as a so-called orifice.
  • Particularly preferred is an embodiment in which the first expansion valve 16 is a TXV and the second expansion valve 22 and the Pressure control 28 are each an EXV. In one variant are both
  • a control unit 30 is then dispensed with, so that overall a passive, self-regulating system is formed.
  • the first evaporator 18, a pressure control element 28 is connected downstream.
  • the cooling circuit 2 then has two pressure control elements 28, one in each of the two evaporator branches 10, 12. Conveniently, then the first expansion valve 16 and the further pressure control element 28 are connected to the control unit 30 for the purpose of control or regulation when using a control unit 30.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kältekreis (2), insbesondere für ein Fahrzeug, mit zwei Verdampferzweigen (10, 12), die zueinander parallel geschaltet sind, wobei im ersten Verdampferzweig (10) ein erstes Expansionsventil (16) und ein erster Verdampfer (18) angeordnet sind, zur Klimatisierung einer ersten Komponente (20), und im zweiten Verdampferzweig (12) ein zweites Expansionsventil (22) und ein zweiter Verdampfer (24), zur Klimatisierung einer zweiten Komponente (26). Der Kältekreis (2) ist dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Verdampferzweig (12) stromab des zweiten Verdampfers (24) ein Drucksteuerelement (28) angeordnet ist, zur selektiven Drucksteuerung im zweiten Verdampferzweig (12). Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug.

Description

KÄLTEKREIS, VERFAHREN ZUR KLIMATISIERUNG EINES FAHRZEUGS UND FAHRZEUG
Die Erfindung betrifft einen Kältekreis für ein Fahrzeug, mit zwei Verdampferzweigen, die zueinander parallel geschaltet sind, wobei im ersten Verdampferzweig ein erstes Expansionsventil und ein erster Verdampfer angeordnet sind, zur Klimatisierung einer ersten Komponente, und im zweiten Verdampferzweig ein zweites Expansionsventil und ein zweiter Verdampfer, zur Klimatisierung einer zweiten Komponente, Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug.
Ein solcher Kältekreis ist beispielsweise in der DE 10 2013 21 1 259 A1 beschrieben,
Ein Kältekreis in einem Fahrzeug dient üblicherweise zur Kühlung einer Anzahl von Komponenten, welche über geeignete Verdampfer an den Kältekreis thermisch angeschlossen sind und typischerweise als Wärmequelle wirken. Im Kältekreis zirkuliert dann ein Kältemittel, welches im jeweiligen Verdampfer Wärme aufnimmt und in einem Kondensator des Kältekreises wieder abgibt, beispielsweise an einen Kühlkreis oder direkt an die Umgebung. Dadurch stellt der Kältekreis eine bestimmte Kühlleistung zur Verfügung.
Generell besteht bei Kältekreisen mit mehreren Wärmequellen das Problem, die zur Verfügung stehende Kühlleistung in geeigneter Weise auf die mehreren Verdampfer, genauer gesagt die Komponenten aufzuteilen. Besonders problematisch sind hierbei solche Fälle, in denen an unterschiedlichen Verdampfern auch unterschiedliche und/oder wechselnde Kühlanforderungen vorliegen.
Der in der DE 10 2013 211 259 A1 beschriebene Kältekreis weist einen Kondensator auf und zwei Verdampferzweige, von denen einer zur Kühlung eines Fahrzeuginnenraums dient und der andere zur Kühlung eines Hochvoltspeichers. In den Verdampferzweigen sind jeweils ein Verdampfer und ein diesem vorgeschaltetes Expansionsventil angeordnet. Weiterhin sind die beiden Verdampferzweige zueinander parallel geschaltet. Bei Erkennen eines zu geringen Kältemittelstroms durch den zum Hochvoltspeicher zugehörigen Verdampfer ist vorgesehen, einen Wärmeverlust am Kondensator zu verringern, indem ein Teil des Kältemittels über einen Bypass am Kondensator vorbeigeführt wird.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Kältekreis für ein Fahrzeug anzugeben. Mittels des Kältekreises soll eine verbesserte Klimatisierung verschiedener Komponenten gewährleistet sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kältekreis mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 , durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Kältekreis sinngemäß auch für das Verfahren sowie das Fahrzeug und umgekehrt.
Der Kältekreis ist insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug ausgebildet, insbesondere einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Im Kältekreis zirkuliert ein Kältemittel mit einem Gesamtmassenstrom, welches mittels eines Verdichters komprimiert wird und stromab desselben einen Kondensator durchströmt, zur Wärmeabgabe, beispielsweise an einen Kühikreis oder die Umgebung des Fahrzeugs. Stromab des Kondensators ist eine erste Verzweigung angeordnet, an welcher der Gesamtmassenstrom des Kältemittels in zwei Teilmassenströme aufgeteilt wird. Ausgehend von der ersten Verzweigung sind dann zwei Verdampferzweige ausgebildet, die zueinander parallel geschaltet sind. Dabei sind im ersten Verdampferzweig ein erstes Expansionsventil und ein erster Verdampfer angeordnet, zur Klimatisierung einer ersten Komponente, und im zweiten Verdampferzweig sind ein zweites Expansionsventil und ein zweiter Verdampfer angeordnet, zur Klimatisierung einer zweiten Komponente. Die beiden Komponenten sind insbesondere Fahrzeugkomponenten. Ein jeweiliges Expansionsventil ist dabei stromauf des jeweiligen Verdampfers angeordnet. Stromab der beiden Verdampfer sind die beiden Verdampferzweige an einer zweiten Verzweigung wieder zusammengeführt und ebenso die beiden Teilmassenströme. Ein jeweiliger Verdampferzweig erstreckt sich somit zwischen den beiden Verzweigungen. Erfindungsgemäß ist nun im zweiten Verdampferzweig stromab des zweiten Verdampfers ein Drucksteuerelement angeordnet, zur selektiven Drucksteuerung im zweiten Verdampferzweig.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass in den beiden Verdampfern unterschiedliche Drücke des Kältemittels eingestellt werden, und zwar im Wesentlichen unabhängig voneinander, d.h. selektiv. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, auf entsprechend unterschiedliche Kühlanforderungen an die beiden Verdampfer auch unterschiedlich zu reagieren und in jedem der Verdampferzweige genau die Kühlleistung bereitzustellen, die am jeweiligen Verdampfer gefordert ist. Bei einem herkömmlichen Kältekreis erfolgt dagegen stromab der beiden Verdampfer durch Zusammenführen der Teilmassenströme ein Druckausgleich, welcher eine Kopplung der Drücke in den beiden Verdampferzweigen zur Folge hat und somit negativ auf die Verdampferzweige und die dort erzielte Kühlleistung zurückwirkt. Dies wird durch das zusätzliche Drucksteuerelement vermieden.
Dabei liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, mittels des Drucksteuerelements die beiden Verdampferzweige drucktechnisch möglichst weitgehend derart zu entkoppeln, dass jeweils ein optimaler Teilmassenstrom an Kältemittel und somit ein optimaler Druck einstellbar sind. Diese Entkoppelung ist besonders in solchen Fällen von Vorteil, in denen in beiden Verdampferzweigen zusammen mehr Kühlleistung angefordert wird, als der Kältekreis maximal leisten kann. Das Drucksteuerelement im zweiten Verdampferzweig wirkt hierbei dann als Sicherung des ersten Verdampferzweigs gegen einen möglicherweise zu starken Druckanstieg im ersten Verdampferzweig. Ein solcher Druckanstieg würde die Leistungsfähigkeit des ersten Verdampferzweigs in ungewünschtem Ausmaß reduzieren. Dieser Druckanstieg im ersten Verdampfer könnte ohne das Drucksteuerelement stromab des zweiten Verdampfers lediglich durch eine Anpassung des zweiten Expansionsventils vor dem zweiten Verdampfer vermieden werden. Dadurch wird allerdings in nachteiliger Weise im zweiten Verdampferkreis das Kältemittel unter Umständen bereits beim Einströmen in einen Eingangsabschnitt des Verdampfers vollständig verdampft. Auf dem restlichen Weg durch den Verdampfer ist in diesem Fall dann durch das überhitzte Kältemittel keine Kühlung mehr möglich.
Diese zu schnelle Verdampfung des Kältemittels ist besonders bei großflächigen Komponenten von Bedeutung, die dann lediglich lokal gekühlt werden, nämlich dort, wo die Komponente mit dem Eingangsabschnitt des Verdampfers in thermischer Verbindung steht. Kritisch ist dies dann insbesondere bei solchen Komponenten, bei denen eine zu große Temperaturspreizung vermieden werden soll, d.h. bei denen eine räumlich möglichst homogene Kühlung erzielt werden soll. Ein Beispiel hierfür ist ein Hochvoltspeicher, zur Energieversorgung eines Antriebs eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, bei welchem eine Temperaturspreizung vermieden werden sollte, um alle Hochvoltspeicherzellen gleichermaßen zu kühlen und somit insbesondere eine möglichst gleichmäßige thermische Beanspruchung aller Hochvoltspeicherzellen zu gewährleisten. Anderenfalls würden stärker belastete Hochvoltspeicherzellen deutlich schneller degenerieren und dann insbesondere die Gesamtleistung des Hochvoltspeichers entsprechend frühzeitig negativ beeinflussen. Mittels des nachgeschalteten Drucksteuerelements ist es in Kombination mit dem vorgeschalteten zweiten Expansionsventil jedoch möglich, den Druck im zweiten Verdampfer derart zu erhöhen, dass die Kühlleistung des zweiten Verdampfers reduziert wird und eine gleichmäßigere Verdampfung des Kältemittels über den gesamten Verdampfer erzielt wird, d.h. über dessen gesamte Länge, insbesondere unabhängig vom Druck im ersten Verdampfer. Insgesamt erfolgt somit durch die selektive Drucksteuerung im zweiten Verdampferzweig eine besonders homogene Klimatisierung der diesem zugeordneten zweiten Komponente.
Mit anderen Worten besteht der Vorteil der Erfindung insbesondere darin, dass der zur Kühlung der zweiten Komponente verwendet Anteil der gesamten Kühlleistung einstellbar ist und eine reduzierte Kühlung erfolgt, sodass bedarfsweise entweder ein Maximum an Kühlleistung weiterhin für die erste Komponente zur Verfügung steht oder ein optimaler Kompromiss zur Aufteilung der Kühlleistung auf beide Komponenten erzielt wird, bei gleichzeitig besonders homogener Kühlung insbesondere der zweiten Komponente.
Die Expansionsventile wirken vorrangig jeweils als Druckminderer für das Kältemittel und weisen dazu eine Öffnung auf, zur Reduktion der Menge an durchströmendem Kältemittel, d.h. zum Einstellen eines bestimmten Massenstroms. Auf diese Weise wird eine Expansion und insbesondere auch Abkühlung des Kältemittels stromab des Expansionsventils erzielt. Eine veränderte Öffnung führt dabei zu einem veränderten Teiimassenstrom an
Kältemittel pro Zeit und einer entsprechenden Druckänderung, Das Ausmaß der Druckminderung ist demnach über die Größe der Öffnung vorgebbar, welche zu diesem Zweck häufig entsprechend einstellbar und/oder verschließbar ist.
Grundsätzlich sind mehrere Typen von Expansionsventilen bekannt, zum einen sogenannte thermische Expansionsventile, kurz TXV, und zum anderen elektrische Expansionsventile, kurz EXV. Bei einem TXV erfolgt das Einstellen der Öffnung durch eine temperaturabhängige Volumenänderung eines Arbeitsmediums. Dieses ist üblicherweise über eine Sonde thermisch mit einem Temperaturmesspunkt verbunden. Steigt die Temperatur am Temperaturmesspunkt, dann dehnt sich das Arbeitsmedium aus und bewirkt eine Änderung der Öffnung. Ein TXV benötigt insbesondere keine Elektronik und ist daher besonders kostengünstig. Bei einem EXV erfolgt dagegen eine elektrische Steuerung der Öffnung. Dies ermöglicht eine besonders flexible Einstellung, insbesondere auch unter Berücksichtigung anderer Parameter als lediglich einer Temperatur an einem Temperaturmesspunkt. Ein besonderer Vorteil eines EXV ist zudem, dass dieses bedarfsweise und unabhängig von den vorliegenden Temperaturverhältnissen ausgehend von einer maximalen Öffnung stufenlos bis zur vollständigen Schließung und somit vollständig absperrbar ist, wodurch der entsprechende Verdampferzweig dann nicht mehr von Kältemittel durchströmt wird und quasi stillgelegt ist. Ein sogenanntes elektrisches thermisches Expansionsventii, kurz ETXV, ist ein TXV welches zusätzlich elektrisch absperrbar ist. Desweiteren sind auch druckgesteuerte Ventile bekannt, die ähnlich wie ein TXV funktionieren, wobei jedoch zur Steuerung der Öffnung direkt der Druck des Kältemittels verwendet wird. Auf ein separates Arbeitsmedium wird dann verzichtet. In einer weiteren, besonders einfachen Ausgestaltung wird als Expansionsventil lediglich eine feste Öffnung verwendet, welche auch als Orifice bezeichnet wird. Eine solche feste Öffnung ist nicht einstellbar. Für das erste und das zweite Expansionsventil sind grundsätzlich alle der vorgenannten Ventile und Öffnungen geeignet, besonders bevorzugt sind jedoch TXV, EXV und/oder ETXV.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Drucksteuerelement ein drittes Expansionsventil. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist insbesondere, dass durch ein solches Drucksteuerelement insbesondere eine Anpassung des Drucks im zweiten Verdampferzweig erfolgt, indem am Drucksteuerelement ein Druckabfall zum ersten Verdampferzweig hin realisiert wird, d.h. quasi eine Druckanpassung an den Druck des Kältemittels stromab des ersten Verdampfers. Zwischen dem zweiten Expansionsventil und dem Drucksteuerelement ist dann auf dem zweiten Verdampferzweig vorteilhafterweise ein Zwischendruck eingestellt, der höchstens dem Druck des Kältemittels stromauf des zweiten Expansionsventils entspricht und wenigstens dem Druck stromab des Drucksteuerelements, d. h. insbesondere einem Ansaugdruck des Verdichters. In der Ausgestaltung als drittes Expansionsventil lässt sich dann insbesondere die druckmindernde Wirkung eines Expansionsventils vorteilhaft einsetzen. Eine Verdampfung des Kältemittels erfolgt dabei allerdings insbesondere nicht, da bereits das zweite Expansionsventil zweckmäßigerweise derart eingestellt ist, dass das Kältemittel vor Erreichen des Drucksteuerelements vollständig verdampft ist. Das Drucksteuerelement wirkt dann vorrangig insbesondere als Drossel zur Druckminderung des gasförmigen Kältemittels und weniger als Expansionsventil zur Verdampfung von flüssigem Kältemittel. Grundsätzlich sind dabei alle oben genannten Ausführungen von Expansionsventilen als Drucksteuerelement geeignet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird dann der Zwischendruck bedarfsweise eingestellt, indem das zweite Expansionsventil und das Drucksteuerelement eingestellt werden. Diese werden dabei insbesondere derart aufeinander abgestimmt, dass einerseits das Kältemittel im Verdampfer mit einem vorgegebenen Druck vorliegt und möglichst eine gewünschte, d.h. bedarfsgerechte Überhitzung erreicht wird, zum möglichst homogenen Wärmeaustausch, und somit vor dem Einströmen in den Verdichter vollständig verdampft wird. Dabei wird insbesondere das zweite Expansionsventil derart eingestellt, dass am Austritt des zweiten Verdampfers das Kältemittel vollständig verdampft ist. Das nachgeschaltete Drucksteuerelement dient dann vorrangig zur Druckminderung des bereits vollständig verdampften Kältemittels. Durch das Einstellen des Zwischendrucks wird insbesondere auch eine bestimmte Kältemittelsättigungstemperatur eingestellt, die im Vergleich mit einer Momentantemperatur der zweiten Komponente auch das Ausmaß der Kühlung bestimmt.
Um die Klimatisierung der zweiten Komponente besonders flexibel und bedarfsgerecht zu steuern, ist das zweite Expansionsventil oder das Drucksteuerelement ein absperrbares Expansionsventil. Dabei wird unter absperrbar insbesondere verstanden, dass das Expansionsventil bedarfsweise und vollständig absperrbar ist, der Teilmassenstrom an Kältemittel im zweiten Verdampferzweig also beliebig und unabhängig von den vorliegenden Temperaturverhältnissen zu- oder abschaltbar ist. Dazu ist das absperrbare Expansionsventil insbesondere elektrisch absperrbar und ein EXV oder ETXV.
Vorzugsweise ist das zweite Expansionsorgan oder das Drucksteuerelement insbesondere elektrisch absperrbar, sodass zur Drucksteigerung im zweiten Verdampfer dann das zweite Expansionsorgan oder das Drucksteuerelement abgesperrt wird. Dadurch wird der Teilmassenstrom durch den zweiten Verdampfer angehalten und ein verringerter Wärmetausch mit der zweiten Komponente erzielt, d. h. eine verringerte und somit besonders bedarfsgerechte Kühlung. Die zur Kühlung der ersten Komponente verbleibende Kühlleistung ist entsprechend vergrößert. Durch Öffnen des Drucksteuerelements wird dann der Teilmassenstrom wieder freigegeben. Dieser Prozess wird zweckmäßigerweise durch geeignete Taktung des Drucksteuerelements periodisch durchgeführt. Durch Auswahl einer geeigneten Taktzeit mit einer geeigneten Schaltfrequenz, beispielsweise im Bereich von 10mHz bis 10Hz wird in einer geeigneten Variante effektiv ein mittlerer Öffnungsquerschnitt durch schnelle Taktung der Öffnungs- und Schließzeit eingestellt und dadurch dann der Zwischendruck und somit das Ausmaß der Kühlung vorgegeben oder eingestellt. Die absperrbare Ausgestaltung eignet sich zudem insbesondere auch zum vollständigen Stilllegen des zweiten Verdampferzweigs, falls beispielsweise keine Kühlung erfolgen soll.
In einer geeigneten Weiterbildung weist der Kältekreis eine Steuereinheit auf, die ausgebildet ist, das Drucksteuerelement anzusteuern und dadurch in den beiden Verdampferzweigen unterschiedliche Drücke einzustellen. Dabei wird insbesondere im zweiten Verdampferzweig ein Zwischendruck eingestellt, der größer ist als der Druck im ersten Verdampferzweig. Dadurch ist es vorteilhaft möglich, vielfältigsten Umgebungsbedingungen gerecht zu werden und die bedarfsweise Aufteilung der Kühlleistung auch in ein Gesamtklimatisierungskonzept des Fahrzeugs zu integrieren.
Die Steuereinheit ist geeigneterweise zur Messung einer jeweiligen Momentantemperatur der Komponenten ausgebildet und ermittelt in vorgegebenen Zeitabständen oder kontinuierlich einen jeweiligen Kühlbedarf, aufgrund dessen dann das Drucksteuerelement und insbesondere der Zwischendruck eingestellt werden, sodass in der Folge die zur Verfügung stehende Kühlleistung optimal zwischen den beiden Verdampfern aufgeteilt wird. Beispielsweise ist an die Steuereinheit ein Temperatursensor angeschlossen, der zur Messung der Momentantemperatur an einer geeigneten Stelle der jeweiligen Komponenten angebracht ist. Zweckmäßigerweise erfolgt sogar eine Regelung, indem die Steuereinheit ausgebildet ist, das Drucksteuerelement in Abhängigkeit des Klimatisierungsbedarfs zumindest der beiden Komponenten zu regeln. Dadurch ist durchgehend eine automatische Anpassung an möglicherweise wechselnde Kühlanforderungen und Umgebungsbedingungen realisiert. Dabei erfolgt die Regelung des Klimatisierungsbedarfs der zweiten Komponente insbesondere direkt über das Drucksteuerelement und die Regelung des Klimatisierungsbedarfs der ersten Komponente entsprechend mittelbar aufgrund der Änderung der Kühlleistung an der zweiten Komponente.
In einer geeigneten Variante sind das erste und das zweite Expansionsventil sowie das Drucksteuerelement jeweils als thermisches Expansionsventil, d.h. hier als TXV, als druckgesteuertes Ventil oder als feste Öffnung ausgebildet. Diese Ausführungsform ist besonders kostengünstig. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung, bei welcher das erste und das zweite Expansionsventil sowie das Drucksteuerelement jeweils ein TXV oder ein druckgesteuertes Ventil und somit jeweils einstellbar sind.
Insbesondere in der Ausgestaltung, in welcher das erste und das zweite Expansionsventil als TXV ausgebildet sind und das Drucksteuerelement als TXV, druckgesteuertes Ventil oder feste Öffnung, bilden das erste und das zweite Expansionsventil sowie das Drucksteuerelement in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ein passives, selbstregelndes System. Dieses kommt dann insbesondere ohne eine Steuereinheit aus. Stattdessen weisen die Expansionsventile jeweils Sonden auf, die an geeigneten Temperatur und/oder Druckmesspunkten des Kältekreises und/oder der Komponenten platziert sind, um auf entsprechende Temperatur- und/oder Druckänderungen an diesen Messpunkten zu reagieren. Die Platzierung erfolgt hierbei derart, dass ein optimal abgestimmtes System entsteht, bei dem die Expansionsventile je nach Anforderung und Situation automatisch jeweils eine geeignete Einstellung einnehmen und somit eine optimale Klimatisierung der Komponenten gewährleisten. Vorzugsweise sind dabei die jeweiligen Sonden derart angebracht, dass das erste und das zweite Expansionsventil die Überhitzung am Austritt des jeweiligen Verdampfers einstellen und das Drucksteuerelement den Druck im zweiten Verdampferzweig einstellt.
Grundsätzlich ist jedoch auch ein passives, selbstregelndes System unter Verwendung einer Kombination von TXV, EXV, ETXV, druckgesteuerten Ventilen und festen Öffnungen denkbar, bei dem eine elektrische Ansteuerung der entsprechend elektrisch ansteuerbaren Ventile lediglich in Ausnahmefällen erfolgt oder in einem speziellen aktiven Modus und beispielsweise mittels einer Steuereinheit, wohingegen sich das System in einem passiven Modus dann selbst regelt. Zur Realisierung der Regelung wird hierbei insbesondere lediglich die passive Funktionalität der Ventile verwendet, sodass grundsätzlich lediglich passive Ventile, d.h. TXV, druckgesteuerte Ventile und/oder feste Öffnungen notwendig sind. In einer Variante ist dann zumindest eines der Ventile zusätzlich absperrbar, um abseits der Reglung ein Abschalten oder Stilllegen des entsprechenden Verdampferzweigs zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist die erste Komponente ein Fahrzeuginnenraum, d. h. Fahrgastraum, und der erste Verdampfer ein Klimaverdampfer, zur Innenraumklimatisierung des Fahrzeugs. Der Klimaverdampfer ist dabei insbesondere ein Teil einer Klimaanlage, zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums. Dieser ist durch die selektive Drucksteuerung im zweiten Verdampferkreis in vorteilhafter Weise weitestgehend unabhängig von der zweiten Komponente klimatisierbar, sodass ein maximaler Komfort gewährleistet ist. So wird beispielsweise zur Innenraumkühlung der zweite Verdampferzweig vollständig abgesperrt, sodass die gesamte Kühlleistung zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums zur Verfügung steht. Der oben beschriebene Kältekreis eignet sich besonders zur Verwendung in einem Fahrzeug, welches ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ist und einen Hochvoltspeicher aufweist. Dieser dient dann insbesondere der Energieversorgung eines Antriebs des Fahrzeugs. Hochvoltspeicher sind zudem typischerweise großflächige Komponenten, mit einer zu kühlenden Fläche im Bereich von etwa 0,2 bis 2 m2. Hochvoltspeicher reagieren weiterhin besonders empfindlich auf eine inhomogene Temperaturverteilung entlang der Fläche, d.h. eine Temperaturspreizung insbesondere zwischen unterschiedlichen Zellen des Hochvoltspeichers. Entsprechend ist in einer bevorzugten Ausgestaltung die zweite Komponente ein Hochvoltspeicher des Fahrzeugs und der zweite Verdampfer ein HVS-Verdampfer, zum Wärmeaustausch mit dem Hochvoltspeicher. Dessen Klimatisierung lässt sich dann besonders bedarfsgerecht einstellen oder alternativ sogar regeln.
Der Hochvoltspeicher muss üblicherweise nicht durchgängig gekühlt werden, sondern beispielsweise lediglich, falls dessen Momentantemperatur einen bestimmten Maximalwert erreicht. Zur Kühlung wird dann ein Teil der Kühlleistung des Kältekreises zur Kühlung des Hochvoltspeichers verwendet. Besonders bei einem Hybridfahrzeug wird der Hochvoltspeicher unter Umständen, beispielsweise bei Verwendung eines Verbrennungsmotors zum Antrieb, gar nicht oder lediglich in geringem Maße beansprucht, sodass hier eine lediglich bedarfsweise Kühlung besonders sinnvoll ist und die übrige Kühlleistung beispielsweise für den Fahrzeuginnenraum zur Verfügung steht. Komforteinbußen bei der Innenraumklimatisierung beim Kühlen des Hochvoltspeichers werden dann effizient vermindern.
Prinzipiell ist auch eine Variante vorteilhaft, bei der auch im ersten Verdampferzweig stromab des ersten Verdampfers ein weiteres, zweites Drucksteuerelement angeordnet ist. Beide Verdampferzweige sind dann jeweils mit einem Drucksteuerelement ausgestattet und die Steuerung oder Regelung des Kältekreises und der Aufteilung der Kühlleistung ist entsprechend flexibler.
Der Verdichter und das erste und das zweite Expansionsventil teilen den Kältekreis in eine Hochdruckseite stromab des Verdichters und eine Niederdruckseite stromauf des Verdichters auf. Zur Effizienzsteigerung weist dann der Kältekreis in einer zweckmäßigen Weiterbildung zusätzlich einen inneren Wärmetauscher auf. zur Wärmeübertragung zwischen der Nieder- und der Hochdruckseite. Dazu ist der innere Wärmetauscher insbesondere stromauf des Verdichters und stromab des Kondensators an den Kältekreis angeschlossen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige Fig. 1 schematisch einen Kältekreis mit zwei parallelen Verdampferzweigen.
In Fig. 1 ist ein Kältekreis 2 für ein nicht näher dargestelltes Fahrzeug gezeigt. Der Kältekreis 2 weist einen Verdichter 4 auf, zur Verdichtung eines im Kältekreis 2 zirkulierenden Kältemittels. Weiterhin weist der Kältekreis 2 einen Kondensator 6 auf, zur Wärmeabgabe an beispielsweise einen Kühlkreis oder die Umgebung. Stromab des Kondensators 6 weist der Kältekreis 2 eine erste Verzweigung 8 auf, an welcher das Kältemittel in zwei Teilmassenströme aufgeteilt wird und in zwei zueinander parallele Verdampferzweige 10, 12 strömt, nämlich einen ersten Verdampferzweig 10 und einen zweiten Verdampferzweig 12. Diese sind schließlich an einer zweiten Verzweigung 14 stromauf des Verdichters 4 wieder zusammengeführt.
Im ersten Verdampferzweig 10 sind ein erstes Expansionsventil 16 und ein erster Verdampfer 18 angeordnet, zur Klimatisierung einer ersten Komponente 20 des Fahrzeugs. Im zweiten Verdampferzweig 12 sind ein zweites Expansionsventil 22 und ein zweiter Verdampfer 24 angeordnet, zur Klimatisierung einer zweiten Komponente 26, Die beiden Expansionsventile 16, 22 sind dabei jeweils stromauf des jeweiligen Verdampfers 18, 24 angeordnet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist zudem die erste Komponenten 20 ein Fahrzeuginnenraum, insbesondere Fahrgastraum des Fahrzeugs. Die zweite Komponente 26 ist hier ein Hochvoltspeicher des Fahrzeugs, welches somit ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ist.
Stromab des zweiten Verdampfers 24 ist im zweiten Verdampferzweig 12, d.h. noch stromauf der zweiten Verzweigung 14, ein Drucksteuerelement 28 angeordnet, zur selektiven Drucksteuerung. Dieses ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als drittes Expansionsventil ausgebildet. Das Drucksteuerelement 28 und das zweite Expansionsventil 22 sind hier weiterhin mit einer Steuereinheit 30 verbunden, mittels welcher das Drucksteuerelement 28 und das zweite Expansionsventil 22 bedarfsgerecht eingestellt werden. Dabei wird zwischen dem Drucksteuerelement 28 und dem zweiten Expansionsventil 22, d. h. über dem zweiten Verdampfer 24 ein Zwischendruck eingestellt, und zwar in einem Bereich zwischen einem hohen Druck des Kältemittels stromauf der ersten Verzweigung 12 und einem niedrigen Druck stromab der zweiten Verzweigung 14. Eine Druckänderung bewirkt insbesondere eine Temperaturänderung des Kältemittels und somit eine Steuerung des Wärmeaustauschs zwischen Kältemittel und zweiter Komponente 26 am zweiten Verdampfer 24. Mittels der Steuereinheit 30 wird der Zwischendruck dann je nach Kühlanforderung der ersten und zweiten Komponente 26 bedarfsgerecht eingestellt.
Die beiden Expansionsventile 16, 22 und das Drucksteuerelement 28 sind in Fig. 1 jeweils entweder als TXV, EXV, ETXV, druckgesteuertes Ventil oder feste Öffnung, d.h. als sogenanntes Orifice, ausgebildet. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher das erste Expansionsventil 16 ein TXV ist und das zweite Expansionsventil 22 sowie das Drucksteuerelement 28 jeweils ein EXV sind. In einer Variante sind beide
Expansionsventile 16, 22 als TXV ausgebildet und das Drucksteuerelement 28 als TXV oder als druckgesteuertes Ventil. In einer nicht gezeigten Weiterbildung dieser Variante wird dann auch auf eine Steuereinheit 30 verzichtet, sodass insgesamt ein passives, selbstregelndes System ausgebildet ist.
In einer nicht gezeigten Variante ist auch dem ersten Verdampfer 18 ein Drucksteuerelement 28 nachgeschaltet. Der Kältekreis 2 weist dann zwei Drucksteuerelemente 28 auf, eines in jedem der beiden Verdampferzweige 10, 12. Zweckmäßigerweise sind dann bei Verwendung einer Steuereinheit 30 auch das erste Expansionsventil 16 und das weitere Drucksteuerelement 28 zwecks Steuerung oder Regelung an die Steuereinheit 30 angeschlossen.
Bezugszeichenliste
2 Kältekreis
4 Verdichter
6 Kondensator
8 erste Verzweigung
10 erster Verdampferzweig
12 zweiter Verdampferzweig
14 zweite Verzweigung
16 erstes Expansionsventif
18 erster Verdampfer
20 erste Komponente
22 zweites Expansionsventil
24 zweiter Verdampfer
26 zweite Komponente
28 Drucksteuerelement
30 Steuereinheit

Claims

Ansprüche
1. Kältekreis (2), insbesondere für ein Fahrzeug, mit zwei Verdampferzweigen (10, 12), die zueinander parallel geschaltet sind, wobei im ersten Verdampferzweig (10) ein erstes Expansionsventil (16) und ein erster Verdampfer (18) angeordnet sind, zur Klimatisierung einer ersten Komponente (20), und im zweiten Verdampferzweig (12) ein zweites Expansionsventil (22) und ein zweiter Verdampfer (24), zur Klimatisierung einer zweiten Komponente (26),
dadurch gekennzeichnet,
dass im zweiten Verdampferzweig (12) stromab des zweiten Verdampfers (24) ein Drucksteuerelement (28) angeordnet ist, zur selektiven Drucksteuerung im zweiten Verdampferzweig (12).
2. Kältekreis (2) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Drucksteuerelement (28) ein drittes Expansionsventil ist.
3. Kältekreis (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zweite Expansionsventil (22) oder das Drucksteuerelement (28) ein insbesondere elektrisch absperrbares Expansionsventil ist.
4. Kältekreis (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass dieser eine Steuereinheit (30) aufweist, die ausgebildet ist, das Drucksteuerelement (28) anzusteuern und dadurch in den beiden Verdampferzweigen (10, 12) unterschiedliche Drücke einzustellen.
5. Kältekreis (2) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (30) ausgebildet ist, das Drucksteuerelement (28) in Abhängigkeit eines Klimatisierungsbedarfes der beiden Komponenten (20, 26) zu regeln,
6. Kältekreis (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste und das zweite Expansionsventil (16, 22) sowie das Drucksteuerelement (28) jeweils als thermisches Expansionsventil, als druckgesteuertes Ventil oder als feste Öffnung ausgebildet sind.
7. Kältekreis (2) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste und das zweite Expansionsventil (16, 22) sowie das Drucksteuerelement (28) ein passives, selbstregelndes System bilden.
8. Kältekreis (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Komponente (20) ein Fahrzeuginnenraum ist und der erste Verdampfer (18) ein Kümaverdampfer, zur Innenraumklimatisierung eines Fahrzeugs.
9. Kältekreis (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zweite Komponente (26) ein Hochvoltspeicher ist und der zweite Verdampfer (24) ein HVS-Verdampfer, zum Wärmeaustausch mit dem Hochvoltspeicher.
10. Kältekreis (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Verdampferzweig (10) stromab des ersten Verdampfers (18) ein weiteres Drucksteuerelement (28) angeordnet ist, welches insbesondere als Expansionsventil ausgebildet ist.
1 1. Verfahren, insbesondere zur Klimatisierung eines Fahrzeugs, mittels eines Kältekreises (2), insbesondere gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der zwei Verdampferzweige (10, 12) aufweist, die zueinander parallel geschaltet sind, wobei im ersten Verdampferzweig (10) ein erstes Expansionsventil (16) und ein erster Verdampfer (18) angeordnet sind, mittels welchem eine erste Komponente (20) klimatisiert wird, und im zweiten Verdampferzweig (12) ein zweites Expansionsventil (22) und ein zweiter Verdampfer (24), mittels welchem eine zweite Komponente (26) klimatisiert wird, wobei in den Verdampferzweigen (10, 12) jeweils ein Druck vorliegt und der Druck im zweiten Verdampferzweig (12) mittels eines Drucksteuerelements (28) gesteuert wird, das stromab des zweiten Verdampfers (24) angeordnet ist.
12. Fahrzeug mit einem Kältekreis (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1.
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