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Die Erfindung bezieht sich auf eine Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend
- - einen ersten Kompressor zum Verdichten von gasförmigem Kältemittel,
- - einen eingangsseitig mit dem Ausgang des ersten Kompressors verbundenen Kältemittelkühler zum Kühlen und/oder Verflüssigen des Kältemittels,
- - einen eingangsseitig über ein regelbares erstes Expansionsventil mit dem Ausgang des Kältemittelkühlers verbundenen ersten Wärmeübertrager, der ausgangsseitig mit dem Eingang des ersten Kompressors verbunden ist,
- - einen zweiten Kompressor zum Verdichten von Kältemittel, der ausgangsseitig mit dem Ausgang des ersten Kompressors und dem Eingang des Kältemittelkühlers verbunden ist,
- - einen eingangsseitig über ein regelbares zweites Expansionsventil mit dem Ausgang des Kältemittelkühlers verbundenen zweiten Wärmeübertrager, der ausgangsseitig mit dem Eingang des zweiten Kompressors verbunden ist,
wobei eine Ventilanordnung sowohl die Ausgänge der beiden Wärmeübertrager als auch die Eingänge der beiden Kompressoren miteinander verbindet.
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Moderne Elektro- oder Hybridfahrzeuge verfügen über sehr leistungsstarke Traktionsbatterien, die hohe Ströme zu liefern in der Lage sind. Dabei kann es, insbesondere bei hohen Außentemperaturen, aufgrund des elektrischen Innenwiderstandes zu unerwünschter Erwärmung der Batterien kommen. Entsprechend müssen Kühlvorrichtungen vorgesehen sein. Es ist bekannt, den herkömmlichen Kältemittelkreis, den moderne Kraftfahrzeuge zur Klimatisierung des Innenraums ohnehin aufweisen, um einen zusätzlichen, häufig als Chiller bezeichneten Verdampfer zu erweitern und den Chiller in thermischem Kontakt zu der zu kühlenden Batterie anzuordnen. Bei hohen Außentemperaturen kann jedoch die Notwendigkeit der Batteriekühlung mit der Notwendigkeit einer starken Innenraumkühlung zusammenfallen, sodass die Leistungsfähigkeit des Klimatisierungssystems insgesamt nicht ausreicht und Komforteinbußen in Kauf genommen werden müssen. Eine entsprechend größere Auslegung des Systems scheitert an der Verfügbarkeit hinreichend großer Kompressoren.
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Aus der oben genannten, gattungsbildenden Druckschrift ist es bekannt, in einem Hybridfahrzeug zwei Kompressoren parallel zu betreiben. Ein erster Kompressor wird über die Verbrennungskraftmaschine und ein zweiter Kompressor über eine elektrische Maschine angetrieben. Beide Kompressoren liefern ausgansseitig komprimiertes Kältemittel an einen als Kondensator wirkenden Kältemittelkühler. Ausgangsseitig ist der Kältemittelkühler über jeweils ein regelbares Expansionsventil mit zwei als Verdampfer wirkenden Wärmeübertragern verbunden. Der erste Wärmeübertrager dient dabei der Temperierung der Batterie; der zweite Wärmeübertrager dient der Temperierung des Fahrzeuginnenraums. Ausgangsseitig ist der erste Wärmeübertrager mit dem Eingang des ersten Kompressors verbunden. Der zweite Wärmeübertrager ist ausgangsseitig mit dem Eingang des zweiten Kompressors verbunden. Auf diese Weise bildet das bekannte System zwei Teilkreise, die im Bereich des Kondensators vereinigt sind und über die beiden Expansionsventile einzeln oder gemeinsam betrieben werden können. Das bekannte System weist eine weitere Verbindung zwischen den Teilkreisen auf: ein dem zweiten Wärmeübertrager nachgeschaltetes 3-Wege-Ventil erlaubt es, die Ausgänge beider Wärmeübertrager miteinander zu verbinden, sodass das System auch mit nur einem Kompressor betrieben werden kann. Damit ist gewährleistet, dass in allen Hybrid-Betriebsmodi eine Kühlung des Innenraums und der Batterien erfolgen kann. Bei hohen Außentemperaturen kann es jedoch sein, dass diese Kühlung nicht hinreichend ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung derart weiterzubilden, dass auch in kritischen Situationen eine hinreichende Kühlung gewährleistet werden kann.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Ventilanordnung ein regelbares drittes Expansionsventil und ein erstes Absperrventil umfasst, die so angeordnet sind,
dass der Ausgang des ersten Wärmeübertragers direkt mit dem Eingang des ersten Kompressors und über das dritte Expansionsventil mit dem Eingang des zweiten Kompressors verbunden ist und
dass der Ausgang des zweiten Wärmeübertragers direkt mit dem Eingang des zweiten Kompressors und über das erste Absperrventil mit dem Eingang des ersten Kompressors verbunden ist.
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Der Begriff der „direkten“ Verbindung bedeutet in diesem Zusammenhang lediglich, dass keines der zur Definition der Erfindung aufgeführten Elemente fluidstromsteuernd in besagte Verbindung integriert ist. Weitere konstruktive Merkmale sind nicht impliziert. Insbesondere ist es möglich und bei bevorzugten Ausführungsformen auch vorgesehen, dass in besagte Verbindung weitere, zusätzliche, fluidstromsteuernde Elemente, insbesondere Ventile, integriert sind. Auch der Begriff des „Absperrventils“ ist weit zu verstehen. Im Gegensatz zu einem Expansionsventil, das zwingend regelbar sein muss, kann ein Absperrventil einfacher ausgebildet und insbesondere auf die zwei Funktionen „auf“ und „zu“ reduziert sein. Einer komplexeren Ausgestaltung eines Absperrventils, bspw. als regelbares Ventil, stehen jedoch höchstens wirtschaftliche Gründe entgegen.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Durch die erfindungsgemäße, geringfügige Erhöhung der Komplexität der Klimatisierungsvorrichtung werden überraschende, neue Funktionalitäten und Ansteuerungsvarianten möglich, die sicherstellen, dass auch bei extremen Außenbedingungen stets eine bedarfsgerechte Kühlung des Innenraums und/oder der Batterie erfolgen kann. Dabei ist die erfindungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung auch unabhängig vom Typ des Kraftfahrzeugs und kann, anders als der Stand der Technik sowohl bei reinen Verbrennern als auch bei reinen Elektrofahrzeugen ebenso Einsatz finden wie in Hybridfahrzeugen. Insbesondere im Fall des reinen Verbrenners wird sich das eingangs geschilderte Problem der Batteriekühlung nicht stellen. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Erfindung keineswegs auf die Kühlung eines Fahrzeuginnenraums einerseits und einer Batterie andererseits beschränkt ist. Vielmehr können die beiden Wärmeübertrager, die bevorzugt als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet sind, auch für andere Einsatzzwecke genutzt werden, bspw. zur Kühlung unterschiedlicher Kompartimente eines besonders großen oder eines besonders starker Erwärmung ausgesetzten Fahrzeugraums. Gleichwohl soll, ohne dass damit eine irgendwie geartete Einschränkung der Erfindung verbunden wäre, bei der nachfolgenden Beschreibung ausgewählter Betriebsmodi zur Verdeutlichung der Wirkung und Vorteile der Erfindung von der primär intendierten Zuordnung des ersten Wärmeübertragers als Chiller einer Traktionsbatterie und des zweiten Wärmeübertragers als Verdampfer einer Innenraumklimatisierung ausgegangen werden. Dies dient ausschließlich der Erleichterung des Verständnisses. Der Fachmann wird die oben bereits angedeuteten, anderen Zuordnungsvarianten implizit mitlesen.
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Bei einigen der nachfolgend erläuterten Betriebsmodi ist es, wie bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen, günstig, wenn der Kältemittelkühler als ein Kondensator zur wenigstens teilweisen Verflüssigung des Kältemittels ausgebildet ist und das weiter ein Sammler mit einem Eingang und zwei Ausgängen, nämlich einem Flüssigkeitsausgang und ein Gasphasenabgriff, vorhanden ist,
- - der eingangsseitig mit dem Ausgang des Kältemittelkühlers,
- - dessen Flüssigkeitsausgang über das erste Expansionsventil mit dem Eingang des ersten Wärmeübertragers und
- - dessen Gasphasenabgriff über ein regelbares Sammler-Expansionsventil unter Umgehung des ersten Expansionsventils ebenfalls mit dem Eingang des ersten Wärmeübertragers
verbunden ist.
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Ein erster Betriebsmodus dient ausschließlich dem Kühlen des Fahrzeuginnenraums mittels des Verdampfers, d.h. des zweiten Wärmeübertragers. Hierzu arbeiten beide Kompressoren und liefern komprimiertes Kältemittel an den Kältemittelkühler, von wo es, ggf. über den Sammler, zum zweiten Expansionsventil in den zweiten Verdampfer gelangt. Das erste Expansionsventil und ggf. das Sammler-Expansionsventil sind dabei geschlossen, um den Chiller, d.h. den ersten Wärmeübertrager, abzukoppeln. Das zweite Expansionsventil wird geregelt betrieben, um den für die gewünschte Kühlung erforderlichen Saugdruck im Verdampfer einzustellen, oder ist offen. Aus dem Verdampfer strömt das Kältemittel zu den beiden Kompressoren, wobei das erste Absperrventil offen ist, sodass beide Kompressoren saugseitig mit dem Verdampfer verbunden sind. Das dritte Expansionsventil ist in diesem Betriebsmodus bevorzugt geschlossen, um keine zusätzliche Querverbindung zwischen den Kompressoreingängen zu schaffen.
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Ein eventuell, bevorzugt, vorhandenes viertes Expansionsventil, das zwischen dem Ausgang des ersten Wärmeübertragers und einem Knotenpunkt angeordnet ist, der seinerseits mit dem Eingang des ersten Kompressors, dem ersten Absperrventil und dem dritten Expansionsventil verbunden ist, ist in diesem Betriebsmodus bevorzugt geschlossen, um, insbesondere im Fall, dass sich der Chiller (noch) in einem kalten Zustand befindet, zu verhindern, dass Kältemittel in den Chiller strömt, dort kondensiert und dem übrigen Kältemittelkreis nicht mehr zur Verfügung steht. Bei hinreichend niedrigen Saugdrücken an den Kompressoren wird dieses Problem jedoch nicht auftreten, sodass das vierte Expansionsventil in diesem Betriebsmodus nicht zwingend erforderlich ist.
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In einem zweiten Betriebsmodus wird allein der Chiller betrieben. Der Verdampfer wird durch Schließen des zweiten Expansionsventils eingangsseitig vom Kältemittelkreis abgekoppelt. Das erste Expansionsventil wird geregelt betrieben, um den Saugdruck im Chiller entsprechend der gewünschten Kühlungstemperatur anzupassen. Ein evtl. vorhandenes Sammler-Expansionsventil, welches den Chiller-Eingang mit dem Gasphasenabgriff des evtl. vorhandenen Sammlers verbindet, ist in diesem Betriebsmodus geschlossen. Das dritte Expansionsventil und, sofern vorhanden, das vierte Expansionsventil sind in diesem Betriebsmodus geöffnet, wobei mit einer Regelung des vierten Expansionsventils eine gewichtete Verteilung des Kältemittels auf die beiden Kompressoren erfolgen kann. Im Fall, dass sich der Verdampfer (noch) in einem besonders kalten Zustand befindet, kann es günstig sein, ihn auch ausgangsseitig vom übrigen Kältemittelkreis abzukoppeln, um bei nicht hinreichend niedrigen Saugdrücken der Kompressoren einen Einstrom von Kältemittel in den Verdampfer und seine Kondensation dort zu vermeiden. Hierzu kann, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, ein fünftes Expansionsventil in der Verbindungsleitung zwischen dem Verdampfer und dem zweiten Kompressor eingebaut sein. Der Fachmann wird verstehen, dass der Einbauort verdampferseitig des Abzweigs zum dritten Expansionsventil liegen muss. Mit anderen Worten umfasst die Ventilanordnung bei dieser Ausführungsform ein fünftes Expansionsventil, welches zwischen zwei Knotenpunkten angeordnet ist, von denen der eine seinerseits mit dem Ausgang des zweiten Wärmeübertragers (des Verdampfers) und dem ersten Absperrventil verbunden ist und von denen der zweite seinerseits mit dem Eingang des zweiten Kompressors und dem dritten Expansionsventil verbunden ist. Auch das erste Absperrventil ist in diesem Modus zu Verhinderung eines Kältemittel-Rückstroms in den Verdampfer bevorzugt geschlossen.
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Der Fachmann wird verstehen, dass die beiden vorgenannten Betriebsmodi auch dahingehend modifiziert werden können, dass jeweils nur einer der Kompressoren betrieben wird. Im Fall des reinen Chiller-Betriebs wäre dies bevorzugt der erste Kompressor; im Fall des reinen Verdampfer-Betriebs wäre es bevorzugt der zweite Kompressor. In beiden Fällen würde das dritte Expansionsventil sinnvollerweise geschlossen. Der oben erläuterte Parallelbetrieb beider Kompressoren hat jedoch demgegenüber Vorteile. Zum einen kann insgesamt eine höhere Kälteleistung erzielt werden. Zum anderen ist es, insbesondere bei elektrisch betriebenen Kompressoren, aus akustischen Gründen günstiger, eine vorgegebene Kälteleistung mit zwei niedrig drehenden Kompressoren zu erzielen, als dieselbe Kälteleistung mit nur einem, deutlich höher drehenden Kompressor zu erzielen.
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In einem dritten Betriebsmodus sollen sowohl der Fahrzeuginnenraum als auch die Batterie gekühlt werden. Dabei sind unterschiedliche Varianten denkbar. Bei einer ersten Variante werden Verdampfer und Chiller auf demselben Druckniveau betrieben, das durch das erste bzw. das zweite Expansionsventil, die geregelt betrieben werden, eingestellt wird. Drittes Expansionsventil und erstes Absperrventil sind geöffnet. Die Verdichtung des Kältemittels erfolgt über beide Kompressoren, die mit gleichem Saugdruck betrieben werden. Ein ggf. vorhandenes viertes Expansionsventil ist bei allen Varianten dieses Betriebsmodus geöffnet, ein ggf. vorhandenes Sammler-Expansionsventil geschlossen und ein ggf. vorhandenes fünftes Expansionsventil geöffnet oder geregelt betrieben.
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Bei einer zweiten Variante des dritten Betriebsmodus ist, z.B. wegen niedriger Außentemperaturen oder geringer elektrischer Leistungsabnahme an der Traktionsbatterie, nur eine geringe Chiller-Leistung erforderlich. In diesem Betriebsmodus werden die Kältemittelwege hinter den beiden Wärmeübertragern getrennt geführt, d.h. das erste Absperrventil und das dritte Expansionsventil sind geschlossen. Die Überhitzungen in Chiller und Verdampfer werden mittels des ersten bzw. des zweiten Expansionsventils geregelt, wobei der erste Kompressor auf einem höheren Saugdruckniveau betrieben wird als der zweite Kompressor. Es ist allerdings bei dieser Variante auch möglich, das dritte Expansionsventil geregelt zu betreiben, sodass ein Teil des Kältemittels aus dem Chiller zur Verdichtung im zweiten Kompressor strömt.
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Bei einer dritten Variante des dritten Betriebsmodus wird im Gegensatz zum vorgenannten Fall eine besonders hohe Kälteleistung am Chiller gefordert. Hier wird der zweite Verdampfer mit höherem Saugdruck betrieben. Im Fall, dass dabei das dritte Expansionsventil nicht vollständig geschlossen, sondern geregelt betrieben wird, strömt ein Teil des Kältemittels aus dem Verdampfer zur Verdichtung im ersten Kompressor.
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Ein vierter Betriebsmodus betrifft die Nutzung des Chillers als Batterieheizung bei gleichzeitig inaktivem Verdampfer. Ein solcher Zustand kann bspw. bei sehr kalten Außentemperaturen nachgefragt werden. Genutzt wird hier der sogenannte Dreiecksprozess, bei dem Kältemittel durch Verdichtung im Kompressor erhitzt und durch den Chiller geleitet wird. Hinter dem Chiller wird es im dritten Expansionsventil entspannt und im zweiten Kompressor erneut verdichtet. Alternativ kann die Verdichtung auch im ersten Kompressor erfolgen, wobei dann das vierte Expansionsventil zur Entspannung erforderlich ist und das dritte Expansionsventil geschlossen bleibt. Auch das erste Absperrventil ist bevorzugt geschlossen, um einen Kältemittel-Rückstrom in den Verdampfer zu verhindern. Günstigerweise wird das Kältemittel gasförmig durch den Chiller geleitet. Dabei wird der Gasphasenabgriff des dann bevorzugt vorhandenen Sammlers genutzt. Durch Schließen des ersten und des zweiten Expansionsventils werden der Chiller und der Verdampfer vom Flüssigkeitsausgang des Sammlers abgekoppelt. Der Kältemittelstrom erfolgt ausschließlich über den Gasphasenabgriff des Sammlers in den Chiller.
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Selbstverständlich ist es, wie bei einem fünften Betriebsmodus vorgesehen, auch möglich, parallel zum Heizbetrieb des Chillers den Verdampfer kühlend zu betreiben. Dies kann bspw. zur Trocknung der Fahrzeuginnenluft erforderlich sein, selbst wenn wegen niedriger Außentemperaturen im Fahrzeuginnenraum eher der Wunsch nach Heizung statt nach Kühlung besteht. Die durch den Kühlbetrieb des Verdampfers getrocknete und gekühlte Luft kann dann in bekannter Weise z.B. über einen Luft/Kühlmittel-Wärmeübertrager gegengeheizt werden. Zur Einstellung dieses Betriebsmodus wird, ausgehend von dem zuvor beschriebenen Betriebsmodus das zweite Expansionsventil geregelt, um im Verdampfer die notwendige Überhitzung einzustellen.
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Als eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Anordnung kann vorgesehen sein, dass der Eingang des Kältemittelkühlers über ein zweites Absperrventil mit dem Eingang des ersten Wärmeübertragers unter Umgehung des ersten Expansionsventils verbunden ist. Diese Variante erlaubt einen Betriebsmodus, bei dem der Chiller die Batterie heizt, während der Verdampfer den Innenraum kühlt, wobei ein Bypass zur Umgehung des Kältemittelkühlers realisiert werden kann. Hierdurch ist es möglich, dass in den Chiller, gasförmiges, heißes Kältemittel unmittelbar aus den Kompressoren geleitet wird. Die Einstellung des Volumenstroms des Kältemittels durch den Chiller erfolgt mittels des dritten Expansionsventils. Zur Verdichtung wird allein der zweite Kompressor genutzt. Der erste Kompressor dient quasi als Absperrventil. Das für den Kühlbetrieb des Verdampfers benötigte Kältemittel kann in üblicher Weise über den Kältemittelkühler konditioniert werden. Mit dem zweiten Expansionsventil wird der Verdampferdruck im Verdampfer eingestellt. Das erste Absperrventil ist in diesem Betriebsmodus geschlossen; das dritte Expansionsventil regelt den Zusammenstrom von Kältemittel aus dem Chiller einerseits und dem Verdampfer andererseits.
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Bei einer zweiten Abwandlung ist vorgesehen, dass der Ausgang des ersten Wärmeübertragers über ein drittes Absperrventil und das erste Expansionsventil mit seinem Eingang verbunden ist. Das dritte Absperrventil liegt im Verbindungsweg zwischen erstem und zweitem Expansionsventil. Mit dieser Abwandlung kann ein dem vorgenannten Betriebsmodus ähnlicher Betriebsmodus eingestellt werden, bei dem mittels des Chillers die Batterie geheizt und mittels des Verdampfers der Innenraum gekühlt wird. Ist das erste Expansionsventil geöffnet und sowohl das vierte Expansionsventil als auch das dritte Absperrventil geschlossen, wird das Kältemittel hinter dem Chiller über das geregelte zweite Expansionsventil zum Verdampfer geleitet und dort abgekühlt. Die Kühlung im Verdampfer ist dabei besonders effizient, weil bereits im Chiller eine Vorkühlung stattfindet. Vorteilhaft an dieser Verschaltung ist, dass kein Kältemittel flüssig in den Saugbereich vor den Kompressoren gelangt, da über das zweite Expansionsventil die Überhitzung im Verdampfer eingestellt werden kann. Das erste Absperrventil ist in diesem Betriebsmodus geöffnet.
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Schließlich ist bei einer dritten Abwandlung vorgesehen, dass der Kältemittelkühler zwei parallel zueinander geschaltete Kühlerstufen aufweist, denen jeweils ein weiteres Absperrventil unmittelbar vorgeschaltet ist. Insbesondere kann eine erste Kältemittelkühlerstufe als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager und eine zweite Kältemittelkühlerstufe als Kühlmittel/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung,
- 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung,
- 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung,
- 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung,
- 5 eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung,
- 6 eine schematische Darstellung einer sechsten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung.
- 7 eine schematische Darstellung einer siebten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung,
- 8 eine schematische Darstellung einer achten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung.
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt in stark schematisierter Darstellung die Grundform der erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung 10. Dargestellt ist insbesondere der Kältemittelkreis, dessen spezielle Verschaltung erfindungswesentlich ist. Luft- und kühlmittelseitige Elemente, die, je nach Ausführungsform, weitere Bestandteile der Klimatisierungsvorrichtung sein können, sind in 1 und den weiteren Figuren nicht dargestellt.
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Die Klimatisierungsvorrichtung 10 umfasst zwei Kompressoren, nämlich einen ersten Kompressor 21 und eine zweiten Kompressor 22, die der Verdichtung gasförmigen Kältemittels dienen. Die Kompressoren 21, 22 sind ausgangsseitig miteinander verbunden und liefern komprimiertes Kältemittel an den Eingang eines Kältemittelkühlers 30, der als Kondensator oder Gaskühler ausgebildet sein kann. Die konkrete Ausbildung richtet sich insbesondere nach der Wahl des Kältemittels. Die Kriterien hierfür sind dem Fachmann bekannt.
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Weitere wesentliche Bestandteile der Klimatisierungsvorrichtung 10 sind zwei als Verdampfer wirkende Wärmeübertrager, nämlich ein erster Wärmeübertrager 41 und ein zweiter Wärmeübertrager 42. Bei einer typischen Anwendungsform der vorliegenden Erfindung wird der erste Wärmeübertrager 41 als Chiller einer Traktionsbatterie eingesetzt, während der zweite Wärmeübertrager 42 als Verdampfer einer Innenraum-Klimatisierung eingesetzt wird. Beide Wärmeübertrager 41, 42 sind bevorzugt als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildet. Im Folgenden wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit und allein der leichteren Verständlichkeit halber stets auf den „Chiller“ und den „Verdampfer“ Bezug genommen, wenn der erste und der zweite Wärmetauscher angesprochen werden sollen. Dem Chiller 41 ist ein erstes Expansionsventil 51 unmittelbar vorgeschaltet. Dem Verdampfer 42 ist ein zweites Expansionsventil 52 unmittelbar vorgeschaltet. Der Ausgang des Chillers 41 ist direkt mit dem Eingang des ersten Kompressors 21 verbunden. Über ein drittes Expansionsventil 53 ist der Chiller 41 zudem mit dem Eingang des zweiten Kompressors 22 verbunden. Der Ausgang des Verdampfers 42 ist direkt mit dem Eingang des zweiten Kompressors 22 verbunden. Über ein erstes Absperrventil 71 ist der Verdampfer 42 zudem mit dem Eingang des ersten Kompressors 21 und zugleich mit dem Ausgang des Chillers 41 verbunden.
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2 zeigt eine besonderes bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung 10. Diese entspricht im Wesentlichen der Vorrichtung von 1, ergänzt diese jedoch um einen Sammler 60, der dem Kältemittelkühler 30, der hier als Kondensator ausgebildet ist, unmittelbar nachgeschaltet ist. Der Sammler 60 weist in üblicher Weise einen Flüssigkeitsausgang, durch den Kältemittel mit Flüssigkeitsanteil geleitet wird, und einen Gasphasenabgriff, über den rein gasförmiges Kältemittel abgeleitet wird, auf. Der Flüssigkeitsausgang ist mit dem ersten Expansionsventil 51 verbunden; der Gasphasenabgriff ist über ein Sammler-Expansionsventil 56 unmittelbar mit dem Eingang des Chillers 41 verbunden.
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3 zeigt eine Erweiterung der Klimatisierungsvorrichtung 10 der 1 und 2 (die Sammlerstrecke ist hier und in den folgenden Figuren durch gestrichelte Darstellung als optional gekennzeichnet) um ein viertes Expansionsventil 54, welches zwischen dem Ausgang des Chillers 41 und demjenigen Knotenpunkt angeordnet ist, welcher mit dem Eingang des ersten Kompressors 21, dem dritten Expansionsventil 53 und dem ersten Absperrventil 71 verbunden ist.
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4 zeigt eine andere Erweiterung der Klimatisierungsvorrichtung 10 der 1 und 2, nämlich um ein fünftes Expansionsventil 55, welches in die Direktverbindung zwischen dem Ausgang des Verdampfers 42 und dem Eingang des zweiten Kompressors 22 integriert ist. Es ist insbesondere zwischen den Abzweigen zum ersten Absperrventil bzw. zum dritten Expansionsventil angeordnet.
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5 zeigt eine Ausführungsform, welche die Erweiterungen der 3 und 4 kombiniert. D.h. neben den bei diesen beiden Ausgangsformen vorhandenen Ventilen, insbesondere dem dritten Expansionsventil 53 und dem ersten Absperrventil 71, sind sowohl ein viertes Expansionsventil 54 gemäß Ausführungsform von 3 als auch ein fünftes Expansionsventil 55 gemäß Ausführungsform von 4 vorgesehen.
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6 zeigt eine Variante der Grundform der erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung 10. Hier ist zwischen dem Eingang des Kältemittelkühlers 30 und dem Eingang des Chillers 41 ein mit einem zweiten Absperrventil 72 versehener Bypass vorgesehen. Dieser ermöglicht es, unter Umgehung des Kältemittelkühlers 30 heißes Kältemittel unmittelbar von den Kompressoren 21, 22 in den Chiller 41 einzuleiten.
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7 zeigt eine weitere Variante der Grundform der erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung 10. Hier ist eine Verbindung zwischen dem Ausgang des Chillers 41 und dem Eingang des Verdampfers 42 bzw. dem zweiten Expansionsventil 52 vorgesehen, wobei zur Vermeidung eines Rückstroms ein drittes Absperrventil 73 vor dem Eingang des Chillers 41 bzw. dem ersten Expansionsventil 51 hinzugefügt wurde.
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8 schließlich zeigt eine weitere Variante der Grundform der erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung 10. Diese zeichnet sich insbesondere durch die zweistufige Ausgestaltung des Gaskühlers 30 aus, der über zwei parallele Kühlerstufen verfügt, nämlich eine als Luft/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildete erste Kühlerstufe 31 und eine als Kühlmittel/Kältemittel-Wärmeübertrager ausgebildete zweite Kühlerstufe 32. Der ersten Kühlerstufe 31 ist ein viertes Absperrventil 74 vorgeschaltet. Der zweiten Kühlerstufe 32 ist ein fünftes Absperrventil 75 vorgeschaltet.
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Bezüglich der unterschiedlichen Betriebsmodi, die sich im Wesentlichen in den Steuer- und Regelstrategien für die Expansionsventile und Absperrventile unterscheiden, wird auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere können die einzelnen Elemente, die die Ausführungsformen der 1-8 unterscheiden, durchaus in beliebiger Kombination eingesetzt werden, wodurch die Ansteuerbarkeit der erfindungsgemäßen Klimatisierungsvorrichtung 10 komplexer und zugleich deutlich vielfältiger wird.