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WO2025223854A1 - Refrigerant circuit and vehicle - Google Patents

Refrigerant circuit and vehicle

Info

Publication number
WO2025223854A1
WO2025223854A1 PCT/EP2025/059826 EP2025059826W WO2025223854A1 WO 2025223854 A1 WO2025223854 A1 WO 2025223854A1 EP 2025059826 W EP2025059826 W EP 2025059826W WO 2025223854 A1 WO2025223854 A1 WO 2025223854A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refrigerant
heat exchanger
compressor
sealing
refrigerant circuit
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2025/059826
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gerald Kuenzel
Christoph Wirth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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
Priority claimed from DE102025114061.8A external-priority patent/DE102025114061A1/en
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2025223854A1 publication Critical patent/WO2025223854A1/en
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/40—Fluid line arrangements
    • F25B41/42—Arrangements for diverging or converging flows, e.g. branch lines or junctions
    • 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
    • B60H1/00507—Details, e.g. mounting arrangements, desaeration devices
    • B60H1/00557—Details of ducts or cables
    • B60H1/00571—Details of ducts or cables of liquid ducts, e.g. for coolant liquids or refrigerants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L41/00—Branching pipes; Joining pipes to walls
    • F16L41/02—Branch units, e.g. made in one piece, welded, riveted
    • F16L41/03—Branch units, e.g. made in one piece, welded, riveted comprising junction pieces for four or more pipe members

Definitions

  • the present invention relates to a refrigerant circuit and a vehicle with such a refrigerant circuit.
  • Typical refrigerant circuits comprise, in addition to a compressor for compressing a suitable refrigerant, a first heat exchanger (e.g., air-cooled and/or liquid-cooled) for dissipating the heat of compression and for at least partially condensing the compressed refrigerant, and a second heat exchanger for heating and re-evaporating the refrigerant before it is returned to the compressor.
  • An expansion valve is typically located between the first and second heat exchangers to expand the compressed (and possibly partially condensed) refrigerant.
  • such a refrigerant circuit can be used as a heat source and/or a heat sink. Useful heat can be extracted from the first heat exchanger and/or waste heat can be supplied to the second heat exchanger (or "useful cooling" can be extracted).
  • the various components can be interconnected via pipes.
  • the first and/or second heat exchanger can be mounted separately from the compressor and connected to it via pipes or hoses.
  • connection interfaces for the The first and/or second heat exchanger may also be integrated into a compressor housing, as described, for example, in DE 10 2024 200 769.2.
  • the refrigerant circuit according to the invention comprises a first refrigerant-carrying unit having two first refrigerant interfaces configured to direct refrigerant into or out of the first unit.
  • the two first refrigerant interfaces are arranged in a fixed geometric relationship to one another, i.e., they have a structurally predetermined first distance from each other.
  • the refrigerant circuit further comprises at least one second refrigerant-carrying unit, which has two secondary refrigerant interfaces configured to introduce refrigerant into or discharge it.
  • the two secondary refrigerant interfaces are also arranged in a fixed geometric relationship to one another, i.e., they have a design-defined second distance from each other.
  • the first and second distances are expediently equal within permissible manufacturing tolerances.
  • Each of the first and second refrigerant interfaces is connected by forming a refrigerant channel and a sealing point for sealing the refrigerant channel, wherein in a first sealing point a sealing element is arranged axially between two sealing surfaces with respect to a flow direction of the refrigerant and wherein in a second sealing point a sealing element is arranged radially between two sealing surfaces with respect to a flow direction of the refrigerant.
  • the invention provides a tolerance-insensitive fluid circuit connection between two refrigerant-carrying units, e.g., a compressor, heat exchanger, etc.
  • the proposed solution eliminates over-constrained connections. This prevents damage to the sealing elements due to differing tolerances of individual dimensions.
  • propane (R290) propane
  • the sealing elements can be designed, in particular, as O-rings or flat gaskets. They preferably have a ring-shaped or other enclosing form with which they grip or surround the refrigerant channel in order to seal it against the environment.
  • the first sealing point is arranged in a flange connection, in which a (first) flange, forming one of the two sealing surfaces, is connected, in particular bolted, to a (second) flange, forming a second of the two sealing surfaces.
  • a flange connection is a proven and reliably sealable sealing point for axial sealing elements, such as O-rings or flat gaskets.
  • the second sealing point is arranged in a push-fit connection, in which a cylindrical pipe stub, forming one of the two sealing surfaces, is inserted into a cylindrical pipe socket, forming the second of the two sealing surfaces.
  • a push-fit connection is a proven and reliably sealable sealing point for radial sealing elements, such as O-rings.
  • the first and/or second refrigerant-carrying unit is selected from the group comprising a compressor for compressing a refrigerant, in particular gaseous, which in particular contains propane (R290), from a suction-side low-pressure level to a discharge-side high-pressure level, and a first refrigerant distributor which serves to The system comprises a refrigerant circuit designed to receive and convey refrigerant compressed by the compressor, a first heat exchanger for transferring heat between the refrigerant and a temperature control medium, particularly a liquid, a second heat exchanger for transferring heat between a temperature control medium, particularly a liquid, and the refrigerant, a first expansion valve for expanding refrigerant compressed by the compressor and conveyed through the first refrigerant distributor, a third heat exchanger for transferring heat between expanded and compressed refrigerant, a second refrigerant distributor designed to receive and convey condensed refrigerant, a second expansion valve for expanding condensed refrigerant conveye
  • one or more heat exchangers and refrigerant distributors can be structurally combined in one arrangement, which is particularly advantageous for components that must be fluidically connected anyway.
  • At least one second heat exchanger is arranged downstream of the first expansion valve.
  • the third heat exchanger is located downstream of the second expansion valve on the cold side and upstream of the first expansion valve on the warm side, and the third heat exchanger is located upstream of the compressor on the cold side.
  • the term "cold-side” refers to a subsystem of a heat exchanger within which a medium is guided that absorbs heat in the heat exchanger. Conversely, a medium that releases heat in the heat exchanger is guided on the "hot-side" with respect to the heat exchanger.
  • the first refrigerant distributor can be integrated into the compressor housing. This reduces the number of components required, which has an overall positive effect on the tightness of the refrigerant circuit, as fewer components mean fewer sealing points and thus a lower leakage rate. Furthermore, integration results in a particularly short connection, reducing the internal volume of the refrigerant circuit compared to conventional solutions, which offers a safety advantage, especially with flammable refrigerants.
  • the second refrigerant distributor can be designed as a separate component from the compressor housing (especially one that can be detached without damage). This allows for the easy implementation of different configurations of the second refrigerant distributor, particularly with and without vapor injection.
  • the second refrigerant distributor is configured to route refrigerant exiting the third heat exchanger (on the cold side) to the compressor.
  • both the cold-side supply and return lines of the third heat exchanger are integrated into the second refrigerant distributor, which reduces the workload during the assembly of the refrigerant circuit.
  • the reduced number of components also results in fewer sealing points, thereby improving the tightness of the refrigerant circuit and reducing the leakage rate.
  • the first and/or second refrigerant interface is selected from the group that includes a supply line to the compressor, a return line from the compressor, a hot-side supply line to the first
  • the system includes a heat exchanger, a hot-side outlet from the first heat exchanger, a cold-side inlet to the second heat exchanger, a cold-side outlet from the second heat exchanger, a hot-side inlet to the third heat exchanger, a hot-side outlet from the third heat exchanger, a cold-side inlet to the third heat exchanger, and a cold-side outlet from the third heat exchanger.
  • the supply line to and/or the return line from the compressor each form a first or second refrigerant interface. This allows the connection of the compressor to the refrigerant circuit, which is always necessary in principle, to be made without damaging the associated sealing elements.
  • the cold-side supply line to and/or the cold-side discharge from the third heat exchanger each form a first or second refrigerant interface. This allows the third heat exchanger to be connected as needed (i.e., when vapor injection is desired) without damaging the associated sealing elements.
  • the warm-side supply line of the refrigerant to a structural arrangement of several components and/or the cold-side discharge of the refrigerant from the structural arrangement of several components each form a first or second refrigerant interface.
  • the compressor has a first inlet connection on the suction side for expanded refrigerant flowing out of the second heat exchanger on the cold side, and a second inlet connection separate from the first inlet connection for the third heat exchanger.
  • the refrigerant exiting on the cold side is expanded. This allows the vapor injection to be controlled essentially independently of the rest of the refrigerant circuit operation.
  • the second inlet port is arranged between the first inlet port and a pressure-side outlet port and is configured to feed the refrigerant leaving the third heat exchanger into the compressor at an intermediate pressure level between the low-pressure and high-pressure levels.
  • the refrigerant expanded via the second expansion valve is less expanded than the refrigerant expanded via the first expansion valve. This is advantageous with regard to the overall efficiency of the refrigerant circuit and offers additional degrees of freedom in the design.
  • the vehicle according to the invention comprises a refrigerant circuit according to the invention and at least one component to be temperature-controlled, such as a battery or cabin, which is thermally connected to the at least one first and/or second heat exchanger.
  • a refrigerant circuit according to the invention and at least one component to be temperature-controlled, such as a battery or cabin, which is thermally connected to the at least one first and/or second heat exchanger.
  • Figure 1 schematically shows a refrigerant circuit according to an embodiment of the invention using a block diagram.
  • Figure 2 shows a compressor as it can be used in embodiments of the invention, in perspective view.
  • Figure 3 shows the refrigerant cycle from Figure 1 in a perspective view from an oblique top view.
  • Figure 4 shows the refrigerant cycle from Figure 1 in a perspective view from a low angle.
  • Figure 5 shows a section of the refrigerant circuit from Figure 1 in a sectional drawing.
  • Figure 6 shows an enlarged section of the refrigerant circuit from Figure 5.
  • Figure 7 schematically shows an exploded view of a heat exchanger unit that can be used in a refrigerant circuit.
  • Figure 1 schematically shows a refrigerant circuit according to an embodiment of the invention in the form of a block diagram, designated as 100.
  • Figure 2 shows a perspective view of a compressor usable for the refrigerant circuit 100 shown in Figure 1, designated as 150.
  • Figures 3 and 4 each show perspective views of the refrigerant circuit 100 shown in Figure 1 from a top oblique angle ( Figure 3) and a bottom oblique angle ( Figure 4), respectively.
  • Figures 5 and 6 show a section of the refrigerant circuit shown in Figure 1 in a sectional drawing. The figures are described together below.
  • the refrigerant circuit 100 has a compressor 150 which is configured to transfer a refrigerant, in particular one containing or consisting of propane (R290), from a suction-side low-pressure level, which may be selected, for example, from an interval between 120 kPa and 1,000 kPa, to a
  • the compressor is designed to compress the refrigerant at a high pressure level on the pressure side, which can be selected, for example, from an interval between 1,400 and 3,600 kPa.
  • the compressed refrigerant leaves the compressor 150 via an outlet port 156.
  • the refrigerant circuit 100 has a first heat exchanger 110 downstream of the compressor 150, in which the refrigerant compressed by the compressor 150 is cooled against a temperature control medium, in particular a liquid, e.g., water and/or a thermal oil, and thereby at least partially condensed.
  • a temperature control medium in particular a liquid, e.g., water and/or a thermal oil
  • the first heat exchanger 110 can be an air-cooled heat exchanger (directly or indirectly via a temperature control medium circuit), by means of which heat is transferred from the refrigerant to the surrounding atmosphere.
  • the first heat exchanger 110 can, for example, transfer heat to a temperature control medium circuit, which in turn dissipates this heat to the atmosphere surrounding the vehicle by means of an air cooler installed in the front of the vehicle.
  • the heat released by the refrigerant in the first heat exchanger 110 can also be transferred as usable heat to one or more other components (e.g., the traction battery and/or cabin of a vehicle) to
  • the refrigerant Downstream of the first heat exchanger 110, the refrigerant is received and routed through a first refrigerant distributor 124.
  • the first refrigerant distributor 124 is integrated into a housing 151 of the compressor 150.
  • the housing 151 can essentially consist of a casting, such as an aluminum or cast iron element, into which the first refrigerant distributor 124 is formed in the form of bores and/or other cavities.
  • a valve seat for a first expansion valve 122 is provided in the first refrigerant distributor 124.
  • An optional second refrigerant distributor 134 is designed to receive condensed refrigerant from the first refrigerant distributor 124 and transfer it to a refrigerant storage tank 300.
  • the second refrigerant distributor 134 is Furthermore, it is designed to extract refrigerant from the refrigerant storage tank 300 and, via a second expansion valve 132, whose valve seat is integrated into the second refrigerant distributor 134 in the example shown here, to a third heat exchanger 130. In doing so, the refrigerant is expanded by the second expansion valve 132 from the high-pressure level to an intermediate pressure level, which lies between the low-pressure and high-pressure levels.
  • the refrigerant expanded by the second expansion valve 132 is heated against compressed refrigerant upstream of the first expansion valve 122 and is at least partially evaporated in the process.
  • the compressed refrigerant upstream of the first expansion valve 122 is supercooled (i.e., cooled further below its condensation temperature or liquidus line).
  • the compressed refrigerant upstream of the first expansion valve 122 is also passed through the second refrigerant distributor 134 from the refrigerant storage tank 300 to the third heat exchanger 130 and from the third heat exchanger 130 to the first refrigerant distributor 124.
  • the refrigerant storage tank 300 can be present between the first heat exchanger 110 and the first expansion valve 122 if no vapor injection method is provided (see also Figure 7).
  • the third heat exchanger 130 as the first refrigerant-carrying unit is sealed with the second refrigerant distributor 134 as the second refrigerant-carrying unit by means of a first seal (sealing element) 312 and a second seal 212 against the environment of the refrigerant circuit 100.
  • the third heat exchanger 130 has two first refrigerant interfaces 217, 317, which are configured to direct refrigerant into or out of the third heat exchanger 130 (in particular, one directs refrigerant in and the other out).
  • the second refrigerant distributor 134 has two second refrigerant interfaces 218, 318, which are configured to direct refrigerant into the second refrigerant distributor 134. or to direct from the second refrigerant distributor 134 (in particular, one directs in and the other out).
  • first refrigerant interface 217, 317 and a second refrigerant interface 218, 318 forming a refrigerant channel 210, 310 and a sealing point 211, 311 for sealing the refrigerant channel.
  • first sealing point 311 the sealing element 312 is arranged axially between two sealing surfaces 313, 314 with respect to one direction of refrigerant flow
  • second sealing point 211 the sealing element 212 is arranged radially between two sealing surfaces 213, 214 with respect to one direction of refrigerant flow. This arrangement results in more favorable component fits and/or more generous acceptable tolerances for the geometrically fixed distances of the refrigerant interfaces.
  • the first refrigerant interface 217, 317 and a second refrigerant interface 218, 318 are spaced apart from each other.
  • the refrigerant channels 210, 310 are spaced apart from each other.
  • the refrigerant channels 210, 310 are separated from each other.
  • the resulting refrigerant channels 210, 310 are two separate channels, in particular spaced apart from each other.
  • the sealing surfaces 313, 314 of the second refrigerant distributor 134 and the third heat exchanger 130 are thus axially in contact with the first seal 312 from above and below, relative to the refrigerant flow direction.
  • the first seal 312 is annular, specifically an O-ring.
  • the second seal 212 is radially positioned between the sealing surfaces 213, 214, relative to the refrigerant flow direction.
  • the sealing surfaces 213, 214 of the second refrigerant distributor 134 and the third heat exchanger 130 are thus radially in contact with the second seal 212 from the inside and outside.
  • the second seal 212 is also annular, specifically an O-ring.
  • the first sealing point 311 is formed in a flanged connection where a flange 315 is connected to a flange 316, and the sealing element 312 is arranged between them.
  • the flange 315 forms a The first sealing surface 313 of the two sealing surfaces and the flange 316 form a second sealing surface 314 of the two sealing surfaces.
  • the second sealing point 211 is formed in a push-fit connection in which a cylindrical pipe stub 215, forming a first sealing surface 213 of the two sealing surfaces, is inserted into a cylindrical pipe socket 216, which forms a second sealing surface 214 of the two sealing surfaces.
  • the first expansion valve 122 expands the condensed (and possibly supercooled) refrigerant into a second heat exchanger 120.
  • the expanded refrigerant is heated against another, preferably liquid, temperature control medium, such as water or thermal oil, and is at least partially evaporated in the process.
  • the second heat exchanger 120 can (directly or indirectly) transfer heat from a functional vehicle component, e.g. a high-voltage battery (in the case of an electric vehicle) and/or a drive unit, and/or from an interior of the vehicle (e.g. driver's cabin) to the refrigerant circuit 100.
  • a functional vehicle component e.g. a high-voltage battery (in the case of an electric vehicle) and/or a drive unit
  • an interior of the vehicle e.g. driver's cabin
  • the refrigerant Downstream of the second heat exchanger 120, the refrigerant is returned to the compressor 150 on the suction side, in particular by means of the first refrigerant distributor 124 (e.g. to a first inlet connection 152).
  • the operation of the third heat exchanger 130 and/or the second expansion valve 132 can be monitored by means of a sensor 170, for example a temperature and/or pressure sensor (here on the cold side downstream of the third heat exchanger 130).
  • a further sensor 180 which can also be configured as a temperature and/or pressure sensor, is provided for monitoring the operation of the compressor 150 or the entire refrigerant circuit 100.
  • Refrigerant flowing out of the third heat exchanger 130 on the cold side is received by the second refrigerant distributor 134 and forwarded to the compressor 150.
  • the connection of the second refrigerant distributor 134 to the compressor 150 is realized by means of a pipe and/or hose 138, which leads into a second inlet connection 154 (in as shown in the example, near the pressure-side outlet connection 156) into the housing 151 of the compressor 150.
  • FIG. 7 schematically shows an exploded view of a heat exchanger unit 10 that can be used in a refrigerant circuit.
  • a heat exchanger unit 10 is a structural arrangement of several components that can be connected to two corresponding second refrigerant interfaces of the compressor 150 via two first refrigerant interfaces 101 and 102 to form sealing points, as described above.
  • one sealing point is located in a flanged connection and the other in a push-fit connection, with refrigerant interface 101 belonging to the flanged connection and refrigerant interface 102 to the push-fit connection.
  • the above description therefore applies accordingly and will not be repeated.
  • the first two refrigerant interfaces 101 and 102 are configured to direct refrigerant into or out of the heat exchanger unit 10 (in particular, one directs refrigerant in and the other out).
  • the heat exchanger unit 10 has an inlet connection as the first refrigerant interface 101, a first heat exchanger 110, a second heat exchanger 120, and a first refrigerant distributor 124.
  • An outlet connection as the first refrigerant interface 102 is monolithically integrated into the first refrigerant distributor 124.
  • An inlet 112 of the first heat exchanger 110 is located downstream of the inlet connection 101.
  • An outlet 114 of the first heat exchanger 110 is connected to the refrigerant distributor 124, which in the example shown here includes a refrigerant storage tank 300 for at least partially condensed refrigerant.
  • a filter and/or dryer 140 is installed in the refrigerant storage tank, which is designed to remove impurities, especially water, from the refrigerant.
  • the refrigerant distributor 124 is designed as a monolithic component, for example as a metal block with functional bores.
  • the refrigerant storage unit is inserted into the material block from below as a vertically oriented bore (in the installed state).
  • An inlet bore opens laterally into this bore, connecting the outlet 114 of the first heat exchanger 110 to the refrigerant storage unit.
  • the filter/dryer 140 is installed, the lower end of the bore is sealed during the assembly of the refrigerant distributor 124, for example, by welding in a plug.
  • the upper end of the bore forming the refrigerant storage unit can be closed, for example, by means of a service port 160, which can be used to fill the refrigerant circuit 100 with refrigerant and/or to replace the refrigerant or to adjust the appropriate refrigerant quantity.
  • a service port 160 which can be used to fill the refrigerant circuit 100 with refrigerant and/or to replace the refrigerant or to adjust the appropriate refrigerant quantity.
  • an outlet bore extends laterally from the lower end of the refrigerant storage unit 300 (i.e., below the filter/dryer 140). This outlet bore also serves as a valve seat for a first expansion valve 122.
  • the compressed and partially condensed refrigerant is fed from the refrigerant distributor 124 via the expansion valve 122, which can be, for example, electrically or electronically controlled, to an inlet 123 of the second heat exchanger 120.
  • the expansion valve 122 which can be, for example, electrically or electronically controlled, to an inlet 123 of the second heat exchanger 120.
  • a further bore is provided in the refrigerant distributor 124 as the outlet of the valve seat. From an outlet 125 of the second heat exchanger 120, the heated refrigerant is returned to the refrigerant distributor 124 and to the outlet port 102.
  • connection between the outlet 125 of the second heat exchanger 120 and the outlet port 102 of the heat exchanger unit 10 is implemented in this example as a through-hole through the refrigerant distributor 124, which has no connection to the bores already described that form the refrigerant reservoir and the valve seat.
  • a sensor 180 is connected in the path between outlet 125 of the second heat exchanger 120 and outlet port 102 (i.e., in the through-hole) to determine at least one physical state variable, in particular pressure and/or temperature, of the refrigerant.
  • a pilot hole is provided in the through-hole, which serves as a connection point for the sensor 180.
  • the inlet port 101, the first heat exchanger 110, the second heat exchanger 120, and the refrigerant distributor 124 are each bonded to a support 165, for example, by a vacuum brazing connection.
  • the two first refrigerant interfaces are thus arranged in a fixed geometric relationship to each other, i.e., they have a design-defined first distance from each other.
  • the two second refrigerant interfaces on the compressor 150 are also arranged in a fixed geometric relationship to each other, i.e., they have a design-defined second distance from each other.
  • the first and second distances are equal within permissible manufacturing tolerances.
  • the support consists of, or has such an element, an essentially plate-shaped element, for example a sheet of metal.
  • the refrigerant circuit 100 can be used, for example, in a vehicle to heat and/or cool components requiring temperature control (e.g., a traction battery of an electric vehicle, a drive unit, the vehicle cabin, or the like).
  • components requiring temperature control can be thermally connected to the first heat exchanger 110 and/or the second heat exchanger 120. This can be achieved, in particular, via secondary temperature control media circuits (e.g., with water and/or a thermal oil, i.e., the temperature control medium or heat transfer medium).
  • useful heat can be extracted from the first heat exchanger (i.e., a component requiring temperature control can be heated), and/or useful heat can be supplied to the second heat exchanger (i.e., a component requiring temperature control can be cooled).
  • the invention provides a tolerance-insensitive fluid circuit connection between two refrigerant-carrying units, as shown in Figures 5 and 6 between a refrigerant distributor and a heat exchanger, and as shown in Figure 7 between a compressor and a heat exchanger unit.
  • the proposed solution eliminates over-constraints in this connection. This prevents damage to the sealing elements due to differing tolerances of the individual dimensions.
  • propane (R290) propane as the refrigerant, it is crucial to prevent leaks due to the flammability of this gas.
  • the refrigerant can be, in particular, propane (R290), CO2 (R744), R-1234yf, or a refrigerant blend, preferably comprising propane.
  • propane R290
  • CO2 R744
  • R-1234yf a refrigerant blend
  • propane R290
  • propane-containing refrigerant consisting, for example, of at least 90%, 95%, 98%, or 99% propane.
  • propane R290
  • CO2 (R744) CO2 (R744)
  • R-1234yf or a refrigerant blend, preferably comprising propane.

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Abstract

The invention relates to a refrigerant circuit (100) comprising: a compressor (150) for compressing a refrigerant, in particular a gaseous refrigerant, which in particular contains propane, from a suction-side low-pressure level to a discharge-side high-pressure level; and at least one further refrigerant-carrying component, wherein the compressor (150) and the at least one further refrigerant-carrying component are connected by means of two refrigerant-carrying refrigerant channels (210, 310), wherein a first (310) of the two refrigerant channels has a first sealing location (311) at which a sealing element (312), with respect to the flow direction of the refrigerant, is arranged axially between two sealing surfaces (313, 314), wherein a second (210) of the two refrigerant channels has a second sealing location (211) at which a sealing element (212), with respect to the flow direction of the refrigerant, is arranged radially between two sealing surfaces (213, 214).

Description

Beschreibung Description

Titel Title

Kältemittelkreislauf und Fahrzeug Refrigerant circuit and vehicle

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kältemittelkreislauf und ein Fahrzeug mit einem solchen Kältemittelkreislauf. The present invention relates to a refrigerant circuit and a vehicle with such a refrigerant circuit.

Hintergrund der Erfindung Background of the invention

Typische Kältemittelkreisläufe umfassen neben einem Kompressor zur Verdichtung eines geeigneten Kältemittels einen ersten Wärmetauscher (z.B. luftgekühlt und/oder flüssiggekühlt) zum Abführen von Kompressionswärme und zum zumindest teilweisen Kondensieren des verdichteten Kältemittels und einen zweiten Wärmetauscher zum Erwärmen und erneuten Verdampfen des Kältemittels, bevor dieses zu dem Kompressor zurückgeführt wird. Zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher ist typischerweise ein Expansionsventil zum Entspannen des verdichteten (und ggf. teilweise kondensierten) Kältemittels angeordnet. Je nach konkreter Anwendungssituation kann ein solcher Kältemittelkreislauf als Wärmequelle und/oder als Wärmesenke verwendet werden. Dazu kann dem ersten Wärmetauscher Nutzwärme entnommen werden und/oder dem zweiten Wärmetauscher Abwärme zugeführt (bzw. "Nutzkälte" entnommen) werden. Die verschiedenen Komponenten (erster Wärmetauscher, Expansionsventil, zweiter Wärmetauscher, Kompressor) können mit Rohren untereinander fluidtechnisch verbunden sein. Typical refrigerant circuits comprise, in addition to a compressor for compressing a suitable refrigerant, a first heat exchanger (e.g., air-cooled and/or liquid-cooled) for dissipating the heat of compression and for at least partially condensing the compressed refrigerant, and a second heat exchanger for heating and re-evaporating the refrigerant before it is returned to the compressor. An expansion valve is typically located between the first and second heat exchangers to expand the compressed (and possibly partially condensed) refrigerant. Depending on the specific application, such a refrigerant circuit can be used as a heat source and/or a heat sink. Useful heat can be extracted from the first heat exchanger and/or waste heat can be supplied to the second heat exchanger (or "useful cooling" can be extracted). The various components (first heat exchanger, expansion valve, second heat exchanger, compressor) can be interconnected via pipes.

Der erste und/oder der zweite Wärmetauscher können separat von dem Kompressor montiert werden und mittels Rohr- bzw. Schlauchleitungen an den Kompressor angebunden werden. Alternativ können Anschlussschnittstellen für den ersten und/oder zweiten Wärmetauscher auch in ein Kompressorgehäuse integriert sein, wie beispielsweise in der DE 10 2024 200 769.2 beschrieben. The first and/or second heat exchanger can be mounted separately from the compressor and connected to it via pipes or hoses. Alternatively, connection interfaces for the The first and/or second heat exchanger may also be integrated into a compressor housing, as described, for example, in DE 10 2024 200 769.2.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Kältemittelkreislauf sowie ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. According to the invention, a refrigerant circuit and a vehicle with the features of the independent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Der erfindungsgemäße Kältemittelkreislauf weist eine erste kältemittelführende Einheit auf, die zwei erste Kältemittelschnittstellen aufweist, die dazu eingerichtet sind, Kältemittel in die erste Einheit hineinzuleiten oder aus der ersten Einheit herauszuleiten. Insbesondere sind die zwei ersten Kältemittelschnittstellen in einer festen geometrischen Beziehung zueinander angeordnet, d.h. sie weisen einen konstruktiv vorgegebenen ersten Abstand voneinander auf. The refrigerant circuit according to the invention comprises a first refrigerant-carrying unit having two first refrigerant interfaces configured to direct refrigerant into or out of the first unit. In particular, the two first refrigerant interfaces are arranged in a fixed geometric relationship to one another, i.e., they have a structurally predetermined first distance from each other.

Der Kältemittelkreislauf weist weiterhin wenigstens eine zweite kältemittelführende Einheit auf, die zwei zweite Kältemittelschnittstellen aufweist, die dazu eingerichtet sind, Kältemittel in die zweite Einheit hineinzuleiten oder aus der zweiten Einheit herauszuleiten. Insbesondere sind die zwei zweiten Kältemittelschnittstellen ebenfalls in einer festen geometrischen Beziehung zueinander angeordnet, d.h. sie weisen einen konstruktiv vorgegebenen zweiten Abstand voneinander auf. Der erste und der zweite Abstand sind zweckmäßigerweise im Rahmen zulässiger Herstellungstoleranzen gleich. The refrigerant circuit further comprises at least one second refrigerant-carrying unit, which has two secondary refrigerant interfaces configured to introduce refrigerant into or discharge it. In particular, the two secondary refrigerant interfaces are also arranged in a fixed geometric relationship to one another, i.e., they have a design-defined second distance from each other. The first and second distances are expediently equal within permissible manufacturing tolerances.

Je eine erste und eine zweite Kältemittelschnittstelle sind unter Ausbildung eines Kältemittelkanals und einer Dichtstelle zum Abdichten des Kältemittelkanals verbunden, wobei in einer ersten Dichtstelle ein Dichtungselement bezogen auf eine Fließrichtung des Kältemittels axial zwischen zwei Dichtflächen angeordnet ist und wobei in einer zweiten Dichtstelle ein Dichtungselement bezogen auf eine Fließrichtung des Kältemittels radial zwischen zwei Dichtflächen angeordnet ist. Die Erfindung stellt eine toleranzunempfindliche Fluid-Kreislauf-Verbindung zwischen zwei Kühlmittel führenden Einheiten, z.B. einem Kompressor, Wärmetauscher usw., bereit. Im Unterschied zu herkömmlichen Verbindungen mit zwei Anschlussstutzen mit Radial-Dichtungselementen, insbesondere O-Ringen, ist bei der vorgeschlagenen Lösung diese Verbindung nicht mehr überbestimmt. So werden Beschädigungen der Dichtungselemente in Folge von unterschiedlichen Toleranzlagen der Einzelmaße vermieden. Gerade bei Kältemittelkreisläufen, welche das Gas Propan (R290) als Kältemittel verwenden, ist es wegen der Entflammbarkeit dieses Gases wichtig, Leckagen zu vermeiden. Each of the first and second refrigerant interfaces is connected by forming a refrigerant channel and a sealing point for sealing the refrigerant channel, wherein in a first sealing point a sealing element is arranged axially between two sealing surfaces with respect to a flow direction of the refrigerant and wherein in a second sealing point a sealing element is arranged radially between two sealing surfaces with respect to a flow direction of the refrigerant. The invention provides a tolerance-insensitive fluid circuit connection between two refrigerant-carrying units, e.g., a compressor, heat exchanger, etc. Unlike conventional connections with two connection ports and radial sealing elements, particularly O-rings, the proposed solution eliminates over-constrained connections. This prevents damage to the sealing elements due to differing tolerances of individual dimensions. Especially in refrigerant circuits using propane (R290) as a refrigerant, leakage prevention is crucial due to the flammability of this gas.

Die Dichtungselemente können insbesondere als O-Ringe oder Flachdichtungen ausgeführt sein. Sie weisen vorzugsweise eine Ring- oder andere umschließende Form auf, mit der sie den Kältemittelkanal umgreifen bzw. umgeben, um ihn gegenüber der Umgebung abzudichten. The sealing elements can be designed, in particular, as O-rings or flat gaskets. They preferably have a ring-shaped or other enclosing form with which they grip or surround the refrigerant channel in order to seal it against the environment.

In zumindest einer Ausgestaltung ist die erste Dichtstelle in einer Flanschverbindung angeordnet ist, bei der ein (erster) Flansch, der eine erste der zwei Dichtflächen bildet, mit einem (zweiten) Flansch, eine zweite der zwei Dichtflächen bildet, verbunden, insbesondere verschraubt, ist. Eine solche Flanschverbindung ist eine erprobte und gut abzudichtende Dichtstelle für axiale Dichtungselemente, wie z.B. O-Ringe oder Flachdichtungen. In at least one embodiment, the first sealing point is arranged in a flange connection, in which a (first) flange, forming one of the two sealing surfaces, is connected, in particular bolted, to a (second) flange, forming a second of the two sealing surfaces. Such a flange connection is a proven and reliably sealable sealing point for axial sealing elements, such as O-rings or flat gaskets.

In zumindest einer Ausgestaltung ist die zweite Dichtstelle in einer Steckverbindung angeordnet, bei der ein zylindrischer Rohrstutzen, der eine erste der zwei Dichtflächen bildet, in eine zylindrische Rohrmuffe, die eine zweite der zwei Dichtflächen bildet, eingesteckt ist. Eine solche Steckverbindung ist eine erprobte und gut abzudichtende Dichtstelle für radiale Dichtungselemente, wie z.B. O- Ringe. In at least one embodiment, the second sealing point is arranged in a push-fit connection, in which a cylindrical pipe stub, forming one of the two sealing surfaces, is inserted into a cylindrical pipe socket, forming the second of the two sealing surfaces. Such a push-fit connection is a proven and reliably sealable sealing point for radial sealing elements, such as O-rings.

In zumindest einer Ausgestaltung sind die erste und/oder zweite kältemittelführende Einheit ausgewählt aus der Gruppe, die als Komponenten einen Kompressor zum Verdichten eines, insbesondere gasförmigen, Kältemittels, das insbesondere Propan (R290) enthält, von einem saugseitigen Niederdruckniveau auf ein druckseitiges Hochdruckniveau, einen ersten Kältemittelverteiler, der dazu eingerichtet ist, durch den Kompressor verdichtetes Kältemittel aufzunehmen und weiterzuleiten, einen ersten Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kältemittel und einem, insbesondere flüssigen, Temperiermedium, einen zweiten Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen einem, insbesondere flüssigen, Temperiermedium, und dem Kältemittel, ein erstes Expansionsventil zum Entspannen von durch den Kompressor verdichtetem und durch den ersten Kältemittelverteiler weitergeleitetem Kältemittel, einen dritten Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme zwischen entspanntem Kältemittel und verdichtetem Kältemittel, einen zweiten Kältemittelverteiler, der dazu eingerichtet ist, kondensiertes Kältemittel aufzunehmen und weiterzuleiten, ein zweites Expansionsventil zum Entspannen von durch den zweiten Kältemittelverteiler weitergeleitetem kondensiertem Kältemittel, sowie eine bauliche Anordnung mehrerer der Komponenten umfasst. Damit kann ein Kältemittelkreislauf in einer gewünschten Konfiguration bereitgestellt werden. In at least one embodiment, the first and/or second refrigerant-carrying unit is selected from the group comprising a compressor for compressing a refrigerant, in particular gaseous, which in particular contains propane (R290), from a suction-side low-pressure level to a discharge-side high-pressure level, and a first refrigerant distributor which serves to The system comprises a refrigerant circuit designed to receive and convey refrigerant compressed by the compressor, a first heat exchanger for transferring heat between the refrigerant and a temperature control medium, particularly a liquid, a second heat exchanger for transferring heat between a temperature control medium, particularly a liquid, and the refrigerant, a first expansion valve for expanding refrigerant compressed by the compressor and conveyed through the first refrigerant distributor, a third heat exchanger for transferring heat between expanded and compressed refrigerant, a second refrigerant distributor designed to receive and convey condensed refrigerant, a second expansion valve for expanding condensed refrigerant conveyed through the second refrigerant distributor, and a structural arrangement of several of the components. This allows a refrigerant circuit to be provided in a desired configuration.

Beispielsweise können ein oder mehrere Wärmetauscher und Kältemittelverteiler baulich in einer Anordnung zusammengefasst werden, was sich insbesondere für Komponenten vorteilhaft anbietet, die ohnehin fluidtechnisch verbunden sein müssen. For example, one or more heat exchangers and refrigerant distributors can be structurally combined in one arrangement, which is particularly advantageous for components that must be fluidically connected anyway.

In zumindest einer Ausgestaltung ist der zumindest eine zweite Wärmetauscher stromab (bzw. stromabwärts) des ersten Expansionsventils angeordnet. Der dritte Wärmetauscher ist kaltseitig stromab des zweiten Expansionsventils und warmseitig stromauf (bzw. stromaufwärts) des ersten Expansionsventils angeordnet, und der dritte Wärmetauscher ist kaltseitig stromauf des Kompressors angeordnet. Damit ist der Kältemittelkreislauf dazu eingerichtet, einen Teil des kondensierten Kältemittels zum Unterkühlen eines weiteren Teils des Kältemittels zu verwenden und zurück an den Kompressor zu leiten. Durch ein solches auch als Dampfeinspritzverfahren (engl. vapor injection) bezeichnetes Verfahren kann die Effizienz des Kompressors gesteigert und sein thermischer Betriebsbereich erweitert werden, wodurch der Kompressor typischerweise längere Zeiträume hindurch ununterbrochen betrieben werden kann. Dies wirkt sich positiv auf die Standzeit des Kompressors und auf die Steuerbarkeit des Kältemittelkreislaufs aus. Der Begriff "kaltseitig" bezeichnet im Rahmen dieser Erfindung ein Teilsystem eines Wärmetauschers, innerhalb dessen ein Medium geführt wird, das in dem betreffenden Wärmetauscher Wärme aufnimmt. Demgegenüber wird ein Medium, das in dem betreffenden Wärmetauscher Wärme abgibt, in Bezug auf den Wärmetauscher "warmseitig" geführt. In at least one embodiment, at least one second heat exchanger is arranged downstream of the first expansion valve. The third heat exchanger is located downstream of the second expansion valve on the cold side and upstream of the first expansion valve on the warm side, and the third heat exchanger is located upstream of the compressor on the cold side. This allows the refrigerant circuit to use a portion of the condensed refrigerant to subcool another portion of the refrigerant and return it to the compressor. This process, also known as vapor injection, increases the efficiency of the compressor and extends its thermal operating range, typically enabling the compressor to operate continuously for longer periods. This has a positive effect on the compressor's service life and the controllability of the refrigerant circuit. Within the scope of this invention, the term "cold-side" refers to a subsystem of a heat exchanger within which a medium is guided that absorbs heat in the heat exchanger. Conversely, a medium that releases heat in the heat exchanger is guided on the "hot-side" with respect to the heat exchanger.

Der erste Kältemittelverteiler kann insbesondere in ein Gehäuse des Kompressors integriert sein. Dies reduziert einerseits die Anzahl der erforderlichen Komponenten, was sich insgesamt positiv auf die Dichtheit des Kältemittelkreislaufs auswirkt, da weniger Komponenten auch weniger Dichtstellen bedeuten und damit die Leckrate sinkt. Andererseits ergibt sich durch die Integration eine besonders kurze Verbindung, so dass sich das innere Volumen des Kältemittelkreislaufs im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen reduziert, was insbesondere bei brennbaren Kältemitteln auch einen Sicherheitsgewinn bietet. The first refrigerant distributor can be integrated into the compressor housing. This reduces the number of components required, which has an overall positive effect on the tightness of the refrigerant circuit, as fewer components mean fewer sealing points and thus a lower leakage rate. Furthermore, integration results in a particularly short connection, reducing the internal volume of the refrigerant circuit compared to conventional solutions, which offers a safety advantage, especially with flammable refrigerants.

Der zweite Kältemittelverteiler kann insbesondere als von dem Gehäuse des Kompressors (insbesondere beschädigungsfrei lösbares) separates Bauteil vorgesehen sein. Damit können unterschiedliche Konfigurationen des zweiten Kältemittelverteilers, insbesondere mit und ohne Dampfeinspritzverfahren, sehr einfach eingesetzt werden. The second refrigerant distributor can be designed as a separate component from the compressor housing (especially one that can be detached without damage). This allows for the easy implementation of different configurations of the second refrigerant distributor, particularly with and without vapor injection.

In zumindest einer Ausgestaltung ist der zweite Kältemittelverteiler dazu eingerichtet, den dritten Wärmetauscher kaltseitig verlassendes Kältemittel an den Kompressor weiterzuleiten. Somit sind in den zweiten Kältemittelverteiler sowohl kaltseitige Zuleitung als auch kaltseitige Ableitung des dritten Wärmetauschers integriert, was sich vorteilhaft auf den Arbeitsaufwand bei der Montage des Kältemittelkreislaufs auswirkt. Ferner ergeben sich durch die reduzierte Anzahl an Bauteilen auch weniger Dichtstellen, so dass die Dichtheit des Kältemittelkreislauf verbessert bzw. eine Leckrate gesenkt werden kann. In at least one embodiment, the second refrigerant distributor is configured to route refrigerant exiting the third heat exchanger (on the cold side) to the compressor. Thus, both the cold-side supply and return lines of the third heat exchanger are integrated into the second refrigerant distributor, which reduces the workload during the assembly of the refrigerant circuit. Furthermore, the reduced number of components also results in fewer sealing points, thereby improving the tightness of the refrigerant circuit and reducing the leakage rate.

In zumindest einer Ausgestaltung ist die erste und/oder zweite Kältemittelschnittstelle ausgewählt aus der Gruppe, die eine Zuleitung zu dem Kompressor, eine Ableitung von dem Kompressor, eine warmseitige Zuleitung zu dem ersten Wärmetauscher, eine warmseitige Ableitung von dem ersten Wärmetauscher, eine kaltseitige Zuleitung zu dem zweiten Wärmetauscher, eine kaltseitige Ableitung von dem zweiten Wärmetauscher, eine warmseitige Zuleitung zu dem dritten Wärmetauscher, eine warmseitige Ableitung von dem dritten Wärmetauscher, eine kaltseitige Zuleitung zu dem dritten Wärmetauscher sowie eine kaltseitige Ableitung von dem dritten Wärmetauscher umfasst. Dies sind relevante Dichtstellen des Kältemittels, die auf diese Weise vor Beschädigungen geschützt werden können. In at least one embodiment, the first and/or second refrigerant interface is selected from the group that includes a supply line to the compressor, a return line from the compressor, a hot-side supply line to the first The system includes a heat exchanger, a hot-side outlet from the first heat exchanger, a cold-side inlet to the second heat exchanger, a cold-side outlet from the second heat exchanger, a hot-side inlet to the third heat exchanger, a hot-side outlet from the third heat exchanger, a cold-side inlet to the third heat exchanger, and a cold-side outlet from the third heat exchanger. These are relevant refrigerant sealing points that can be protected from damage in this way.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Zuleitung zu und/oder die Ableitung von dem Kompressor jeweils eine erste oder zweite Kältemittelschnittstelle bilden. Damit kann die im Prinzip immer notwendige Anbindung des Kompressors an den Kühlmittelkreislauf ohne Beschädigung der zugehörigen Dichtungselemente erfolgen. In particular, it can be provided that the supply line to and/or the return line from the compressor each form a first or second refrigerant interface. This allows the connection of the compressor to the refrigerant circuit, which is always necessary in principle, to be made without damaging the associated sealing elements.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die kaltseitige Zuleitung zu und/oder die kaltseitige Ableitung von dem dritten Wärmetauscher jeweils eine erste oder zweite Kältemittelschnittstelle bilden. Damit kann der dritte Wärmetauscher bei Bedarf (d.h. wenn eine Dampfeinspritzung gewünscht ist) ohne Beschädigung der zugehörigen Dichtungselemente angebunden werden. In particular, it can be provided that the cold-side supply line to and/or the cold-side discharge from the third heat exchanger each form a first or second refrigerant interface. This allows the third heat exchanger to be connected as needed (i.e., when vapor injection is desired) without damaging the associated sealing elements.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die warmseitige Zuleitung des Kältemittels zu einer baulichen Anordnung mehrerer der Komponenten und/oder die kaltseitige Ableitung des Kältemittels von der baulichen Anordnung mehrerer der Komponenten jeweils eine erste oder zweite Kältemittelschnittstelle bilden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn Komponenten außer dem Kompressor, die fluidtechnisch verbunden sind, in einer baulichen Anordnung kombiniert werden, da dann insgesamt nur zwei Dichtstellen zwischen Kompressor und Anordnung ausreichen. In particular, it can be provided that the warm-side supply line of the refrigerant to a structural arrangement of several components and/or the cold-side discharge of the refrigerant from the structural arrangement of several components each form a first or second refrigerant interface. This is particularly advantageous when components other than the compressor, which are fluidically connected, are combined in a structural arrangement, since then only two sealing points between the compressor and the arrangement are sufficient.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist der Kompressor saugseitig einen ersten Eingangsanschluss für kaltseitig aus dem zweiten Wärmetauscher ausströmendes entspanntes Kältemittel, und einen von dem ersten Eingangsanschluss separaten zweiten Eingangsanschluss für den dritten Wärmetauscher kaltseitig verlassendes entspanntes Kältemittel auf. Damit kann die Dampfeinspritzung im Wesentlichen unabhängig vom übrigen Betrieb des Kältemittelkreislaufs gesteuert werden. According to at least one embodiment, the compressor has a first inlet connection on the suction side for expanded refrigerant flowing out of the second heat exchanger on the cold side, and a second inlet connection separate from the first inlet connection for the third heat exchanger. The refrigerant exiting on the cold side is expanded. This allows the vapor injection to be controlled essentially independently of the rest of the refrigerant circuit operation.

Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist dabei der zweite Eingangsanschluss zwischen dem ersten Eingangsanschluss und einem druckseitigen Ausgangsanschluss angeordnet und dazu eingerichtet, das den dritten Wärmetauscher verlassende Kältemittel auf einem Zwischendruckniveau, das zwischen dem Niederdruckniveau und dem Hochdruckniveau liegt, in den Kompressor einzuspeisen. Mit anderen Worten wird in dieser Ausgestaltung das über das zweite Expansionsventil entspannte Kältemittel weniger stark entspannt, als das über das erste Expansionsventil entspannte Kältemittel. Dies ist vorteilhaft in Bezug auf die Gesamteffizienz des Kältemittelkreislaufs und bietet zusätzliche Freiheitsgrade bei der Auslegung. According to at least one embodiment, the second inlet port is arranged between the first inlet port and a pressure-side outlet port and is configured to feed the refrigerant leaving the third heat exchanger into the compressor at an intermediate pressure level between the low-pressure and high-pressure levels. In other words, in this embodiment, the refrigerant expanded via the second expansion valve is less expanded than the refrigerant expanded via the first expansion valve. This is advantageous with regard to the overall efficiency of the refrigerant circuit and offers additional degrees of freedom in the design.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist einen erfindungsgemäßen Kältemittelkreislauf und zumindest eine zu temperierenden Komponente, wie z.B. eine Batterie oder Kabine, die thermisch mit dem zumindest einen ersten und/oder zweiten Wärmetauscher verbunden ist, auf. Damit profitiert das Fahrzeug von den Vorteilen des erfindungsgemäßen Kältemittelkreislaufs in entsprechender Weise. The vehicle according to the invention comprises a refrigerant circuit according to the invention and at least one component to be temperature-controlled, such as a battery or cabin, which is thermally connected to the at least one first and/or second heat exchanger. The vehicle thus benefits from the advantages of the refrigerant circuit according to the invention accordingly.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawing.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. The invention is schematically illustrated in the drawing using an exemplary embodiment and is described below with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Figur 1 zeigt schematisch einen Kältemittelkreislauf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung anhand eines Blockdiagramms. Figur 2 zeigt einen Kompressor, wie er in Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann, in perspektivischer Darstellung. Figure 1 schematically shows a refrigerant circuit according to an embodiment of the invention using a block diagram. Figure 2 shows a compressor as it can be used in embodiments of the invention, in perspective view.

Figur 3 zeigt den Kältemittelkreislauf aus Figur 1 in perspektivischer Darstellung aus Schrägdraufsicht. Figure 3 shows the refrigerant cycle from Figure 1 in a perspective view from an oblique top view.

Figur 4 zeigt den Kältemittelkreislauf aus Figur 1 in perspektivischer Darstellung von schräg unten. Figure 4 shows the refrigerant cycle from Figure 1 in a perspective view from a low angle.

Figur 5 zeigt einen Ausschnitt des Kältemittelkreislaufs aus Figur 1 in einer Schnittzeichnung. Figure 5 shows a section of the refrigerant circuit from Figure 1 in a sectional drawing.

Figur 6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Kältemittelkreislaufs aus Figur 5. Figure 6 shows an enlarged section of the refrigerant circuit from Figure 5.

Figur 7 zeigt schematisch eine Ausgestaltung einer in einem Kältemittelkreislauf einsetzbaren Wärmetauschereinheit in perspektivischer Explosionsdarstellung. Figure 7 schematically shows an exploded view of a heat exchanger unit that can be used in a refrigerant circuit.

Ausführungsform(en) der Erfindung embodiment(s) of the invention

In Figur 1 ist ein Kältemittelkreislauf gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in Form eines Blockdiagramms schematisch gezeigt und insgesamt mit 100 bezeichnet. In Figur 2 ist ein für den in Figur 1 dargestellten Kältemittelkreislauf 100 verwendbarer Kompressor in perspektivischer Darstellung gezeigt und insgesamt mit 150 bezeichnet. Die Figuren 3 und 4 zeigen jeweils perspektivische Darstellungen des in Fig. 1 dargestellten Kältemittelkreislaufs 100 von schräg oben (Fig. 3) bzw. schräg unten (Fig. 4). In Figur 5 und 6 ist ein Ausschnitt des in Figur 1 dargestellten Kältemittelkreislaufs in einer Schnittzeichnung dargestellt. Im Folgenden werden die Figuren gemeinsam beschrieben. Figure 1 schematically shows a refrigerant circuit according to an embodiment of the invention in the form of a block diagram, designated as 100. Figure 2 shows a perspective view of a compressor usable for the refrigerant circuit 100 shown in Figure 1, designated as 150. Figures 3 and 4 each show perspective views of the refrigerant circuit 100 shown in Figure 1 from a top oblique angle (Figure 3) and a bottom oblique angle (Figure 4), respectively. Figures 5 and 6 show a section of the refrigerant circuit shown in Figure 1 in a sectional drawing. The figures are described together below.

Der Kältemittelkreislauf 100 weist einen Kompressor 150 auf, der dazu eingerichtet ist, ein Kältemittel, insbesondere eines, das Propan (R290) enthält oder daraus besteht, von einem saugseitigen Niederdruckniveau, das beispielsweise aus einem Intervall zwischen 120 kPa und 1.000 kPa ausgewählt sein kann, auf ein druckseitiges Hochdruckniveau, das beispielsweise aus einem Intervall zwischen 1.400 - 3.600 kPa ausgewählt sein kann, zu verdichten. Das verdichtete Kältemittel verlässt in dem gezeigten Beispiel den Kompressor 150 über einen Ausgangsanschluss 156. The refrigerant circuit 100 has a compressor 150 which is configured to transfer a refrigerant, in particular one containing or consisting of propane (R290), from a suction-side low-pressure level, which may be selected, for example, from an interval between 120 kPa and 1,000 kPa, to a The compressor is designed to compress the refrigerant at a high pressure level on the pressure side, which can be selected, for example, from an interval between 1,400 and 3,600 kPa. In the example shown, the compressed refrigerant leaves the compressor 150 via an outlet port 156.

Der Kältemittelkreislauf 100 weist stromab des Kompressors 150 einen ersten Wärmetauscher 110 auf, in dem das durch den Kompressor 150 verdichtete Kältemittel gegen ein, insbesondere flüssiges, Temperiermedium, z.B. Wasser und/oder ein Thermoöl, abgekühlt und dabei zumindest teilweise kondensiert wird. Beispielsweise kann der erste Wärmetauscher 110 ein (direkt oder indirekt über einen Temperiermedienkreislauf) luftgekühlter Wärmetauscher sein, mittels dessen Wärme aus dem Kältemittel an eine umgebende Atmosphäre abgegeben wird. Im Falle eines Einsatzes des Kältemittelkreislaufs 100 in einem Fahrzeug kann der erste Wärmetauscher 110 Wärme beispielsweise an einen Temperiermedienkreislauf übertragen, der diese Wärme wiederum mittels eines in der Fahrzeugfront verbauten Luftkühlers an die das Fahrzeug umgebende Atmosphäre abgibt. Alternativ oder zusätzlich kann die von dem Kältemittel in dem ersten Wärmetauscher 110 abgegebene Wärme auch als Nutzwärme an eine oder mehrere weitere Komponenten (z.B. Fahrbatterie und/oder Kabine eines Fahrzeugs) übertragen werden, um diese zu beheizen. The refrigerant circuit 100 has a first heat exchanger 110 downstream of the compressor 150, in which the refrigerant compressed by the compressor 150 is cooled against a temperature control medium, in particular a liquid, e.g., water and/or a thermal oil, and thereby at least partially condensed. For example, the first heat exchanger 110 can be an air-cooled heat exchanger (directly or indirectly via a temperature control medium circuit), by means of which heat is transferred from the refrigerant to the surrounding atmosphere. If the refrigerant circuit 100 is used in a vehicle, the first heat exchanger 110 can, for example, transfer heat to a temperature control medium circuit, which in turn dissipates this heat to the atmosphere surrounding the vehicle by means of an air cooler installed in the front of the vehicle. Alternatively or additionally, the heat released by the refrigerant in the first heat exchanger 110 can also be transferred as usable heat to one or more other components (e.g., the traction battery and/or cabin of a vehicle) to heat them.

Stromab des ersten Wärmetauschers 110 wird das Kältemittel durch einen ersten Kältemittelverteiler 124 aufgenommen und weitergeleitet. Der erste Kältemittelverteiler 124 ist im vorliegenden Beispiel in ein Gehäuse 151 des Kompressors 150 integriert. Beispielsweise kann das Gehäuse 151 im Wesentlichen aus einem Gussteil, beispielsweise einem Aluminium- oder Gusseisen-Element, bestehen, in das der erste Kältemittelverteiler 124 in Form von Bohrungen und/oder anderweitig eingebrachten Hohlräumen eingeformt ist. In dem gezeigten Beispiel ist in dem ersten Kältemittelverteiler 124 ein Ventilsitz für ein erstes Expansionsventil 122 vorgesehen. Downstream of the first heat exchanger 110, the refrigerant is received and routed through a first refrigerant distributor 124. In this example, the first refrigerant distributor 124 is integrated into a housing 151 of the compressor 150. For example, the housing 151 can essentially consist of a casting, such as an aluminum or cast iron element, into which the first refrigerant distributor 124 is formed in the form of bores and/or other cavities. In the example shown, a valve seat for a first expansion valve 122 is provided in the first refrigerant distributor 124.

Ein optionaler zweiter Kältemittelverteiler 134 ist dazu eingerichtet, kondensiertes Kältemittel von dem ersten Kältemittelverteiler 124 aufzunehmen und an einen Kältemittelspeicher 300 weiterzuleiten. Der zweite Kältemittelverteiler 134 ist ferner dazu eingerichtet, Kältemittel aus dem Kältemittelspeicher 300 zu entnehmen und über ein zweites Expansionsventil 132, dessen Ventilsitz in dem hier gezeigten Beispiel in den zweiten Kältemittelverteiler 134 integriert ist, in einen dritten Wärmetauscher 130 weiterzuleiten. Dabei wird das Kältemittel durch das zweite Expansionsventil 132 von dem Hochdruckniveau auf ein Zwischendruckniveau, das zwischen dem Niederdruckniveau und dem Hochdruckniveau liegt, entspannt. In dem dritten Wärmetauscher 130 wird das durch das zweite Expansionsventil 132 entspannte Kältemittel gegen verdichtetes Kältemittel stromauf des ersten Expansionsventils 122 erwärmt und dabei zumindest teilweise verdampft. Zugleich wird das verdichtete Kältemittel stromauf des ersten Expansionsventils 122 unterkühlt (also weiter unter dessen Kondensationstemperatur bzw. Liquiduslinie abgekühlt). Das verdichtete Kältemittel stromauf des ersten Expansionsventils 122 wird hierbei ebenfalls durch den zweiten Kältemittelverteiler 134 aus dem Kältemittelspeicher 300 an den dritten Wärmetauscher 130 und von dem dritten Wärmetauscher 130 zu dem ersten Kältemittelverteiler 124 weitergeleitet. An optional second refrigerant distributor 134 is designed to receive condensed refrigerant from the first refrigerant distributor 124 and transfer it to a refrigerant storage tank 300. The second refrigerant distributor 134 is Furthermore, it is designed to extract refrigerant from the refrigerant storage tank 300 and, via a second expansion valve 132, whose valve seat is integrated into the second refrigerant distributor 134 in the example shown here, to a third heat exchanger 130. In doing so, the refrigerant is expanded by the second expansion valve 132 from the high-pressure level to an intermediate pressure level, which lies between the low-pressure and high-pressure levels. In the third heat exchanger 130, the refrigerant expanded by the second expansion valve 132 is heated against compressed refrigerant upstream of the first expansion valve 122 and is at least partially evaporated in the process. At the same time, the compressed refrigerant upstream of the first expansion valve 122 is supercooled (i.e., cooled further below its condensation temperature or liquidus line). The compressed refrigerant upstream of the first expansion valve 122 is also passed through the second refrigerant distributor 134 from the refrigerant storage tank 300 to the third heat exchanger 130 and from the third heat exchanger 130 to the first refrigerant distributor 124.

Anstelle des zweiten Kältemittelverteilers 134 kann nur der Kältemittelspeicher 300 zwischen dem ersten Wärmetauscher 110 und dem ersten Expansionsventil 122 vorhanden sein, wenn kein Dampfeinspritzverfahren vorgesehen ist (vgl. auch Figur 7). Instead of the second refrigerant distributor 134, only the refrigerant storage tank 300 can be present between the first heat exchanger 110 and the first expansion valve 122 if no vapor injection method is provided (see also Figure 7).

Wie in Figur 5 zu erkennen, ist in dieser Ausführungsform der dritte Wärmetauscher 130 als erste kältemittelführende Einheit mit dem zweiten Kältemittelverteiler 134 als zweite kältemittelführende Einheit mittels einer ersten Dichtung (Dichtungselement) 312 und einer zweiten Dichtung 212 gegen eine Umgebung des Kältemittelkreislaufs 100 abgedichtet. As can be seen in Figure 5, in this embodiment the third heat exchanger 130 as the first refrigerant-carrying unit is sealed with the second refrigerant distributor 134 as the second refrigerant-carrying unit by means of a first seal (sealing element) 312 and a second seal 212 against the environment of the refrigerant circuit 100.

Dabei weist der dritte Wärmetauscher 130 zwei erste Kältemittelschnittstellen 217, 317 auf, die dazu eingerichtet sind, Kältemittel in den dritten Wärmetauscher 130 hineinzuleiten oder aus dem dritten Wärmetauscher 130 herauszuleiten (insbesondere leitet eine hinein und die andere heraus). Der zweite Kältemittelverteiler 134 weist zwei zweite Kältemittelschnittstellen 218, 318 auf, die dazu eingerichtet sind, Kältemittel in den zweiten Kältemittelverteiler 134 hineinzuleiten oder aus dem zweiten Kältemittelverteiler 134 herauszuleiten (insbesondere leitet eine hinein und die andere heraus). The third heat exchanger 130 has two first refrigerant interfaces 217, 317, which are configured to direct refrigerant into or out of the third heat exchanger 130 (in particular, one directs refrigerant in and the other out). The second refrigerant distributor 134 has two second refrigerant interfaces 218, 318, which are configured to direct refrigerant into the second refrigerant distributor 134. or to direct from the second refrigerant distributor 134 (in particular, one directs in and the other out).

Je eine erste Kältemittelschnittstelle 217, 317 und eine zweite Kältemittelschnittstelle 218, 318 sind unter Ausbildung eines Kältemittelkanals 210, 310 und einer Dichtstelle 211 , 311 zum Abdichten des Kältemittelkanals verbunden. Dabei ist in einer ersten Dichtstelle 311 das Dichtungselement 312 bezogen auf eine Fließrichtung des Kältemittels axial zwischen zwei Dichtflächen 313, 314 angeordnet und in einer zweiten Dichtstelle 211 das Dichtungselement 212 bezogen auf eine Fließrichtung des Kältemittels radial zwischen zwei Dichtflächen 213, 214 angeordnet. Durch diese Anordnung ergeben sich günstigere Bauteilpassungen bzw. großzügigere akzeptable Toleranzen für die geometrisch fest vorgegebenen Abstände der Kältemittelschnittstellen. Each of the following is connected: a first refrigerant interface 217, 317 and a second refrigerant interface 218, 318, forming a refrigerant channel 210, 310 and a sealing point 211, 311 for sealing the refrigerant channel. In a first sealing point 311, the sealing element 312 is arranged axially between two sealing surfaces 313, 314 with respect to one direction of refrigerant flow, and in a second sealing point 211, the sealing element 212 is arranged radially between two sealing surfaces 213, 214 with respect to one direction of refrigerant flow. This arrangement results in more favorable component fits and/or more generous acceptable tolerances for the geometrically fixed distances of the refrigerant interfaces.

Vorzugsweise sind die erste Kältemittelschnittstelle 217, 317 und eine zweite Kältemittelschnittstelle 218, 318 zueinander beabstandet ausgebildet. Vorzugsweise sind die Kältemittelkanäle 210, 310 beanstandet zueinander ausgebildet. Vorzugsweise sind die Kältemittelkanäle 210, 310 voneinander separiert ausgebildet. Bei den sich ausbildenden Kältemittelkanälen 210, 310 handelt es sich um zwei einzelne, insbesondere voneinander beabstandete, Kanäle. Preferably, the first refrigerant interface 217, 317 and a second refrigerant interface 218, 318 are spaced apart from each other. Preferably, the refrigerant channels 210, 310 are spaced apart from each other. Preferably, the refrigerant channels 210, 310 are separated from each other. The resulting refrigerant channels 210, 310 are two separate channels, in particular spaced apart from each other.

Die Dichtflächen 313, 314 des zweiten Kältemittelverteilers 134 und des dritten Wärmetauschers 130 liegen demnach axial oben und unten an der ersten Dichtung 312 an, bezogen auf die Fließrichtung des Kältemittels. Die erste Dichtung 312 ist dabei ringförmig ausgeführt, insbesondere als O-Ring. Die zweite Dichtung 212 hingegen sitzt radial, bezogen auf die Fließrichtung des Kältemittels, zwischen den Dichtflächen 213, 214. Die Dichtflächen 213, 214 des zweiten Kältemittelverteilers 134 und des dritten Wärmetauschers 130 liegen demnach radial innen und außen an der zweiten Dichtung 212 an. Die zweite Dichtung 212 ist ebenfalls ringförmig ausgeführt, insbesondere als O-Ring. The sealing surfaces 313, 314 of the second refrigerant distributor 134 and the third heat exchanger 130 are thus axially in contact with the first seal 312 from above and below, relative to the refrigerant flow direction. The first seal 312 is annular, specifically an O-ring. The second seal 212, on the other hand, is radially positioned between the sealing surfaces 213, 214, relative to the refrigerant flow direction. The sealing surfaces 213, 214 of the second refrigerant distributor 134 and the third heat exchanger 130 are thus radially in contact with the second seal 212 from the inside and outside. The second seal 212 is also annular, specifically an O-ring.

Im gezeigten Beispiel ist die erste Dichtstelle 311 in einer Flanschverbindung gebildet, bei der ein Flansch 315 mit einem Flansch 316 verbunden ist, und das Dichtungselement 312 dazwischen angeordnet ist. Der Flansch 315 bildet eine erste Dichtfläche 313 der zwei Dichtflächen und der Flansch 316 bildet eine zweite Dichtfläche 314 der zwei Dichtflächen. Die zweite Dichtstelle 211 ist in einer Steckverbindung gebildet, bei der ein zylindrischer Rohrstutzen 215, der eine erste Dichtfläche 213 der zwei Dichtflächen bildet, in eine zylindrische Rohrmuffe 216, die eine zweite Dichtfläche 214 der zwei Dichtflächen bildet, eingesteckt ist. In the example shown, the first sealing point 311 is formed in a flanged connection where a flange 315 is connected to a flange 316, and the sealing element 312 is arranged between them. The flange 315 forms a The first sealing surface 313 of the two sealing surfaces and the flange 316 form a second sealing surface 314 of the two sealing surfaces. The second sealing point 211 is formed in a push-fit connection in which a cylindrical pipe stub 215, forming a first sealing surface 213 of the two sealing surfaces, is inserted into a cylindrical pipe socket 216, which forms a second sealing surface 214 of the two sealing surfaces.

Mittels des ersten Expansionsventils 122 wird das kondensierte (und ggf. unterkühlte) Kältemittel in einen zweiten Wärmetauscher 120 entspannt. In dem zweiten Wärmetauscher 120 wird das entspannte Kältemittel gegen ein (weiteres), insbesondere flüssiges Temperiermedium, beispielsweise Wasser oder ein Thermoöl, erwärmt und dabei zumindest teilweise verdampft. The first expansion valve 122 expands the condensed (and possibly supercooled) refrigerant into a second heat exchanger 120. In the second heat exchanger 120, the expanded refrigerant is heated against another, preferably liquid, temperature control medium, such as water or thermal oil, and is at least partially evaporated in the process.

Insbesondere kann der zweite Wärmetauscher 120 (direkt oder indirekt) Wärme aus einer funktionalen Fahrzeugkomponente, z.B. einer Hochvoltbatterie (im Falle eines Elektrofahrzeugs) und/oder einer Antriebseinheit, und/oder aus einem Innenraum des Fahrzeugs (z.B. Fahrerkabine) auf den Kältemittelkreislauf 100 übertragen. In particular, the second heat exchanger 120 can (directly or indirectly) transfer heat from a functional vehicle component, e.g. a high-voltage battery (in the case of an electric vehicle) and/or a drive unit, and/or from an interior of the vehicle (e.g. driver's cabin) to the refrigerant circuit 100.

Stromab des zweiten Wärmetauschers 120 wird das Kältemittel, insbesondere mittels des ersten Kältemittelverteilers 124, saugseitig zu dem Kompressor 150 zurückgeführt (z.B. in einen ersten Eingangsanschluss 152). Downstream of the second heat exchanger 120, the refrigerant is returned to the compressor 150 on the suction side, in particular by means of the first refrigerant distributor 124 (e.g. to a first inlet connection 152).

Der Betrieb des dritten Wärmetauschers 130 und/oder des zweiten Expansionsventils 132 kann mittels eines Sensors 170, beispielsweise eines Temperatur- und/oder Drucksensors (hier kaltseitig stromab des dritten Wärmetauschers 130), überwacht werden. Ein weiterer Sensor 180, der ebenfalls als Temperatur- und/oder Drucksensor ausgestaltet sein kann, ist zur Überwachung des Betriebs des Kompressors 150 bzw. des gesamten Kältemittelkreislaufs 100 vorgesehen. The operation of the third heat exchanger 130 and/or the second expansion valve 132 can be monitored by means of a sensor 170, for example a temperature and/or pressure sensor (here on the cold side downstream of the third heat exchanger 130). A further sensor 180, which can also be configured as a temperature and/or pressure sensor, is provided for monitoring the operation of the compressor 150 or the entire refrigerant circuit 100.

Kaltseitig aus dem dritten Wärmetauscher 130 ausströmendes Kältemittel wird durch den zweiten Kältemittelverteiler 134 aufgenommen und an den Kompressor 150 weitergeleitet. In dem hier gezeigten Beispiel ist die Anbindung des zweiten Kältemittelverteilers 134 an den Kompressor 150 mittels einer Rohr- und/oder Schlauchleitung 138 realisiert, die in einen zweiten Eingangsanschluss 154 (in dem gezeigten Beispiel nahe des druckseitigen Ausgangsanschlusses 156) in das Gehäuse 151 des Kompressors 150 mündet. Refrigerant flowing out of the third heat exchanger 130 on the cold side is received by the second refrigerant distributor 134 and forwarded to the compressor 150. In the example shown here, the connection of the second refrigerant distributor 134 to the compressor 150 is realized by means of a pipe and/or hose 138, which leads into a second inlet connection 154 (in as shown in the example, near the pressure-side outlet connection 156) into the housing 151 of the compressor 150.

In Figur 7 ist schematisch eine Ausgestaltung einer in einem Kältemittelkreislauf einsetzbaren Wärmetauschereinheit 10 in perspektivischer Explosionsdarstellung dargestellt. Eine solche Wärmetauschereinheit 10 ist eine bauliche Anordnung aus mehreren Komponenten, die insgesamt mittels zwei ersten Kältemittelschnittstellen 101 , 102 mit zwei zugehörigen zweiten Kältemittelschnittstellen des Kompressors 150 verbunden werden können, um Dichtstellen auszubilden, wie oben beschrieben. Auch hier ist wiederum eine Dichtstelle in einer Flanschverbindung und eine Dichtstelle in einer Steckverbindung angeordnet, wobei die Kältemittelschnittstelle 101 zur Flanschverbindung und die Kältemittelschnittstellen 102 zur Steckverbindung gehört. Die obige Beschreibung gilt daher entsprechend und soll nicht noch einmal wiederholt werden. Figure 7 schematically shows an exploded view of a heat exchanger unit 10 that can be used in a refrigerant circuit. Such a heat exchanger unit 10 is a structural arrangement of several components that can be connected to two corresponding second refrigerant interfaces of the compressor 150 via two first refrigerant interfaces 101 and 102 to form sealing points, as described above. Here again, one sealing point is located in a flanged connection and the other in a push-fit connection, with refrigerant interface 101 belonging to the flanged connection and refrigerant interface 102 to the push-fit connection. The above description therefore applies accordingly and will not be repeated.

Die zwei ersten Kältemittelschnittstellen 101 , 102 sind dazu eingerichtet, Kältemittel in die Wärmetauschereinheit 10 hineinzuleiten oder aus der Wärmetauschereinheit 10 herauszuleiten (insbesondere leitet eine hinein und die andere heraus). Die Wärmetauschereinheit 10 weist in dem dargestellten Beispiel einen Eingangsanschluss als erste Kältemittelschnittstelle 101 , einen ersten Wärmetauscher 110, einen zweiten Wärmetauscher 120 und einen ersten Kältemittelverteiler 124. In den ersten Kältemittelverteiler 124 ist ein Ausgangsanschluss als erste Kältemittelschnittstelle 102 monolithisch integriert. Stromab des Eingangsanschlusses 101 ist ein Eingang 112 des ersten Wärmetauschers 110 angeordnet. The first two refrigerant interfaces 101 and 102 are configured to direct refrigerant into or out of the heat exchanger unit 10 (in particular, one directs refrigerant in and the other out). In the illustrated example, the heat exchanger unit 10 has an inlet connection as the first refrigerant interface 101, a first heat exchanger 110, a second heat exchanger 120, and a first refrigerant distributor 124. An outlet connection as the first refrigerant interface 102 is monolithically integrated into the first refrigerant distributor 124. An inlet 112 of the first heat exchanger 110 is located downstream of the inlet connection 101.

Ein Ausgang 114 des ersten Wärmetauschers 110 ist mit dem Kältemittelverteiler 124 verbunden, der in dem hier gezeigten Beispiel einen Kältemittelspeicher 300 für zumindest teilweise kondensiertes Kältemittel umfasst. In den Kältemittelspeicher ist ein Filter und/oder Trockner 140 eingebaut, der dazu eingerichtet ist, Verunreinigungen, insbesondere Wasser, aus dem Kältemittel zu entfernen. An outlet 114 of the first heat exchanger 110 is connected to the refrigerant distributor 124, which in the example shown here includes a refrigerant storage tank 300 for at least partially condensed refrigerant. A filter and/or dryer 140 is installed in the refrigerant storage tank, which is designed to remove impurities, especially water, from the refrigerant.

In dem hier gezeigten Beispiel ist der Kältemittelverteiler 124 als monolithisches Bauteil ausgeführt, beispielsweise als Metall block mit funktionellen Bohrungen. In dem gezeigten Beispiel ist der Kältemittelspeicher als (im Einbauzustand) senkrecht stehende Bohrung von unten in den Materialblock eingebracht, in die seitlich eine Eingangsbohrung zur Verbindung des Ausgangs 114 des ersten Wärmetauschers 110 mit dem Kältemittelspeicher mündet. Nach dem Einbau des Fil- ters/Trockners 140 wird bei der Montage des Kältemittelverteilers 124 das untere Ende der Bohrung abgedichtet, beispielsweise durch Einschweißen eines Stopfens. Das obere Ende der den Kältemittelspeicher bildenden Bohrung kann beispielsweise mittels eines Servicestutzens 160, der zum Befüllen des Kältemittelkreislaufs 100 mit Kältemittel und/oder zum Austausch des Kältemittels bzw. zum Einstellen einer passenden Kältemittelmenge verwendet werden kann, verschlossen sein. Am unteren Ende des Kältemittelspeichers 300 (d.h. unterhalb des Fil- ters/Trockners 140) geht in dem hier gezeigten Beispiel seitlich eine Ausgangsbohrung ab, die gleichzeitig als Ventilsitz für ein erstes Expansionsventil 122 dient. In the example shown here, the refrigerant distributor 124 is designed as a monolithic component, for example as a metal block with functional bores. In the example shown, the refrigerant storage unit is inserted into the material block from below as a vertically oriented bore (in the installed state). An inlet bore opens laterally into this bore, connecting the outlet 114 of the first heat exchanger 110 to the refrigerant storage unit. After the filter/dryer 140 is installed, the lower end of the bore is sealed during the assembly of the refrigerant distributor 124, for example, by welding in a plug. The upper end of the bore forming the refrigerant storage unit can be closed, for example, by means of a service port 160, which can be used to fill the refrigerant circuit 100 with refrigerant and/or to replace the refrigerant or to adjust the appropriate refrigerant quantity. In the example shown here, an outlet bore extends laterally from the lower end of the refrigerant storage unit 300 (i.e., below the filter/dryer 140). This outlet bore also serves as a valve seat for a first expansion valve 122.

Das verdichtete und teilweise kondensierte Kältemittel wird aus dem Kältemittelverteiler 124 über das Expansionsventil 122, das insbesondere ein, beispielsweise elektrisch oder elektronisch, steuerbares Expansionsventil sein kann, einem Eingang 123 des zweiten Wärmetauschers 120 zugeführt. Dazu ist in dem hier gezeigten Beispiel in dem Kältemittelverteiler 124 eine weitere Bohrung als Ausgang des Ventilsitzes vorgesehen. Aus einem Ausgang 125 des zweiten Wärmetauschers 120 wird das erwärmte Kältemittel zurück in den Kältemittelver- teiler 124 und in den Ausgangsanschluss 102 geleitet. Die Verbindung zwischen dem Ausgang 125 des zweiten Wärmetauschers 120 und dem Ausgangsanschluss 102 der Wärmetauschereinheit 10 ist in dem hier gezeigten Beispiel als Durchgangsbohrung durch den Kältemittelverteiler 124 realisiert, die keine Verbindung zu den bereits beschriebenen Bohrungen aufweist, die den Kältemittelspeicher und den Ventilsitz bilden. In den Pfad zwischen Ausgang 125 des zweiten Wärmetauschers 120 und Ausgangsanschluss 102 (also in die Durchgangsbohrung) ist in dem hier gezeigten Beispiel ein Sensor 180 zur Ermittlung zumindest einer physikalischen Zustandsgröße, insbesondere Druck und/oder Temperatur, des Kältemittels geschaltet. Dazu ist eine Stichbohrung in die Durchgangsbohrung vorgesehen, die als Anschlussstutzen für den Sensor 180 dient. Der Eingangsanschluss 101 , der erste Wärmetauscher 110, der zweite Wärmetauscher 120 und der Kältemittelverteiler 124 sind in dem hier gezeigten Beispiel jeweils stoffschlüssig mit einem Träger 165 verbunden, beispielsweise durch eine Vakuum-Hartlötverbindung. Dadurch ergibt sich eine mechanisch fixierte geometrische Anordnung von Eingangsanschluss 101 und Ausgangsanschluss 102 relativ zueinander. Insbesondere sind somit die zwei ersten Kältemittelschnittstellen in einer festen geometrischen Beziehung zueinander angeordnet, d.h. sie weisen einen konstruktiv vorgegebenen ersten Abstand voneinander auf. In entsprechender Weise die zwei zweiten Kältemittelschnittstellen am Kompressor 150 ebenfalls in einer festen geometrischen Beziehung zueinander angeordnet, d.h. sie weisen einen konstruktiv vorgegebenen zweiten Abstand voneinander auf. Der erste und der zweite Abstand sind im Rahmen zulässiger Herstellungstoleranzen gleich. The compressed and partially condensed refrigerant is fed from the refrigerant distributor 124 via the expansion valve 122, which can be, for example, electrically or electronically controlled, to an inlet 123 of the second heat exchanger 120. In the example shown here, a further bore is provided in the refrigerant distributor 124 as the outlet of the valve seat. From an outlet 125 of the second heat exchanger 120, the heated refrigerant is returned to the refrigerant distributor 124 and to the outlet port 102. The connection between the outlet 125 of the second heat exchanger 120 and the outlet port 102 of the heat exchanger unit 10 is implemented in this example as a through-hole through the refrigerant distributor 124, which has no connection to the bores already described that form the refrigerant reservoir and the valve seat. In the example shown here, a sensor 180 is connected in the path between outlet 125 of the second heat exchanger 120 and outlet port 102 (i.e., in the through-hole) to determine at least one physical state variable, in particular pressure and/or temperature, of the refrigerant. For this purpose, a pilot hole is provided in the through-hole, which serves as a connection point for the sensor 180. In the example shown here, the inlet port 101, the first heat exchanger 110, the second heat exchanger 120, and the refrigerant distributor 124 are each bonded to a support 165, for example, by a vacuum brazing connection. This results in a mechanically fixed geometric arrangement of the inlet port 101 and the outlet port 102 relative to each other. In particular, the two first refrigerant interfaces are thus arranged in a fixed geometric relationship to each other, i.e., they have a design-defined first distance from each other. Similarly, the two second refrigerant interfaces on the compressor 150 are also arranged in a fixed geometric relationship to each other, i.e., they have a design-defined second distance from each other. The first and second distances are equal within permissible manufacturing tolerances.

Der Träger besteht in dem hier gezeigten Beispiel aus einem im Wesentlichen plattenförmigen Element, beispielsweise einem Blech, bzw. weist er ein solches Element auf. In the example shown here, the support consists of, or has such an element, an essentially plate-shaped element, for example a sheet of metal.

Der Kältemittelkreislauf 100 kann, wie bereits erwähnt, beispielsweise in einem Fahrzeug dazu verwendet werden, zu temperierende Komponenten (z.B. eine Fahrbatterie eines Elektrofahrzeugs, eine Antriebseinheit, eine Kabine des Fahrzeugs oder dergleichen) zu beheizen und/oder zu kühlen. Zu diesem Zweck können zu temperierende Komponenten thermisch mit dem ersten Wärmetauscher 110 und/oder dem zweiten Wärmetauscher 120 verbunden werden. Insbesondere kann dies über sekundäre Temperiermedienkreisläufe (z.B. mit Wasser und/oder einem Thermoöl also Temperiermedium bzw. Wärmetransportmittel) erfolgen. Dabei kann dem ersten Wärmetauscher insbesondere Nutzwärme entnommen werden (d.h. eine zu temperierende Komponente beheizt werden), und/oder dem zweiten Wärmetauscher Nutzwärme zugeführt werden (d.h. eine zu temperierende Komponente gekühlt werden). As already mentioned, the refrigerant circuit 100 can be used, for example, in a vehicle to heat and/or cool components requiring temperature control (e.g., a traction battery of an electric vehicle, a drive unit, the vehicle cabin, or the like). For this purpose, components requiring temperature control can be thermally connected to the first heat exchanger 110 and/or the second heat exchanger 120. This can be achieved, in particular, via secondary temperature control media circuits (e.g., with water and/or a thermal oil, i.e., the temperature control medium or heat transfer medium). In this process, useful heat can be extracted from the first heat exchanger (i.e., a component requiring temperature control can be heated), and/or useful heat can be supplied to the second heat exchanger (i.e., a component requiring temperature control can be cooled).

Es versteht sich, dass hier beschriebene Merkmale nicht zwangsläufig in ihrer konkret beschriebenen Kombination vorliegen müssen. Vielmehr können auch andere Kombinationen von Merkmalen und ggf. auch einzelne Merkmale in Alleinstellung vorteilhaft verwendet werden. Die hier beschriebene Ausgestaltung der Erfindung ist daher nicht dahingehend zu verstehen, dass sie den Schutzbereich, der in den Ansprüchen definiert ist, beschränken soll. It goes without saying that the characteristics described here do not necessarily have to be present in the specific combination described. Rather, other combinations of characteristics and possibly even individual characteristics are also possible. The unique selling proposition can be used to advantage. The embodiment of the invention described here is therefore not to be understood as limiting the scope of protection defined in the claims.

Die Erfindung stellt eine toleranzunempfindliche Fluid-Kreislauf-Verbindung zwischen zwei kältemittelführenden Einheiten bereit, gemäß den Figuren 5 und 6 zwischen einem Kältemittelverteiler und einem Wärmetauscher, und gemäß Figur 7 zwischen einem Kompressor und einer Wärmetauschereinheit. Im Unterschied zu herkömmlichen Verbindungen mit zwei Anschlussstutzen mit Radial- Dichtungselementen, insbesondere O-Ringen, ist bei der vorgeschlagenen Lösung diese Verbindung nicht mehr überbestimmt. So werden Beschädigungen der Dichtungselemente in Folge von unterschiedlichen Toleranzlagen der Einzelmaße vermieden. Gerade bei Kältemittelkreisläufen, welche das Gas Propan (R290) als Kältemittel verwenden, ist es wegen der Entflammbarkeit dieses Gases wichtig, Leckagen zu vermeiden. The invention provides a tolerance-insensitive fluid circuit connection between two refrigerant-carrying units, as shown in Figures 5 and 6 between a refrigerant distributor and a heat exchanger, and as shown in Figure 7 between a compressor and a heat exchanger unit. Unlike conventional connections with two connection ports and radial sealing elements, particularly O-rings, the proposed solution eliminates over-constraints in this connection. This prevents damage to the sealing elements due to differing tolerances of the individual dimensions. Especially in refrigerant circuits using propane (R290) as the refrigerant, it is crucial to prevent leaks due to the flammability of this gas.

Bei dem Kältemittel kann es sich insbesondere um Propan (R290), CO2 (R744), R-1234yf oder ein Kältemittel-Blend, welches vorzugsweise Propan umfasst, handeln. Vorzugsweise handelt es sich um ein propanhaltiges Kältemittel, welches beispielsweise zu mindestens 90%, 95%, 98%, oder 99% aus Propan besteht. The refrigerant can be, in particular, propane (R290), CO2 (R744), R-1234yf, or a refrigerant blend, preferably comprising propane. Preferably, it is a propane-containing refrigerant consisting, for example, of at least 90%, 95%, 98%, or 99% propane. The refrigerant can be, in particular, propane (R290), CO2 (R744), R-1234yf, or a refrigerant blend, preferably comprising propane.

Claims

Ansprüche Claims 1 . Kältemittelkreislauf (100) aufweisend eine erste kältemittelführende Einheit (134; 10), die zwei erste Kältemittelschnittstellen (217, 317; 101 , 102) aufweist, die dazu eingerichtet sind, Kältemittel in die erste Einheit hineinzuleiten oder aus der ersten Einheit herauszuleiten, eine zweite kältemittelführende Einheit (130; 150), die zwei zweite Kältemittelschnittstellen (218, 318) aufweist, die dazu eingerichtet sind, Kältemittel in die zweite Einheit hineinzuleiten oder aus der zweiten Einheit herauszuleiten, wobei je eine erste (217, 317) und eine zweite (218, 318) Kältemittelschnittstelle unter Ausbildung eines Kältemittelkanals (210, 310) und einer Dichtstelle (211 , 311) zum Abdichten des Kältemittelkanals verbunden sind, wobei in einer ersten Dichtstelle (311) ein Dichtungselement (312) bezogen auf eine Fließrichtung des Kältemittels axial zwischen zwei Dichtflächen (313, 314) angeordnet ist und wobei in einer zweiten Dichtstelle (211) ein Dichtungselement (212) bezogen auf eine Fließrichtung des Kältemittels radial zwischen zwei Dichtflächen (213, 214) angeordnet ist. 1. a refrigerant circuit (100) comprising a first refrigerant-carrying unit (134; 10) having two first refrigerant interfaces (217, 317; 101, 102) configured to direct refrigerant into or out of the first unit, a second refrigerant-carrying unit (130; 150) having two second refrigerant interfaces (218, 318) configured to direct refrigerant into or out of the second unit, wherein each first (217, 317) and second (218, 318) refrigerant interface is connected to form a refrigerant channel (210, 310) and a sealing point (211, 311) for sealing the refrigerant channel, wherein in a first sealing point (311) a sealing element (312) is axially connected with respect to a flow direction of the refrigerant is arranged between two sealing surfaces (313, 314) and wherein in a second sealing point (211) a sealing element (212) is arranged radially between two sealing surfaces (213, 214) with respect to a flow direction of the refrigerant. 2. Kältemittelkreislauf (100) nach Anspruch 1 , wobei die erste Dichtstelle (311) in einer Flanschverbindung gebildet ist, bei der ein eine erste (313) der zwei Dichtflächen bildender Flansch (315) mit einem eine zweite (314) der zwei Dichtflächen bildenden Flansch (316) verbunden ist. 2. Refrigerant circuit (100) according to claim 1, wherein the first sealing point (311) is formed in a flange connection in which a flange (315) forming a first (313) of the two sealing surfaces is connected to a flange (316) forming a second (314) of the two sealing surfaces. 3. Kältemittelkreislauf (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Dichtstelle (211) in einer Steckverbindung gebildet ist, bei der ein eine erste (213) der zwei Dichtflächen bildender zylindrischer Rohrstutzen (215) in eine eine zweite (214) der zwei Dichtflächen bildende zylindrische Rohrmuffe (216) eingesteckt ist. 3. Refrigerant circuit (100) according to one of the preceding claims, wherein the second sealing point (211) is formed in a plug connection, in which a cylindrical pipe stub (215) forming a first (213) of the two sealing surfaces is inserted into a second (214) of the two sealing surfaces. cylindrical pipe socket (216) is inserted. 4. Kältemittelkreislauf (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste kältemittelführende Einheit und/oder die zweite kältemittelführende Einheit ausgewählt sind aus der Gruppe, die folgende Komponenten umfasst: 4. Refrigerant circuit (100) according to any one of the preceding claims, wherein the first refrigerant-carrying unit and/or the second refrigerant-carrying unit are selected from the group comprising the following components: - einen Kompressor (150) zum Verdichten eines, insbesondere gasförmigen, Kältemittels, das insbesondere Propan enthält, von einem saugseitigen Niederdruckniveau auf ein druckseitiges Hochdruckniveau, - a compressor (150) for compressing a refrigerant, in particular gaseous, which in particular contains propane, from a suction-side low-pressure level to a discharge-side high-pressure level, - einen ersten Kältemittelverteiler (124), der dazu eingerichtet ist, durch den Kompressor (150) verdichtetes Kältemittel aufzunehmen und weiterzuleiten,- a first refrigerant distributor (124) designed to receive and convey refrigerant compressed by the compressor (150), - einen ersten Wärmetauscher (110) zum Übertragen von Wärme zwischen dem Kältemittel und einem, insbesondere flüssigen, Temperiermedium,- a first heat exchanger (110) for transferring heat between the refrigerant and a temperature control medium, in particular a liquid, - einen zweiten Wärmetauscher (120) zum Übertragen von Wärme zwischen einem, insbesondere flüssigen, Temperiermedium, und dem Kältemittel,- a second heat exchanger (120) for transferring heat between a temperature control medium, in particular a liquid, and the refrigerant, - ein erstes Expansionsventil (122) zum Entspannen von durch den Kompressor (150) verdichtetem Kältemittel, - a first expansion valve (122) for expanding refrigerant compressed by the compressor (150), - einen dritten Wärmetauscher (130) zum Übertragen von Wärme zwischen entspanntem und verdichtetem Kältemittel, - a third heat exchanger (130) for transferring heat between expanded and compressed refrigerant, - einem zweiten Kältemittelverteiler (134), der dazu eingerichtet ist, kondensiertes Kältemittel aufzunehmen und weiterzuleiten, - a second refrigerant distributor (134) designed to receive and transfer condensed refrigerant, - ein zweites Expansionsventil (132) zum Entspannen von durch den zweiten Kältemittelverteiler (134) weitergeleitetem kondensiertem Kältemittel,- a second expansion valve (132) for the expansion of condensed refrigerant passed through the second refrigerant distributor (134), - eine bauliche Anordnung mehrerer der Komponenten. - a structural arrangement of several of the components. 5. Kältemittelkreislauf (100) nach Anspruch 4, wobei die erste (217, 317) und/oder zweite (218, 318) Kältemittelschnittstelle ausgewählt ist aus der Gruppe, die umfasst: eine Zuleitung zu dem Kompressor (150), eine Ableitung von dem Kompressor (150), eine warmseitige Zuleitung zu dem ersten Wärmetauscher (110), eine warmseitige Ableitung von dem ersten Wärmetauscher (110), eine kaltseitige Zuleitung zu dem zweiten Wärmetauscher (120), eine kaltseitige Ableitung von dem zweiten Wärmetauscher (120), eine warmseitige Zuleitung zu dem dritten Wärmetauscher (130), eine warmseitige Ableitung von dem dritten Wärmetauscher (130), eine kaltseitige Zuleitung zu dem dritten Wärmetauscher (130), eine kaltseitige Ableitung von dem dritten Wärmetauscher (130). 5. Refrigerant circuit (100) according to claim 4, wherein the first (217, 317) and/or second (218, 318) refrigerant interface is selected from the group comprising: a supply line to the compressor (150), a discharge from the compressor (150), a hot-side supply line to the first heat exchanger (110), a hot-side discharge from the first heat exchanger (110), a cold-side supply line to the second heat exchanger (120), a cold-side discharge from the second heat exchanger (120), a hot-side inlet to the third heat exchanger (130), a hot-side outlet from the third heat exchanger (130), a cold-side inlet to the third heat exchanger (130), a cold-side outlet from the third heat exchanger (130). 6. Kältemittelkreislauf (100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der erste Kältemittelverteiler (124) in das Gehäuse (151) des Kompressors (150) integriert ist. 6. Refrigerant circuit (100) according to claim 4 or 5, wherein the first refrigerant distributor (124) is integrated into the housing (151) of the compressor (150). 7. Kältemittelkreislauf (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der zweite Kältemittelverteiler (134) von dem Gehäuse (151) des Kompressors (150) separat bereitgestellt ist, wobei der zumindest eine zweite Wärmetauscher (120) stromab des ersten Expansionsventils (122) angeordnet ist, wobei der dritte Wärmetauscher (130) kaltseitig stromab des zweiten Expansionsventils (132) und warmseitig stromauf des ersten Expansionsventils (122) angeordnet ist, und wobei der dritte Wärmetauscher (130) kaltseitig stromauf des Kompressors (150) angeordnet ist. 7. Refrigerant circuit (100) according to one of claims 4 to 6, wherein the second refrigerant distributor (134) is provided separately from the housing (151) of the compressor (150), wherein the at least one second heat exchanger (120) is arranged downstream of the first expansion valve (122), wherein the third heat exchanger (130) is arranged on the cold side downstream of the second expansion valve (132) and on the hot side upstream of the first expansion valve (122), and wherein the third heat exchanger (130) is arranged on the cold side upstream of the compressor (150). 8. Kältemittelkreislauf (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der zweite Kältemittelverteiler (134) dazu eingerichtet ist, den dritten Wärmetauscher (130) kaltseitig verlassendes Kältemittel an den Kompressor (150) weiterzuleiten. 8. Refrigerant circuit (100) according to one of claims 4 to 7, wherein the second refrigerant distributor (134) is configured to transfer refrigerant leaving the cold side of the third heat exchanger (130) to the compressor (150). 9. Kältemittelkreislauf (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der Kompressor (150) saugseitig einen ersten Eingangsanschluss (152) für kaltseitig aus dem zumindest einen zweiten Wärmetauscher (120) ausströmendes entspanntes Kältemittel, und einen von dem ersten Eingangsanschluss (152) separaten zweiten Eingangsanschluss (154) für den dritten Wärmetauscher (130) kaltseitig verlassendes entspanntes Kältemittel aufweist. 9. Refrigerant circuit (100) according to one of claims 4 to 8, wherein the compressor (150) has on the suction side a first inlet port (152) for expanded refrigerant flowing out on the cold side from at least one second heat exchanger (120), and a second inlet port (154) separate from the first inlet port (152) for expanded refrigerant leaving on the cold side of the third heat exchanger (130). 10. Kältemittelkreislauf (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der zweite Eingangsanschluss (154) zwischen dem ersten Eingangsanschluss (152) und einem druckseitigen Ausgangsanschluss (156) des Kompressors (150) angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, das den dritten Wärmetauscher (130) verlassende Kältemittel auf einem Zwischendruckniveau, das zwischen dem Niederdruckniveau und dem Hochdruckniveau liegt, in den Kompressor (150) einzuspeisen. 10. Refrigerant circuit (100) according to one of claims 4 to 9, wherein the second inlet port (154) is arranged between the first inlet port (152) and a pressure-side outlet port (156) of the compressor (150) and is configured to feed the refrigerant leaving the third heat exchanger (130) into the compressor (150) at an intermediate pressure level that lies between the low-pressure level and the high-pressure level. 11 . Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche und zumindest einer zu temperierenden Komponente, die thermisch mit dem zumindest einen ersten Wärmetauscher (110) und/oder zweiten Wärmetauscher (120) verbunden ist. 11. Vehicle with a refrigerant circuit (100) according to one of the preceding claims and at least one component to be temperature-controlled, which is thermally connected to the at least one first heat exchanger (110) and/or second heat exchanger (120). Vehicle with a refrigerant circuit (100) according to one of the preceding claims and at least one component to be temperature-controlled, which is thermally connected to the at least one first heat exchanger (110) and/or second heat exchanger (120). ...
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