DE102014205005A1

DE102014205005A1 - Verfahren zum Betrieb der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014205005A1
Application number: DE102014205005.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Markowitz; Dietmar Fischer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2015-09-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage (10) eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Klimaanlage (10) einen ersten Kompressionskältekreislauf (20) und einen zweiten Kühlkreislauf (30) aufweist, wobei im ersten Kompressionskältekreislauf (20) ein Kältemittel zirkuliert, während im zweiten Kühlkreislauf (30) ein Kühlmittel zirkuliert. Der zweite Kühlkreislauf (30) ist thermisch so an einen Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager (24) des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) gekoppelt ist, dass Wärme von dem im zweiten Kühlkreislauf (30) zirkulierenden Kühlmittel an das im Kompressionskältekreislauf (20) zirkulierende Kältemittel übertragen wird, wobei der zweite Kühlkreislauf (30) ferner thermisch mit einem zu kühlenden System des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, indem Wärme von diesem System des Kraftfahrzeugs an das Kühlmittel im zweiten Kühlkreislauf (30) übertragen wird. Erfindungsgemäß werden bei dem Verfahren Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs ermittelt und einer Steuereinheit (50) übermittelt, wobei die Steuereinheit (50) die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) über den Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager (24) des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) reduziert, wenn die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf (30) unterhalb eines definierten Grenzwerts liegt und die Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs bei Werten liegen, die ohne Veränderung der Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) zu einer Temperatur des Kältemittels im ersten Kompressionskältekreislauf (20) und/oder zu einer Leistungsaufnahme des Kompressors (21) führen würden, die oberhalb definierter Grenzwerte liegen. Die Erfindung betrifft ferner eine zugehörige Klimaanlage (10) mit einer zur Durchführung des Verfahrens ausgestalteten Steuereinheit (50).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb der Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine zugehörige Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, welche mit diesem Verfahren betreibbar ist.
Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise einen Kältemittelkreislauf auf, der wenigstens einen Kompressor, einen Wärme abgebenden Wärmeübertrager z.B. in Form eines Gaskühlers, ein Expansionsorgan und einen Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager z.B. in Form eines Verdampfers umfasst, die über geeignete Kältemittelleitungen miteinander verbunden sind. In dem so aufgebauten Kompressionskältekreislauf zirkuliert ein Kältemittel, bei dem es sich beispielsweise um CO₂ bzw. R744 handeln kann. Im Kälteprozess wird das Kältemittel vom Kompressor angesaugt und von Niederdruck auf Hochdruck verdichtet. Das so überhitzte Kältemittel gibt über den Gaskühler Wärme an die Umgebung ab. Dabei ist der Gaskühler vorzugsweise so im Motorraum des Fahrzeugs platziert, dass er dem Fahrtwind ausgesetzt ist, so dass die Wärme gut abgeführt werden kann. Dieser Vorgang kann durch einen Lüfter unterstützt werden. Das Kältemittel wird dann verflüssigt und im Expansionsorgan von Hochdruck auf Niederdruck entspannt, wobei es sich stark abkühlt, so dass es anschließend im Verdampfer Wärme aufnehmen kann. Diese Wärmeaufnahme wird dazu genutzt, um beispielsweise der Innenraumluft eines Fahrzeugs Wärme zu entziehen, d.h. sie zu kühlen.
Die Aufnahme von Wärme aus der Innenraumluft oder anderen zu kühlenden Fahrzeugsystemen, wie z.B. einer Traktionsbatterie, kann direkt erfolgen, indem die Luft beispielsweise direkt an dem Verdampfer des Kältemittelkreislaufs entlang geführt wird. Sie kann jedoch auch indirekt über einen zweiten Kühlmittelkreislauf erfolgen (secondary loop). In diesem Fall zirkuliert ein weiteres Kühlmittel in dem zweiten Kühlmittelkreislauf, wobei es sich beispielsweise um Glykol, Wasser und/oder Mischungen daraus handeln kann. Das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs nimmt über den Verdampfer und einen geeigneten Wärmetauscher des zweiten Kühlmittelkreislaufs Wärme aus dem Kühlmittel des zweiten Kreislaufs auf. Hierdurch wird die Temperatur des Kühlmittels gesenkt, so dass es über weitere Wärmetauscher in seinem Kreislauf ein System eines Fahrzeugs kühlen kann. Die Erfindung betrifft eine solche Klimaanlage mit zweitem Kühlkreislauf. Dabei hat diese Vorgehensweise insbesondere den Vorteil, dass der Verdampfer des Kompressionskältekreislaufs beispielsweise nicht direkt mit der Innenraumluft in Berührung kommt und so Kältemittelleckage in den Innenraum sicher vermieden werden kann. Weitere Vorteile einer solchen Anordnung sind, dass Kühlung an verschiedenen Abnahmestellen im Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden kann, ohne die Komplexität des Kältekreislaufes durch mehrere Verdampfer zu erhöhen. Ferner kann der Kältekreislauf kompakt mit geringem inneren Volumen, d.h. auch mit geringer Kältemittelfüllmenge ausgeführt werden. Beispielsweise offenbart die DE 102 45 257 A1 eine Wärmemanagementvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen zweiten Kühlmittelkreislauf.
Bei derartigen Klimaanlagen mit einem Gaskühler, über den nach der Kompression Wärme von dem überhitzten Kältemittel an die Umgebung abgeführt werden muss, tritt jedoch das Problem auf, dass sich der Gaskühler im Motorraum oftmals in Bereichen befindet, die sich unter bestimmten Umständen zu stark aufheizen. Dies ist insbesondere bei Fahrzeugstillstand oder geringen Fahrgeschwindigkeiten der Fall, da in diesen Situationen die Eintrittstemperatur der Luft in den Gaskühler beispielsweise durch im Motorraum zirkulierende heiße Luft relativ hoch sein kann. Insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen wird jedoch gerade in diesen Situationen eine hohe Kühlleistung der Klimaanlage benötigt. Diese Kühlleistung kann dann gegebenenfalls nicht erreicht werden, was für den Fahrer den Komfort im Fahrzeug verringert, oder die Arbeitsleistung des Kompressors wird entsprechend erhöht, was den Wirkungsgrad der Klimaanlage verschlechtert.
Zur Erhöhung des Wirkungsgrads einer Klimaanlage bzw. auch um das Kältemittel bei höheren Außenlufttemperaturen besser verflüssigen zu können, ist es grundsätzlich bekannt, im Kältemittelkreislauf einen inneren Wärmetauscher vorzusehen, wie es die DE 102 45 257 A1 beispielsweise ebenfalls vorschlägt. Über den inneren Wärmetauscher kann Wärme vom Kältemittel im Hochdruckbereich an das Kältemittel im Niederdruckbereich abgegeben werden, wobei der innere Wärmetauscher typischerweise im Gegenstrom betrieben wird.
Um die Leistungsfähigkeit einer Klimaanlage zu erhöhen, schlägt die DE 10 2007 035 110 A1 ferner vor, zwischen einem Gaskühler und einem Expansionsorgan einen zusätzlichen Wärmeübertrager vorzusehen. Dieser Wärmeübertrager ist thermisch mit einer zuschaltbaren Wärmesenke gekoppelt, durch welche dem Kältemittelkreislauf bei Bedarf zusätzlich Wärme entzogen werden kann. Ist die Temperatur des Kältemittels hinter dem Gaskühler beispielsweise zu hoch, weil das Fahrzeug still steht oder nur mit geringer Geschwindigkeit fährt, so dass die Eintrittstemperatur der Luft im Gaskühler zu hoch ist, kann die Wärmesenke zugeschaltet werden. Die Wärmesenke ist dann in einem Bereich am Fahrzeug positioniert, der einen ausreichenden Abstand zu sich aufheizenden Baugruppen des Fahrzeugs hat. In diesem Fall herrschen an der Wärmesenke günstigere Randbedingungen für die Wärmeabgabe.
Diese Offenlegungsschrift DE 10 2007 035 110 A1 offenbart auch eine Ausführungsform, bei welcher im Kältemittelkreislauf ein Ladewärmeübertrager vorgesehen ist. Dieser ist strömungstechnisch hinter dem Verdampfer angeordnet, und bei Betriebsbedingungen, die keine Absenkung der Temperatur des Kältemittels erfordern, kann über den Ladewärmeträger ein Kältespeicher aufgeladen werden. Bei Betriebsbedingungen, die eine Absenkung der Temperatur des Kältemittels erfordern, kann dieser aufgeladene Kältespeicher dann als Wärmesenke genutzt werden.
Die Ankopplung einer solchen zuschaltbaren Wärmesenke an den Kältemittelkreislauf erfordert jedoch diverse Zusatzkomponenten und insbesondere weitere Wärmetauscher. Die gesamte Klimaanlage benötigt somit einen größeren Bauraum und kann aufgrund der erhöhten Komponentenanzahl auch störungsanfälliger werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein effektives Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welches den Wirkungsgrad der Klimaanlage erhöht, jedoch insbesondere keine zusätzlichen Wärmetauscherkomponenten erfordert. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine zugehörige Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–12. Ferner wird die Aufgabe durch eine Klimaanlage gemäß dem unabhängigen Anspruch 13 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Klimaanlage ergibt sich aus dem Unteranspruch 14.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betrieb einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Dabei weist die Klimaanlage einen ersten Kompressionskältekreislauf und einen zweiten Kühlkreislauf auf. Im ersten Kompressionskältekreislauf zirkuliert ein Kältemittel durch einen Kompressor, einen Wärme abgebenden Wärmeübertrager, ein Expansionsorgan und einen Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager, während im zweiten Kühlkreislauf ein Kühlmittel zirkuliert. Der zweite Kühlkreislauf ist thermisch so an den Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager des ersten Kompressionskältekreislaufs gekoppelt, dass Wärme von dem im zweiten Kühlkreislauf zirkulierenden Kühlmittel an das im Kompressionskältekreislauf zirkulierende Kältemittel übertragen wird. Der zweite Kühlkreislauf wiederum ist thermisch mit einem zu kühlenden System des Kraftfahrzeugs gekoppelt, wobei Wärme von diesem System des Kraftfahrzeugs an das Kühlmittel im zweiten Kühlkreislauf übertragen wird. Es handelt sich somit um eine indirekte Übertragung von Wärme eines zu kühlenden Fahrzeugsystems an das Kältemittel des Kompressionskältekreislaufs, bei der nur die Komponenten des zweiten Kühlkreislaufs Kontakt mit dem zu kühlenden System haben. Bei dem zu kühlenden System des Fahrzeugs kann es sich insbesondere um den Innenraum oder eine Traktions-batterie handeln, aber auch andere Systeme eines Fahrzeugs können so gekühlt werden. Dies bringt beispielsweise bei einer Kühlung des Innenraums eines Fahrzeugs den bereits genannten Vorteil mit sich, dass die Innenraumluft insbesondere keinen Kontakt zum Verdampfer des Kompressionskältekreislaufs hat.
Erfindungsgemäß werden beim Betrieb einer solchen Klimaanlage Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs ermittelt und einer Steuereinheit der Klimaanlage übermittelt. Diese Steuereinheit steuert die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs über den Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager des ersten Kompressionskältekreislaufs wenigstens in Abhängigkeit von diesen ermittelten Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs an. Die Steuereinheit wertet die Betriebsparameter somit aus und steuert insbesondere in Abhängigkeit von der Höhe einer oder mehrerer Parameter die Wärmeübertragungskapazität an, d.h. verändert diese entsprechend. Insbesondere wird die Wärmeübertragungskapazität erfindungsgemäß reduziert, wenn die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf unterhalb eines definierten Grenzwerts liegt und die Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs bei Werten liegen, die ohne Veränderung der Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs zu einer Temperatur des Kältemittels im ersten Kompressionskältekreislauf führen würden, die oberhalb eines definierten Grenzwerts liegt, und/oder zu einer Leistungsaufnahme des Kompressors im ersten Kompressionskältekreislauf führen würden, die oberhalb eines definierten Grenzwerts liegt.
Wenn die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kreislauf ausreichend niedrig ist, kann die Wärmeübertragungskapazität somit gesenkt werden, auch wenn eine Situation vorliegt, in der Betriebsparameter des Fahrzeugs eigentlich Werte einnehmen, die ohne Veränderung der Wärmeübertragungskapazität zu einer Erhöhung der Temperatur des Kältemittels im Kompressionskältekreislauf über eine bestimmte, d.h. kritische Temperatur und/oder zu einer Erhöhung der Leistungsaufnahme des Kompressors über eine bestimmte, d.h. kritische Leistungsaufnahme führen würden.
Dabei ist im Sinne dieser Erfindung unter der Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs über den Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager des ersten Kompressionskältekreislaufs das Maß an Wärme zu verstehen, das über den Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager des ersten Kompressionskältekreislaufs von dem Kühlmittel an das Kältemittel übertragbar ist. Die Wärmeübertragungskapazität kann somit auch als Kühlfähigkeit, Kälteleistung oder Kühlleistung an dieser Stelle bezeichnet werden. Diese Kühlleistung kann auf unterschiedliche Arten beeinflusst werden, wobei bevorzugt solche Änderungen vorgenommen werden, welche den Energieverbrauch der Klimaanlage insgesamt verringern, um so ihren Wirkungsgrad zu erhöhen.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist beispielsweise vorgesehen, dass die Steuereinheit die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs verringert, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs unterhalb eines definierten Werts liegt. Bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten oder sogar Stillstand des Fahrzeugs wird die Kühlleistung somit gesenkt, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit als wenigstens ein Betriebsparameter des Fahrzeugs dient, der für die Ansteuerung der Klimaanlage herangezogen wird. Die kritische Fahrzeuggeschwindigkeit kann beispielsweise im Bereich von 0 km/h bis etwa 15 km/h liegen. Dabei kann jedoch je nach Design des Front-Ends auch von einem kritischen Geschwindigkeitsbereich von 10–30 km/h ausgegangen werden, so dass die kritische Fahrzeuggeschwindigkeit auch im Bereich von 0–10 km/h oder 0–30 km/h und jeglichen Werten dazwischen liegen kann.
Unterhalb von 15 km/h ist durch rezirkulierende Motorraumluft die Temperatur am Lufteintritt zum Gaskühler des Fahrzeugs oftmals so hoch, dass über den Gaskühler nicht genug Wärme von dem Kältemittel des Kompressionskreislaufs an die Umgebung abgegeben werden kann. Ohne Veränderung der Kühlleistung würden sich die Temperatur des Kältemittels und/oder die Leistungsaufnahme des Kompressors daher über einen kritischen Wert hinaus erhöhen. Üblicherweise ist vorgesehen, dass die Kühlleistung in diesen Situationen erhöht wird, um eine gewünschte Kühlung der Innenluft des Fahrzeugs aufrecht erhalten zu können. Die Erfindung wendet sich jedoch ab von dieser Vorgehensweise und sieht dagegen vor, dass die Kühlleistung gesenkt wird. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf ausreichen kann, um die Kühlung eines zu kühlenden Systems des Fahrzeugs zu gewährleisten. In diesen Situationen wird somit vorrangig durch das Kühlmittel im Kühlkreislauf gekühlt und nicht durch den Kompressionskältekreislauf, so dass der Energieverbrauch des Kompressionskältekreislaufs reduziert werden kann. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Klimaanlage.
Die Absenkung der Kühlleistung setzt jedoch voraus, dass die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf niedrig genug ist, um die gewünschte Kühlung zu erreichen. Dieser Zustand kann beispielsweise nach einer längeren Fahrt erreicht worden sein, in der sich das Kühlmittel ausreichend abkühlen konnte. Dann kann es bei reduzierter Geschwindigkeit oder im Stillstand des Fahrzeugs die Kühlung eines Systems des Fahrzeugs übernehmen und den Kompressionskältekreislauf in diesen für seine Effizienz ungünstigen Situationen entlasten. Die Temperatur des Kühlmittels im Kühlkreislauf sollte hierfür vorzugsweise im Bereich von 0–10°C liegen. Die Temperatur hängt jedoch auch von der jeweiligen Anwendung ab. Bei Verwendung des zweiten Kühlkreislaufs zur Kühlung von Luft muss die Vereisung von Kondensat verhindert werden. Bei anderen Kühlaufgaben könnte das Kühlmittel auch bis unter 0°C abgekühlt werden.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Kühlmittel vorher möglichst so weit herunter zu kühlen, dass es in diesen Situationen die Kühlung eines Systems übernehmen kann. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Steuereinheit die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs erhöht, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs oberhalb eines definierten Werts liegt. Dabei kann die Wärmeübertragungskapazität beispielsweise auch höher gewählt werden als sie für die Kühlung eines bestimmten Systems des Fahrzeugs in dieser Situation eigentlich erforderlich wäre. Oberhalb einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Kompressionskältekreislauf somit verstärkt dazu genutzt, um das Kühlmittel im zweiten Kühlkreislauf stark abzukühlen. Dies erfolgt so lange, bis die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf unterhalb eines definierten Werts liegt. Dieser liegt bei etwa 3 bis 0°C. Auch dieser Wert hängt jedoch wie bereits erwähnt von der jeweiligen Kühlaufgabe ab, so dass auch bis aus Werte unterhalb von 0°C abgekühlt werden könnte. Insgesamt erhöht sich hierfür in diesen Situationen zwar der Energiebedarf der Klimaanlage, aber aufgrund der Energieeinsparung bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten erhöht sich der Gesamtwirkungsgrad der Klimaanlage.
Es können jedoch auch andere Betriebsparameter für sich oder in Kombination mit der Fahrzeuggeschwindigkeit für die Ansteuerung der Wärmeübertragungskapazität verwendet werden. Beispielsweise ist in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Steuereinheit die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs verringert, wenn die Eintrittstemperatur von Luft an dem Wärme abgebenden Wärmeübertrager des ersten Kompressionskältekreislaufs oberhalb eines definierten Werts liegt. Durch sehr hohe Lufteintrittstemperaturen würden sich ohne Veränderung der Kühlleistung die Temperatur des Kältemittels im Kompressionskältekreislauf und/oder die Leistungsaufnahme des Kompressors jeweils über einen kritischen Wert hinaus erhöhen. Auch in einer solchen Situation wird die Kühlleistung jedoch erfindungsgemäß nicht erhöht, sondern vielmehr gesenkt. Ist die Eintrittstemperatur am Gaskühler somit zu hoch, bedeutet dies, dass das Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufes verstärkt die Kühlung eines Systems übernimmt und so den Kompressionskältekreislauf in dieser für seine Effizienz ungünstigen Situation entlastet. Dies führt analog zu den bereits genannten Vorteilen.
Die kritische Eintrittstemperatur der Luft am abgebenden Wärmeübertrager des Kompressionskältekreislaufs hängt dabei im Wesentlichen von dem im Kompressionskältekreislauf verwendeten Kältemittel ab. Bei CO₂ als Kältemittel liegt diese beispielsweise in einem Bereich von 30–40°C, so dass die Kühlleistung bei Lufteintrittstemperaturen oberhalb dieser Temperaturen gesenkt wird. Auch dieser kritische Bereich hängt jedoch von der Effizienz des Gaskühlerbelüftung und von der Auslegung eines gegebenenfalls vorhandenen inneren Wärmetauschers ab. Für einen spezifischen Kältekreislauf muss daher beurteilt werden, ab welcher Temperatur die Effizienz einbricht.
Auch hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuereinheit die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs nur verringert, wenn die Eintrittstemperatur von Luft an dem Wärme abgebenden Wärmeübertrager des ersten Kompressionskältekreislaufs oberhalb eines definierten Werts liegt und gleichzeitig die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf unterhalb eines definierten Werts liegt. Die Wärmeübertragungskapazität wird dann von der Steuereinheit erhöht, wenn die Eintrittstemperatur von Luft an dem Wärme abgebenden Wärmeübertrager des ersten Kompressionskältekreislaufs unterhalb eines definierten Werts liegt. Dies ist beispielsweise bei hohen Geschwindigkeiten oder zu bestimmten Zeiten bei der Fahrt durch wechselnde Umgebungsbedingungen der Fall (z.B. bei Überlandfahrten), so dass das Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs in diesen Situationen stark abgekühlt werden kann. Auch hier wird die Wärmeübertragungskapazität dann vorzugsweise nur so lange erhöht, bis die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf unterhalb eines definierten Werts liegt.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine Erhöhung der Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs erfolgt, wenn eine signifikante Veränderung der Betriebsparameter in eine Richtung stattfindet, die ohne Veränderung dieser Wärmeübertragungskapazität zu einer Absenkung der Temperatur des Kältemittels im ersten Kompressionskältekreislauf führen würde. Beispielsweise können als signifikante Veränderung ein starker Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder ein starker Abfall der Lufteintrittstemperatur am Gaskühler angesehen werden. Beide deuten darauf hin, dass sich das Fahrzeug aus einer für die Klimaanlage kritischen Situation heraus bewegt und wieder eine Erhöhung der Wärmeübertragungskapazität erfolgen kann, um das Kühlmittel im zweiten Kreislauf erneut ausreichend für die nächste kritische Situation abzukühlen.
Die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs kann auf unterschiedliche Arten beeinflusst werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt sie beispielsweise durch Veränderung der Arbeitsleistung des Kompressors im Kompressionskältekreislauf. Diese Arbeitsleistung kann von der Steuereinheit durch einen Steuerstrom des Kompressors verändert werden. Die Verringerung der Wärmeübertragungskapazität kann dann durch eine Verringerung der Arbeitsleistung des Kompressors erfolgen, während die Erhöhung der Wärmeübertragungskapazität durch eine Erhöhung der Arbeitsleistung des Kompressors erfolgen kann. Durch eine Verringerung der Arbeitsleistung des Kompressors verringert sich der Massenstrom des im Kompressionskältekreislauf zirkulierenden Kältemittels, wodurch sich die Kühlleistung am Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager des Kompressionskältekreislaufs reduziert. Eine Erhöhung der Arbeitsleistung hat den gegenteiligen Effekt.
Durch eine Verringerung der Arbeitsleistung des Kompressors verringert sich sein Energieverbrauch. So lässt sich trotz der temporären Erhöhung der Arbeitsleistung zur verstärkten Abkühlung des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf insgesamt eine Erhöhung des Wirkungsgrads der Klimaanlage erreichen. Der Quotient aus insgesamt erzeugter Kälteleistung in Bezug zur dafür eingesetzten Antriebsleistung (COP-Coefficient of Performance) lässt sich so erhöhen.
Von der Erfindung umfasst ist auch eine zugehörige Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13. Erfindungsgemäß zeichnet sich diese Klimaanlage dadurch aus, dass sie eine Steuereinheit umfasst, welche in Verbindung mit Mitteln zur Ermittlung von Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs steht. Diese Steuereinheit ist dazu ausgebildet, die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs über den Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager des ersten Kompressionskältekreislaufs wenigstens in Abhängigkeit von diesen ermittelten Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs anzusteuern. Insbesondere ist die Steuereinheit dabei dazu ausgebildet, die Wärmeübertragungskapazität zu reduzieren, wenn die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf unterhalb eines definierten Grenzwerts liegt und die Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs bei Werten liegen, die ohne Veränderung der Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs zu einer Temperatur des Kältemittels im ersten Kompressionskältekreislauf und/oder einer Leistungsaufnahme des Kompressors führen würden, die jeweils oberhalb definierter Grenzwerte liegen. Die Steuereinheit ist somit vorzugsweise zur Ansteuerung der Klimaanlage gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Von den Abbildungen zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Klimaanlage mit Steuereinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein Ablaufschema zur Steuerung einer Klimaanlage gemäß der 1 wenigstens anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit; und
3 ein Ablaufschema zur Steuerung eine Klimaanlage gemäß der 1 wenigstens anhand der Lufteintrittstemperatur am Wärme abgebenden Wärmeübertrager des Kompressionskältekreislaufs.
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Klimaanlage mit Steuereinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Daran sollen jedoch lediglich die wesentlichen Aspekte der Erfindung erläutert werden, wobei die Klimaanlage weitere Komponenten, Kreisläufe, Steuerungen, etc. aufweisen kann. Die Klimaanlage 10 umfasst wenigstens einen ersten Kompressionskältekreislauf 20 und einen zweiten Kühlkreislauf 30. Der Kompressionskältekreislauf 20 weist wenigstens einen Kompressor 21 und einen Wärme abgebenden Wärmeübertrager 22 auf. Bei diesem Wärme abgebenden Wärmeübertrager handelt es sich insbesondere um einen Gaskühler 22, über den im Motorraum eines zugehörigen Kraftfahrzeugs Wärme von dem Kältemittel im Kompressionskältekreislauf 20 an die Luft der Umgebung abgegeben werden kann. Der Gaskühler kann dazu einen Lüfter aufweisen, wie er in 1 schematisch angedeutet ist.
Darüber hinaus sind hinter dem Gaskühler 22 ein Expansionsorgan 23 und ein Wärme aufnehmender Wärmeübertrager 24 positioniert, bei dem es sich vorzugsweise um einen Verdampfer handelt. Dieser Verdampfer 24 ist Teil eines Wärmetauschers 40, über den der erste Kompressionskältekreislauf 20 thermisch an den zweiten Kühlkreislauf gekoppelt ist. Der Wärmetauscher 40 kann auch als Kühlaggregat bezeichnet werden, in dem Wärme von dem Kühlmittel des zweiten Kreislaufs 30 an das Kältemittel des ersten Kreislaufs 20 übertragen wird.
Ergänzend kann der Kompressionskältekreislauf 20 zur Erhöhung seines Wirkungsgrads bzw. zur besseren Verflüssigung des Kältemittels bei höheren Umgebungstemperaturen einen inneren Wärmetauscher 25 vorsehen. Das verdichtete Kältemittel passiert diesen Wärmetauscher 25 auf der Hochdruckseite und gibt dabei Wärme an das entspannte Kältemittel auf der Niederdruckseite ab. Dies erfolgt typischerweise im Gegenstrom. Ferner kann ein Kältemittelsammler 26 (Akkumulator) vorgesehen sein, in dem nicht an dem Prozess teilnehmendes Kältemittel gesammelt werden kann.
Auf diese Weise bildet der Kompressionskältekreislauf 20 eine Kältemaschine aus, die den physikalischen Effekt der Verdampfungswärme beim Wechsel des Aggregatzustands eines Kältemittels von flüssig zu gasförmig nutzt. Als Kältemittel kann beispielsweise CO₂ bzw. R744 eingesetzt werden. Das Kältemittel zirkuliert im Kompressionskältekreislauf 20 und erfährt nacheinander verschiedene Aggregatzustandsänderungen. Das gasförmige Kältemittel wird zunächst durch den Kompressor 21 verdichtet und erhitzt sich dabei. In den folgenden Wärmeübertragern 25 und 22 wird es unter Wärmeabgabe an die Umgebung bzw. an die Niederdruckseite des Kältekreislaufs gekühlt. Anschließend wird das Kältemittel aufgrund der Druckänderung über das Expansionsorgan 23 entspannt. Die Verflüssigung des Kältemittels geschieht dabei in den Wärmeübertragern 22 und 25 bzw. während der Expansion. Im nachgeschalteten Verdampfer 24 verdampft das Kältemittel unter Wärmeaufnahme, so dass dem zweiten Kühlkreislauf 30 Wärme entzogen werden kann, und der Kreislauf kann nun von vorne beginnen.
Der zweite Kühlkreislauf 30 weist einen Wärme abgebenden Wärmeübertrager 32 auf, mit dem er thermisch innerhalb des Kältemittel/Kühlmittel-Wärmetauschers 40 an den ersten Kompressionskältekreislauf 20 gekoppelt ist. Innerhalb des zweiten Kühlkreislaufs 30 zirkuliert das Kühlmittel, wobei es sich beispielsweise um Glykol oder Mischungen aus Glykol und Wasser handeln kann. Dieses Kühlmittel zirkuliert im Kühlkreislauf 30 durch eine Pumpe 31 und gibt im Kältemittel/Kühlmittel-Wärmetauscher 40 Wärme an den Kompressionskältekreislauf 20 ab. Das so gekühlte Kühlmittel kann dann innerhalb eines Kühlers 33 Wärme von der Innenraumluft oder anderen zu kühlenden Systemen eines Fahrzeugs (z.B. Traktionsbatterie, etc.) aufnehmen, d.h. diese kühlen. Für eine Innenraumkühlung kann beispielsweise die Innenraumluft mit einem Lüfter durch einen Kühlkasten geleitet werden, wie es in 1 schematisch angedeutet ist. Darüber hinaus kann der zweite Kühlkreislauf 30 einen Ausgleichsbehälter 34 für das Kühlmittel aufweisen.
Die Klimaanlage 10 umfasst erfindungsgemäß ferner eine Steuereinheit 50, die wenigstens in Verbindung mit dem Kompressor 21 des ersten Kompressionskältekreislaufs 20 steht und über einen Steuerstrom wenigstens die Arbeitsleistung des Kompressors 21 ansteuern kann. Zur Ansteuerung des Kompressors 21 in Abhängigkeit von Betriebsparametern des zugehörigen Fahrzeugs können ein oder mehr Sensoren vorgesehen sein. Diese Sensoren können am Fahrzeug ohnehin bereits für andere Funktionen vorhanden sein und nun zusätzlich für die erfindungsgemäße Ansteuerung der Klimaanlage 10 genutzt werden. Sensoren können jedoch auch speziell für die erfindungsgemäße Ansteuerung ausgebildet und/oder angebracht werden.
Beispielsweise kann im Bereich des Gaskühlers 22 ein Temperatursensor 51 angebracht sein, mit dem die relevante Lufteintrittstemperatur am Gaskühler 22 gemessen und an die Steuereinheit 50 übermittelt werden kann. Ferner kann ein Sensor 52 vorgesehen sein, mit dem die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelbar ist. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann jedoch auch auf anderem Wege ermittelt bzw. aus anderen Steuerungssystemen herangezogen werden, für die ebenfalls Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit vorliegen. Der Sensor 52 in 1 soll somit lediglich verdeutlichen, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit auf irgendeinem Wege gemessen und an die Steuereinheit 50 übermittelt wird. Ferner können auch andere Betriebsparameter des Fahrzeugs zur Ansteuerung der Klimaanlage 10 genutzt werden, so dass auch andere Informationsquellen mit der Steuereinheit 50 in Verbindung stehen können. Weiterhin können Sensoren an verschiedenen Stellen des ersten Kältekreislaufs und des zweiten Kühlkreislaufs angeordnet sein, um relevante Temperaturen und Drücke aufzunehmen.
Dabei muss die Steuereinheit 50 nicht ausschließlich zur Ansteuerung der Klimaanlage vorgesehen und ausgebildet sein, sondern sie kann auch andere Steuerungsund/oder Regelungsfunktionen übernehmen. Es kann sich beispielsweise um eine zentrale Steuereinheit des Fahrzeugs zur Ansteuerung verschiedenster Funktionen handeln. Zur Darstellung dieser Erfindung wird die Steuereinheit 50 dabei als der Klimaanlage 10 zugehörig angesehen, aber dies kann auch dadurch realisiert werden, dass lediglich ein Teil der Steuereinheit 50 zur Ansteuerung der Klimaanlage 10 ausgestaltet ist.
Eine Messung am Temperatursensor 51 kann nun beispielsweise ergeben, dass die Lufteintrittstemperatur am Gaskühler 22 zu hoch ist. Bei CO₂ als Kältemittel im Kompressionskältekreislauf 20 ist dies beispielsweise eine Temperatur oberhalb eines bestimmten Wertes in einem Bereich von 30–40°C. Bei einer solchen Lufteintrittstemperatur kann die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel im Kompressionskältekreislauf 20 und dem Kühlmittel im Kühlkreislauf 30 gesenkt werden, d.h. die Kühlleistung im Kältemittel/Kühlmittel-Wärmetauscher 40 kann gesenkt werden, um den Kompressionskältekreislauf 20 zu entlasten und somit in dieser Situation Energie einzusparen. Dies erfolgt jedoch vorzugsweise nur dann, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Kühlkreislauf 30 entsprechend niedrig ist. Nur dann kann es die erforderliche Kühlung der Innenraumluft über den Innenraumluftkühler 33 verstärkt alleine übernehmen. Um diese Temperatur messen und berücksichtigen zu können, ist beispielsweise ein Sensor 53 im Kühlkreislauf 30 vorgesehen. Dieser Sensor 53 ist jedoch erneut nur als Mittel zur Erläuterung des prinzipiellen Verfahrens der Erfindung anzusehen und die Temperatur des Kühlmittels kann auch auf andere Arten ermittelt bzw. aus anderen vorhandenen Informationen hergeleitet werden.
Als weiterer Parameter für eine Reduzierung der Kühlleistung kann ferner die Fahrzeuggeschwindigkeit dienen, welche die Steuereinheit 50 über den Sensor 52 erhält. Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise unterhalb von 15 km/h oder anderen als kritisch einzustufenden Werten, wird die Kühlleistung ebenfalls reduziert, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Kühlkreislauf 30 entsprechend niedrig ist. Da eine hohe Lufteintrittstemperatur am Gaskühler 22 oftmals einhergeht mit einer geringen Fahrzeuggeschwindigkeit, können diese beiden Parameter auch gemeinsam ausgewertet werden. Ferner kann die Temperatur des Kältemittels im Kompressionskältekreislauf 20 berücksichtigt werden, die beispielsweise über einen Sensor 54 ermittelt und an die Steuereinheit 50 übergeben werden kann. Dieser Sensor 54 kann auch direkt hinter dem Gaskühler 22 angeordnet sein, um die Temperatur des Kältemittels zu messen, die durch die Abkühlung am Gaskühler 22 erreicht werden konnte.
Um die Temperatur des Kühlmittels im Kühlkreislauf 30 für die Entlastungssituationen so weit wie möglich zu senken, ist es vorzugsweise vorgesehen, die Kühlleistung in anderen Situation zu erhöhen, um das Kühlmittel entsprechend abzukühlen. Beispielsweise erfolgt dies oberhalb bestimmter Fahrzeuggeschwindigkeiten und/oder unterhalb bestimmter Lufteintrittstemperaturen. In diesen Situationen wird die Kühlleistung üblicherweise gesenkt, aber auch hiervon wendet sich die Erfindung ab und nutzt diese unkritischen Situationen, um das Kühlmittel für möglicherweise folgende, ungünstigere Situationen stärker abzukühlen, als dies für die aktuelle Situation erforderlich wäre. Dabei wird die Temperatur des Kühlmittels jedoch nur bis zu einem bestimmten unteren Grenzwert gesenkt.
Um die Kühlleistung im Kältemittel/Kühlmittel-Wärmetauscher 40 zu verändern, wird vorzugsweise die Arbeitsleistung des Kompressors 21 verändert. Dies kann über eine entsprechende Veränderung des Steuerstroms erfolgen, den die Steuereinheit 50 an den Kompressor 21 übermittelt. In kritischen Situationen mit geringer Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. hoher Lufteintrittstemperatur am Gaskühler 22 kann so der Energieverbrauch des Kompressors 21 verringert werden, was sich positiv auf den Gesamtwirkungsgrad der Klimaanlage auswirkt.
Die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs kann beispielsweise auch durch die Einstellung des Durchflusses bzw. der Pumpenleistung im zweiten Kühlreislauf 30 beeinflusst werden. Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung kann durch einen steuerbaren Bypass des Wärmetauschers 40 auf der Kühlmittelseite realisiert werden. Auch durch die so veränderte Wärmeübertragungskapazität lässt sich über die (aufgrund des veränderten Wärmeübergangs vom Kühlmittel zum Kältemittel) veränderten Zustände des Kältemittels die Arbeitsleistung des Kompressors 21 verändern.
2 veranschaulicht diese Vorgänge noch einmal anhand eines Ablaufschemas zur Steuerung der Klimaanlage wenigstens anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit. Ist die Klimaanlage an und ist der Kompressor an, wird die Fahrzeuggeschwindigkeit gemessen bzw. ermittelt. Ferner wird zusätzlich wenigstens die Temperatur des Kühlmittels im Kühlmittelkreislauf ermittelt. Ergänzend kann die Umgebungstemperatur gemessen werden. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen von z.B. 15°C und darunter kann dann vorgesehen sein, dass das Verfahren nur eingeschränkt oder gar nicht eingesetzt wird. Eingeschränkt kann es beispielsweise bei längeren Leerlaufzeiten eingesetzt werden. Eine solche Abfrage könnte in das Ablaufschema integriert werden, wird jedoch im Folgenden nicht ausführlich erläutert.
Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb eines definierten Grenzwerts und ist somit niedrig, wird die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kreislauf (Kühlmittelkreislauf) herangezogen. Ist diese unterhalb eines definierten Grenzwerts, also ebenfalls niedrig, wird die Kompressor/Kühlaggregat-Kapazität über den linken Zweig des Ablaufschemas reduziert. Dies bedeutet, dass die Kühlleistung vom Kühlmittel im zweiten Kreislauf auf das Kältemittel im ersten Kreislauf reduziert wird, was vorzugsweise durch die Reduzierung der Arbeitsleistung des Kompressors erfolgt. Steigt die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kreislauf hierdurch jedoch zu stark an bzw. ist zu hoch, wird die Kompressor/Kühlaggregat-Kapazität über den rechten Zweig des Ablaufschemas wieder erhöht. Wenn das Kompressordrehmoment und der Energieverbrauch des Kompressors jedoch einen definierten Wert erreicht haben, wird erneut die Fahrzeuggeschwindigkeit gemessen und nur wenn sich eine signifikante Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit ergeben hat, kann die Kompressor/Kühlaggregat-Kapazität unter Umständen weiter erhöht werden. Ansonsten wird diese Situation durch den Steuerkreislauf nicht verändert. Das Gleiche gilt, wenn die Temperatur des Kühlmittels im Kühlkreislauf eine bestimmte Untergrenze erreicht hat.
Solange die Temperatur des Kühlmittels nicht zu hoch wird, kann die Kompressor/Kühlaggregat-Kapazität jedoch reduziert werden bis eine signifikante Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit eintritt. Erhöht sich die Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise stark, deutet dies auf ein Ende der kritischen Situation hin und die Kompressor/Kühlaggregat-Kapazität kann wieder erhöht werden. Dies erfolgt jedoch erneut nur, wenn das Kompressordrehmoment und der Energieverbrauch des Kompressors einen definierten Obergrenzwert noch nicht erreicht haben bzw. die Temperatur des Kühlmittels noch nicht auf einen unteren Grenzwert gefallen ist.
3 zeigt ein weiteres Ablaufschema zur Steuerung der Klimaanlage, die wenigstens anhand der Lufteintrittstemperatur am Wärme abgebenden Wärmeübertrager des Kompressionskältekreislaufs erfolgt. Auch hier erfolgt die Steuerung, wenn die Klimaanlage und der Kompressor an sind. Die Lufteintrittstemperatur wird als Betriebsparameter des Fahrzeugs direkt gemessen oder berechnet. Beispielsweise kann dies aufgrund der Umgebungstemperatur und einem bekannten oder geschätzten Wärmeintrag in den Gaskühler erfolgen. Liegt am Gaskühler keine erhöhte Temperatur, d.h. keine kritische Situation vor, kann die Kompressor/Kühlaggregat-Kapazität im rechten Zweig des Ablaufschemas analog zu den vorherigen Ausführungen erhöht werden. Dabei sind erneut obere Grenzwerte für das Kompressordrehmoment und den Energieverbrauch und ein unterer Grenzwert für die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kreislauf zu berücksichtigen.
Ist die Temperatur am Gaskühler jedoch hoch und die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kreislauf ausreichend niedrig für eine Entlastung des Kompressionskältekreislaufs, kann die Kompressor/Kühlaggregat-Kapazität zur Energieeinsparung im linken Zweig des Ablaufschemas reduziert werden. Dies erfolgt erneut nur solange, bis die Kühlmitteltemperatur zu hoch ist bzw. zu stark ansteigt. In diesen Fällen wird die Kompressor/Kühlaggregat-Kapazität wieder erhöht. Ansonsten wird die Kompressor/Kühlaggregat-Kapazität solange gesenkt, bis die Lufteintrittstemperatur am Gaskühler nicht mehr zu hoch ist. Erfolgt dabei ein signifikanter Abfall der Temperatur am Gaskühler, deutet dies auf ein Ende der kritischen Situation hin und die Kompressor/Kühlaggregat-Kapazität kann wieder erhöht werden. Dies erfolgt erneut nur solange, bis das Kompressordrehmoment und der Energieverbrauch des Kompressors einen definierten Obergrenzwert erreicht haben bzw. die Temperatur des Kühlmittels auf einen unteren Grenzwert gefallen ist.
Bezugszeichenliste

10: Klimaanlage
20: Erster Kreislauf, Kompressionskältekreislauf
21: Kompressor
22: Wärme abgebender Wärmeübertrager, Gaskühler
23: Expansionsorgan
24: Wärme aufnehmender Wärmeübertrager, Verdampfer
25: Innerer Wärmetauscher
26: Akkumulator, Kältemittelsammler
30: Zweiter Kreislauf, Kühlkreislauf
31: Pumpe
32: Wärme abgebender Wärmeübertrager
33: Kühler, Innenraumluftkühler
34: Ausgleichsbehälter
40: Kältemittel/Kühlmittel-Wärmetauscher, Kühlaggregat
50: Steuereinheit
51: Sensor für Lufteintrittstemperatur
52: Sensor für Fahrzeuggeschwindigkeit
53: Sensor für Temperatur des Kühlmittel
54: Sensor für Temperatur des Kältemittels

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

DE 10245257 A1 [0003, 0005]
DE 102007035110 A1 [0006, 0007]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Klimaanlage (10) eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Klimaanlage (10) einen ersten Kompressionskältekreislauf (20) und einen zweiten Kühlkreislauf (30) aufweist, wobei im ersten Kompressionskältekreislauf (20) ein Kältemittel durch einen Kompressor (21), einen Wärme abgebenden Wärmeübertrager (22), ein Expansionsorgan (23) und einen Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager (24) zirkuliert, während im zweiten Kühlkreislauf (30) ein Kühlmittel zirkuliert, und der zweite Kühlkreislauf (30) thermisch so an den Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager (24) des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) gekoppelt ist, dass Wärme von dem im zweiten Kühlkreislauf (30) zirkulierenden Kühlmittel an das im Kompressionskältekreislauf (20) zirkulierende Kältemittel übertragen wird, wobei der zweite Kühlkreislauf (30) ferner thermisch mit einem zu kühlenden System des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, indem Wärme von diesem System des Kraftfahrzeugs an das Kühlmittel im zweiten Kühlkreislauf (30) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs ermittelt und einer Steuereinheit (50) übermittelt werden, wobei die Steuereinheit (50) die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) über den Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager (24) des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) wenigstens in Abhängigkeit von diesen ermittelten Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs ansteuert, und dass diese Wärmeübertragungskapazität reduziert wird, wenn die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf (30) unterhalb eines definierten Grenzwerts liegt und die Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs bei Werten liegen, die ohne Veränderung der Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) zu einer Temperatur des Kältemittels im ersten Kompressionskältekreislauf (20) führen würden, die oberhalb eines definierten Grenzwerts liegt, und/oder zu einer Leistungsaufnahme des Kompressors (21) im ersten Kompressionskältekreislauf (20) führen würden, die oberhalb eines definierten Grenzwerts liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) verringert, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs unterhalb eines definierten Werts liegt und die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf (30) unterhalb eines definierten Werts liegt.
Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) erhöht, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs oberhalb eines definierten Werts liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) so lange erhöht, bis die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf (30) unterhalb eines definierten Werts liegt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) verringert, wenn die Eintrittstemperatur von Luft an dem Wärme abgebenden Wärmeübertrager (22) des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) oberhalb eines definierten Werts liegt und die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf (30) unterhalb eines definierten Werts liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) erhöht, wenn die Eintrittstemperatur von Luft an dem Wärme abgebenden Wärmeübertrager (22) des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) unterhalb eines definierten Werts liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) so lange erhöht, bis die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf (30) unterhalb eines definierten Werts liegt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erhöhung der Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) erfolgt, wenn eine signifikante Veränderung der Betriebsparameter in eine Richtung stattfindet, die ohne Veränderung dieser Wärmeübertragungskapazität zu einer Absenkung der Temperatur des Kältemittels im ersten Kompressionskältekreislauf (20) führen würde.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) durch eine Steuerung der Arbeitsleistung des Kompressors (21) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) durch eine Verringerung der Arbeitsleistung des Kompressors (21) erfolgt.
Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) durch eine Erhöhung der Arbeitsleistung des Kompressors (21) erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsleistung des Kompressors (21) durch einen Steuerstrom des Kompressors (21) verändert wird.
Klimaanlage (10) eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen ersten Kompressionskältekreislauf (20) und einen zweiten Kühlkreislauf (30), wobei im ersten Kompressionskältekreislauf (20) ein Kältemittel durch einen Kompressor (21), einen Wärme abgebenden Wärmeübertrager (22), ein Expansionsorgan (23) und einen Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager (24) zirkuliert, während im zweiten Kühlkreislauf (30) ein Kühlmittel zirkuliert, und der zweite Kühlkreislauf (30) thermisch so an den Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager (24) des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) gekoppelt ist, dass Wärme von dem im zweiten Kühlkreislauf (30) zirkulierenden Kühlmittel an das im Kompressionskältekreislauf (20) zirkulierende Kältemittel übertragbar ist, und der zweite Kühlkreislauf (30) ferner thermisch mit einem zu kühlenden System des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, wobei Wärme von diesem System des Kraftfahrzeugs an das Kühlmittel im zweiten Kühlkreislauf (30) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage (10) eine Steuereinheit (50) umfasst, welche in Verbindung mit Mitteln zur Ermittlung von Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs steht, und die Steuereinheit (50) dazu ausgebildet ist, die Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) über den Wärme aufnehmenden Wärmeübertrager (24) des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) wenigstens in Abhängigkeit von diesen ermittelten Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs anzusteuern, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, diese Wärmeübertragungskapazität zu reduzieren, wenn die Temperatur des Kühlmittels im zweiten Kühlkreislauf (30) unterhalb eines definierten Grenzwerts liegt und die Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs bei Werten liegen, die ohne Veränderung der Wärmeübertragungskapazität zwischen dem Kältemittel des ersten Kompressionskältekreislaufs (20) und dem Kühlmittel des zweiten Kühlkreislaufs (30) zu einer Temperatur des Kältemittels im ersten Kompressionskältekreislauf (20) führen würden, die oberhalb eines definierten Grenzwerts liegt, und/oder zu einer Leistungsaufnahme des Kompressors (21) im ersten Kompressionskältekreislauf (20) führen würden, die oberhalb eines definierten Grenzwerts liegt.
Klimaanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) zur Ansteuerung der Klimaanlage (10) gemäß einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.