DE102015102400A1 - Method for operating a refrigerant circuit, in particular in low-load operation - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (1), bei welchem in an sich bekannter Weise ein Kompressor (2), ein Hochdruckwärmetauscher (3), ein elektrisch steuerbares Expansionsorgan (4) und ein Niederdruckwärmetauscher (5) kreislaufmäßig nacheinander geschaltet sind. Bei gattungsgemäßen Verfahren sind dabei wenigstens eine Regulärlastbedingung und wenigstens eine Niederlastbedingung definiert. Bei einer gegebenen Regulärlastbedingung wird der Massenstrom des Kältemittels und der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsorgans (4) gemäß einer vorgegebenen Zielfunktion in einem Regulärbetrieb geregelt. Wenn eine Niederlastbedingung des Kältemittelkreislaufs (1) erkannt wird, wird der Kältemittelkreis nach einer anderen Regelstrategie betrieben. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen einer Niederlastbedingung des Kältemittelkreislaufs (1) in einen Niederlastbetrieb umgeschaltet wird, wobei beim Umschalten in den Niederlastbetrieb der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsorgans (4) gleichbleibt oder erhöht wird.The present invention relates to a method for operating a refrigerant circuit (1), in which a compressor (2), a high-pressure heat exchanger (3), an electrically controllable expansion element (4) and a low-pressure heat exchanger (5) are connected in sequence in a conventional manner , In the case of generic methods, at least one regular load condition and at least one low-load condition are defined. For a given regular load condition, the mass flow of the refrigerant and the opening degree of the electric expansion device (4) are regulated in accordance with a predetermined target function in a regular operation. When a low-load condition of the refrigerant circuit (1) is detected, the refrigerant circuit is operated according to another control strategy. The invention is characterized in that, upon detecting a low-load condition of the refrigerant cycle (1), it is switched to a low-load operation, and when switching to the low-load operation, the opening degree of the electric expansion element (4) remains the same or increased.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs, bei welchem in an sich bekannter Weise ein Kompressor, ein Hochdruckwärmetauscher, ein elektrisch steuerbares Expansionsorgan und ein Niederdruckwärmetauscher kreislaufmäßig nacheinander geschaltet sind. Bei gattungsgemäßen Verfahren sind dabei wenigstens eine Regulärlastbedingung und wenigstens eine Niederlastbedingung definiert. Bei einer gegebenen Regulärlastbedingung wird der Massenstrom des Kältemittels und der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsorgans gemäß einer vorgegebenen Zielfunktion in einem Regulärbetrieb geregelt. Wenn eine Niederlastbedingung des Kältemittelkreislaufs erkannt wird, wird der Kältemittelkreis nach einer anderen Regelstrategie betrieben. Das Hauptanwendungsgebiet richtet sich auf die Kraftfahrzeugklimatisierung, wobei sich die Erfindung prinzipiell auf jede Art von Klimatisierung mithilfe eines Kältemittelkreislaufs anwenden lässt. The present invention relates to a method for operating a refrigerant circuit in which, in a conventional manner, a compressor, a high-pressure heat exchanger, an electrically controllable expansion element and a low-pressure heat exchanger are connected in sequence one after the other. In the case of generic methods, at least one regular load condition and at least one low-load condition are defined. For a given regular load condition, the mass flow of the refrigerant and the opening degree of the electric expansion device are regulated in accordance with a predetermined target function in a regular operation. If a low load condition of the refrigerant circuit is detected, the refrigerant circuit is operated according to another control strategy. The main field of application is directed towards motor vehicle air conditioning, whereby the invention can in principle be applied to any type of air conditioning with the aid of a refrigerant circuit.
Regulärbetriebe bezeichnen im Folgenden Betriebsbedingungen, bei welchen der Kältemittelkreislauf eine systemauslegungsgemäße Kälteleistung bzw. Heizleistung derart erbringt, dass prinzipiell ein Dauerbetrieb möglich ist (Im Folgenden wird nur von „Kälteleistung“ gesprochen, wobei je nach Konfiguration des Kältemittelkreislaufs ebenso die Heizleistung genutzt werden kann). Insbesondere wird der Kältemittelkreis nach einer eindeutigen Zielfunktion geregelt. Dem Fachmann bekannte Regulärbetriebe umfassen einen Maximalbetrieb, bei welchem es die Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs zu optimieren gilt, und einen Effizienzbetrieb, bei welchem es den Leistungszahlkoeffizienten COP („Coefficient of Performance“) zu maximieren gilt. In der Praxis wird dabei nach an sich bekannter Art insbesondere die Überhitzung am Verdampfer/Niederdruckwärmetauscher bzw. die Unterkühlung am Kondensator/Hochdruckwärmetauscher geregelt. Wenn die Soll-Kälteleistung (z.B. gemäß Klimatisierungswunsch) verringert wird, muss typischerweise der Kompressor heruntergeregelt werden, um die Ist-Kälteleistung durch den geringeren Massenstrom nach unten anzupassen. Wegen des geringeren Massenstroms wird nachfolgend der Öffnungsgrad des Expansionsorgans weiter verringert, um die Druckdifferenz zwischen Hochdruckabschnitt und Niederdruckabschnitt bei diesem geringeren Massenstrom zu halten. In the following, regular operations refer to operating conditions in which the refrigerant circuit provides system-specific cooling capacity or heating capacity in such a way that continuous operation is possible in principle (in the following, only "cooling capacity" is used, and depending on the configuration of the refrigerant circuit, the heating capacity can also be used). In particular, the refrigerant circuit is regulated according to a clear target function. Regular operations known to the person skilled in the art include a maximum operation, in which the refrigerating capacity of the refrigerant circuit is to be optimized, and an efficiency mode, in which the COP (coefficient of performance) is to be maximized. In practice, the overheating at the evaporator / low-pressure heat exchanger or the supercooling at the condenser / high-pressure heat exchanger are controlled in a conventional manner. Typically, when the desired refrigeration capacity is reduced (e.g., in accordance with air conditioning requirements), the compressor typically has to be downshifted to adjust the actual refrigeration capacity down through the lower mass flow rate. Because of the lower mass flow, the opening degree of the expansion device is subsequently reduced further to maintain the pressure difference between the high-pressure section and the low-pressure section at this lower mass flow.
Niederlastbedingungen bezeichnen im Folgenden Betriebsbedingungen, bei welchen der Kältemittelkreis eine vergleichsweise geringe Kälteleistung erbringt und ein kontinuierlicher Betrieb des Kompressors früher oder später bei unveränderter Regelungsstrategie problematisch werden kann. Solche Fälle treten z.B. bei einem geringen, aber vorliegendem Klimatisierungswunsch auf. Das hauptsächliche Problem besteht dabei darin, dass der Massenstrom des Kältemittels absinkt. Bei unterschreiten eines gewissen minimalen Massenstrom ist der Kompressor nicht mehr zuverlässig regelbar. Um dies zu vermeiden, ist bekannt, den Kompressor im Wechselbetrieb zwischen einem ausgeschalteten Zustand und einem gerade noch akzeptablen Minimalbetrieb episodenhaft hin- und her zu schalten. Dieses ständige Ein- und Ausschalten hat wiederum zur Folge, dass es zu Temperaturschwankungen im Bereich der Klimaanlage kommen kann. Ferner treten Drehmomentschwankung auf, welche gegebenenfalls Auswirkungen auf die Lastberechnung der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs haben. Dies führt dann eventuell zu einem leicht erhöhten Kraftstoffverbrauch. Ein geringer Massenstrom bewirkt ferner eine geringe Schmiermittelrückführung von mit dem Kältemittel mitgeführtem Schmiermittel. Zum Lösen dieses Problems sind u.a. Ölabscheider bekannt, welche Schmieröl an ungünstigen Stellen im Kältemittelkreislauf sammeln, ggf. an geeignete Stelle transportieren und wieder in den Kältemittelkreis einspeisen. Alternativ dazu ist aus der
Die obengenannten Lösungen sind entweder apparativ aufwendig oder sie schränken den Betriebsbereich des Kältemittelkreislaufs in nachteilhafter Weise ein. The abovementioned solutions are either complicated in terms of apparatus or they disadvantageously limit the operating range of the refrigerant circuit.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungsgemäßen Kältemittelkreislauf sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben in Hinblick auf die eingangs genannten Probleme zu verbessern und insbesondere derart anzugeben, dass der Kältemittelkreislauf bei Niederlast einen möglichst stabilen Betriebsbereich aufweist. It is the object of the present invention to improve a generic refrigerant circuit and a method for operating the same in view of the problems mentioned above and in particular to specify such that the refrigerant circuit has a stable operating range at low load.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Kältemittelkreislauf mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a refrigerant circuit having the features of claim 11. Advantageous training and further developments emerge from the dependent claims.
Die Erfindung basiert auf der Idee, dass durch Verringerung der Enthalpiedifferenz des Kältemittels im Verdampfer die einzustellende Kälteleistung auch mit einem höheren als dem minimalen Massenstrom erreicht werden kann. The invention is based on the idea that by reducing the enthalpy difference of the refrigerant in the evaporator, the refrigerating capacity to be set can also be achieved with a higher than the minimum mass flow.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nun dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen einer Niederlastbedingung des Kältemittelkreislaufs in einen Niederlastbetrieb umgeschaltet wird, wobei beim Umschalten in den Niederlastbetrieb der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsorgans gleichbleibt oder erhöht wird. In Abkehr von bekannten Verfahren wird bei verringerter Last das Expansionsorgan nicht weiter geschlossen, wie sich dies bei nicht extern angesteuerten Expansionsorganen automatisch einstellen würde – wie dies z.B. bei sich selbst regelnden thermostatischen Expansionsventilen der Fall ist. Durch die Verwendung eines elektrischen Expansionsorgans kann der Öffnungsgrad darüber hinaus aktiv gesteuert und somit konstant gehalten oder sogar vergrößert werden. Wie weiter unten noch erläutert wird, kann der Betriebsbereich des Kältemittelkreislaufs erweitert werden, ohne dass der Kompressor abwechselnd aus- und angeschaltet werden muss. The method according to the invention is now characterized in that, when a low-load condition of the refrigerant circuit is detected, it is switched to a low-load mode, wherein the Switching to the low-load operation, the opening degree of the electric expansion device is maintained or increased. In departure from known methods, the expansion device is not further closed at reduced load, as would automatically set for non-externally controlled expansion organs - as is the case, for example, in self-regulating thermostatic expansion valves. In addition, by using an electrical expansion device, the degree of opening can be actively controlled and thus kept constant or even increased. As will be explained below, the operating range of the refrigerant circuit can be expanded without the compressor having to be alternately turned off and on.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist im Kältemittelkreislauf zwischen Niederdruckwärmetauscher und Kompressor ein Akkumulator angeordnet, welcher den physikalischen Zustand des Kältemittels am stromabwärtigen Austrittspunkt vom Akkumulator festlegt. Durch diese an sich bekannte Maßnahme wird eine einfachere Kontrolle der Enthalpiedifferenz am Niederdruckwärmetauscher bzw. Verdampfer ermöglicht. Dies ist bei der Verwendung eines elektrisch steuerbaren Expansionsorgans vorteilhaft, weil dann der Austrittszustand am Verdampfer fixiert ist und der Eintrittszustand gezielt durch das elektrisch gesteuerte Expansionsorgan variiert werden kann. According to one embodiment of the invention, an accumulator is arranged in the refrigerant circuit between the low-pressure heat exchanger and the compressor, which determines the physical state of the refrigerant at the downstream exit point of the accumulator. By this measure known per se, a simpler control of the enthalpy difference at the low-pressure heat exchanger or evaporator is made possible. This is advantageous when using an electrically controllable expansion element, because then the outlet state is fixed to the evaporator and the entry state can be selectively varied by the electrically controlled expansion element.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein oder mehrere Parameter zum Ermitteln der Förderrate des Kompressors ermittelt wird/werden und die ermittelte Förderrate mit einer vorbestimmten minimalen Förderrate des Kompressors verglichen wird. Die Förderrate ist dabei der Massenstrom am Ausgang des Kompressors und ist damit ein Maß für den Wert des systemischen Massenstroms des Kältemittelkreislaufs. Die Niederlastbedingung des Kältemittelkreislaufs wird in diesem Fall durch Annähern an die oder Erreichen der minimalen Förderrate des Kompressors erkannt, wobei zur weiteren Reduzierung der Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs die Förderrate des Kompressors mindestens auf dem Niveau der minimalen Förderrate belassen und der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsorgans erhöht wird. Das Erreichen der minimalen Förderrate des Kompressors stellt somit eine erste Niederlastbedingung dar. Durch das Öffnen des Expansionsorgans bei nicht weiter abgesenkter Förderrate des Kompressors wird zwar die Leistungszahl des Kältemittelkreislaufs leicht gesenkt, dadurch ist aber die Kälteleistung (Produkt aus Massenstrom und Enthalpiedifferenz) weiter absenkbar, wodurch der Kältemittelkreislauf weiter kontinuierlich betreibbar bleibt. Ein Wechselbetrieb zwischen ein- und ausgeschaltetem Kompressor kann somit vermieden werden. According to one embodiment of the invention, it is provided that one or more parameters for determining the delivery rate of the compressor is / are determined and the determined delivery rate is compared with a predetermined minimum delivery rate of the compressor. The delivery rate is the mass flow at the outlet of the compressor and is thus a measure of the value of the systemic mass flow of the refrigerant circuit. The low-load condition of the refrigerant cycle is detected in this case by approaching or reaching the minimum delivery rate of the compressor, and to further reduce the refrigerant capacity of the refrigerant cycle, the delivery rate of the compressor is maintained at least at the minimum delivery rate level and the degree of opening of the electric expansion element is increased. The achievement of the minimum delivery rate of the compressor thus represents a first low-load condition. By opening the expansion device at not further lowered delivery rate of the compressor, the coefficient of performance of the refrigerant circuit is slightly reduced, but this is the cooling capacity (product of mass flow and enthalpy) further lowered, whereby the refrigerant circuit continues to operate continuously. A changeover operation between on and off compressor can thus be avoided.
Die Parameter zum Ermitteln der Förderrate des Kompressors umfassen dabei typischerweise einstellbare Parameter wie z.B. die Kompressordrehzahl oder die Strombeaufschlagung oder momentanen Antriebsleistung des Kompressors. In der Praxis werden z.B. im Prüfstand oder im Fahrzeug Grenzbedingungen des Kältemittelkreislaufs untersucht, welche einen Hinweis auf eine zu niedrige Förderrate des Kompressors geben. Dabei werden z.B. Grenzparameter wie die Strombeaufschlagung des Kompressors in Abhängigkeit von Verdampfer- oder Umgebungstemperatur ermittelt. Der tatsächliche Massenstrom wird dabei nicht direkt ermittelt. Es wird typischerweise lediglich die Unterschreitung von einem oder mehreren der vorher ermittelten, ggf. auch kombinierten Grenzwerten überprüft, welche auf eine minimale Förderrate hinweisen. Die erste Niederlastbedingung hängt von der Bauart des Kompressors ab und muss für jeden Kompressortyp separat ermittelt werden. The parameters for determining the delivery rate of the compressor typically include adjustable parameters such as e.g. the compressor speed or the current load or momentary drive power of the compressor. In practice, e.g. In the test bench or in the vehicle, boundary conditions of the refrigerant circuit are examined which give an indication of a too low delivery rate of the compressor. In doing so, e.g. Limit parameters such as the current load of the compressor as a function of evaporator or ambient temperature determined. The actual mass flow is not determined directly. It is typically only the underrun of one or more of the previously determined, possibly also combined limit values checked, which indicate a minimum delivery rate. The first low load condition depends on the type of compressor and must be determined separately for each compressor type.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein oder mehrere Parameter zum Ermitteln eines Schmiermittelflusses von im zirkulierenden Kältemittel mitgeführtem Schmiermittel erfasst wird und wenigstens mittels einem der Parameter zum Ermitteln des Schmiermittelflusses eine Grenzwertbedingung festgestellt wird, welche auf einen grenzwertig niedrigen Schmiermittelfluss hinweist. Durch das Feststellen der Grenzwertbedingung wird dann die Niederlastbedingung des Kältemittelkreislaufs erkannt. Das Annähern an oder das Erreichen eines grenzwertig niedrigen Schmiermittelflusses stellt somit eine zweite Niederlastbedingung dar. Die zweite Niederlastbedingung wird durch die Bauart des Kältemittelkreislaufs bzw. der Maßnahmen und Anforderungen zur Schmiermittelrückführung vorgegeben. According to a further embodiment of the invention, it is provided that one or more parameters for determining a lubricant flow of lubricant carried in the circulating refrigerant is detected and at least by means of one of the parameters for determining the lubricant flow, a limit condition is established, which indicates a marginally low lubricant flow. By determining the limit condition, the low load condition of the refrigerant circuit is detected. Approaching or achieving a marginally low lubricant flow thus represents a second low-load condition. The second low-load condition is predetermined by the design of the refrigerant circuit or the measures and requirements for lubricant recirculation.
Die erste und zweite Niederlastbedingung können ggf. unabhängig voneinander auftreten. Typischerweise tritt die Grenzbedingung des geringen Schmiermittelflusses dann früher als die minimale Förderrate des Kompressors ein, wenn keine oder nur schlechte Ölabscheider im Kältemittelkreislauf vorhanden sind. Bei Schmiermittelrückführung über Ölabscheider kann aber auch der umgekehrte Fall eintreten, dass die minimale Förderrate des Kompressors früher erreicht wird. Beide Niederlastbedingungen können damit auch gleichzeitig in einem iterativen Verfahren geprüft und angewendet werden. The first and second low load condition may occur independently of each other, if necessary. Typically, the low lubricant flow limit condition occurs earlier than the minimum compressor delivery rate when there are no or only poor oil separators in the refrigerant circuit. In the case of lubricant recirculation via oil separator, however, the reverse case can also occur in that the minimum delivery rate of the compressor is reached earlier. Both low load conditions can thus also be tested and applied simultaneously in an iterative process.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Parameter zur Bestimmung der Förderrate des Kompressors und/oder die Grenzwertbedingung für den Schmiermittelfluss jeweils als parametrisiertes Kennfeld in einer Steuereinheit des Kältemittelkreislaufs gespeichert sind und aus dieser ausgelesen werden. Dies erlaubt eine einfache technische Umsetzung mit einer automatischen Regelung. According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that parameters for determining the delivery rate of the compressor and / or the limit condition for the lubricant flow are each stored as a parameterized characteristic map in a control unit of the refrigerant circuit and read from this. This allows one simple technical implementation with an automatic control.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Parameter zum Ermitteln des Schmiermittelflusses den Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsorgans und wenigstens einen Parameter zum Beeinflussen des Massenflusses des Kältemittels. Da über den Öffnungsgrad des Expansionsorgans die Enthalpiedifferenz des Kältemittels in wenigstens einem der Wärmetauscher, insbesondere im Verdampfer, abgeschätzt und über die Parameter zum Beeinflussen des Massenflusses der Massenfluss selber approximiert werden können, ist auch die momentane Kälteleistung als Produkt aus Massenfluss und Enthalpiedifferenz zumindest relativ abschätzbar. Die Erfindung basiert nun auf der Überlegung, dass die durch den Kältemittelkreis zu erbringende Kälteleistung nicht nur durch Einstellen eines neuen Wertepaar-Punktes, sondern durch Einstellen eines beliebigen Wertepaar-Punktes auf einer Linie angepasst werden kann. Dabei können dann nur jene Wertepaar-Punkte berücksichtigt werden, welche nicht innerhalb des Niederlastbereichs liegen. According to one embodiment of the invention, the parameters for determining the lubricant flow include the opening degree of the electrical expansion element and at least one parameter for influencing the mass flow of the refrigerant. Since the enthalpy difference of the refrigerant in at least one of the heat exchangers, in particular in the evaporator, can be estimated via the opening degree of the expansion element and the mass flow itself can be approximated via the parameters for influencing the mass flow, the instantaneous cooling capacity as a product of mass flow and enthalpy difference can also be estimated at least relatively , The invention is now based on the consideration that the cooling capacity to be provided by the refrigerant circuit can be adjusted not only by setting a new value pair point but by setting any value pair point on a line. In this case, only those value-pair points can be taken into account that are not within the low-load range.
Der Massenfluss kann auf vielfältige Weise gemessen oder abgeschätzt werden. Dem Fachmann sind hier insbesondere sensorisch erfasste Messwerte über den Saugdruck des Kompressors, die Ansteuerung/Bestromung des Kompressors, der Kompressordrehzahl, die Systemdrücke bzw. -druckdifferenzen im Kältemittelkreislauf, die Lufttemperatur und/oder den Luftdurchfluss am Wärmetauscher (letzteres ist in der eingangs genannten
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass während des Niederlastbetriebs die Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs verändert wird, wobei der Kältemittelkreislauf gemäß dem parametrisierten Kennfeld derart gesteuert wird, dass die dazugehörigen Parameter in etwa die Grenzwertbedingung für den Schmiermittelfluss erfüllen. In der Praxis wird es also keine exakte Parameterkurve, sondern ein Parameterkorridor sein, welcher Regulärlastbedingungen von Niederlastbedingungen abgrenzt. Anders ausgedrückt könnte man auch von einer klar definierten Parameterkurve ausgehen, wobei der Niederlastbetrieb bei Erreichen oder bei Annäherung an diese Kurve ausgelöst wird. According to one embodiment of the invention, it is provided that during the low-load operation, the cooling capacity of the refrigerant circuit is changed, wherein the refrigerant circuit is controlled in accordance with the parametric map such that the associated parameters approximately meet the limit condition for the lubricant flow. In practice, it will not be an exact parameter curve, but a parameter corridor that delimits regular load conditions from low load conditions. In other words, one could also assume a clearly defined parameter curve, whereby the low-load operation is triggered upon reaching or approaching this curve.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass während des Niederlastbetriebs die Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs verändert wird, wobei Parameter zum Beeinflussen des Massenflusses des Kältemittels derart gewählt werden, dass der Massenfluss im Wesentlichen konstant gehalten wird und die Wärmeübertragungsleistung des Niederdruckwärmetauschers oder des Hochdruckwärmetauschers durch Veränderung des Öffnungsgrades des elektrischen Expansionsorgans geregelt wird oder, alternativ dazu, der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsorgans konstant gehalten wird und Parameter zum Beeinflussen des Massenflusses des Kältemittels derart gewählt werden, dass die Wärmeübertragungsleistung des Hochdruckwärmetauschers oder des Niederdruckwärmetauschers durch Veränderung des Massenflusses geregelt wird, wobei der konstant gehaltene Öffnungsgrad einen im Vergleich zu einem Öffnungsgrad bei einem Regulärbetrieb groß ist. Diese Regelstrategie ist sehr einfach, weil somit nur entweder der Kompressor oder das Expansionsorgan nachgeregelt wird. In particular, it can be provided that the cooling capacity of the refrigerant circuit is changed during the low-load operation, wherein parameters for influencing the mass flow of the refrigerant are chosen such that the mass flow is kept substantially constant and the heat transfer performance of the low-pressure heat exchanger or the high-pressure heat exchanger by changing the opening degree of the electric Or, alternatively, the degree of opening of the electrical expansion element is kept constant and parameters for influencing the mass flow of the refrigerant are selected such that the heat transfer performance of the high pressure heat exchanger or the low pressure heat exchanger is controlled by changing the mass flow, wherein the held constant opening degree in the Compared to an opening degree in a regular operation is large. This control strategy is very simple, because thus only either the compressor or the expansion device is readjusted.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vor jeder Iteration das Vorliegen einer Niederlastbedingung geprüft. Dabei wird beispielsweise bei jeder Iteration überprüft, in welcher Weise in einem Regulärbetrieb die Regelung durchgeführt würde. Wenn dadurch die Grenzbedingung erfüllt würde, wird dann die Regelung gemäß der Niederlastregelung durchgeführt. Es kann dabei insbesondere vorgesehen sein, dass ein Betriebsparameter zum Betreiben des Kompressors geändert wird und auf die Änderung dieses Betriebsparameters der Öffnungsgrad des elektrischen Expansionsorgans für einen Regulärbetrieb ermittelt wird. Der Betriebsparameter zum Betreiben des Kompressors wird z.B. in Antwort auf ein Temperatursignal bestimmt, welches anzeigt, dass die Soll-Temperatur von der Ist-Temperatur abweicht. Die Regelung findet dann aber noch nicht statt, sondern es wird zunächst überprüft, ob ein Hinweis auf das Erreichen der minimalen Förderrate des Kompressors und/oder ein Hinweis auf den grenzwertig niedrigen Schmiermittelfluss vorliegen. Falls keiner dieser Hinweise vorliegt, wird der ermittelte Öffnungsgrad für den Regulärbetrieb eingestellt, andernfalls, also falls wenigstens ein solcher Hinweis vorliegt, wird der Öffnungsgrad für den Niederlastbetrieb ermittelt und eingestellt. According to one embodiment of the invention, the presence of a low-load condition is checked before each iteration. In this case, for example, it is checked in each iteration how the regulation would be carried out in a regular mode. If this would satisfy the boundary condition, then the control is performed according to the low load control. It can be provided in particular that an operating parameter for operating the compressor is changed and is determined on the change of this operating parameter, the opening degree of the electric expansion element for a regular operation. The operating parameter for operating the compressor is e.g. determined in response to a temperature signal indicating that the desired temperature deviates from the actual temperature. The regulation does not then take place, but it is first checked whether there is an indication of the achievement of the minimum delivery rate of the compressor and / or an indication of the borderline low lubricant flow. If none of these instructions is present, the determined opening degree for regular operation is set, otherwise, if at least such an indication exists, the opening degree for the low-load operation is determined and set.
Erfindungsgemäß ist ein Kältemittelkreislauf mit kreislaufmäßig nacheinander geschaltetem Kompressor, Hochdruckwärmetauscher, elektrisch steuerbarem Expansionsorgans und Niederdruckwärmetauscher mit einer Steuereinheit verbunden, welche ausgebildet ist, ein zuvor genanntes Verfahren auszuführen. Ein solcher Kältemittelkreislauf eignet sich insbesondere zum Einsatz in einer Kraftfahrzeugklimaanlage, weil hier ggf. schnell – schneller als bei z.B. Gebäudeklimatisierung – auf dynamische Änderungen der Umgebungsbedingung reagiert werden muss. According to the invention, a refrigerant circuit is connected with a compressor, high-pressure heat exchanger, electrically controllable expansion element and low-pressure heat exchanger connected in series with a control unit, which is designed to carry out a previously mentioned method. Such a refrigerant circuit is particularly suitable for use in an automotive air conditioning system, because here, if necessary, fast - faster than at. Building air conditioning - must respond to dynamic changes in the environmental condition.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug zu den Figuren näher erläutert. The invention will now be explained in more detail with reference to embodiments and with reference to the figures.
Die
die
die
die
die
In der
Der Abschnitt stromabwärts vom Kompressor
Die folgenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Kältemittelkreislauf
Im Kältemittelkreislauf
Eine Ist-Temperatur wird durch einen Temperatursensor (nicht dargestellt) erfasst. Bei einer Abweichung zwischen Soll- und Ist-Temperatur wird dann der Kältemittelkreislauf
In der
Ausgehend vom Eingang des Verdampfers
In einem ersten Regulärbetrieb wird dabei angestrebt, die Leistungszahl, definiert als Quotient aus der Wärmeübertragungsleistung, hier der durch den Verdampfer
Der Vollständigkeit halber wird noch erwähnt, dass es weitere Regulärbetriebe geben kann, z.B. einen Maximalbetrieb, bei welchem ungeachtet der Leistungszahl eine maximale Wärmeübertragung zu erreichen versucht wird. In diesem Fall wird der Kompressor
Der Regulärbetrieb ist nur oberhalb einer bestimmten Fördermenge des Kompressors
In der
In den
Die Kriterien zum Festlegen einer solchen Kennlinie werden zweckmäßigerweise für eine bestimmte Konfiguration eines Kältemittelkreislaufs separat ermittelt. Die Kriterien können dabei beliebig miteinander kombiniert werden, insbesondere sind auch mehrdimensionale Kennfelder mit weiteren Parametern denkbar. The criteria for defining such a characteristic are expediently determined separately for a specific configuration of a refrigerant circuit. The criteria can be combined with each other arbitrarily, especially multi-dimensional maps with other parameters are conceivable.
In den
In der
In der
In der
Die Grenzwertlinie
Es kann ferner auch anstelle einer scharf gezogenen Grenzwertlinie
Solange eine Niederlastbedingung vorliegt kann auf diese Weise auch während des Niederlastbetriebs die Kälteleistung des Kältemittelkreislaufs
Nach Veränderung der Förderrate des Kompressors
Falls aber ein Hinweis auf das Erreichen einer Niederlastbedingung vorliegt, wird in einem Schritt
In dieser Ausführungsform wird nach jeder Iterationsschleife in den Regulärbetrieb zurückgeschaltet und vor jeder weiteren Iteration das Vorliegen einer Niederlastbedingung erneut geprüft. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass nur dann in den Regulärbetrieb zurückgeschaltet wird, wenn sich der zuletzt ermittelte Betriebspunkt nicht mehr innerhalb des Grenzwert-Korridors befindet. In this embodiment, the program returns to regular operation after each iteration loop, and the existence of a low load condition is checked again prior to each further iteration. Alternatively, it can be provided that only switched back to the regular mode when the last determined operating point is no longer within the limit corridor.
In der
Zu diesem Zeitpunkt wird nun festgestellt, dass die gegenwärtige Kälteleistung zu hoch ist. Es wurde z.B. über Temperatursensoren erfasst, dass die Ist-Temperatur im Kühlbetrieb unterhalb der Soll-Temperatur liegt, oder dass nach einer Phase des Herunterkühlens der Fahrgastzelle von einer zu hohen Ist-Temperatur die Soll-Temperatur erreicht wird. Daraufhin wird die Förderrate des Kompressors
Auf eine Veränderung der Bestromung des Kompressors
Nachdem das Expansionsventil
Der Kompressor
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Kältemittelkreislauf Refrigerant circulation
- 2 2
- Kompressor compressor
- 3 3
- Kondensator capacitor
- 4 4
- elektrisches Expansionsventil electric expansion valve
- 5 5
- Verdampfer Evaporator
- 6 6
- Akkumulator accumulator
- 7 7
- elektronische Steuereinheit electronic control unit
- 10A, 10B 10A, 10B
- Mollier-Diagramme Mollier diagrams
- 11A–14A, 11B–14B 11A-14A, 11B-14B
- Zustandspunkte im Mollier-Diagramm State points in the Mollier diagram
- 15A 15A
- Unterkühlungsgrad Cooling degree
- 16A, 16B 16A, 16B
- Kälteleistung des Verdampfers Cooling capacity of the evaporator
- 20A–20C 20A-20C
- Diagramme zum Ermitteln von Niederlastbedingungen Charts for determining low load conditions
- 21a–21f 21a-21f
- Betriebspunkte mit ausreichender Schmiermittelrückführung Operating points with sufficient lubricant return
- 22a–22d 22a-22d
- Betriebspunkte mit kritischer Schmiermittelrückführung Operating points with critical lubricant return
- 23a–23b 23a-23b
- Betriebspunkte mit unzureichender Schmiermittelrückführung Operating points with insufficient lubricant return
- 24–27 24-27
- Grenzwertbedingung/Kennlinien für Kompressor und Expansionsventil Limit condition / characteristics for compressor and expansion valve
- 28a–28f 28a-28f
- sukzessive Betriebspunkte während eines Regelbetrieb successive operating points during a regular operation
- 30 30
- Flussdiagramm flow chart
- 31–36 31-36
- Verfahrensschritte steps
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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