DE102012219168B4 - Verfahren zum Steuern des Kältemitteldrucks in einem Umgebungswärmetauscher eines Kältemittelkreislaufs - Google Patents

Verfahren zum Steuern des Kältemitteldrucks in einem Umgebungswärmetauscher eines Kältemittelkreislaufs Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Steuern eines Wärmepumpenkreislaufs für Fahrzeuge, wobei• mittels eines Temperatursensors die aktuelle Temperatur der Umgebungsluft und• mittels eines Feuchtesensors die aktuelle Feuchtigkeit der Umgebungsluft gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dassder Kältemitteldruck in einem Umgebungswärmetauscher des Wärmepumpenkreislaufs gesteuert wird, indem• aus der Temperatur der Umgebungsluft und der Feuchtigkeit der Umgebungsluft die aktuelle Taupunkttemperatur der Umgebungsluft ermittelt oder abgeschätzt wird, und• bei einer Temperatur der Umgebungsluft von weniger als 0°C der Kältemitteldruck im Kältemittelkreislauf durch Einstelleno der Drehzahl eines Kältemittelverdichters des Kältemittelkreislaufs und/odero des Strömungsquerschnitts eines regelbaren Expansionsorgans des Kältemittelkreislaufs so geregelt wird, dass die Temperatur des Umgebungswärmetauschers größer als die Taupunkttemperatur ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Ein derartiges Verfahren ist aus der US 2009/0293512 A1 bekannt. Dort ist ein Wärmepumpenkreislauf beschrieben, der einen Außentemperatursensor und einen Luftfeuchtesensor aufweist. In Abhängigkeit von diesen beiden Größen steuert eine Elektronik die Drehrichtung eines Gebläses. In einer ersten Drehrichtung des Gebläses wird warme Luft von einer Brennstoffzelle oder einem Motor durch einen Flüssigkeits-Gas-Wärmetauscher geblasen. In einer zweiten Drehrichtung des Gebläses wird kühle bzw. kalte Umgebungsluft durch den Flüssigkeits-Gas-Wärmetauscher gesaugt. Sofern Gefahr besteht, dass der Flüssigkeits-Gas-Wärmetauscher vereist, wird auf die erste Drehrichtung umgeschaltet.
  • Zum technischen Hintergrund der Erfindung zählen die DE 696 29 659 T2 und die DE 10 2010 025 779 A1 .
  • Bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen zieht man als zunehmend „Wärmepumpe“ betreibbare Kältemittelkreisläufe zur Beheizung und/oder Klimatisierung bzw. zur Kühlung des Fahrgastraums oder einzelner Komponenten des Fahrzeugs in Betracht. Als Wärmepumpe betriebene Kältemittelkreisläufe nehmen über einen Umgebungsluftwärmetauscher Wärme aus der Umgebungsluft auf. Bei bestimmten Betriebsbedingungen besteht die Gefahr, dass der Umgebungsluftwärmetauscher vereist, was zu einem Ausfall oder zu einem signifikanten Rückgang der Heizleistung des Wärmepumpenkreislaufs führt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kältemittelkreislauf so zu steuern, dass ein Vereisen des Umgebungswärmetauschers verhindert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Ausgangspunkt der Erfindung ist die Erkenntnis, dass die Gefahr des Vereisens des Umgebungswärmetauschers nur dann besteht, wenn
    1. a) die aktuelle Taupunkttemperatur der Umgebungsluft unterhalb von 0°C liegt und
    2. b) die Temperatur des Umgebungswärmetauschers bzw. die Verdampfungstemperatur im Umgebungswärmetauscher unterhalb der aktuellen Taupunkttemperatur liegt.
  • Die Taupunkttemperatur der Umgebungsluft ist eine Funktion der Umgebungslufttemperatur und der Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft, die als relative Luftfeuchtigkeit Φ oder als absolute Luftfeuchtigkeit x angegeben sein kann.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, durch Messen oder Ermitteln der Temperatur der Umgebungsluft und durch Messen oder durch Ermitteln der Feuchtigkeit der Umgebungsluft die aktuelle Taupunkttemperatur der Umgebungsluft zu ermitteln oder abzuschätzen.
  • Die Temperatur der Umgebungsluft kann mittels eines Temperatursensors gemessen werden. Der Temperatursensor kann beispielsweise in der Nähe oder unmittelbar am Umgebungswärmetauscher des Kältemittelkreislaufs angeordnet und über eine elektrische Leitung mit einer Elektronik verbunden sein. Die Feuchtigkeit der Umgebungsluft kann mittels eines Feuchtesensors (z. B. mittels eines kapazitiven Feuchtesensors) gemessen werden. Der Feuchtesensor kann ebenfalls im Bereich bzw. in der Nähe oder unmittelbar am Umgebungswärmetauscher angeordnet sein. Der Feuchtesensor ist ebenfalls über eine elektrische Leitung mit der Elektronik verbunden. Mittels eines in die Elektronik implementierten Auswertealgorithmus wird anhand der aktuellen Temperatur der Umgebungsluft und der aktuellen Feuchtigkeit der Umgebungsluft die aktuelle Taupunkttemperatur der Umgebungsluft ermittelt.
  • Gemäß der Erfindung wird bei einer Temperatur der Umgebungsluft von weniger als 0°C der Kältemitteldruck im Kältemittelkreislauf so geregelt, dass die Temperatur des Umgebungswärmetauschers stets größer als die aktuelle Taupunkttemperatur ist. Dadurch wird ein Vereisen des Umgebungswärmetauschers ausgeschlossen.
  • Der Kältemitteldruck im Kältemittelkreislauf und insbesondere der Kältemitteldruck im Umgebungswärmetauscher können „eingestellt“ werden durch geeignetes Einstellen
    • - der Drehzahl des Kältemittelverdichters und/oder
    • - des Strömungsquerschnitts eines regelbaren Expansionsorgans des Kältemittelkreislaufs und/oder
    • - des den Umgebungswärmetauscher um- oder durchströmenden Umgebungsluftvolumenstroms.
  • Der den Umgebungswärmetauscher um- oder durchströmende Umgebungsluftvolumenstrom kann durch Steuern der Drehzahl eines Gebläses (z. B. eines elektrisch angesteuerten Gebläses) und/oder durch Ansteuern evtl. vorgesehener ansteuerbarer Luftleitelemente verändert werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Feuchtesensor ein der relativen Feuchtigkeit der Umgebungsluft entsprechendes elektrisches Signal liefert. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Feuchtesensor ein der absoluten Feuchtigkeit der Umgebungsluft entsprechendes elektrisches Signal liefert.
  • Ein als Wärmepumpe betreibbarer Kältemittelkreislauf gemäß der Erfindung weist, in Strömungsrichtung des Kältemittels betrachtet, einen Verdichter auf, der verdichtetes Kältemittel durch einen Kondensator pumpt. In dem Kondensator gibt das Kältemittel Wärme z. B. an eine in einen Fahrgastraum eingeblasene Luft ab. Nach Durchströmen des Kondensators wird das Kältemittel in einem Expansionsorgan, bei dem es sich z. B. um ein regelbares Expansionsorgan handeln kann, entspannt. Das entspannte Kältemittel durchströmt anschließend einen Umgebungswärmetauscher, in dem es Wärme aus der Umgebungsluft aufnimmt. Nach dem Durchströmen des Umgebungsluftwärmetauschers wird das Kältemittel erneut vom Verdichter angesaugt.
  • Wie bereits erwähnt, kann im Bereich oder unmittelbar am Umgebungswärmetauscher ein Temperatursensor und ein Feuchtesensor angeordnet sein, mittels derer die Umgebungslufttemperatur oder die Feuchtigkeit der Umgebungsluft gemessen werden kann. Die Sensoren sind an eine Regelelektronik (z.B. Klimasteuergerät) angeschlossen, welche die Drehzahl des Kältemittelverdichters und/oder den Strömungsquerschnitt des Expansionsorgans und/oder den Umgebungswärmetauscher um- oder durchströmenden Umgebungsluftstrom regelt, insbesondere so, dass der Kältmittelkreislauf im aktuell besten Betriebspunkt betrieben wird. Dadurch kann der für die Klimatisierung des Fahrzeugs benötigte Energiebedarf gesenkt werden, was insbesondere bei Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugen die Reichweite des Fahrzeugs deutlich vergrößert.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Steuern eines Wärmepumpenkreislaufs für Fahrzeuge, wobei • mittels eines Temperatursensors die aktuelle Temperatur der Umgebungsluft und • mittels eines Feuchtesensors die aktuelle Feuchtigkeit der Umgebungsluft gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemitteldruck in einem Umgebungswärmetauscher des Wärmepumpenkreislaufs gesteuert wird, indem • aus der Temperatur der Umgebungsluft und der Feuchtigkeit der Umgebungsluft die aktuelle Taupunkttemperatur der Umgebungsluft ermittelt oder abgeschätzt wird, und • bei einer Temperatur der Umgebungsluft von weniger als 0°C der Kältemitteldruck im Kältemittelkreislauf durch Einstellen o der Drehzahl eines Kältemittelverdichters des Kältemittelkreislaufs und/oder o des Strömungsquerschnitts eines regelbaren Expansionsorgans des Kältemittelkreislaufs so geregelt wird, dass die Temperatur des Umgebungswärmetauschers größer als die Taupunkttemperatur ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtesensor die relative Feuchtigkeit der Umgebungsluft misst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtesensor die absolute Feuchtigkeit der Umgebungsluft misst.
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