DE102014115530A1

DE102014115530A1 - Verfahren zum Regulieren der Kühlmitteltemperatur eines HVAC-Wärmepumpen-Systemfelds

Info

Publication number: DE102014115530A1
Application number: DE201410115530
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO International Amer Brodie Bradley R.; c/o DENSO International America I Huyghe Erik; c/o DENSO International America I Florida Lisa; c/o DENSO International America I Kastner Mark
Original assignee: Denso International America Inc
Current assignee: Denso International America Inc
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2034-10-25
Also published as: DE102014115530B4; CN104564304B; US20150115048A1; US9630474B2; CN104564304A; DE102014115530B8

Abstract

Ein Verfahren zum Regulieren der Kühlmitteltemperatur eines HVAC-Wärmepumpensystems mit Kühlmittel-Heizung enthält das Messen der Temperatur von Kühlmittel, welches durch das System strömt, und das Konfigurieren einer Ventilanordnung (50, 52) des Systems, um einen Kühlmittelstrom von sowohl einer Maschine (38) als auch einer Maschinen-Bypassleitung (32) zu einem Heizkörper (16) zu leiten, wenn sich die Temperatur des Kühlmittels über einer vorbestimmten Schwelle befindet.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft einen durch ein Thermostat gesteuerten Wärmepumpen-Wasserkreislauf.
Hintergrund
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung bereit, welche nicht zwangsläufig Stand der Technik betreffen.
Wärmepumpen können bei einer Vielzahl von Anwendungen nützlich sein. Wärmepumpen können beispielsweise bei Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEV) und Elektrofahrzeugen (EV) zum Aufwärmen der Fahrzeugkabine verwendet werden. Wärmepumpen sind insbesondere nützlich, da diese effizienter als andere Heizsysteme, Anordnungen und Vorrichtungen, wie elektrische Heizvorrichtungen sind. Die mithilfe einer Wärmepumpe eingesparte Energie kann dazu verwendet werden, um die Reichweite des Fahrzeugs unter Verwendung der fahrzeugeigenen Batterie in einem Elektromodus zu vergrößern.
Bei PHEV-Anwendungen, welche eine Maschine enthalten, kann es wünschenswert sein, dass die Möglichkeit besteht, entweder Wärme von der Wärmepumpe oder Wärme von der Maschine zu verwenden, wenn die Maschine in Betrieb ist, um den Fahrzeuginnenraum aufzuwärmen. Um diese Möglichkeit vorzusehen, kann ein Wasser- oder Kühlmittelkreislauf zum Aufwärmen des Fahrgastraums mit einem Heizkörper verwendet werden. In einem Kühlmittelkreislauf wird heißes Kühlmittel von der Maschine dazu verwendet, um den Heizkörper aufzuwärmen, wenn die Maschine in Betrieb ist. Wenn die Maschine nicht in Betrieb ist, wird das Kühlmittel durch eine elektrische Heizvorrichtung oder ein Wärmepumpensystem erwärmt.
Wenn eine elektrische Heizvorrichtung verwendet wird, kann die Heizvorrichtung eingeschaltet oder ausgeschaltet werden, um die Temperatur des zu dem Heizkörper strömenden Kühlmittels zu regulieren. Die Ziel-Kühlmitteltemperatur beträgt üblicherweise etwa 80°C. Dies trifft auf kalte Bedingungen, bei welchen ein maximales Aufheizen gefordert wird, sowie auf milde Bedingungen zu, bei welchen ein warmes Kühlmittel benötigt wird, um das HVAC wieder aufzuwärmen, um für die Fahrzeuginsassen eine angenehme Lufttemperatur vorzusehen.
Wenn sich die Wärmepumpe in einem Modus mit voller Aufheizung befindet, kann die Verdichterdrehzahl angepasst werden, um das Kühlmittel auf einer Temperatur von etwa 80°C zu halten. In einem Abkühlmodus, insbesondere in einem Modus eines Kühl-Regelkreises, bei welchem Kühlmittel die Maschine nicht durchläuft, kann ein aus dem Verdichter austretendes Kühlmittel 130°C betragen, was Komponenten des Wasserkreislaufs beschädigen kann. Bei einem HVAC-System, bei welchem Wärme durch eine elektrische Heizvorrichtung erzeugt wird, kann die elektrische Heizvorrichtung einfach ausgeschaltet werden, so dass die Kühlmitteltemperatur absinkt, falls diese zu hoch wird.
Bei einer Wärmepumpe kann jedoch eine Klimatisierungs-Leistungsfähigkeit negativ beeinflusst werden und die Temperatur des Fahrzeuginnenraums kann unerwünscht ansteigen, falls die Verdichterdrehzahl reduziert wird, um zu verhindern, dass das Kühlmittel zu warm wird. Falls kälterem Kühlmittel von der Maschine ermöglicht wird, in die Wärmepumpe zu strömen, um Kühlmittel in der Wärmepumpe abzukühlen, kann ein Temperaturwechsel in dem Verdichter zu erheblich sein und den Kältemittelzyklus unerwünscht beeinflussen. Beispielsweise kann Kältemittel beginnen in dem Verdichter zu kondensieren, was bei dem Heizmodus auftritt, wodurch flüssiges Kühlmittel zu dem Kondensator zugeführt wird. Die sich zwischen dem wassergekühlten Kondensator und einem äußeren Wärmetauscher erstreckende Leitung sowie der gesamte äußere Wärmetauscher können in nicht erwünschter Art und Weise mit flüssigem Kältemittel gefüllt werden, was zu einem Mangel an Kältemittel in dem übrigen System führen kann (oder Kältemittel-Mangel im restlichen System).
Somit ist ein System zum Regulieren der Kühlmitteltemperatur eines Wärmepumpensystems in einem Kühlmodus, um einen optimalen Betrieb der Wärmepumpe zu ermöglichen und eine Kondensation im Kondensator zu reduzieren oder zu unterdrücken, wünschenswert.
Kurzfassung
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzfassung der Offenbarung bereit und entspricht keiner umfassenden Offenbarung des gesamten Schutzumfangs aller Merkmale.
Die vorliegende Lehre sieht ein Verfahren zum Regulieren der Kühlmitteltemperatur eines HVAC-Wärmepumpensystems mit Kühlmittel-Aufheizung vor. Das Verfahren enthält das Erhöhen eines Kühlmittelstroms von einer Maschine zu einem Heizkörper und das Verringern eines Kühlmittelstroms durch eine Maschinen-Bypassleitung des Systems, falls sich eine Temperatur von Kühlmittel, welches aus einem Kondensator in Zusammenhang mit dem System austritt, über einer ersten vorbestimmten Schwelle befindet; das Erhöhen des Kühlmittelstroms von der Maschine zu dem Heizkörper und das Verringern des Kühlmittelstroms durch die Maschinen-Bypassleitung, falls eine Temperatur von aus der Maschine austretendem Kühlmittel höher ist als die Temperatur von aus dem Heizkörper austretendem Kühlmittel; und das Verringern des Kühlmittelstroms von der Maschine zu dem Heizkörper und das Erhöhen des Kühlmittelstroms durch die Maschinen-Bypassleitung, falls sich die Temperatur des aus dem Kondensator austretenden Kühlmittels unter einer zweiten vorbestimmten Schwelle befindet.
Die vorliegende Lehre sieht ferner ein Verfahren zum Regulieren der Kühlmitteltemperatur eines HVAC-Wärmepumpensystems mit Kühlmittel-Aufheizung vor. Das Verfahren enthält das Messen der Temperatur von Kühlmittel, welches durch das System strömt, und das Konfigurieren einer Ventilanordnung des Systems, um einen Kühlmittelstrom von sowohl einer Maschine als auch einer Maschinen-Bypassleitung zu einem Heizkörper zu führen, wenn sich die Temperatur des Kühlmittels über einer vorbestimmten Schwelle befindet.
Die vorliegende Lehre sieht außerdem ein Verfahren zum Regulieren der Kühlmitteltemperatur eines HVAC-Wärmepumpensystems mit Kühlmittel-Aufheizung vor. Das Verfahren enthält das Messen der Temperatur des aus einer Maschine austretenden Kühlmittels und das Messen der Temperatur des aus einem Heizkörper austretenden Kühlmittels, und das Vergleichen der Temperatur des aus der Maschine austretenden Kühlmittels mit der Temperatur des aus dem Heizkörper austretenden Kühlmittels. Falls die Temperatur des aus der Maschine austretenden Kühlmittels höher ist als die Temperatur des aus dem Heizkörper austretenden Kühlmittels, das Aufbringen von Leistung auf ein Ventil des Systems, um das Ventil derart zu konfigurieren, dass dieses Kühlmittel von der Maschine zu dem Heizkörper führt und den Kühlmittelstrom zu dem Heizkörper über eine Maschinen-Bypassleitung beschränkt.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin vorgesehenen Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in dieser Kurzfassung sind lediglich zum Zwecke der Darstellung und nicht dahingehend gedacht, um den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
Abbildungen
Die hierin beschriebenen Abbildungen dienen lediglich zum Zwecke der Darstellung von ausgewählten Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sind nicht dahingehend gedacht, um den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
1 ist eine schematische Ansicht einer Heiz-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC)-Anordnung oder eines entsprechenden Systems gemäß der vorliegenden Lehre;
2 stellt eine Ventilanordnung der HVAC-Anordnung von 1 in einer ersten Betriebskonfiguration dar;
3 stellt die Ventilanordnung von 2 in einer zweiten Betriebskonfiguration dar;
4 stellt die Ventilanordnung von 2 in einer dritten Betriebskonfiguration dar;
5 stellt eine weitere Ventilanordnung für die Verwendung mit der HVAC-Anordnung von 1 dar, wobei die Ventilanordnung in einer ersten Betriebskonfiguration dargestellt ist;
6 stellt die Ventilanordnung von 5 in einer zweiten Betriebskonfiguration dar;
7 stellt die Ventilanordnung von 5 in einer dritten Betriebskonfiguration dar;
8 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens gemäß der vorliegenden Lehre zum Betreiben einer HVAC-Anordnung;
9 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Verfahrens gemäß der vorliegenden Lehre zum Betreiben einer HVAC-Anordnung;
10 ist eine schematische Ansicht einer zusätzlichen Heiz-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC)-Anordnung oder eines entsprechenden Systems gemäß einer ersten Modifikation der vorliegenden Lehre;
11 ist eine schematische Ansicht einer zusätzlichen Heiz-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC)-Anordnung oder eines entsprechenden Systems gemäß einer zweiten Modifikation der vorliegenden Lehre;
12 ist eine schematische Ansicht einer zusätzlichen Heiz-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC)-Anordnung oder eines entsprechenden Systems gemäß einer dritten Modifikation der vorliegenden Lehre; und
13 ist eine schematische Ansicht einer zusätzlichen Heiz-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC)-Anordnung oder eines entsprechenden Systems gemäß einer vierten Modifikation der vorliegenden Lehre.
In den verschiedenen Ansichten der Abbildungen bezeichnen entsprechende Bezugszeichen entsprechende Bauteile.
Detaillierte Beschreibung
Beispielhafte Ausführungsformen sind nun mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen vollständiger beschrieben.
Mit Bezug auf 1 ist eine Heiz-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC)-Anordnung oder ein entsprechendes System gemäß der vorliegenden Lehre mit dem Bezugszeichen 10 allgemein dargestellt. Obwohl das HVAC-System 10 hierin allgemein als ein HVAC-System für ein Motorfahrzeug, wie ein Automobil, beschrieben ist, kann das HVAC-System 10 für die Verwendung in einer Vielzahl von Anwendungen geeignet sein. Das HVAC-System 10 kann beispielsweise bei einem Schwerlastfahrzeug oder Lastkraftwagen, einem Militärfahrzeug, einem Wasserfahrzeug, einem Flugzeug oder einem Gebäude verwendet werden.
Das HVAC-System 10 enthält im Allgemeinen eine HVAC-Einheit 12 mit mindestens einem Gebläse 14, einem Heizkörper 16 und einem Verdampfer 18. Das Gebläse 14 ist derart konfiguriert, dass dieses Luft über den Heizkörper 16 und den Verdampfer 18 bläst, um einen gewünschten Bereich, wie einen Fahrgastraum eines Fahrzeugs, aufzuwärmen oder abzukühlen. Der Heizkörper 16 steht im Allgemeinen mit einem Maschinen-Kühlmittelsystem 20 in Fluidkommunikation. Das Kühlmittelsystem 20 ist derart konfiguriert, dass dieses ein geeignetes Kühlmittel durch den Heizkörper 16 zirkulieren lässt. Das Kühlmittel kann irgendeine geeignete Wärmeübertragungsflüssigkeit, wie Wasser, Propylenglykol und/oder Ethylenglykol enthalten. Das Kühlmittel kann jede geeignete Mischung der Wärmeübertragungsflüssigkeit, wie ein 50/50 Wasser/Propylenglykol-Gemisch oder ein 50/50 Wasser/Ethylenglykol-Gemisch, enthalten. Der Verdampfer 18 steht im Allgemeinen mit einem Wärmepumpen-Kältemittelkreis 22 in Fluidkommunikation, welcher zum Zirkulieren irgendeines geeigneten Kältemittels durch den Verdampfer 18 geeignet ist. Das Kühlmittelsystem 20 und der Kältemittelkreis 22 sind nun detailliert beschrieben, wobei im Allgemeinen mit dem Kühlmittelsystem 20 begonnen ist.
Das Kühlmittelsystem 20 enthält eine Heizkörper-Ausgangsleitung 30 (Kühlmittel-Leitung), welche irgendeine geeignete Leitung darstellt, die derart konfiguriert ist, dass diese ein aus dem Heizkörper 16 austretendes Kühlmittel von dem Heizkörper 16 weg transportiert. Die Heizkörper-Ausgangsleitung 30 kann irgendein geeigneter Leitungskanal, wie ein Schlauch oder ein Rohr, sein. Die Heizkörper-Ausgangsleitung 30 erstreckt sich ausgehend von dem Heizkörper 16 zunächst zu einer Maschinen-Bypassleitung 32. Die Maschinen-Bypassleitung 32 erstreckt sich ausgehend von einer Heizkörper-Ausgangsleitung 30 zu einer Heizkörper-Rückführleitung 34. Die Heizkörper-Rückführleitung 34 erstreckt sich im Allgemeinen von der Maschinen-Bypassleitung 32 zurück zu dem Heizkörper 16. Auf der Heizkörper-Rückführleitung 34 befindet sich eine Pumpe 42 und ein wassergekühlter Kondensator 44, welche hierin beschrieben sind. In gleicher Weise wie die Heizkörper-Ausgangsleitung 30 können die Maschinen-Bypassleitung 32 und die Heizkörper-Rückführleitung 34 irgendeine geeignete Leitung sein, welche derart konfiguriert ist, dass diese ein Kühlmittel dort hindurch leitet, wie ein Rohr oder ein Schlauch.
Eine Maschinen-Leitung 36 (Kühlmittel-Leitung) erstreckt sich im Allgemeinen von einem Kreuzungspunkt zwischen der Heizkörper-Ausgangsleitung 30 und der Maschinen-Bypassleitung 32. Bei dem Kreuzungspunkt zwischen der Heizkörper-Ausgangsleitung 30, der Maschinen-Bypassleitung 32 und der Maschinen-Leitung 36 kann sich eine erste Ventilanordnung 50 befinden, welche hierin detailliert beschrieben ist und beispielsweise in den 2 bis 4 dargestellt ist. Die Maschinen-Leitung 36 ist irgendeine geeignete Leitung, welche verwendet werden kann, um Kühlmittel zu einer Maschine 38 zu- und von dieser abzuführen. Die Maschinen-Leitung 36 kann beispielsweise irgendein geeigneter Schlauch oder ein Rohr sein. Die Maschine 38 kann irgendeine geeignete Maschine, wie eine Fahrzeug-Verbrennungskraftmaschine sein. Ausgehend von der Maschine 38 erstreckt sich die Maschinen-Leitung 36 im Allgemeinen hin zu einem Kreuzungspunkt zwischen der Maschinen-Bypassleitung 32 und der Heizkörper-Rückführleitung 34. Bei dem Kreuzungspunkt zwischen der Maschinen-Bypassleitung 32, der Heizkörper-Rückführleitung 34 und der Maschinen-Leitung 36 kann eine zweite Ventilanordnung 52 vorgesehen sein, welche anstelle der ersten Ventilanordnung 50 enthalten sein kann. Die zweite Ventilanordnung 52 ist nachstehend detailliert beschrieben und beispielsweise in der 5 bis 7 dargestellt.
Ein Maschinen-Kühlkreislauf ist im Allgemeinen mit Bezugszeichen 40 von 1 dargestellt. Der Maschinen-Kühlkreislauf 40 enthält im Allgemeinen einen Kühler 46, einen Kühlerlüfter 48, eine Pumpe 56 und ein Maschinen-Thermostat 58. Das Maschinen-Thermostat 58, der Kühler 46 und der Lüfter 48 regulieren die Temperatur der Maschine 38. Die Temperatur der Maschine 38 wird derart geregelt, dass diese ein vorbestimmtes Niveau, wie 80°C oder etwa 80°C, nicht übersteigt.
Auf der Heizkörper-Rückführleitung 34 befinden sich die Pumpe 42 und der Kondensator 44, wie ein wassergekühlter Kondensator. Die Pumpe 42 ist derart konfiguriert, dass diese ein Kühlmittel durch das Kühlmittelsystem 20 zirkuliert. Der Kondensator 44 ist derart konfiguriert, dass dieser Wärme von einem komprimierten Kältemittel, welches durch den Kältemittelkreislauf 22 strömt, abstrahlt, um das durch die Pumpe 42 durch das Kühlmittelsystem 20 gepumpte Kühlmittel zu erwärmen.
Die Temperatur des Kühlmittels in dem Kühlmittelsystem 20 kann in irgendeiner geeigneten Art und Weise, wie mithilfe von Temperatursensoren, überwacht werden. Beispielsweise kann auf der Heizkörper-Ausgangsleitung 30 benachbart zu dem Heizkörper 16 ein Heizkörper-Kühlmittelausgangs-Temperatursensor 76a angeordnet sein. Ein Kühlmittelausgangs-Temperatursensor 76b des wassergekühlten Kondensators kann auf der Heizkörper-Rückführleitung 34 zwischen dem Kondensator 44 und dem Heizkörper 16 angeordnet sein. Der Kühlmittelausgangs-Temperatursensor 76b des wassergekühlten Kondensators ist optional, wie mit Bezug auf das Verfahren 250 von 9 hierin beschrieben ist. Ein Maschinen-Kühlmittelausgangs-Temperatursensor 76c kann auf der Maschinen-Leitung 36 benachbart zu dem zweiten Einlass F der zweiten Ventilanordnung 52 (oder benachbart zu dem Auslass/Einlass C der ersten Ventilanordnung 50, falls dort vorgesehen, wo in 1 die zweite Ventilanordnung 52 dargestellt ist) angeordnet sein. Einer oder mehrere der Sensoren 76a, 76b und 76c sind optional, da die durch die Sensoren 76a, 76b und 76c gemessenen Werte basierend auf anderen Werten bestimmt bzw. abgeschätzt werden können. Beispielsweise kann die durch den Heizkörper-Kühlmittelausgangs-Temperatursensor 76a gemessene Kühlmitteltemperatur basierend auf der Temperatur eines Luft-Ausgangs durch den Heizkörper 16 bestimmt werden. Jeder der Sensoren 76a, 76b und 76c kann mit einer geeigneten Steuerungsvorrichtung, wie der Steuerungsvorrichtung 54, in Verbindung stehen, welche die Kühlmitteltemperatur überwachen kann, um den Betrieb des Maschinen-Kühlmittelsystems 20 derart zu steuern, wie hierin mit Bezug auf die Verfahren der 8 und 9 beschrieben ist.
Das Kühlmittelsystem 20 enthält entweder die erste Ventilanordnung 50 oder die zweite Ventilanordnung 52 anstelle der ersten Ventilanordnung. Die erste Ventilanordnung 50 ist im Allgemeinen dort angeordnet, wo die Heizkörper-Ausgangsleitung 30 mit der Maschinen-Bypassleitung 32 und der Maschinen-Leitung 36 zusammentrifft. Wie hierin allgemein beschrieben ist, enthält die erste Ventilanordnung 50 im Allgemeinen einen Eingang A, einen ersten Ausgang B und einen zweiten Ausgang C. Die Heizkörper-Ausgangsleitung 30 ist bei dem Eingang A mit der ersten Ventilanordnung 50 verbunden und führt Kühlmittel, welches die Heizkörper-Ausgangsleitung 30 durchläuft, bei dem Eingang A in die erste Ventilanordnung 50. Die Maschinen-Bypassleitung 32 ist mit der ersten Ventilanordnung 50 bei dem ersten Ausgang B verbunden. Daher strömt Kühlmittel von dem ersten Ausgang B in die Maschinen-Bypassleitung 32. Die Maschinen-Leitung 36 ist bei dem zweiten Ausgang C mit der ersten Ventilanordnung 50 verbunden. Daher strömt Kühlmittel von dem zweiten Ausgang C in die Maschinen-Leitung 36. Wie hierin detaillierter erläutert ist, ist die erste Ventilanordnung 50 derart konfiguriert, dass diese Kühlmittel, welches durch den Einlass A eintritt, selektiv folgendermaßen leitet: vollständiger Ausgang bzw. Auslass durch den ersten Auslass B zu der Maschinen-Bypassleitung 32; vollständiger Ausgang durch den zweiten Auslass C zu der Maschine 38 durch die Maschinen-Leitung 36; oder Ausgang durch sowohl den ersten Auslass B als auch den zweiten Auslass C in einem bestimmten Verhältnis basierend auf der Temperatur des Kühlmittels.
Die erste Ventilanordnung 50 ist optional und kann durch die zweite Ventilanordnung 52 ersetzt sein. Die zweite Ventilanordnung 52 enthält einen ersten Einlass D, einen Auslass E und einen zweiten Einlass F. Die Maschinen-Bypassleitung 32 ist mit dem ersten Einlass D verbunden, um Kühlmittel, welches durch die Maschinen-Bypassleitung 32 strömt, zu der Heizkörper-Rückführleitung 34 und zurück zu dem Heizkörper 16 zu leiten. Die Maschinen-Leitung 36 ist mit dem zweiten Einlass F verbunden. Kühlmittel, welches mittels der Maschinen-Leitung 36 durch den Einlass F eintritt, kann durch den Auslass E zu der Heizkörper-Rückführleitung 34 und schließlich zu dem Kondensator 44 und dem Heizkörper 16 geleitet werden.
Die erste Ventilanordnung 50 kann derart angeordnet sein, wie in 1 dargestellt, oder diese kann dort angeordnet sein, wo die zweite Ventilanordnung 52 angeordnet ist. In ähnlicher Art und Weise kann die zweite Ventilanordnung 52 derart angeordnet sein, wie in 1 dargestellt, oder diese kann dort angeordnet sein, wo die erste Ventilanordnung 50 dargestellt ist. Während hierin allgemein beschrieben ist, dass der Kühlmittelstrom in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn durch das Maschinen-Kühlmittelsystem 20 strömt, wie in 1 dargestellt ist, kann der Kühlmittelstrom optional umgekehrt und daher im Uhrzeigersinn vorgesehen sein.
Die ersten und zweiten Ventilanordnungen 50 und 52 können jeweils irgendeine geeignete Ventilanordnung zum selektiven Leiten eines Kühlmittelstroms durch diese sein. Beispielsweise kann die erste Ventilanordnung 50 eine magnetische Ventilanordnung sein und die zweite Ventilanordnung 52 kann eine Doppel-Teller-Thermostat-Ventilanordnung sein. Die ersten und zweiten Ventilanordnungen 50 und 52 können unter Verwendung irgendeiner geeigneten Vorrichtung, wie einer Steuerungsvorrichtung 54, gesteuert werden.
Bei Anwendungen, bei welchen die erste Ventilanordnung 50 anstelle der zweiten Ventilanordnung 52 vorliegt, wird sich an der in 1 dargestellten Stelle der zweiten Ventilanordnung 52 ein Verteiler befinden, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser einen Kühlmittelstrom von der Maschinen-Bypassleitung 32 zu der Heizkörper-Rückführleitung 34, und von der Maschinen-Leitung 36 zu der Heizkörper-Rückführleitung 34 ermöglicht. Bei Anwendungen, bei welchen die zweite Ventilanordnung 52 anstelle der ersten Ventilanordnung 50 vorliegt, wird sich bei der in 1 dargestellten Position der ersten Ventilanordnung 50 ein Verteiler befinden, um einen Kühlmittelstrom von der Heizkörper-Ausgangsleitung 30 hin zu der Maschinen-Bypassleitung 32 und der Maschinen-Leitung 36 zu ermöglichen.
Nun sind verschiedene Aspekte des Wärmepumpen-Kältemittelkreises 22 beschrieben. Der Wärmepumpen-Kältemittelkreis 22 enthält einen Verdichter 60, welcher derart konfiguriert ist, dass dieser ein Kältemittel durch den Kältemittelkreis 22 pumpt. Der Verdichter 60 steht über eine Verdichter-Eingangsleitung 62, welche sich im Allgemeinen von dem Verdampfer 18 hin zu dem Verdichter 60 erstreckt, mit dem Verdampfer 18 in Verbindung. Auf der Verdichter-Eingangsleitung 62 befindet sich im Allgemeinen benachbart zu dem Verdampfer 18 ein Verdampfer-Druckregler (EPR) 64. Der EPR 64 ist im Allgemeinen derart konfiguriert, dass dieser bei dem Verdampfer 18 einen konstanten Druck des Kältemittels aufrechterhält. Der EPR 64 befindet sich zwischen dem Verdampfer 18 und einem Speicher 66. Der Speicher 66 isoliert den Verdichter 60 von flüssigem Kältemittel, welches den Verdichter 60 negativ beeinflussen kann. Der Speicher 66 entfernt ebenso Ablagerungen bzw. Schmutz und Feuchtigkeit aus dem Kältemittelkreis 22. Zwischen dem Speicher 66 und dem Verdichter 60 befindet sich ein interner Wärmetauscher 68.
Der Kältemittelkreis 22 enthält ferner eine Verdichter-Ausgangsleitung 70, welche sich ausgehend von dem Verdichter 60 hin zu einem äußeren Wärmetauscher 72 erstreckt. Auf der Verdichter-Ausgangsleitung 70 befindet sich zwischen dem Verdichter 60 und dem äußeren Wärmetauscher 72 der wassergekühlte Kondensator 44. Zwischen dem wassergekühlten Kondensator 44 und dem äußeren Wärmetauscher 72 befindet sich auf der Verdichter-Ausgangsleitung 70 ein elektrisches Expansionsventil 74 zum Heizen.
Eine Kühlleitung 80 erstreckt sich im Allgemeinen von dem äußeren Wärmetauscher 72 zu dem Verdampfer 18. Die Kühlleitung 80 kann irgendein geeigneter Leiter zum Leiten eines Kältemittels von dem äußeren Wärmetauscher 72 hin zu dem Verdampfer 18, wie ein geeignetes Rohr oder ein Schlauch, sein. Die Kühlleitung 80 erstreckt sich durch den internen Wärmetauscher 68 und enthält ein Absperrventil 82 zwischen dem äußeren Wärmetauscher 72 und dem inneren Wärmetauscher 68. Zwischen dem inneren Wärmetauscher 68 und dem Verdampfer 18 befindet sich auf der Kühlleitung 80 ein elektrisches Expansionsventil 84 zum Kühlen.
Der Wärmepumpen-Kältemittelkreis 22 enthält ferner eine Entfeuchtungsleitung 86, welche sich zwischen der Verdichter-Ausgangsleitung 70 und der Kühlleitung 80 erstreckt. Auf der Entfeuchtungsleitung 86 befindet sich ein erstes Kältemittelventil 88, welches ein Magnetventil vom Hochdruck-Typ sein kann. Die Entfeuchtungsleitung 86 kann irgendein geeigneter Leiter sein, welcher derart konfiguriert ist, um ein Kältemittel zwischen der Verdichter-Ausgangsleitung 70 und der Kühlleitung 80 zu leiten, wie beispielsweise ein Hochdruck-Kältemittel bei dem elektrischen Expansionsventil 84 zusammen mit dem elektrischen Expansionsventils 74 bei einem parallel Entfeuchtungs-Modus vorzusehen.
Eine Heiz/Parallel-Entfeuchtungs/Enteisungs-Leitung 90 erstreckt sich von der Kühlleitung 80 benachbart zu dem äußeren Wärmetauscher 72. Die Heiz/Parallel-Entfeuchtungs/Enteisungs-Leitung 90 zweigt von der Kühlleitung 80 ab, oder umgekehrt, und erstreckt sich bei einem Punkt zwischen dem EPR 64 und dem Speicher 66 zu der Verdichter-Eingangsleitung 62. Auf der Heiz/Parallel-Entfeuchtungs/Enteisungs-Leitung 90 befindet sich ein zweites Kältemittelventil 92, welches ein Magnetventil vom Hochdruck-Typ sein kann.
Weiterhin mit Bezug auf 1 und zusätzlich mit Bezug auf die 2 bis 4 ist die erste Ventilanordnung 50 weiter beschrieben, sowie ein Betrieb des Kühlmittelsystems 20, welches mit der ersten Ventilanordnung 50 ausgerüstet ist. Die erste Ventilanordnung 50 enthält in Allgemeinen ein Gehäuse 110, welches eine Hauptkammer 112 zum Leiten eines Flüssigkeitsstroms durch die erste Ventilanordnung 50 definiert. Der Einlass A, der erste Auslass B und der zweite Auslass C sind jeweils innerhalb der Hauptkammer 112 definiert. Das Gehäuse 110 definiert ferner eine Thermostatkammer 114. Innerhalb der Thermostatkammer 114 gelegen befindet sich ein Thermostatventil 116, welches derart konfiguriert ist, um sich zu öffnen, wenn dieses einem Kühlmittel mit oder oberhalb einer vorbestimmten erhöhten Temperatur, wie beispielsweise oberhalb 80°C, ausgesetzt wird. Das Gehäuse 110 definiert einen Einlass 118, welcher sich zwischen der Hauptkammer 112 und der Thermostatkammer 114 erstreckt. Das Gehäuse 110 definiert ferner einen Auslass 120, welcher sich zwischen der Thermostatkammer 114 und der Hauptkammer 112 erstreckt.
Die erste Ventilanordnung 50 enthält ferner ein Betätigungselement 130 mit einer Betätigungsstange 132 und einem daran befestigten Ventilblock 134 (Ventil). Zusammen mit dem Betätigungselement 130 sehen die Betätigungsstange 132 und der Ventilblock 134 im Allgemeinen ein Hauptventil der ersten Ventilanordnung 50 vor. Das Betätigungselement 130 und die Betätigungsstange 132 sind im Allgemeinen betätigbar, um den Ventilblock 134 beispielsweise von einer in 3 dargestellten Ruheposition hin zu einer in 2 dargestellten betätigten Position zu bewegen. Bei der Ruheposition von 3 blockiert der Ventilblock 134 den zweiten Auslass C und beschränkt daher den Kühlmittelstrom zu der Maschinen-Leitung 36 und der Maschine 38. Mithilfe des Thermostatventils 116 in der geschlossenen Position der 2 und 3 wird das Kühlmittel daran gehindert, die Thermostatkammer 114 hin zu dem zweiten Auslass C zu durchlaufen.
Wenn der Ventilblock 134 in zu der betätigten Position von 2 bewegt wird, blockiert der Ventilblock 134 den Auslass B und beschränkt daher die Strömung von Kühlmittel von dem Heizkörper 16 zu der Maschinen-Bypassleitung 32. In der betätigten Position ermöglicht der Ventilblock 34 eine Strömung von Kühlmittel durch den zweiten Auslass C und ermöglicht dem Kühlmittel daher, von dem Heizkörper 16 durch den Einlass A einzuströmen und durch den Auslass C zu der Maschinen-Leitung 36 und der Maschine 38 zu strömen. Kühlmittel von der Maschine 38 kann dazu verwendet werden, um den Heizkörper 16 aufzuwärmen, wodurch beispielsweise in einem PHEV-Fahrzeug Energie eingespart wird.
Mit Bezug auf 4 wird sich das Thermostatventil 116, falls das aus dem Heizkörper 16 austretende und durch den Einlass A in die erste Ventilanordnung 50 eintretende Kühlmittel wärmer als eine vorbestimmte Temperatur, wie 80°C, ist, im Ansprechen auf den Kontakt mit Kühlmittel mit einer solch erhöhten Temperatur öffnen. Mit dem Thermostatventil 116 in der offenen Position von 4 wird Kühlmittel durch den Einlass 118 in die Thermostatkammer 114 strömen, das Thermostatventil 116 durchlaufen, durch den Auslass 120 die Thermostatkammer 114 verlassen und die erste Ventilanordnung 50 über den zweiten Auslass C verlassen, von welchem das Kühlmittel zu der Maschinen-Leitung 36 und durch die Maschine 38 strömen wird. Kühlmittel wird ebenso durch den ersten Auslass B aus der ersten Ventilanordnung 50 austreten und durch die Maschinen-Bypassleitung 32 strömen. Das Thermostatventil 116 ermöglicht der ersten Ventilanordnung 50 somit in vorteilhafter Art und Weise, Kühlmittel mit einer erhöhten Temperatur zu der Maschinen-Bypassleitung 32, der Maschine 38 und dem Kühler 46 zu leiten. Während das Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur die Maschine 38 und den Kühler 46 durchläuft, wird sich dieses typischerweise abkühlen. Bevor das abgekühlte Kühlmittel den wassergekühlten Kondensator 44 erreicht, wird sich dieses mit dem durch die Maschinen-Bypassleitung 32 strömenden Kühlmittel vermischen. Folglich wird sich das Kühlmittel, wenn dieses den wassergekühlten Kondensator 44 erreicht, wahrscheinlich auf ein annehmbares Niveau, wie 80°C oder darunter, abgekühlt haben, was dem wassergekühlten Kondensator 44 ermöglicht, optimal zu arbeiten. Da das Kühlmittel ein Gemisch von Kühlmittel, welches die Maschine 38 durchlaufen hat, und von Kühlmittel, welches die Maschinen-Bypassleitung 32 durchlaufen hat, ist, wird das Kühlmittel nicht so kalt sein, dass der Kältemittel-Zyklus gestört wird und Kältemittel, welches den wassergekühlten Kondensator 44 durchläuft, in nicht akzeptablem Ausmaß nicht kondensiert.
Die zweite Ventilanordnung 52, welche anstelle der ersten Ventilanordnung 50 verwendet werden kann, wie vorstehend erläutert, ist nun weiter beschrieben. Die zweite Ventilanordnung 52 enthält in Allgemeinen ein Gehäuse 150, welches eine Kammer 152 definiert. Innerhalb der Kammer 152 befindet sich ein erstes Thermostatventil 154 (Ventil) und ein zweites Thermostatventil 156 (Ventil). Das erste Thermostatventil 154 ist zwischen einer offenen Position, wie in den 5 und 6 dargestellt, und einer geschlossenen Position, wie in 7 dargestellt, bewegbar. In der offenen Position hindert das erste Thermostatventil 154 den Kühlmittelstrom nicht daran, den ersten Einlass D zu durchlaufen und in die Kammer 152 zu strömen. Ausgehend von der Kammer 152 kann das Kühlmittel jederzeit die Kammer 152 durch den Auslass E verlassen. In der geschlossenen Position von 7 blockiert das erste Thermostatventil 154 den ersten Einlass D und verhindert daher, dass das Kühlmittel, welches durch die Maschinen-Bypassleitung 32 strömt, durch den ersten Einlass D in die Kammer 152 eintritt.
Das erste Thermostatventil 154 arbeitet im Ansprechen auf die Temperatur von Kühlmittel, welches durch die Maschinen-Bypassleitung 32 strömt. Falls beispielsweise das durch die Maschinen-Bypassleitung 32 strömende Kühlmittel kälter als eine vorbestimmte Schwelle, wie 80°C, ist, wird sich das erste Thermostatventil 154 hin zu der Position der 5 und 6 öffnen, wodurch dem Kühlmittel ermöglicht wird, durch die Kammer 152 zu strömen, wie vorstehend beschrieben ist. Falls sich die Temperatur des durch die Maschinen-Bypassleitung 32 strömenden Kühlmittels oberhalb einer vorbestimmten Schwelle, wie 80°C, befindet, kann sich das erste Thermostatventil 154 geringfügig oder vollständig schließen, wie in 7 dargestellt ist, um den Betrag von Kühlmittel zu beschränken, welcher zu dem wassergekühlten Kondensator 44 und dem Heizkörper 16 geleitet wird.
Ferner wird sich im Ansprechen auf die erhöhte Temperatur des Kühlmittels oberhalb der vorbestimmten Schwelle das zweite Thermostatventil 156 öffnen, wodurch dem Kühlmittel von der Maschine 38 ermöglicht wird, durch den zweiten Einlass F in die Kammer 152 einzutreten und sich mit dem Kühlmittel der Maschinen-Bypassleitung 32, welches durch den ersten Einlass D eintritt, zu vermischen. Das Kühlmittel, welches durch den Auslass E aus der Kammer 152 austritt, wird sich daher bei der vorbestimmten Temperatur von 80°C oder unterhalb dieser befinden, und das Kühlmittel, welches zu dem wassergekühlten Kondensator 44 strömt, wird sich auf einem akzeptablen Niveau befinden und wird dem wassergekühlten Kondensator 44 ermöglichen, optimal zu arbeiten. Die Ventile 154 und 156 können sich im Ansprechen auf das Variieren der Temperaturen des Kühlmittels, was durch das Thermostat erfasst wird, öffnen und schließen, um ein durch diese strömendes Kühlmittel derart zu mischen, um eine geeignete Mischung mit einer Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Schwelle, wie 80°C, zu erreichen, was dem Kondensator 44 und dem Heizkörper 16 ermöglicht, optimal zu arbeiten.
Die zweite Ventilanordnung 52 enthält ferner ein Heizelement 158. Wenn die Maschine 38 in Betrieb ist, kann die Steuerungsvorrichtung 54 das Heizelement 158 aktivieren, um ein in einer Kammer 160 der zweiten Ventilanordnung 52 vorliegendes Wachs zu erwärmen, wodurch ein Stift 162 von innerhalb der Kammer 160 herausgedrückt wird und bewirkt, dass sich das zweite Thermostatventil 156 vollständig öffnet, wie in 7 dargestellt ist. Dieses Öffnen des zweiten Thermostatventils 156 drückt das erste Thermostatventil 154 in die vollständig geschlossene Position von 7, um den Durchfluss von Kühlmittel in die Kammer 152 durch den ersten Einlass D zu verhindern. Daher kann bei der Konfiguration von 7 lediglich Kühlmittel von der Maschine 38 die zweite Ventilanordnung 52 durchlaufen und zu dem wassergekühlten Kondensator 44 und schließlich zu dem Heizkörper 16 strömen. Dies ermöglicht es, dass Abwärme von der Maschine 38 in vorteilhafter Art und Weise zu dem Heizkörper 16 geleitet wird, um beispielsweise einen Fahrgastraum aufzuwärmen.
8 stellt ein Verfahren zum Betreiben einer geeigneten HVAC-Anordnung oder eines entsprechenden Systems, wie dem vorstehend beschriebenen und in den 1 bis 7 dargestellten HVAC-System 10 dar, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Verfahren 210 kann bei Block 212 starten, wo verschiedene Status-Überprüfungen und Temperatur-Überprüfungen durchgeführt werden, wie mithilfe der Steuerungsvorrichtung 54, welche Eingänge von verschiedenen Komponenten des Systems 10 und von Temperatursensoren, welche bei geeigneten Positionen in dem System 10 angeordnet sind, empfangen kann. Die System-Überprüfungen und Temperatur-Überpüfungen können beispielsweise folgendes enthalten: eine Dampfdruck-System-Status-Überprüfung; eine Kühlmittel-Ausgangs-Temperatur-Überprüfung des wassergekühlten Kondensators; eine Maschinen-Wasser-Auslass-Temperatur-Überprüfung; eine Heizkörper-Wasser-Auslass-Temperatur-Überprüfung; und/oder obere und untere Temperaturgrenzen von Kühlmittel, welches aus dem wassergekühlten Kondensator 44 strömt.
Nachdem die anfänglichen Überprüfungen bei Block 212 abgeschlossen sind, wird die Steuerungsvorrichtung 54 bei Block 214 beispielsweise beurteilen, ob das Kühlmittelsystem 20 arbeitet. Falls das Dampfdruck-System nicht arbeitet, schreitet die Steuerungsvorrichtung 54 zu Block 216. Bei Block 216 erhöht die Steuerungsvorrichtung 54 den Kühlmittelstrom von der Maschine 38 zu dem wassergekühlten Kondensator 44 und verringert die Strömung von Kühlmittel durch die Maschinen-Bypassleitung 32.
Der in Block 216 dargelegte Kühlmittelstrom kann in irgendeiner geeigneten Art und Weise geschaffen werden. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung 54 ein Signal zu der ersten Ventilanordnung 50 senden, um das Betätigungselement 130 zu betätigen und den Ventilblock 134 zu der betätigten Position von 2 zu bewegen, was Kühlmittel daran hindert, durch den Auslass B zu dem Maschinen-Bypassleitung 32 zu laufen. Das Betätigen des Ventilblocks 134, wie in 2 dargestellt, ermöglicht es dem Kühlmittel, von dem Heizkörper 16 durch den Einlass A einzuströmen und durch den zweiten Auslass C zu der Maschine 38 auszuströmen. Falls die zweite Ventilanordnung 52 anstelle der ersten Ventilanordnung verwendet wird, kann die Steuerungsvorrichtung 54 das Heizelement 158 betreiben, um das zweite Thermostatventil 156 zu öffnen und das erste Thermostatventil 154 zu schließen, um die Konfiguration von 7 vorzusehen, bei welcher Kühlmittel von der Maschinen-Bypassleitung 32 bei dem Einlass D blockiert wird. Dem Kühlmittel wird jedoch ermöglicht, bei dem zweiten Einlass F von der Maschine 38 in die Kammer 152 einzutreten und die Kammer 152 durch den Auslass E hin zu dem wassergekühlten Kondensator 44 und dem Heizkörper 16 zu verlassen. Falls Kühlmittel von der Maschine 38 warm genug ist, wie dies häufig der Fall ist, wenn die Maschine 38 in Betrieb ist, kann das Kühlmittel warm genug sein, um den Heizkörper 16 ohne die Notwendigkeit des Betreibens des Verdichters 60 aufzuwärmen, was Energie einspart.
Falls die Steuerungsvorrichtung 54 bei Block 214 ermittelt, dass das Kühlmittelsystem in Betrieb ist, schreitet die Steuerungsvorrichtung 54 zu Block 218. Bei Block 218 ermittelt die Steuerungsvorrichtung 54, ob die Temperatur von Kühlmittel, welches aus dem wassergekühlten Kondensator 44 austritt, höher als eine vorbestimmte Temperaturgrenze, wie 80°C, ist. Falls die Temperatur des aus dem wassergekühlten Kondensator 44 austretenden Kühlmittels höher als die vorbestimmte Grenze ist, schreitet die Steuerungsvorrichtung zu Block 216, um den Kühlmittelstrom von der Maschine 38 zu dem wassergekühlten Kondensator 44 zu erhöhen, und um den Kühlmittelstrom durch die Maschinen-Bypassleitung 32 zu verringern. Beispielsweise kann ein Gemisch von Kühlmittel von sowohl der Maschine 38 als auch dem Heizkörper 16 vorgesehen sein, um zu verhindern, dass der wassergekühlte Kondensator 44 zu schnell abkühlt, wie in dem Fall, wenn Kühlmittel lediglich von der Maschine 38 dorthin geführt wird. Solch ein Kühlmittelgemisch kann in irgendeiner geeigneten Art und Weise vorgesehen sein. Falls bei dem HVAC-System 10 beispielsweise die erste Ventilanordnung 50 verwendet wird, kann solch ein Kühlmittelgemisch vorgesehen sein, wenn sich das Thermostatventil 116 im Ansprechen darauf, dass dieses mit Kühlmittel mit der erhöhten Temperatur in Kontakt kommt, öffnet. Da sich das Thermostatventil 116 im Ansprechen auf den Kontakt mit Kühlmittel mit einer erhöhten Temperatur, wie oberhalb einer vorbestimmten Temperatur von 80°C, automatisch öffnet, tritt Kühlmittel von dem Heizkörper 16 über den Einlass A in die erste Ventilanordnung 50 ein, strömt durch den Einlass 118 zu der Thermostatkammer 114, tritt durch den Auslass 120 aus der Thermostatkammer 114 aus und strömt durch den zweiten Auslass C zu der Maschine 38. Da sich der Ventilblock 134 in der nicht betätigten Position von 4 befindet, ist Kühlmittel ebenso in der Lage, von dem Einlass A zu dem Auslass B zu strömen, was dem Kühlmittel außerdem ermöglicht, von dem Heizkörper 16 zu der Maschinen-Bypassleitung 32 zu strömen. Vor dem Erreichen des wassergekühlten Kondensators 44 vermischen sich das Kühlmittel von der Maschinen-Bypassleitung 32 und das durch die Maschine 38 gekühlte Kühlmittel, wodurch Kühlmittel zu dem wassergekühlten Kondensator 44 geleitet wird, welches eine niedrigere Temperatur aufweist als Kühlmittel direkt von dem Heizkörper 16, welche sich häufig unterhalb der vorbestimmten oberen Grenze von beispielsweise 80°C befindet, was dem wassergekühlten Kondensator 44 ermöglicht, optimal zu arbeiten.
Falls die erste Ventilanordnung 50 durch die zweite Ventilanordnung 52 ersetzt ist, bewirkt Kühlmittel mit einer Temperatur oberhalb der vorbestimmten Grenze, wie beispielsweise 80°C, dass sich das erste Thermostatventil 154 geringfügig schließt, wodurch der Kühlmittelstrom von der Maschinen-Bypassleitung 32 zu dem wassergekühlten Kondensator 44 verringert wird. Da sich das erste Thermostatventil 154 geringfügig schließt, öffnet sich das zweite Thermostatventil 156 geringfügig, um die Einströmung von Kühlmittel durch den zweiten Einlass F und die Ausströmung durch den Auslass E, und somit von der Maschine 38 zu dem wassergekühlten Kondensator 44, zu ermöglichen. Vor dem Erreichen des wassergekühlten Kondensators 44 vermischt sich Kühlmittel von der Maschinen-Bypassleitung 32 und von der Maschine 38, wodurch üblicherweise die Temperatur des Kühlmittels auf unter die vorbestimmte Grenze, wie unter 80°C, reduziert wird. Die ersten und zweiten Thermostatventile 154 und 156 können sich im Ansprechen auf die Temperatur des Kühlmittels öffnen und schließen, um ein Kühlmittelgemisch mit einer optimalen Temperatur zu erreichen.
Falls die Steuerungsvorrichtung 54 bei Block 218 ermittelt, dass die Temperatur des aus dem wassergekühlten Kondensator 44 austretenden Kühlmittels nicht höher als die vorbestimmte Grenze, wie 80°C, ist, schreitet die Steuerungsvorrichtung zu Block 220. Bei Block 220 ermittelt die Steuerungsvorrichtung, ob die Temperatur des aus der Maschine 38 austretenden Kühlmittels höher ist als die Temperatur des aus dem Heizkörper 16 austretenden Kühlmittels, wie beispielsweise durch das Empfangen von Eingängen von geeigneten Temperatursensoren, welche bei dem HVAC-System 10 angeordnet sind. Falls die Temperatur des aus der Maschine 38 austretenden Kühlmittels höher als die Temperatur des aus dem Heizkörper 16 austretenden Kühlmittels ist, schreitet die Steuerungsvorrichtung 54 zu Block 216 und erhöht den Kühlmittelstrom von der Maschine 38 zu dem wassergekühlten Kondensator 44 und dem Heizkörper 16, und verringert den Kühlmittelstrom durch die Maschinen-Bypassleitung 32. Solch ein Kühlmittelstrom kann in jeder geeigneten Art und Weise vorgesehen werden, wie durch das Betätigen des Betätigungselements 130 der ersten Ventilanordnung 50, wenn die erste Ventilanordnung 50 verwendet wird, um den Ventilblock 134 zu der betätigten Position von 2 zu bewegen und den Kühlmittelstrom von der Maschine 38 zu dem wassergekühlten Kondensator 44 zu ermöglichen und den Kühlmittelstrom daran zu hindern, die Maschinen-Bypassleitung 32 zu durchlaufen. Falls die zweite Ventilanordnung 52 anstelle der ersten Ventilanordnung 50 verwendet wird, kann solch ein Kühlmittelstrom beispielsweise durch das Betätigen des Heizelements 158, durch Senden eines Signals dorthin von der Steuerungsvorrichtung 54, um die zweite Ventilanordnung 52 mit der Konfiguration von 7 vorzusehen, welche einen Kühlmittelstrom von der Maschine 38 zu dem wassergekühlten Kondensator 44 ermöglicht und einen Kühlmittelstrom von der Maschinen-Bypassleitung 32 zu dem wassergekühlten Kondensator 44 beschränkt, vorgesehen werden. Daher kann in Situationen, bei welchen das Kühlmittel von der Maschine 38 wärmer ist als aus dem Heizkörper 16 austretendes Kühlmittel, das Kühlmittel von der Maschine 38 dazu verwendet werden, um den Heizkörper 16 aufzuwärmen, was die Notwendigkeit beseitigt, den Verdichter zu betätigen, wodurch Energie eingespart wird.
Falls die Steuerungsvorrichtung 54 bei Block 220 ermittelt, dass die Temperatur von Kühlmittel, welches aus der Maschine 38 austritt, nicht höher als die Temperatur von Kühlmittel ist, welches aus dem Heizkörper 16 austritt, schreitet die Steuerungsvorrichtung zu Block 222 und ermittelt, ob sich das aus dem wassergekühlten Kondensator 44 austretende Kühlmittel unter einer vorbestimmten Temperaturschwelle, wie 80°C, befindet. Diese Temperaturmessung kann beispielsweise auf Eingängen der Steuerungsvorrichtung 54 von irgendeiner geeigneten Temperatur-Messevorrichtung, wie Temperatursensoren, welche auf der Heizkörper-Rückführleitung 34 bei einem Auslass des wassergekühlten Kondensators 44 angeordnet sind, basieren. Falls die Steuerungsvorrichtung 54 ermittelt, dass sich die Temperatur des aus dem wassergekühlten Kondensator 44 austretenden Kühlmittels unter der vorbestimmten Schwelle befindet, schreitet die Steuerungsvorrichtung zu Block 224. Bei Block 224 verringert die Steuerungsvorrichtung 54 den Kühlmittelstrom von der Maschine 38 zu dem wassergekühlten Kondensator 44 und erhöht den Kühlmittelstrom durch die Maschinen-Bypassleitung 32. Solch ein Kühlmittelstrom kann in irgendeiner geeigneten Art und Weise vorgesehen werden. Beispielhaft und bei Anwendungen mit der ersten Ventilanordnung kann die Steuerungsvorrichtung 54 den Ventilblock 134 in der Position von 3 halten, um Kühlmittel von dem Heizkörper 16 zu ermöglichen, durch den Einlass A in die Hauptkammer 112 zu strömen, und durch den ersten Auslass B zu der Maschinen-Bypassleitung 32 zu strömen. Da der zweite Auslass C zu der Maschine 38 durch den Ventilblock 134 blockiert ist, strömt Kühlmittel nicht zu der Maschine 38. Falls die zweite Ventilanordnung 52 anstelle der ersten Ventilanordnung 50 verwendet wird, kann sich das erste Thermostatventil 154 öffnen, um einen Kühlmittelstrom durch den ersten Einlass D und den Auslass E von der Maschinen-Bypassleitung 32 zu dem wassergekühlten Kondensator 44 und dem Heizkörper 16 zu ermöglichen, und das zweite Thermostatventil 156 kann sich schließen, um den Kühlmittelstrom daran zu hindern, von der Maschine 38 zu dem Heizkörper 16 zu laufen, wie in 5 dargestellt ist.
Falls die Steuerungsvorrichtung 54 bei Block 222 ermittelt, dass die Temperatur des aus dem wassergekühlten Kondensator 44 austretenden Kühlmittels nicht niedriger als die vorbestimmte untere Grenze ist, kehrt die Steuerungsvorrichtung 54 zu Block 212 zurück, wo die Steuerungsvorrichtung 54 erneut die bei Block 212 aufgelisteten verschiedenen Temperaturen und Betriebsparameter des HVAC-Systems 10 überwacht. Die Steuerungsvorrichtung 54 kann derart konfiguriert sein, dass diese die in dem Verfahren 210 von 8 dargelegten logischen Schritte bei irgendeinem geeigneten Zeitintervall, wie zu jeder Sekunde, durchführt.
Mit Bezug auf 9 ist mit Bezugszeichen 250 ein weiteres Verfahren 250 zum Betreiben eines HVAC-Systems, wie beispielsweise des HVAC-Systems 10, dargestellt. Bei Block 252 überprüft die Steuerungsvorrichtung 54 verschiedene Betriebsparameter des HVAC-Systems 10 und die Kühlmitteltemperaturen des Maschinen-Kühlmittelsystems 20, wie die vorstehend dargelegten von Block 212. Ausgehend von Block 252 schreitet die Steuerungsvorrichtung 54 zu Block 254, bei welchem die Steuerungsvorrichtung 54 ermittelt, ob das Kühlmittelsystem 20 in Betrieb ist. Falls die Steuerungsvorrichtung 54 bei Block 254 ermittelt, dass das Kühlmittelsystem 20 nicht in Betrieb ist, schreitet die Steuerungsvorrichtung 54 zu Block 260. Bei Block 260 ermittelt die Steuerungsvorrichtung 54, ob die Heizkörper-Kühlmittel-Auslass-Temperatur niedriger als die Thermostat-Öffnungstemperatur ist. Falls die Heizkörper-Kühlmittel-Auslass-Temperatur nicht niedriger als die Thermostat-Öffnungstemperatur ist, kehrt die Steuerungsvorrichtung zu Block 252 zurück. Falls die Heizkörper-Kühlmittel-Auslass-Temperatur niedriger als die Thermostat-Öffnungstemperatur ist, schreitet die Steuerungsvorrichtung zu Block 256.
Bei Block 256 bringt die Steuerungsvorrichtung 54 Leistung auf die erste Ventilanordnung 50 auf, oder auf die zweite Ventilanordnung 52, falls die zweite Ventilanordnung 52 anstelle der ersten Ventilanordnung 50 verwendet wird. Falls die erste Ventilanordnung 50 verwendet wird, bringt die Steuerungsvorrichtung 54 Leistung darauf auf, um das Betätigungselement 130 zu betätigen und den Ventilkörper 134 hin zu der betätigten Position von 2 zu bewegen. Die Leistung wird für eine vorbestimmte Zeit aufgebracht. In der betätigten Position von 2 ermöglicht die erste Ventilanordnung 50 durch Zulassen, dass Kühlmittel durch den Einlass A in die Hauptkammer 112 strömt und durch den zweiten Auslass C aus der Hauptkammer 112 herausströmt, einen Kühlmittelstrom von dem Heizkörper 16 zu der Maschine 38. Falls die zweite Ventilanordnung 52 verwendet wird, bringt die Steuerungsvorrichtung 54 Leistung auf die zweite Ventilanordnung 52 auf, um das Heizelement 158 aufzuheizen und das zweite Thermostatventil 156 zu der vollständig offenen Position von 7 zu bewegen, was ermöglicht, dass Kühlmittel von der Maschine 38 zu dem Heizkörper 16 strömt. Das erste Thermostatventil 154 befindet sich in der geschlossenen Position von 7, wodurch ein Kühlmittelstrom von der Maschinen-Bypassleitung 32 zu dem Heizkörper 16 beschränkt wird.
Die in 1 dargestellte Heiz-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC)-Anordnung oder das entsprechende System 10 kann in jeder geeigneten Art und Weise, wie beispielsweise in Abhängigkeit von Anforderungen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit, modifiziert sein. Beispielhaft und mit Bezug auf 10, welche eine erste Modifikation der vorliegenden Lehre zeigt, kann der wassergekühlte Kondensator 44 auf der Maschinen-Bypassleitung 32 angeordnet sein. Wie vorstehend erläutert ist, kann bei den in 10 dargestellten Positionen entweder die erste Ventilanordnung 50 oder die zweite Ventilanordnung 52 enthalten sein. Alternativ kann die zweite Ventilanordnung 52 dort angeordnet sein, wo die erste Ventilanordnung 50 dargestellt ist, oder die erste Ventilanordnung 50 kann dort angeordnet sein, wo die zweite Ventilanordnung 52 dargestellt ist. Die ersten und zweiten Ventilanordnungen 50 und 52 sind jeweils optional und können durch ein oder mehrere geeignete Ventile ersetzt werden. Beispielhaft und mit Bezug auf 11, welche eine zweite Modifikation der vorliegenden Lehre zeigt, können die Ventile 78a und 78b verwendet werden. Die Ventile 78a und 78b können irgendwelche geeigneten Ventile sein und können vom gleichen Ventil-Typ oder unterschiedlichen Ventil-Typen sein. Die Ventile 78a und 78b können beispielsweise Einzel-Teller-Thermostatventile sein.
Mit Bezug auf 12, welche eine dritte Modifikation der vorliegenden Lehre zeigt, ist eine weitere mögliche Modifikation der HVAC-Anordnung oder des entsprechenden Systems 10 von 1 dargestellt. Die Konfiguration von 12 ist ähnlich zu dieser von 11, jedoch befindet sich zwischen der Maschine 38 und dem wassergekühlten Kondensator 44 ein einzelnes Ventil 94, und ein Ventil 96 befindet sich stromaufwärts des wassergekühlten Kondensators 44, wie in 12 dargestellt ist. Die Ventile 94 und 96 können irgendwelche geeigneten Ventile sein. Das Ventil 94 kann beispielsweise ein Einzel-Teller-Thermostatventil sein und das Ventil 96 kann ein Sperrventil, wie ein Einweg-Sperrventil mit einem Druckgefälle, welches an dieses des Kühlmittelstroms durch die Maschine 38 angepasst ist, sein. Bei der Konfiguration von 12 ist keine Steuerungsvorrichtung oder Leistungsquelle notwendig. 12 stellt einen Kühlmittelstrom von der Maschine 38 zu einem Punkt auf der Maschinen-Bypassleitung 32 zwischen dem Ventil 96 und dem wassergekühlten Kondensator 44 dar. Jedoch kann alternativ ein Kühlmittelstrom von der Maschine 38 zu einem Punkt auf der Maschinen-Bypassleitung 32 auf einer gegenüberliegenden Seite des Kondensators 44, wie in 13 dargestellt, welche eine vierte Modifikation der vorliegenden Lehre zeigt, geleitet werden.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zum Zwecke der Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Es ist nicht beabsichtigt, dass diese erschöpfend ist oder die Offenbarung beschränkt. Individuelle Elemente oder Merkmale einer besonderen Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese besondere Ausführungsform beschränkt, sondern diese sind, wenn anwendbar, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn dies nicht spezifisch gezeigt oder beschrieben ist. Diese können ebenso verschiedenartig variiert werden. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung zu betrachten und es ist beabsichtigt, dass alle solche Modifikationen in dem Schutzumfang der Offenbarung enthalten sind.

Claims

Verfahren zum Regulieren der Kühlmitteltemperatur eines HVAC-Wärmepumpensystems mit Kühlmittel-Aufheizung, aufweisend: Erhöhen eines Kühlmittelstroms von einer Maschine (38) zu einem Heizkörper (16) und Verringern eines Kühlmittelstroms durch eine Maschinen-Bypassleitung (32) des Systems, falls sich eine Temperatur von Kühlmittel, welches aus einem Kondensator (44) in Zusammenhang mit dem System austritt, über einer ersten vorbestimmten Schwelle befindet; Erhöhen des Kühlmittelstroms von der Maschine (38) zu dem Heizkörper (16) und Verringern des Kühlmittelstroms durch die Maschinen-Bypassleitung (32), falls eine Temperatur von aus der Maschine (38) austretendem Kühlmittel höher ist als die Temperatur von aus dem Heizkörper (16) austretendem Kühlmittel; und Verringern des Kühlmittelstroms von der Maschine (38) zu dem Heizkörper (16) und Erhöhen des Kühlmittelstroms durch die Maschinen-Bypassleitung (32), falls sich die Temperatur des aus dem Kondensator (44) austretenden Kühlmittels unter einer zweiten vorbestimmten Schwelle befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend das Aufrechterhalten eines Betrages des Kühlmittelstroms von der Maschine (38) zu dem Heizkörper (16) und das Aufrechterhalten eines Betrages des Kühlmittelstroms durch die Maschinen-Bypassleitung (32), wenn sich die Temperatur des aus dem Kondensator (44) austretenden Kühlmittels nicht über der ersten vorbestimmten Schwelle befindet, wenn die Temperatur des aus der Maschine (38) austretenden Kühlmittels nicht höher ist als die Temperatur des aus dem Heizkörper (16) austretenden Kühlmittels, und wenn sich die Temperatur des aus dem Kondensator (44) austretenden Kühlmittels nicht unter der zweiten vorbestimmten Schwelle befindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend das Erhöhen des Kühlmittelstroms von der Maschine (38) zu dem Heizkörper (16) und das Verringern des Kühlmittelstroms durch die Maschinen-Bypassleitung (32), falls das System nicht arbeitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend das Vorsehen eines Kühlmittelstroms durch das System mithilfe einer Pumpe (42).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kühlmittel Wasser und Propylenglykol und/oder Ethylenglykol enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend das Überwachen des Nachfolgenden: einen Betriebszustand des Systems; eine Temperatur des aus dem Kondensator (44) austretenden Kühlmittels; eine Temperatur des aus der Maschine (38) austretenden Kühlmittels; eine Temperatur des aus dem Heizkörper (16) austretenden Kühlmittels; und obere und untere Temperaturgrenzen des Kondensators (44).
Verfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend das Durchführen der Überwachung zumindest teilweise mithilfe einer Steuerungsvorrichtung (54).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, ferner aufweisend das Betätigen eines Ventils (134) einer Ventilanordnung (50) auf einer Kühlmittelleitung (30, 36) zwischen dem Heizkörper (16) und der Maschine (38), um den Kühlmittelstrom von der Maschine (38) zu dem Heizkörper (16) zu erhöhen und den Kühlmittelstrom durch die Maschinen-Bypassleitung (32) zu verringern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner aufweisend das Betätigen eines Ventils (154, 156) einer Ventilanordnung (52) auf einer Kühlmittelleitung (36, 34) zwischen der Maschine (38) und einer Pumpe (42) der Kühlmittelleitung (34), um den Kühlmittelstrom von der Maschine (38) zu dem Heizkörper (16) zu erhöhen und den Kühlmittelstrom durch die Maschinen-Bypassleitung (32) zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend das Erhöhen des Kühlmittelstroms von der Maschine (38) zu dem Heizkörper (16) und das Verringern des Kühlmittelstroms durch die Maschinen-Bypassleitung (32) durch Betätigen eines Betätigungselements (130) einer Ventilanordnung (50) des Systems, falls die Temperatur des aus der Maschine (38) austretenden Kühlmittels höher ist als die Temperatur des aus dem Heizkörper (16) austretenden Kühlmittels.
Verfahren zum Regulieren der Kühlmitteltemperatur eines HVAC-Wärmepumpensystems mit Kühlmittel-Aufheizung, aufweisend: Messen der Temperatur von Kühlmittel, welches das System durchströmt; und Konfigurieren einer Ventilanordnung (50, 52) des Systems, um einen Kühlmittelstrom von sowohl einer Maschine (38) als auch einer Maschinen-Bypassleitung (32) zu einem Heizkörper (16) zu leiten, wenn sich die Temperatur des Kühlmittels über einer vorbestimmten Schwelle befindet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei sich ein Thermostatventil (116) öffnet, wenn sich die Temperatur des Kühlmittels über der vorbestimmten Schwelle befindet, um die Ventilanordnung (50) zum Teil derart zu konfigurieren, dass diese Kühlmittel von der Maschine (38) zu dem Heizkörper (16) leitet.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die vorbestimmte Schwelle etwa 80°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das System eine Wärmepumpe ist und das Kühlmittel Wasser und Propylenglykol und/oder Ethylenglykol enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, ferner aufweisend das Variieren des Kühlmittelstroms zu dem Heizkörper (16) von sowohl der Maschine (38) als auch der Maschinen-Bypassleitung (32) basierend auf der Temperatur des Kühlmittels.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner aufweisend das Erhöhen des Kühlmittelstroms von der Maschine (38) zu dem Heizkörper (16), falls sich das aus dem Heizkörper (16) austretende Kühlmittel über einer vorbestimmten Temperatur befindet.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner aufweisend das Konfigurieren der Ventilanordnung (50), um einen Kühlmittelstrom durch eine Thermostatkammer (114) und an einem Thermostatventil (116) der Thermostatkammer (114) vorbei, und von der Thermostatkammer (114) zu dem Heizkörper (16) zu leiten.
Verfahren zum Regulieren der Kühlmitteltemperatur eines HVAC-Wärmepumpensystems mit Kühlmittel-Aufheizung, aufweisend: Messen der Temperatur von aus einer Maschine (38) austretendem Kühlmittel und Messen der Temperatur von aus einem Heizkörper (16) austretendem Kühlmittel; Vergleichen der Temperatur des aus der Maschine (38) austretenden Kühlmittels mit der Temperatur des aus dem Heizkörper (16) austretenden Kühlmittels; und Aufbringen von Leistung auf ein Ventil (134, 154, 156) des Systems, um das Ventil (134, 154, 156) derart zu konfigurieren, dass dieses Kühlmittel von der Maschine (38) zu dem Heizkörper (16) leitet und den Kühlmittelstrom zu dem Heizkörper (16) durch eine Maschinen-Bypassleitung (32) beschränkt, falls die Temperatur des aus der Maschine (38) austretenden Kühlmittels höher ist als die Temperatur des aus dem Heizkörper (16) austretenden Kühlmittels.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner aufweisend das Aufbringen von Leistung auf das Ventil (134, 154, 156) lediglich wenn die Maschine (38) in Betrieb ist.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, ferner aufweisend das Aufbringen von Leistung auf ein Heizelement (158) des Ventils (156), um das Ventil (156) zu öffnen und einen Kühlmittelstrom von der Maschine (38) durch dieses zu ermöglichen.