DE102011051285A1 - Verfahren und Einrichtung zur Vereisungsvermeidungsregelung für Verdampfer einer Wärmepumpe von Klimaanlagen in Fahrzeugen - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Vereisungsvermeidungsregelung für Verdampfer einer Wärmepumpe von Klimaanlagen in Fahrzeugen, wobei ein Beheizen des Innenraumes des Fahrzeuges mit Hilfe einer einen Verdampfer aufweisenden Wärmepumpe, die als Quelle zur Verdampfung des flüssigen Kältemittels Umgebungsluft nutzt, durchgeführt wird, und die Wärmepumpe neben dem Verdampfer zumindest einen Verdichter, einen Verflüssiger und ein Expansionsventil, das mit dem Verdampfer verbunden ist, aufweist, die in der genannten Reihenfolge durch eine einen Kältemittelkreislauf unterstützende Kältemittelleitung miteinander verbunden sind,
- Der Einsatz von Wärmepumpen mit Umgebungsluft als Quelle zur Beheizung des Fahrgastinnenraums wurde von mehreren Instituten, Fahrzeugherstellern und Zulieferern untersucht. Veröffentlichte Ergebnisse zweigen, dass im Stand der Technik die Luftwärmepumpe bei Umgebungstemperaturen unter 0°C auf Grund der möglichen Vereisung des Verdampfers nicht oder nur für kurze Zeit betrieben werden können. Falls eine Vereisung des Verdampfers auftritt, wird der Kältekreislauf im AC-Betrieb umgeschaltet und der vereiste Verdampfer, der dann als Kondensator betrieben wird, aktiv abgetaut.
- Ein Problem besteht darin, dass während der Phase des aktiven Abtauens nicht nur die Wärmepumpenfunktion nicht zur Verfügung steht, die Zuluft für den Innenraum wird über den Verdampfer in der Klimaanlage zusätzlich gekühlt. Hierdurch wird das Defizit in der Aufheizleistung zusätzlich verstärkt.
- Dieser Nachteil kann nur abgemildert werden durch eine Erhöhung der Komplexität der Kältemittelkreislaufverschaltung.
- Ein weiteres Problem besteht darin, dass in der Phase des vereisten AC-Kondensators vor dem Motorkühler der Luftstrom und damit die Motorkühlung nur unzureichend gewährleistet sind.
- Die Vereisung eines Verdampfers ist ein physikalischer Vorgang, der wesentlich von folgenden Faktoren beeinflusst wird:
- – Taupunkt der den Verdampfer überströmenden Luft,
- – Oberflächentemperatur des Verdampfers und
- – Strömungsgeschwindigkeit der über den Verdampfer geleiteten Luft.
- Bei der Abkühlung von feuchter Luft wird entweder Luftfeuchtigkeit auskondensieren, die bei Temperaturen unter 0°C Eiskristalle ausbildet, die zu einer Eisschicht zusammenwachsen. Auch kann Luftfeuchtigkeit desublimieren und eine Reifschicht bilden. Wenn der Verdampfer weiter bei diesen Bedingungen betrieben wird, wird die Eis-/Reifschicht wachsen und den luftseitigen Strömungsquerschnitt des Verdampfers verringern. Gleichzeitig wird der Wärmeübertragungswiderstand zwischen Luft und Verdampferoberfläche vergrößert. Bei gleicher Leistung des Lüfters/Gebläses führt dies auf Grund der höheren Druckverluste zu einer verringerten Strömungsgeschwindigkeit der über den Verdampfer geleiteten Luft, die die Reifbildung begünstigt. Der Verdampfer wird schließlich mit Reif/Eis zuwachsen.
- Ein Problem besteht darin, dass es zusätzlichen Aufwand an Wärmeenergie braucht, um den Verdampfer abzutauen.
- Ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe bei niedrigen Umgebungslufttemperaturen für einen Heizkreis ist in der Druckschrift
WO 2009/094691 A1 1 dargestellte Wärmepumpe1 einen Verdampfer2 , einen Verdichter3 , einen Verflüssiger4 , ein Expansionsventil5 , das sich zwischen dem Austritt des Verflüssigers4 und dem Eintritt des Verdampfers2 befindet, umfasst. Die Verbindungen zwischen dem Verdampfer2 , dem Verdichter3 , dem Verflüssiger4 , dem Expansionsventil5 und wiederum dem Verdampfer2 sind durch Leitungen6 für den Kältemittelfluss vorgesehen. Die Kältemittelflüssigkeit nimmt im Verdampfer2 die Wärme aus der Umgebungsluft10 auf und verdampft zum Kältemittelgas. Der Verdichter3 verdichtet das Kältemittelgas mit mechanischer Energie und erhöht dadurch seine Temperatur. Im Verflüssiger4 übergibt das Kältemittelgas seine Wärme dem Heizkreis14 , das Kältemittelgas kondensiert und wird wieder Kältemittelflüssigkeit. - Im Expansionsventil
5 wird der Druck der Kältemittelflüssigkeit durch Öffnen des Ventils5 abgebaut und die Kältemittelflüssigkeit gerät wieder in den Verdampfer2 , in dem durch Aufnahme aus der Wärme der Umgebungsluft10 wieder Kältemittelgas entsteht und so die Kreislauffunktion wieder durchlaufen wird. - Dem Verdampfer
2 ist ein Lüfter7 zugeordnet, der mit einer Steuereinheit8 in Verbindung steht, die selbst mit dem Verdichter3 und einem Temperatursensor9 in signaltechnischer Verbindung steht. Die Wärmepumpe1 weist einen regelmäßig oder vorübergehend von der Steuereinheit8 unterbrechbaren Kältemittelfluss durch den Verdampfer2 auf. Bei normalem Betrieb saugt der Lüfter7 Umgebungsluft10 über eine Seite12 des Verdampfers2 an, wodurch die Umgebungsluft10 über die Verdampferoberfläche geleitet wird und durch Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft10 Kältemittelgas erzeugt wird. Im Fall einer Vereisung des Verdampfers2 , wobei die sehr niedrigen Temperaturen im Vereisungsbereich von dem Temperatursensor9 angezeigt werden, wird der Kältemittelfluss im Verdichter3 durch die Steuereinheit8 gestoppt. Durch die Steuereinheit8 wird danach die Richtung11 des Verdampfers2 auf die Verdampferoberfläche auftreffenden Luft von der Seite13 aus umgekehrt, so dass wärmere Luft auf die Verdampferoberfläche geleitet und der Verdampfer2 enteist wird. - Ein Problem besteht darin, dass bei Vereisung der Kältemittelfluss unterbrochen werden muss und ein größerer Elektroenergieaufwand zum Abtauen vorhanden ist. Bei Elektrofahrzeugen ist außerdem keine warme Luft vorhanden.
- Ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern des Kältemitteldrucks in einer Klimaanlage sind in der Druckschrift
US 2006/0288716 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Vereisungsvermeidungsregelung für Verdampfer einer Wärmepumpe von Klimaanlagen in Fahrzeugen anzugeben, die derart ausgebildet sind, dass lokale Vereisungen des Wärmepumpenverdampfers bei Erreichen einer bestimmten Temperatur vermieden werden und damit die Wärmepumpenfunktion in der Klimaanlage kontinuierlich aufrechterhalten werden kann.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Das Verfahren zur Vereisungsvermeidungsregelung für Verdampfer einer Wärmepumpe von Klimaanlagen in Fahrzeugen begleitet ein Beheizen des Innenraumes des Fahrzeuges mit Hilfe einer einen Verdampfer aufweisenden Wärmepumpe, die als Quelle zur Verdampfung des flüssigen Kältemittels Umgebungsluft nutzt, durchgeführt wird, und die Wärmepumpe neben dem Verdampfer zumindest einen Verdichter, einen Verflüssiger und ein Expansionsventil, das mit dem Verdampfer verbunden ist, aufweist, die in der genannten Reihenfolge durch eine einen Kältemittelkreislauf unterstützende Kältemittelleitung miteinander verbunden sind, wobei gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 eine Regelung der Oberflächentemperaturniveaus des Verdampfers und der Strömungsgeschwindigkeit der Umgebungsluft in Abhängigkeit von der Umgebungslufttemperatur vor dem Verdampfer mit Hilfe einer Einrichtung zur Vereisungsvermeidungsregelung einschließlich eines Reglers in folgenden Schritten erfolgt:
- a) Abschätzung oder Berechnung der Oberflächentemperatur des Verdampfers mittels in einem Abschnitt der Kältemittelleitung zwischen Austritt des Wärmepumpenverdampfers und Eintritt des Verdichters gemessener Signale: Druck p und Temperatur t, des in dem Abschnitt der Kältemittelleitung befindlichen Kältemittelmassenstroms, wobei dem Abschnitt ein Drucksensor und ein Temperatursensor zugeordnet sind,
- b) Ermittlung des Taupunktes tP der vor dem Fahrzeug vorhandenen Umgebungsluft,
- c) Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit der Umgebungsluft und des Temperaturniveaus der Verdampferoberfläche mittels der Stellglieder: Öffnungsquerschnitt des Expansionsorgans, Kältemittelmassenstrom in Kältemittelleitung und Drehzahl des Lüfters sowie verdichterartabhängig Hub oder Drehzahl des Verdichters, die zumindest mittels eines im Regler hinterlegten Algorithmus nach Auswertung mittels programmtechnischer Mittel eingestellt werden, und
- d) Einstellung einer minimalen Überhitzung am Verdampfer zur Vermeidung von lokalen Vereisungen/von lokalen „Kältespots“ des Verdampfers.
- Die eingestellte minimalste Überhitzung am Verdampfer kann 0 Kelvin betragen.
- Die Einstellung einer minimalen Überhitzung im Verdampfer innerhalb eines festgelegten Toleranzbereiches des Kältemittels kann durch folgende Schritte erreicht werden:
- – Verringern des Querschnitts des Expansionsventils bis eine geringe Überhitzung gemessen wird,
- – Vergrößern des Querschnitts des Expansionsventils aus der letzten Verringerungs-Stellung, wenn dauerhaft eine geringe Überhitzung gemessen wird,
- – ständige Wiederholung des Wechsels von Verringern und Vergrößern des Querschnitts des Expansionsventils zur dynamischen Regelung des austrittsseitig über die Kältemittelleitung aus dem Verdampfer austretenden Kältemittels im Bereich der Phasengrenze.
- Der eingesetzte Regelalgorithmus ist folgendermaßen ausgeführt:
- – Bestimmung der Sättigungstemperatur des Kältemittels aus dem Drucksignal p mittels hinterlegten Kennlinien, Polynomfunktionen oder durch den Zugriff auf Bibliotheken mit ausführlichen Stoffdatenfunktionen,
- – Regelung des Querschnitts des Expansionsventils derart, dass die Differenz zwischen Umgebungstemperatur und Sättigungstemperatur des Kältemittels einen Grenzwert DT_Max nicht überschreitet und einen weiteren Grenzwert DT_Dauer nicht dauerhaft überschreitet,
- – Zusätzlich wird eine vorgegebene Überhitzung eingeregelt, wobei bevorzugt Überhitzungssollwerte im Bereich zwischen 0K und 5K eingeregelt werden.
- Eine Ermittlung des Taupunktes tP der Umgebungsluft kann im Fahrzeug mit der dort vorhandenen Sensorik, die ein Umgebungstemperatursignal tU sowie ein optionales Feuchtesignal ΦU ermittelt, durchgeführt werden.
- Bei der Ermittlung des Taupunktes tP der Umgebungsluft im Fahrzeug kann bei Nicht-Vorhandensein der Sensorik bei der Auswertung im Regler von einer Luftfeuchte von größer 95% ausgegangen werden.
- Die Einrichtung zur Vereisungsvermeidungsregelung für Verdampfer einer Wärmepumpe von Klimaanlagen in Fahrzeugen enthält gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 7 einen Regler und den Verdampfer sowie ein Expansionsventil, einen Lüfter und Kältemittelleitungen zwischen Expansionsventil und Verdampfer sowie zwischen Verdampfer und Verdichter, wobei eine Signalleitung zum Expansionsventil zum Öffnen und Schließen und eine Signalleitung zum Lüfter zur Drehzahlregelung geführt sind, sowie Signalleitungen von einem Drucksensor und einem Temperatursensor, die sich im Abschnitt der Kältemittelleitung des Kältemittels zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter befinden, und zum Regler führen, wobei dem Regler aus vorhandenen Fahrzeugsensoren die Fahrzeuggeschwindigkeit vF, die Temperatur TU und φU bereitgestellt werden, und außerdem einen Sensor zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit vF, einen Sensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur tU und wahlweise einen Sensor zur Erfassung der Umgebungsfeuchte ΦU, wobei die den Sensoren zugehörigen Signalleitungen ebenfalls an den Regler führen, wobei der Regler programmtechnische Mittel zur Auswertung und Regelung besitzt, mit denen eine minimale Überhitzung des austrittsseitig aus dem Verdampfer austretenden Kältemittels im Vergleich zur Sättigungstemperatur des Kältemittels einstellbar ist.
- Dem Wärmepumpenverdampfer ist der Lüfter zugeordnet, der Umgebungsluft mit einer einstellbaren Strömungsgeschwindigkeit, ggf. unmittelbar über Lüfterdrehzahl, PWM-Signal oder Strom, vor dem und durch den Verdampfer absaugt und somit eine dauerhaften Kontakt zwischen der Verdampferoberfläche und der strömenden Umgebungsluft mit der jeweilig vorhandenen Umgebungstemperatur tU ermöglicht.
- Der im Regler hinterlegte Algorithmus kann die Luftgeschwindigkeit und das Temperaturniveau der Verdampferoberfläche mittels der Stellglieder: Öffnungsquerschnitt des Expansionsventils, Kältemittelmassenstrom und Drehzahl des Lüfters beeinflussen.
- Die Einrichtung zur Vereisungsvermeidungsregelung kann als offener Regelkreis ohne Rückmeldung der Position des Expansionsventils und der Drehzahl des Lüfters ausgebildet sein. Optional kann bei einer Schrittmotoransteuerung der Regelalgorithmus die Anzahl der Öffnungs- und Schließungs-Schritte mit speichern und somit den Öffnungsquerschnitt bestimmen.
- Die Einrichtung zur Vereisungsvermeidungsregelung kann alternativ mit geschlossenem Regelkreis mit entsprechender Rückmeldung der Position des Expansionsventils und der Lüfterdrehzahl oder des Lüfterstroms ausgeführt sein.
- Der Regler kann einen Computer oder ein Steuergerät darstellen, der alle genannten Eingangsgrößen p, T, tU, tP, ΦU, Dt_Start, DT_Dauer, DT_max, ÜH_Max erfasst und mit programmtechnischen Mitteln auswertet und dann seine auf der Auswertung basierenden Signale an die Stellgrößen der Einrichtung weitergibt.
- Die Erfindung beinhaltet eine Regelung, die das Oberflächentemperaturniveau des Wärmepumpenverdampfers und die Strömungsgeschwindigkeit der über die Verdampferoberfläche geleiteten Umgebungsluft in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur regelt, die vor dem Verdampfer vorhanden und vorgesehen ist, über die Verdampferoberfläche mit einer eingestellten Strömungsgeschwindigkeit geleitet zu werden.
- Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen angegeben.
- Die Erfindung wird mittels eines Ausführungsbeispiels mit zwei Kältemitteln anhand mehrerer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
-
1 einen schematische Darstellung des Aufbaus einer Wärmepumpe für einen Heizkreis mit einer Enteisungsmöglichkeit des Verdampfers nach dem Stand der Technik, -
2 eine schematische Darstellung einer Regelstrecke mit einer geregelten Vereisungsvermeidung für einen Wärmepumpenverdampfer einer Klimaanlage in Fahrzeugen, -
3 eine Darstellung der Sättigungstemperaturen für die in der Wärmepumpe eingesetzten Kältemittel R134a und R744 als Funktion des Kältemitteldruckes für die Regelstrecke in2 , -
4 einen zeitlichen Ablauf der Sollwertvorgabe für die erlaubte Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Sättigungstemperatur und -
5 einen zeitlichen Ablauf der Überhitzungsregelung in der Regelstrecke. - In
2 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung15 zur Vereisungsvermeidungsregelung für einen Verdampfer2 einer Wärmepumpe einer Klimaanlage in Fahrzeugen schematisch dargestellt. Die Einrichtung15 zur Vereisungsvermeidungsregelung für den Verdampfer2 enthält im Wesentlichen einen Regler16 und den Verdampfer2 selbst sowie ein Expansionsventil5 , einen Lüfter7 und Kältemittelleitungen6 zwischen Expansionsventil5 und Verdampfer2 sowie zwischen Verdampfer2 und Verdichter3 , wobei eine Signalleitung24 zum Expansionsventil5 zum Öffnen und Schließen und eine Signalleitung25 zum Lüfter7 zur Drehzahlregelung geführt sind, sowie Signalleitungen22 ,23 von einem Drucksensor17 und einem Temperatursensor18 , die sich in einem Abschnitt61 der Kältemittelleitung6 zwischen dem Verdampfer2 und dem Verdichter3 befinden, und zum Regler16 führen, und außerdem einen Sensor21 zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit vF sowie einen Sensor19 zur Erfassung der Umgebungstemperatur tU und wahlweise einen Sensor20 zur Erfassung der Umgebungsfeuchte ΦU, wobei die den Sensoren19 ,20 ,21 zugehörigen Signalleitungen26 ,27 ,28 ebenfalls an den Regler16 führen. Diese Sensorik mit den Sensoren19 ,20 ,21 gehört zur derzeitigen Serienausstattung eines Fahrzeuges. - Der Regler
16 besitzt programmtechnische Mittel zur Auswertung und Regelung, mit denen eine minimale Überhitzung des austrittsseitig aus dem Verdampfer2 austretenden Kältemittels im Vergleich zur Sättigungstemperatur des Kältemittels einstellbar ist. - Die Oberflächentemperatur des Wärmepumpenverdampfers
2 wird mittels des in der Kältekreislaufleitung6 zwischen dem Austritt29 des Wärmepumpenverdampfers2 und dem Eintritt30 des Verdichters3 gemessenen Drucksignals p und der in oder auf der Kältekreislaufleitung61 zwischen dem Austritt29 des Wärmepumpenverdampfers2 und dem Eintritt30 des Verdichters3 gemessenen Temperatursignals T abgeschätzt. - Dem Wärmepumpenverdampfer
2 ist der Lüfter7 zugeordnet, der Umgebungsluft10 mit einer einstellbaren Strömungsgeschwindigkeit vor dem und durch den Verdampfer2 absaugt und somit eine dauerhafte Überströmung der Verdampferoberfläche durch die Umgebungsluft10 mit der jeweilig vorhandenen Umgebungstemperatur tU ermöglicht. - Der Taupunkt tP der Umgebungsluft
10 wird mittels des im Fahrzeug vorhandenen Umgebungslufttemperatursignals tU und des optionalen Umgebungsluftfeuchtesignals ΦU ermittelt. Falls die dafür vorgesehene Sensorik nicht vorhanden ist, wird der ungünstigste Fall (100% relative Luftfeuchtigkeit, gesättigte Luft) angenommen. Der im Regler16 hinterlegte Algorithmus beeinflusst die Luftgeschwindigkeit und das Temperaturniveau der Verdampferoberfläche mittels der Stellglieder: Öffnungsquerschnitt des Expansionsorgans (Expansionsventil)5 , Drehzahl des Lüfters7 sowie wahlweise verdichterartabhängig Drehzahl des Verdichters und Hub des Verdichters.. Dabei kann die Einrichtung15 zur Vereisungsvermeidungsregelung als offener Regelkreis ohne Rückmeldung der Position des Expansionsventils5 und der Drehzahl des Lüfters7 oder alternativ mit geschlossenem Regelkreis mit entsprechender Rückmeldung der Position des Expansionsventils5 und der Lüfterdrehzahl oder des Lüfterstroms ausgeführt werden. Der Kältemittelmassenstrom wird, wie im Stand der Technik angegeben, mittels des Verdichterhubs bei mechanischen Verdichtern bzw. mittels der Verdichterdrehzahl eines elektrischen Verdichters indirekt geregelt. Eine Messung oder Ermittlung des Massenstroms mittels Kennfelder ist dabei nicht erforderlich. - Der Regelalgorithmus im Regler
16 für den Verdampfer2 der Wärmepumpe ist folgendermaßen aufgebaut:
Aus dem in dem Abschnitt61 der Leitung6 erfassten Drucksignal p wird mittels hinterlegten Kennlinien, Polynomfunktionen oder durch den Zugriff auf Bibliotheken mit ausführlichen Stoffdatenfunktionen die Sättigungstemperatur des Kältemittels bestimmt. - In
3 sind die Sättigungstemperaturen für die Kältemittel R134a und R744 als Funktion des Kältemitteldrucks beispielhaft dargestellt. Hier kann auch das Kältemittel R1234yf eingesetzt bzw. zugeordnet werden. - In
4 ist der zeitliche Ablauf der Sollwertvorgabe für die erlaubte Temperaturdifferenz zwischen Umgebungstemperatur tU und Sättigungstemperatur für einen linearen Anstieg dargestellt. Der mit der Veränderung des Querschnitts des Expansionsventils5 veränderbare Kältemittelmassenstrom wird so geregelt, dass die Sättigungstemperatur des Kältemittels einen Grenzwert DT_Max nicht (auch nicht kurzfristig) unterschreitet und einen weiteren Grenzwert DT_Dauer nicht dauerhaft unterschreitet. - Die Begrenzung der Temperaturdifferenz auf den Wert DT_Max wird zum Start der Einrichtung
15 für eine Zeitdauer Dt_Start erlaubt. Nach Ablauf dieser „Startzeit“ wird die erlaubte Temperaturdifferenz auf den Wert DT_Dauer reduziert. Die Reduzierung kann dabei sprunghaft, linear oder mittels eines Filters stattfinden. - In Tabelle 1 sind die dazu aktuell verwendeten Grenzwerte, die sich in Tests bewährt haben, aufgelistet. Tabelle 1
Größe Wert DT_Max 8–10 K DT_Dauer 4–6 K Dt_Start 5 Min. - In
5 ist ein zeitlicher Ablauf der Überhitzungsregelung schematisch dargestellt. Ein weiterer Grenzwert entspricht der Überhitzung des Kältemittels nach Verlassen des Wärmepumpenverdampfers2 . Eine positive Überhitzung bedeutet, dass das Kältemittel eine höhere Temperatur als die Sättigungstemperatur besitzt und damit dampfförmig ist. Wenn der Querschnitt des Expansionsorgans5 im Bereich A der5 zu weit verschlossen wird, steigt die Überhitzung an. Der Regelalgorithmus sieht vor, dass bei Überschreitung einer maximalen Überhitzung ÜH_Max das Expansionsventil5 im Bereich B weiter geöffnet wird. - Ziel der Regelung ist dabei die Einstellung einer minimalen Überhitzung, bevorzugt eine Überhitzung von 0 Kelvin bezüglich der Sättigungstemperatur im Bereich C. Da aus der vorhandenen Sensorik nicht ermittelt werden kann, ob das Kältemittel im Wärmepumpenverdampfer
2 bei einer gemessenen Überhitzung von 0 Kelvin tatsächlich vollständig verdampft, wird nach einer kurzen Zeit der Strömungsquerschnitt des Expansionsventils5 durch Signale des Reglers16 im Bereich D langsam geschlossen, bis eine geringe Überhitzung gemessen wird. Wenn dauerhaft eine geringe Überhitzung gemessen wird, wird das Expansionsventil5 im Bereich E mit einem etwas größeren Schritt geöffnet. Durch die ständige Wiederholung dieses Vorgehens zwischen Messung und Öffnung/Schließen im Bereich F wird der kältemittelseitige Austritt29 aus dem Wärmepumpenverdampfer2 dynamisch im Bereich der Phasengrenze geregelt und somit zumindest eine lokale Vereisung des Verdampfers2 vermieden. - Der Regler
16 kann ein Steuergerät oder einen Computer darstellen, der alle genannten Eingangsgrößen p, T, tU, tP, ΦU, Dt_Start, DT_Dauer, DT_max, ÜH_Max erfasst und mit programmtechnischen Mitteln auswertet und dann seine auf der Auswertung basierenden Signale an die Stellgrößen der Einrichtung15 weitergibt. - Beim Einsatz des Kältemittels R134a oder von Kältemitteln mit ähnlichen Stoffdaten, wie z.B. R1234yf, besteht jedoch ein großer Verstärkungsfaktor zwischen dem Druckverlust im Verdampfer
2 und der Oberflächentemperatur des Verdampfers2 als im Vergleich zum Kältemittel R744. Wenn das Expansionsventil5 zu weit geöffnet ist, steigt der Druckverlust im Wärmepumpenverdampfer2 an und wird sich lokal im Bereich des Kältemittelsaustritts29 aus dem Verdampfer2 die Oberflächentemperatur des Verdampfers2 verringern. Damit vermieden wird, dass dies zu einer lokalen Vereisung führen kann, wird durch den Regler16 der Querschnitt des Expansionsventils5 geschlossen, wenn die ermittelte Sättigungstemperatur des Kältemittels zu niedrig liegt, aber gleichzeitig keine Überhitzung festgestellt wird. In diesem Fall muss außerdem der Kältemittelmassenstrom reduziert werden. Bei einem elektrischen Verdichter3 geschieht dies durch die Reduktion der Verdichterdrehzahl. Bei einem extern geregelten Hubkolbenverdichter3 geschieht dies durch die Ansteuerung des Regelventils5 in der Form, dass eine Verringerung des Verdichterhubs erzielt wird. - Das Verfahren zur Vereisungsvermeidungsregelung für Verdampfer
2 einer Wärmepumpe von Klimaanlagen in Fahrzeugen mit der vorgenannten in2 gezeigten Einrichtung15 wird im Folgenden näher erläutert:
Es wird ein Beheizen des Innenraumes des Fahrzeuges mit Hilfe einer einen Verdampfer2 aufweisenden Wärmepumpe, die als Quelle zur Verdampfung des flüssigen Kältemittels Umgebungsluft10 nutzt, durchgeführt, und die Wärmepumpe1 weist neben dem Verdampfer2 zumindest einen Verdichter3 , einen Verflüssiger4 und ein Expansionsventil5 , das mit dem Verdampfer2 verbunden ist, auf, die in der genannten Reihenfolge durch eine einen Kältemittelkreislauf unterstützende Kältemittelleitung6 miteinander verbunden sind, - Dabei erfolgt eine Regelung der Oberflächentemperaturniveaus des Verdampfers
2 und der Strömungsgeschwindigkeit der Umgebungsluft10 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur vor dem Verdampfer2 mit Hilfe einer Einrichtung15 zur Vereisungsvermeidungsregelung einschließlich des in2 angegebenen Reglers16 in folgenden Schritten: - a) Abschätzung oder Berechnung der Oberflächentemperatur des Verdampfers
2 mittels in einem Abschnitt61 der Kältemittelleitung6 zwischen Austritt29 des Wärmepumpenverdampfers2 und Eintritt30 des Verdichters3 gemessener Signale: Druck p und Temperatur t, des in dem Abschnitt61 der Kältemittelleitung6 befindlichen Kältemittelmassenstroms, wobei dem Abschnitt61 ein Drucksensor17 und ein Temperatursensor18 zugeordnet sind, - b) Ermittlung des Taupunktes tP der vor dem Fahrzeug vorhandenen Umgebungsluft
10 , - c) Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit der Umgebungsluft
10 und des Temperaturniveaus der Verdampferoberfläche mittels der Stellglieder: Öffnungsquerschnitt des Expansionsorgans5 , Kältemittelmassenstrom in Kältemittelleitung6 und Drehzahl des Lüfters7 sowie wahlweise verdichterartabhängig Hub oder Drehzahl des Verdichters, die zumindest mittels eines im Regler16 hinterlegten Algorithmus nach Auswertung mittels programmtechnischer Mittel eingestellt werden, und - d) Einstellung einer minimalen Überhitzung am Verdampfer
2 zur Vermeidung zumindest einer lokalen Vereisung des Verdampfers2 . - Eine Einstellung einer minimalen Überhitzung im Verdampfer
2 kann durch folgende Schritte erreicht werden: - – Verringern des Querschnitts des Expansionsventils
5 bis eine geringe Überhitzung gemessen wird, - – Vergrößern des Querschnitts des Expansionsventils
5 aus der letzten Verringerungs-Stellung, wenn dauerhaft eine geringe Überhitzung gemessen wird, - – eine wie in
5 gezeigte ständige Wiederholung des Wechsels von Verringern und Vergrößern des Querschnitts des Expansionsventils5 zur dynamischen Regelung des austrittsseitig über die Kältemittelleitung6 aus dem Verdampfer2 austretenden Kältemittels im Bereich der Phasengrenze. - Der im Regler
16 gespeicherte Regelalgorithmus wird folgendermaßen ausgeführt: - – Bestimmung der Sättigungstemperatur des Kältemittels aus dem Drucksignal p mittels hinterlegten Kennlinien, Polynomfunktionen oder durch den Zugriff auf Bibliotheken mit ausführlichen Stoffdatenfunktionen,
- – Regelung des Querschnitts des Expansionsventils
5 derart, dass die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und Sättigungstemperatur des Kältemittels einen Grenzwert DT_Max nicht dauerhaft überschreitet und einen weiteren Grenzwert DT_Dauer nicht dauerhaft überschreitet, - – Einstellung einer vorgegebenen Überhitzung, wobei bevorzugt Überhitzungssollwerte im Bereich zwischen 0 Kelvin und 5 Kelvin eingeregelt werden.
- Eine Ermittlung des Taupunktes tP der Umgebungsluft
10 im Fahrzeug kann mit der dort vorhandenen Sensorik, die ein Umgebungstemperatursignal tU sowie ein optionales Feuchtesignal ΦU ermittelt, durchgeführt werden. - Die Vorteile der Erfindung bestehen in
- – einem vereisungsfreien Betrieb einer mit Umgebungsluft
10 betriebenen Wärmepumpe, - – einer Steigerung der mittleren Heizleistung der Wärmepumpe,
- – einem reduzierten Kraftstoffverbrauch/Energiebedarf im Vergleich zum PTC,
- – einer kontinuierlichen Verfügbarkeit der (Zu)heizleistung der Wärmepumpe,
- – einer reduzierten Komplexität des Systems (einen Entfall der Notwendigkeit einer Abtauvorrichtung) und
- – einer Kostenreduzierung.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wärmepumpe
- 2
- Verdampfer
- 3
- Verdichter
- 4
- Verflüssiger/Verdichter
- 5
- Expansionsventil
- 6
- Kältemittelleitung
- 61
- Abschnitt der Kältemittelleitung
6 - 7
- Lüfter
- 8
- Steuereinheit
- 9
- Temperatursensor
- 10
- Umgebungsluft
- 11
- Warmluft
- 12
- Vorderseite des Verdampfers
- 13
- Rückseite des Verdampfers
- 14
- Heizkreis
- 15
- Einrichtung
- 16
- Regler
- 17
- Drucksensor
- 18
- Temperatursensor
- 19
- Sensor
- 20
- Sensor
- 21
- Sensor
- 22
- Signalleitung
- 23
- Signalleitung
- 24
- Signalleitung
- 25
- Signalleitung
- 26
- Signalleitung
- 27
- Signalleitung
- 28
- Signalleitung
- 29
- Austritt
- 30
- Eintritt
- tU
- Umgebungstemperatur
- tP
- Taupunkt
- p
- Druck
- T
- Temperatur
- ΦU
- Umgebungsluftfeuchte
- vF
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- Dt_Start
- Zeitdauer
- DT_Dauer
- Grenzwert
- DT_Max
- Grenzwert
- ÜH_Max
- maximaler Überhitzungswert
- A, B, C, D, E, F
- Zeitbereiche für den Öffnungszustand des Expansionsventils
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2009/094691 A1 [0009]
- US 2006/0288716 [0013]
Claims (12)
- Verfahren zur Vereisungsvermeidungsregelung für Verdampfer (
2 ) einer Wärmepumpe von Klimaanlagen in Fahrzeugen, wobei ein Beheizen des Innenraumes des Fahrzeuges mit Hilfe einer einen Verdampfer (2 ) aufweisenden Wärmepumpe, die als Quelle zur Verdampfung des flüssigen Kältemittels Umgebungsluft (10 ) nutzt, durchgeführt wird, und die Wärmepumpe (1 ) neben dem Verdampfer (2 ) zumindest einen Verdichter (3 ), einen Verflüssiger (4 ) und ein Expansionsventil (5 ), das mit dem Verdampfer (2 ) verbunden ist, aufweist, die in der genannten Reihenfolge durch eine einen Kältemittelkreislauf unterstützende Kältemittelleitung (6 ) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung der Oberflächentemperaturniveaus des Verdampfers (2 ) und der Strömungsgeschwindigkeit der Umgebungsluft (10 ) in Abhängigkeit von der Umgebungslufttemperatur vor dem Verdampfer (2 ) mit Hilfe einer Einrichtung (15 ) zur Vereisungsvermeidungsregelung einschließlich eines Reglers (16 ) in folgenden Schritten erfolgt: a) Abschätzung oder Berechnung der Oberflächentemperatur des Verdampfers (2 ) mittels in einem Abschnitt (61 ) der Kältemittelleitung (6 ) zwischen Austritt (29 ) des Wärmepumpenverdampfers (2 ) und Eintritt (30 ) des Verdichters (3 ) gemessener Signale: Druck (p) und Temperatur (t), des in dem Abschnitt (61 ) der Kältemittelleitung (6 ) befindlichen Kältemittelmassenstroms, wobei dem Abschnitt (61 ) ein Drucksensor (17 ) und ein Temperatursensor (18 ) zugeordnet sind, b) Ermittlung des Taupunktes tP der vor dem Fahrzeug vorhandenen Umgebungsluft (10 ), c) Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit der Umgebungsluft (10 ) und des Temperaturniveaus der Verdampferoberfläche mittels der Stellglieder: Öffnungsquerschnitt des Expansionsorgans (5 ), Kältemittelmassenstrom in Kältemittelleitung (6 ) und Drehzahl des Lüfters (7 ) sowie verdichterartabhängig Hub oder Drehzahl des Verdichters, die zumindest mittels eines im Regler (16 ) hinterlegten Algorithmus nach Auswertung mittels programmtechnischer Mittel eingestellt werden, und d) Einstellung einer minimalen Überhitzung am Verdampfer (2 ) zur Vermeidung einer lokalen Vereisung des Verdampfers (2 ). - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eingestellte Überhitzung am Verdampfer (
2 ) 0 Kelvin beträgt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung einer minimalen Überhitzung im Verdampfer (
2 ) durch folgende Schritte erreicht wird: – Verringern des Querschnitts des Expansionsventils (5 ) bis eine geringe Überhitzung gemessen wird, – Vergrößern des Querschnitts des Expansionsventils (5 ) aus der letzten Verringerungs-Stellung, wenn dauerhaft eine geringe Überhitzung gemessen wird, – ständige Wiederholung des Wechsels von Verringern und Vergrößern des Querschnitts des Expansionsventils (5 ) zur dynamischen Regelung des austrittsseitig über die Kältemittelleitung (6 ) aus dem Verdampfer (2 ) austretenden Kältemittels im Bereich der Phasengrenze. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelalgorithmus folgendermaßen ausgeführt ist: – Bestimmung der Sättigungstemperatur des Kältemittels aus dem Drucksignal (p) mittels hinterlegten Kennlinien, Polynomfunktionen oder durch den Zugriff auf Bibliotheken mit ausführlichen Stoffdatenfunktionen, – Regelung des Querschnitts des Expansionsventils (
5 ) derart, dass die Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und Sättigungstemperatur des Kältemittels einen Grenzwert DT_Max nicht kurzzeitig überschreitet und einen weiteren Grenzwert DT_Dauer nicht dauerhaft überschreitet, – Einstellung einer vorgegebenen Überhitzung, wobei bevorzugt Überhitzungssollwerte im Bereich zwischen 0 Kelvin und 5 Kelvin eingeregelt werden. - Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung des Taupunktes tP der Umgebungsluft (
10 ) im Fahrzeug mit der dort vorhandenen Sensorik, die ein Umgebungstemperatursignal tU sowie ein optionales Feuchtesignal ΦU ermittelt, durchgeführt wird. - Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Taupunktes tP der Umgebungsluft (
10 ) im Fahrzeug bei Nicht-Vorhandensein der Sensorik bei der Auswertung im Regler (16 ) von einer Luftfeuchte größer als 95% ausgegangen wird. - Einrichtung (
15 ) zur Vereisungsvermeidungsregelung für Verdampfer (2 ) einer Wärmepumpe von Klimaanlagen in Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Regler (16 ) und den Verdampfer (2 ) sowie ein Expansionsventil (5 ), einen Lüfter (7 ) und Kältemittelleitungen (6 ) zwischen Expansionsventil (5 ) und Verdampfer (2 ) sowie zwischen Verdampfer (2 ) und Verdichter (3 ) enthält, wobei eine Signalleitung (24 ) zum Expansionsventil (5 ) zum Öffnen und Schließen und eine Signalleitung (25 ) zum Lüfter (7 ) zur Drehzahlregelung geführt sind, sowie Signalleitungen (22 ,23 ) von einem Drucksensor (17 ) und einem Temperatursensor (18 ), die sich im Abschnitt (61 ) der Kältemittelleitung (6 ) des zwischen dem Verdampfer (2 ) und dem Verdichter (3 ) befinden und zum Regler (16 ) führen, und außerdem einen Sensor (21 ) zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit vF sowie einen Sensor (19 ) zur Erfassung der Umgebungstemperatur tU und wahlweise einen Sensor (20 ) zur Erfassung der Umgebungsfeuchte ΦU, wobei die den Sensoren (19 ,20 ,21 ) zugehörigen Signalleitungen (26 ,27 ,28 ) ebenfalls an den Regler (16 ) führen, wobei der Regler (16 ) programmtechnische Mittel zur Auswertung und Regelung besitzt, mit denen eine minimale Überhitzung des austrittsseitig aus dem Verdampfer (2 ) austretenden Kältemittels im Vergleich zur Sättigungstemperatur des Kältemittels einstellbar ist. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmepumpenverdampfer (
2 ) der Lüfter (7 ) zugeordnet ist, der Umgebungsluft (10 ) mit einer einstellbaren Strömungsgeschwindigkeit vor dem und durch den Verdampfer (2 ) absaugt und somit eine dauerhafte Überströmung der Verdampferoberfläche von Umgebungsluft (10 ) mit der jeweilig vorhandenen Umgebungstemperatur tU ermöglicht. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Regler (
16 ) hinterlegte Algorithmus die Luftgeschwindigkeit und das Temperaturniveau der Verdampferoberfläche mittels der Stellglieder: Öffnungsquerschnitt des Expansionsventils (5 ), Kältemittelmassenstrom und Drehzahl des Lüfters (7 ) beeinflusst. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie als offener Regelkreis ohne Rückmeldung der Position des Expansionsventils (
5 ) und der Drehzahl des Lüfters (7 ) ausgebildet ist. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie alternativ mit geschlossenem Regelkreis mit entsprechender Rückmeldung der Position des Expansionsventils (
5 ) und der Lüfterdrehzahl oder des Lüfterstroms ausgeführt ist. - Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (
16 ) ein Steuergerät oder einen Computer darstellt, der alle genannten Eingangsgrößen p, T, tU, tP, ΦU, Dt_Start, DT_Dauer, DT_max, ÜH_Max erfasst und mit programmtechnischen Mitteln auswertet und dann seine auf der Auswertung basierenden Signale an die Stellgrößen der Einrichtung (15 ) zur Vermeidung von lokalen Vereisungen des Verdampfers (2 ) weitergibt.
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102011051285B4 (de) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013132046A1 (de) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | Visteon Global Technologies, Inc. | Vorrichtung und verfahren zur vereisungsvermeidungsregelung für wärmepumpenverdampfer |
DE102013106209A1 (de) | 2012-09-20 | 2014-03-20 | Halla Visteon Climate Control Corporation | Wärmeübertrageranordnung zur Wärmeaufnahme und Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeuges |
WO2015104140A1 (de) * | 2014-01-09 | 2015-07-16 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zur steuerung einer heiz-klimaanlage in einem kraftfahrzeug |
CN104807146A (zh) * | 2015-05-15 | 2015-07-29 | 珠海格力电器股份有限公司 | 防冻结保护检测方法和装置 |
DE102016006133A1 (de) | 2016-05-18 | 2016-12-01 | Daimler Ag | Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Fahrzeugs |
CN106949568A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-07-14 | 广东美的暖通设备有限公司 | 空调器冷媒散热电控防凝露的控制方法和装置 |
CN107323210A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-11-07 | 博耐尔汽车电气系统有限公司 | 一种纯电动汽车空调系统结霜临界点的优化方法 |
US10190812B2 (en) | 2014-02-20 | 2019-01-29 | Ford Global Technologies, Llc | Method and system for reducing the possibility of vehicle heat exchanger freezing |
DE102018205169A1 (de) | 2018-04-06 | 2019-10-10 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Steuern einer Klimatisierungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs und Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Wärmepumpeneinheit |
DE102018132423A1 (de) * | 2018-12-17 | 2020-06-18 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems für ein Fahrzeug |
DE102019109379A1 (de) * | 2019-04-09 | 2020-10-15 | Valeo Thermal Commercial Vehicles Germany GmbH | Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums mit großem Volumen und hierfür eingerichtete Klimaanlage |
DE102019211157A1 (de) * | 2019-07-26 | 2021-01-28 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zur Steuerung eines Ventilators |
CN113263885A (zh) * | 2020-02-14 | 2021-08-17 | 大众汽车股份公司 | 调节用于机动车的热泵的方法以及机动车的热泵和机动车 |
DE102020107006A1 (de) | 2020-03-13 | 2021-09-16 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe eines Kraftfahrzeuges und Wärmepumpe |
EP4043251A1 (de) * | 2021-02-15 | 2022-08-17 | Volkswagen Ag | Verfahren zum einleiten eines abtauprozesses eines wärmeübertragers einer wärmepumpe eines kraftfahrzeuges |
US11772458B2 (en) | 2020-06-09 | 2023-10-03 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method of de-icing a heat exchanger of a motor vehicle and motor vehicle with a heat exchanger |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022210436A1 (de) | 2022-09-30 | 2024-04-04 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Regeln eines Kältemittelkreislaufs |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10254109A1 (de) * | 2002-11-20 | 2004-06-03 | Bayerische Motoren Werke Ag | Kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung mit einem gemeinsam genutzten Gaskühler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug |
US20060288716A1 (en) | 2005-06-23 | 2006-12-28 | York International Corporation | Method for refrigerant pressure control in refrigeration systems |
WO2009094691A1 (en) | 2008-01-30 | 2009-08-06 | Dux Manufacturing Limited | Methods and apparatuses for operating heat pumps in hot water systems |
DE102009028522A1 (de) * | 2009-08-13 | 2011-05-26 | Visteon Global Technologies, Inc., Van Buren Township | Kompakte Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug |
-
2011
- 2011-06-23 DE DE102011051285.3A patent/DE102011051285B4/de active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10254109A1 (de) * | 2002-11-20 | 2004-06-03 | Bayerische Motoren Werke Ag | Kombinierte Kühl- und Heizvorrichtung mit einem gemeinsam genutzten Gaskühler, insbesondere für ein Kraftfahrzeug |
US20060288716A1 (en) | 2005-06-23 | 2006-12-28 | York International Corporation | Method for refrigerant pressure control in refrigeration systems |
WO2009094691A1 (en) | 2008-01-30 | 2009-08-06 | Dux Manufacturing Limited | Methods and apparatuses for operating heat pumps in hot water systems |
DE102009028522A1 (de) * | 2009-08-13 | 2011-05-26 | Visteon Global Technologies, Inc., Van Buren Township | Kompakte Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug |
Cited By (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012102041B4 (de) | 2012-03-09 | 2019-04-18 | Audi Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Vereisungsvermeidungsregelung für Wärmepumpenverdampfer |
US10914504B2 (en) | 2012-03-09 | 2021-02-09 | Audi Ag | Device and method for icing prevention regulation for heat pump evaporators |
DE102012102041A1 (de) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | Audi Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Vereisungsvermeidungsregelung für Wärmepumpenverdampfer |
WO2013132046A1 (de) * | 2012-03-09 | 2013-09-12 | Visteon Global Technologies, Inc. | Vorrichtung und verfahren zur vereisungsvermeidungsregelung für wärmepumpenverdampfer |
US20150107278A1 (en) * | 2012-03-09 | 2015-04-23 | Halla Visteon Climate Control Corporation | Device And Method For Icing Prevention Regulation For Heat Pump Evaporators |
DE102013106209B4 (de) * | 2012-09-20 | 2020-09-10 | Hanon Systems | Klimatisierungsvorrichtung eines Kraftfahrzeuges mit einer Wärmeübertrageranordnung zur Wärmeaufnahme |
DE102013106209A1 (de) | 2012-09-20 | 2014-03-20 | Halla Visteon Climate Control Corporation | Wärmeübertrageranordnung zur Wärmeaufnahme und Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeuges |
CN103673257A (zh) * | 2012-09-20 | 2014-03-26 | 威斯通全球技术公司 | 汽车的用于吸热的换热器装置和空调系统 |
CN103673257B (zh) * | 2012-09-20 | 2018-05-29 | 翰昂系统有限公司 | 汽车的用于吸热的换热器装置和空调系统 |
WO2015104140A1 (de) * | 2014-01-09 | 2015-07-16 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zur steuerung einer heiz-klimaanlage in einem kraftfahrzeug |
DE102014200227B4 (de) | 2014-01-09 | 2022-10-20 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zur Steuerung einer Heiz-Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug |
US10190812B2 (en) | 2014-02-20 | 2019-01-29 | Ford Global Technologies, Llc | Method and system for reducing the possibility of vehicle heat exchanger freezing |
CN104807146A (zh) * | 2015-05-15 | 2015-07-29 | 珠海格力电器股份有限公司 | 防冻结保护检测方法和装置 |
DE102016006133A1 (de) | 2016-05-18 | 2016-12-01 | Daimler Ag | Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Fahrzeugs |
CN106949568A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-07-14 | 广东美的暖通设备有限公司 | 空调器冷媒散热电控防凝露的控制方法和装置 |
CN107323210A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-11-07 | 博耐尔汽车电气系统有限公司 | 一种纯电动汽车空调系统结霜临界点的优化方法 |
CN110341417A (zh) * | 2018-04-06 | 2019-10-18 | 大众汽车有限公司 | 控制汽车空调装置的方法和具有热泵单元的汽车空调装置 |
DE102018205169A1 (de) | 2018-04-06 | 2019-10-10 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Steuern einer Klimatisierungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs und Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Wärmepumpeneinheit |
DE102018132423A1 (de) * | 2018-12-17 | 2020-06-18 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betrieb eines Klimatisierungssystems für ein Fahrzeug |
US11878571B2 (en) | 2018-12-17 | 2024-01-23 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method for operating an air-conditioning system for a vehicle |
DE102019109379A1 (de) * | 2019-04-09 | 2020-10-15 | Valeo Thermal Commercial Vehicles Germany GmbH | Verfahren zum Klimatisieren eines Fahrzeuginnenraums mit großem Volumen und hierfür eingerichtete Klimaanlage |
DE102019211157A1 (de) * | 2019-07-26 | 2021-01-28 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zur Steuerung eines Ventilators |
CN113263885A (zh) * | 2020-02-14 | 2021-08-17 | 大众汽车股份公司 | 调节用于机动车的热泵的方法以及机动车的热泵和机动车 |
CN113263885B (zh) * | 2020-02-14 | 2024-04-30 | 大众汽车股份公司 | 调节用于机动车的热泵的方法以及机动车的热泵和机动车 |
DE102020107006A1 (de) | 2020-03-13 | 2021-09-16 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe eines Kraftfahrzeuges und Wärmepumpe |
US11813921B2 (en) | 2020-03-13 | 2023-11-14 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Heat pump for a motor vehicle and a method of operating the heat pump |
US11772458B2 (en) | 2020-06-09 | 2023-10-03 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method of de-icing a heat exchanger of a motor vehicle and motor vehicle with a heat exchanger |
EP4043251A1 (de) * | 2021-02-15 | 2022-08-17 | Volkswagen Ag | Verfahren zum einleiten eines abtauprozesses eines wärmeübertragers einer wärmepumpe eines kraftfahrzeuges |
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