DE102016114749A1

DE102016114749A1 - Dynamisch gesteuertes Fahrzeug-Kühl- und Heizsystem, betreibbar in Mehrfach-Verdichtungszyklen

Info

Publication number: DE102016114749A1
Application number: DE102016114749.4A
Authority: DE
Inventors: Jing He; William Stewart Johnston; Loren John Lohmeyer; Debasish Dhar
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2016-08-09
Publication date: 2017-02-16
Also published as: US10350966B2; US20170043645A1; CN106440429A; RU2016133000A; TR201611168A2; MX2016010356A; CN106440429B

Abstract

Ein Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem umfasst (einen) Kompressor(en), um ein Fluid in einem Zyklus, der wenigstens zwei Verdichtungen aufweist, zu verdichten, und ein Steuermodul, um den Kompressor in Abhängigkeit von einer Umgebungsbedingung zu steuern. Das Modul steuert eine Leistung des Kompressors durch Einstellen einer Motordrehzahl, welche den Kompressor antreibt, und/oder durch einen Druckabfall des Fluids, das sich durch Expansionsvorrichtungen bewegt. Der Druckabfall wird durch Ändern einer Größe einer Öffnung in den Expansionsvorrichtungen gesteuert. Ein verwandtes Verfahren umfasst das Verdichten eines Fluids in einem ersten und einem zweiten Verdichtungszyklus, Bestimmen einer Umgebungstemperatur, Erfassen einer Temperatur des Fluidauslasses aus einem ersten Wärmetauscher, Erfassen einer Temperatur und eines Drucks des Fluidauslasses aus einem zweiten Wärmetauscher, Berechnen einer Soll-Leistung des Kompressors, darauf basierend, und Einstellen eines Parameters des Kompressors in Abhängigkeit von der berechneten Soll-Leistung des Kompressors.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Dieses Dokument betrifft allgemein Fahrzeug-Heiz-/Kühlsysteme und insbesondere ein dynamisch gesteuertes Fahrzeug-Heiz-/Kühlsystem, das in Mehrfach-Verdichtungszyklen arbeitet.
HINTERGRUND
Fortschreitende Gesetzgebung zur globalen Erwärmung in der Europäischen Union (EU) und in den Vereinigten Staaten (US) treibt ständig Automobil-Original-Ausrüstungshersteller (OEMs) an, ein umweltfreundliches Kältemittel für den Einsatz in mobilen Klimaanlagen-Anwendungen zu suchen. Das traditionell verwendete Kältemittel R134a ist ein fluoriertes Treibhausgas (F-Gas) mit einem hohen Treibhauspotenzial (Global Warming Potential – GWP) von 1.430. Die EU-Richtlinie 2006/40/EG erfordert zwingend den Ausstieg aus R134a bis zum 1. Januar 2017 für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge. In den USA haben die Environmental Protection Agency (EPA) und die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) das One National Program entwickelt, um die Treibhausgasemissionen zu reduzieren und die Kraftstoffverbrauchseffizienz zu verbessern. Vor kurzem hat die EPA R134a als nicht akzeptabel für neu hergestellte leichte Nutzfahrzeuge, beginnend im Modelljahr 2021 mit begrenzten Ausnahmen, gelistet.
Das synthetische Kältemittel, R1234yf, ist mit einem relativ niedrigen GWP von 4 und ähnlichen thermodynamischen Eigenschaften als ein annähernder alternativer Ersatz zu R134a vorgestellt. Ein begrenztes Angebot an R1234yf und ein hoher Preis haben jedoch Bedenken ausgelöst und einige OEMs betrachten R1234yf als einen zwischenzeitlichen Ersatz, während weiterhin andere Lösungen gesucht werden. R744 (Kohlendioxid) bietet eine weitere Option aufgrund seiner geringen Kosten, Nichtentflammbarkeit, hoher volumetrischer Wärmekapazität und, vielleicht am wichtigsten, Umweltfreundlichkeit, das heißt, R744 ist eine natürliche Substanz, die einen ODP = 0 und einen GWP = 1 aufweist.
Die Systemleistung in Bezug auf Energieeffizienz und Effektivität bei der Kühlung und Heizung ist ein weiterer Treiber für neue Klimatechnik. Der Betrieb von mobilen Klimaanlagen(MAC)-Einheiten könnten 10% oder mehr Treibstoff für Benzin- und Dieselmotoren verbrauchen. Für Hybrid- und Elektrofahrzeuge gewinnt die Wärmepumpentechnologie aufgrund deutlich verbesserter Wärmeeffizienz im Vergleich zu elektrischen Heizmethoden an Popularität. Die R134a- oder R1234yf-Wärmepumpensysteme leiden jedoch unter schlechter Leistung und dem Unterdruck-Betrieb für niedrige Umgebungsbedingungen unter –20 Grad Celsius. Während das R744-System diesen Nachteil umgeht, nimmt seine Kühlleistung ab, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt. Die bestehenden R744-Systeme werden allgemein als nützlich unter etwa 40 Grad Celsius betrachtet. Dementsprechend besteht ein Bedarf für ein System, das ein umweltfreundliches Kältemittel verwendet, welches die erwähnten Einschränkungen überwindet und effizient in warmen und kalten Regionen arbeitet.
Vorzugsweise sollte das System ein Kältemittel mit niedrigen GWP-Werten verwenden, wie das natürliche Kältemittel R744, und seine Effizienz unabhängig von der Umgebungstemperatur beibehalten. Mit anderen Worten, sollte das System effizient unter niedrigen Umgebungsbedingungen unter –20 Grad Celsius, weit über 40 Grad Celsius und unter allen Bedingungen dazwischen arbeiten. Das System sollte auch in der Lage sein, in allen Arten von Fahrzeugen einschließlich Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt zu werden. In Hybrid- und Elektrofahrzeugen sollte das System die Reichweite erhöhen, wenn nicht sogar signifikant erhöhen. Ebenso sollte der Kraftstoffverbrauch für Benzin- und Dieselfahrzeuge verbessert werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit den Zielen und hier beschriebenen Vorteilen wird ein Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem bereitgestellt. Das Heiz- und Kühlsystem kann allgemein als umfassend mindestens einen Kompressor, um ein Fluid in einem Zyklus mit wenigstens zwei Verdichtungen zu verdichten, und ein Steuermodul, um den mindestens einen Kompressor in Abhängigkeit von einer Umgebungsbedingung des Fahrzeugs zu steuern, beschrieben werden.
In einer möglichen Ausführungsform steuert das Steuermodul eine Leistung des mindestens einen Kompressors. In einer anderen möglichen Ausführungsform ist der mindestens eine Kompressor ein elektrischer Kompressor, der von einem Motor angetrieben wird, und das Steuermodul steuert die Leistung des elektrischen Kompressors durch Einstellung einer Drehzahl des Motors. In noch einer anderen Ausführungsform ist der mindestens eine Kompressor ein riemengetriebener Kompressor mit variabler Verdrängung und das Steuermodul steuert die Leistung des riemengetriebenen Kompressors mit variabler Verdrängung durch Variieren einer Verschiebung des riemengetriebenen Kompressors mit variabler Verdrängung.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Kompressor eine erste und zweite Spirale. In noch einer weiteren möglichen Ausführungsform arbeiten die erste und zweite Spirale parallel. In einer anderen Ausführungsform arbeiten die erste und zweite Spirale in Stufen. In noch einer weiteren möglichen Ausführungsform umfasst der mindestens eine Kompressor eine Einzeltypwelle, die durch die ersten und zweiten Spiralen gemeinsam genutzt wird.
In einer anderen möglichen Ausführungsform umfasst das Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem des Weiteren erste und zweite Expansionsvorrichtungen und das Steuermodul steuert des Weiteren die ersten und zweiten Expansionsvorrichtungen in Abhängigkeit von mindestens der Umgebungsbedingung des Fahrzeugs.
In einer anderen möglichen Ausführungsform umfasst das Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem des Weiteren einen ersten Temperatursensor, der eine Temperatur des Fluidauslasses aus einem ersten Wärmetauscher erfasst, und einen zweiten Temperatursensor und einen ersten Druckwandler zum Erfassen einer Temperatur und eines Drucks des Fluidauslasses aus einem zweiten Wärmetauscher, wobei das Steuermodul den mindestens einen Kompressor und die erste und zweite Expansionsvorrichtung in Abhängigkeit von der Umgebungsbedingung des Fahrzeugs, der ersten erfassten Temperatur, der zweiten erfassten Temperatur und des ersten erfassten Drucks steuert.
Bei noch einer weiteren möglichen Ausführungsform sind die ersten und zweiten Expansionsvorrichtungen elektronische Expansionsvorrichtungen und das Steuermodul steuert einen ersten Druckabfall des Fluids, das sich durch die erste Expansionsvorrichtung bewegt, und einen zweiten Druckabfall des Fluids, das sich durch die zweite Expansionsvorrichtung bewegt.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform umfasst die Umgebungsbedingung eine Umgebungstemperatur des Fahrzeugs und/oder eine Umgebungsfeuchtigkeit des Fahrzeugs und/oder eine Umgebungssonnenlast des Fahrzeuges.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform steuert das Steuermodul eine Leistung des mindestens einen Kompressors und der mindestens eine Kompressor ist ein elektrischer Kompressor, der von einem Motor angetrieben wird, und das Steuermodul steuert die Leistung des elektrischen Kompressors durch Einstellen einer Drehzahl des Motors.
In einer anderen möglichen Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem einen Kompressor zum Verdichten eines Fluids in einem Zyklus mit wenigstens zwei Verdichtungen, eine erste Expansionsvorrichtung, durch die sich das Fluid bewegt, eine zweite Expansionsvorrichtung, durch die sich das Fluid bewegt, und ein Steuermodul zum Steuern des Kompressors und mindestens einer der ersten und zweiten Expansionsvorrichtungen in Abhängigkeit von einer Umgebungsbedingung des Fahrzeugs.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform steuert das Steuermodul den Kompressor und die erste und/oder die zweite Expansionsvorrichtung in Abhängigkeit von einer ersten Temperatur des Fluids zwischen einem ersten Wärmetauscher und der ersten Expansionsvorrichtung und/oder einer zweiten Temperatur des Fluids zwischen einem zweiten Wärmetauscher und dem Kompressor und/oder einem Druck des Fluids zwischen dem zweiten Wärmetauscher und dem Kompressor.
In Übereinstimmung mit den Zielen und hier beschriebenen Vorteilen wird ein Verfahren zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraums in einem Fahrzeug bereitgestellt. Das Verfahren kann allgemein beschrieben werden als umfassend die Schritte: (a) Verdichten eines Fluids in einem ersten und einem zweiten Verdichtungszyklus eines Kompressors; (b) Bestimmen einer Umgebungstemperatur des Fahrzeugs; (c) Erfassen einer Temperatur des Fluidauslasses aus einem ersten Wärmetauscher; (d) Erfassen einer Temperatur und eines Drucks des Fluidauslasses aus einem zweiten Wärmetauscher; (e) Berechnen einer Soll-Leistung des Kompressors, basierend auf der Umgebungstemperatur und der erfassten Temperatur des Fluids aus dem ersten Wärmetauscher und der erfassten Temperatur und des erfassten Drucks des Fluids aus dem zweiten Wärmetauscher; und (f) Einstellen eines Parameters des Kompressors in Abhängigkeit von der berechneten Soll-Leistung des Kompressors.
In einer möglichen Ausführungsform umfasst der Schritt des Einstellens eines Parameters des Kompressors das Einstellen einer Drehzahl eines Motors, welcher den Kompressor antreibt.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform umfasst das Verfahren des Weiteren die Schritte des Berechnens eines gewünschten Druckabfalls, basierend auf der Umgebungstemperatur und der erfassten Temperatur des Fluids aus dem ersten Wärmetauscher und der erfassten Temperatur und des Drucks des Fluids aus dem zweiten Wärmetauscher, und des Veränderns eines Drucks des Fluids in Abhängigkeit von dem berechneten Soll-Druckabfall.
In noch einer weiteren möglichen Ausführungsform umfasst der Schritt des Veränderns des Drucks des Fluids das Einstellen einer Größe einer Öffnung von mindestens einer Expansionsvorrichtung, durch die sich das Fuid bewegt.
In noch einer anderen möglichen Ausführungsform kühlt in einem Kühlmodus der erste Wärmetauscher das verdichtete Fluid und der zweite Wärmetauscher fungiert als Verdampfer, und in einem Heizmodus fungiert der erste Wärmetauscher als Verdampfer und der zweite Wärmetauscher kühlt das verdichtete Fluid.
In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen eines Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystems und die zugehörigen Verfahren zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraums im Fahrzeug gezeigt und beschrieben. Wie verstanden werden sollte, sind die Verfahren und Systeme zu anderen, verschiedenen Ausführungsformen fähig und ihre verschiedenen Details können in verschiedenen, offensichtlichen Aspekten modifiziert werden, ohne die Verfahren und Baugruppen zu verlassen, wie sie in den folgenden Ansprüchen beschrieben sind. Dementsprechend sollten die Zeichnungen und Beschreibungen als veranschaulichend und nicht als einschränkend angesehen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die beigefügten Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind und einen Teil der Beschreibung bilden, veranschaulichen mehrere Aspekte des Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystems und der dazugehörigen Verfahren und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, bestimmte Prinzipien desselben zu erklären. In den Zeichnungsfiguren ist(sind):
1 ein schematisches Diagramm eines Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystems, welches einen Kompressor mit zwei Spiralen aufweist, das parallel in einem Kühlmodus arbeitet;
2A–2D unterschiedliche alternative Ausführungsformen von Kompressoren;
3 ein Druck-Enthalpie-Diagramm des Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystems, welches einen Kompressor mit zwei Spiralen aufweist, das im Kühlmodus parallel betrieben wird;
4 ein schematisches Diagramm des Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystems, welches einen Kompressor mit zwei Spiralen aufweist, das in einem Heizmodus parallel arbeitet;
5 ein repräsentatives Leistungskoeffizienten(COP)-Konturdiagramm für das Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem;
6 ein schematisches Diagramm einer alternativen Ausführungsform eines Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystems, welches einen Kompressor mit zwei Spiralen aufweist, das in einer mehrstufigen Verdichtungskonfiguration in einem Kühlmodus arbeitet; und
7 ein schematisches Diagramm der alternativen Ausführungsform des Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystems, welches einen Kompressor mit zwei Spiralen aufweist, das in einer mehrstufigen Verdichtungskonfiguration in einem Heizmodus arbeitet.
Es wird nun im Detail auf die vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen des Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystems und der dazugehörigen Verfahren zum Heizen und Kühlen eines Fahrgastraumes Bezug genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungsfiguren veranschaulicht sind, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente darzustellen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nun Bezug auf 1 genommen, die ein schematisches Diagramm eines Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystems 10 zeigt, das einen Kompressor 12 aufweist. In der beschriebenen Ausführungsform ist das Heiz- und Kühlsystem 10 ein R744-Klimaanlagen- und Wärmepumpensystem, welches parallele oder mehrstufige Verdichtungen mit einem dynamisch gesteuerten Einwellen- oder Mehrwellen-Scrollkompressor 12 einsetzt. Das beschriebene System bietet eine umweltfreundliche Lösung mit hohem Wirkungsgrad für Automobil-Klimaanlagen in warmen und kalten Regionen an. Während die Technologie in allen Arten von Fahrzeugen und mit unterschiedlichen Kältemitteln umgesetzt werden kann, wird das System am besten geeignet für Hybrid- und Elektrofahrzeuge mit elektrischen Kompressoren, die von Motoren mit variabler Drehzahl angetrieben werden, angesehen. Alternative Ausführungsformen können mit Kompressoren mit variabler Verdrängung oder mit herkömmlichen Kompressoren, die durch einen Kompressorriemen angetrieben sind, der seinerseits von einer Kurbelwelle des Fahrzeugs angetrieben wird, genutzt werden.
Der Kompressor, in den beschriebenen Ausführungsformen umfasst Doppelspiralen und vereinheitlichte Antriebselemente. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der Kompressor 12 eine Einzeltypwelle 14, die durch die erste und zweite Spirale 16, 18 gemeinsam genutzt wird, angetrieben durch einen Motor mit variabler Drehzahl (nicht gezeigt). Ein Steuermodul 20 ist elektrisch mit dem Kompressor 12 (wie durch die gestrichelte Linie dargestellt) verbunden und stellt eine Drehzahl des Motors in Abhängigkeit von bestimmten Umgebungsbedingungen, einschließlich zum Beispiel einer Umgebungstemperatur (T_A) des Fahrzeugs ein, detaillierter unten beschrieben.
Wie in 2 allgemein gezeigt, kann eine Art und Konfiguration des Kompressors in alternativen Ausführungsformen variieren. 2A stellt beispielsweise einen Kompressor mit einer Einzeltypwelle, die von allen Spiralen gemeinsam genutzt wird, dar. 2B stellt einen Kompressor mit einer Mehrfachtypwelle dar, nämlich eine "T"-förmige Konfiguration. In ähnlicher Weise stellt 2C einen Kompressor mit einer parallelen Mehrfachtypwellen-Konfiguration dar. Auch 2D stellt zwei Kompressoren mit variabler Verdrängung oder zwei Scroll-Kompressoren dar, welche jeweils eine einzige Spirale, die parallel arbeiten, aufweisen. Im Allgemeinen kann der Kompressor einen oder mehrere Kompressoren aufweisen, die dazu dienen, das Kältemittel in einem Zyklus mit wenigstens zwei Verdichtungen unabhängig von der Kompressorkonfiguration zu verdichten.
Zurückkommend auf die beschriebene Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, arbeiten die erste Spirale 16 und die zweite Spirale 18 des Kompressors 12 parallel. In dieser Anordnung tritt ein Fluid (beispielsweise ein Kältemittel R744) in der Form eines Gas- oder Dampfkältemittels in die ersten und zweiten Saugöffnungen 22, 24 ein und wird von den ersten und zweiten Spiralen 16, 18 zusammengedrückt. Dieser Zyklus umfasst zwei Verdichtungen, die im Wesentlichen zur gleichen Zeit auftreten, das heißt, parallel, und die das Fluid in ein Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel komprimieren. Das Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel, das durch die erste Spirale 16 in der ersten Verdichtung komprimiert wurde, verlässt den Kompressor 12 über eine erste Ausstoßöffnung 26, wie durch den Bewegungspfeil 28 gezeigt. In ähnlicher Weise tritt ein Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel, das durch die zweite Spirale 18 in der zweiten Verdichtung komprimiert wurde, aus dem Kompressor 12 über eine zweite Ausstoßöffnung 30 aus, wie durch den Bewegungspfeil 32 gezeigt.
Die ersten und die zweiten Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel werden zusammengeführt und einem Dreiwegeventil 34 zugeführt. Ein weiteres Steuermodul (nicht gezeigt) ist elektrisch mit dem Dreiwegeventil 34 verbunden und signalisiert dem Dreiwegeventil in der beschriebenen Ausführungsform, das Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus des Systems 10 zu leiten. In der beschriebenen Ausführungsform ist das Steuermodul ein Antriebsstrangsteuermodul, das mit einem Fahrzeugcomputer über einen CAN-Bus verbunden ist. Das Modul reagiert auf einen Schalter (oder eine andere Eingabeeinrichtung), der durch einen Insassen im Fahrzeug betätigt wird. Der Schalter (beispielsweise ein AC Ein/Aus-Schalter) ändert einen Betriebsmodus von einem Heizbetrieb auf einen Kühlbetrieb oder umgekehrt. Natürlich könnte in alternativen Ausführungsformen jedes Steuermodul in dem Fahrzeug verwendet werden, um das Dreiwegeventil in Abhängigkeit vom Betriebsmodus zu steuern.
In alternativen Ausführungsformen kann das Dreiwegeventil durch eine Reihe von Ventilen, die ausreichen, um das zusammengeführte Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel in gewünschte Richtungen abhängig vom Modus zu leiten, ersetzt werden. Wiederum können die Ventile Signale vom Antriebsstrangsteuermodul oder einem anderen Steuermodul in dem Fahrzeug empfangen. Die unterschiedlichen Richtungen sind detaillierter für die Heiz- und Kühlbetriebsarten unten beschrieben. In dem beschriebenen Kühlmodus leitet das Dreiwegeventil 34 das Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel, wie durch den Bewegungspfeil 36 in 1 gezeigt, zu einem ersten Wärmetauscher 38.
Der erste Wärmetauscher 38, im Kühlmodus, ist ein Außenwärmetauscher (oder Kondensator), der vor einem Motorkühler 40 angeordnet ist, wie in der Technik bekannt. Innerhalb des ersten Wärmetauschers 38 wird das Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel, das aus dem Kompressor 12 ausgestoßen wird, im Wesentlichen aufgrund der Wirkung der Außenluft gekühlt. Ein Gebläse 42 kann verwendet werden, um eine Luftströmung über den ersten Wärmetauscher 38 und den Kühler 40 zu erzeugen und zu regulieren.
Das abgekühlte Hochdruck-Kältemittel wird dann an eine erste Expansionsvorrichtung 44 gesendet, wie durch den Bewegungspfeil 46 gezeigt. Ein Thermoelement 48 erfasst eine Temperatur (T₁) des Kältemittel-Auslasses aus dem ersten Wärmetauscher 38 vor dem Eintritt in die erste Expansionsvorrichtung 44. Obwohl das Thermoelement 48 in 1 angrenzend an die erste Expansionsvorrichtung 44 dargestellt ist, könnte das Thermoelement oder eine andere Art von Temperatursensor in einer alternativen Ausführungsform in der Nähe eines Auslasses des ersten Wärmetauschers 38, oder irgendwo zwischen den beiden Vorrichtungen positioniert werden. Das Thermoelement 48 ist elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie dargestellt), das die gemessene Temperatur (T₁) des Kältemittels für die Verwendung in der Berechnung einer gewünschten Leistung des Kompressors 12 empfängt.
Die gewünschte Leistung wird unter Verwendung der erfassten Temperatur (T₁), einer zweiten erfassten Temperatur (T₂), einem gemessenen Druck (P₁) und mindestens einer Umgebungsbedingung (beispielsweise eine Umgebungstemperatur (T_A)) des Fahrzeugs berechnet. Ein Temperatursensor (nicht gezeigt) erfasst die Umgebungstemperatur (T_A) des Fahrzeugs und das Ergebnis wird an das Steuermodul 20 geschickt. In ähnlicher Weise erfasst ein Feuchtigkeitssensor (nicht gezeigt) eine Umgebungsfeuchtigkeit des Fahrzeugs und erfasst ein Sonnenlastsensor (nicht gezeigt) eine Sonnenbelastung des Fahrzeuges. Die Ergebnisse werden ebenfalls an das Steuermodul 20 geschickt. Die zweite erfasste Temperatur (T₂) und der gemessene Druck (P₁) sind ebenfalls für das Steuermodul 20 vorgesehen und werden im Folgenden näher beschrieben. In Abhängigkeit von der berechneten Soll-Leistung wird ein Parameter des Kompressors 12 eingestellt. Zum Beispiel kann eine Drehzahl des Motors des Kompressors 12 eingestellt werden, um eine optimale Leistung sicherzustellen.
In der ersten Expansionsvorrichtung 44 wird das Austrittskältemittel aus dem ersten Wärmetauscher 38 expandiert, um zu einer Zwischendruck-Zwischentemperatur-Flüssigkeits- und Dampfkältemittelmischung zu werden, die einem Abscheider 50 zugeführt wird, wie durch den Bewegungspfeil 52 dargestellt. Die Regelung des Stromes des Kältemittels durch die Expansionsvorrichtung 44 oder die Drosselung wird verwendet, um eine Temperatur des Kältemittels innerhalb des Abscheiders 50 zu steuern. Eine Erhöhung des Druckabfalls senkt notwendigerweise die Temperatur des Kältemittels innerhalb des Abscheiders 50.
In der beschriebenen Ausführungsform ist das Steuermodul 20 elektrisch mit der Expansionsvorrichtung 44 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie gezeigt) und arbeitet, um den Strom des Kältemittels und einen Druckabfall des Kältemittels, das sich durch die Expansionsvorrichtung bewegt, zu steuern, um für eine optimale Leistung zu sorgen. In der beschriebenen Ausführungsform ist die erste Expansionsvorrichtung 44 eine elektronische Expansionsvorrichtung mit einer Öffnung darin, durch welche das Kältemittel hindurchgeht. Das Steuermodul 20 steuert eine Größe der Öffnung in der Expansionsvorrichtung 44, die den Druckabfall des Kältemittels, das sich durch die Vorrichtung bewegt, bestimmt. Der Druckabfall wird in Abhängigkeit von der gleichen Eingabe, wie sie eingesetzt wird, um die gewünschte Leistung des Kompressors durch das Steuermodul 20 zu berechnen, geändert.
Eine zweite Expansionsvorrichtung 54 (näher beschrieben weiter unten) ist auch eine elektronische Expansionsvorrichtung in der beschriebenen Ausführungsform und ist elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie gezeigt). In alternativen Ausführungsformen können eine oder beide der ersten und zweiten Expansionsvorrichtungen feststehende Öffnungsrohre mit zugehörigen Umgehungsvorrichtungen sein, die zusammen einen bestimmten Druckabfall bereitstellen.
Ein Zwischendruck-Zwischentemperatur-Gaskältemittel verlässt den Abscheider 50, wie durch den Bewegungspfeil 56 dargestellt, und wird in der zweiten Spirale 18 des Kompressors 12, wo das Gaskältemittel wiederum komprimiert wird, empfangen und durch das System 10 geführt. Das abgetrennte flüssige Kältemittel im Abscheider 50 wird als Zwischendruck-Zwischentemperatur-Flüssigkältemittel in die zweite Expansionsvorrichtung 54 geschickt. In der zweiten Expansionsvorrichtung 54 wird das Zwischendruck-Flüssigkältemittel expandiert, um eine Niederdruck-Tieftemperatur-Flüssigkeits- und Dampfkältemittelmischung zu werden, die einem zweiten Wärmetauscher 58 zugeführt wird, wie durch den Bewegungspfeil 60 dargestellt. Die Regulierung des Stromes des Kältemittels durch die Expansionsvorrichtung 54 oder die Drosselung wird verwendet, um eine Temperatur der Kältemittelmischung im zweiten Wärmetauscher 58 zu steuern. Eine Erhöhung des Druckabfalls senkt notwendigerweise die Temperatur des Kältemittels im zweiten Wärmetauscher 58.
In der beschriebenen Ausführungsform ist das Steuermodul 20 elektrisch mit der zweiten Expansionsvorrichtung 54 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie gezeigt) und arbeitet, um den Strom der Kältemittelmischung und den Druckabfall der Kältemittelmischung, die sich durch die Expansionsvorrichtung bewegt, zu steuern, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Auch die zweite Expansionsvorrichtung 54 ist eine elektronische Expansionsvorrichtung, die eine Öffnung darin aufweist, durch die das Kältemittel strömt. Das Steuermodul 20 steuert eine Größe der Öffnung in der Expansionsvorrichtung 54, die den Druckabfall des Kältemittels bestimmt, das sich durch die Vorrichtung bewegt. Der Druckabfall wird in Abhängigkeit von den gleichen Eingaben geändert, wie sie das Steuermodul 20 verwendet, um die gewünschte Leistung des Kompressors zu berechnen.
In dem beschriebenen Kühlmodus ist der zweite Wärmetauscher 58 als Verdampfer eingesetzt. Wie in der Technik bekannt, ist der Verdampfer 58 in einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen(HVAC)-Gehäuse 62 des Fahrzeugs positioniert und wird verwendet, um einen Fahrgastraum (nicht dargestellt) zu kühlen. Warme, feuchte Luft, die über den Verdampfer 58 strömt (wie durch Pfeil 64 gezeigt), überträgt ihre Wärme auf das kühlere Kältemittel innerhalb des Verdampfers. Die Nebenprodukte sind eine abgesenkte Temperatur der Luft und Kondensation aus der Luft, die vom Verdampfer 58 zu einer Außenseite des Fahrzeugs abgeführt wird. Ein Gebläse (nicht gezeigt) bläst Luft über den Verdampfer 58 und durch eine Entlüftungsöffnung 66 in den Fahrgastraum. Dieses Verfahren führt im Fahrgastraum zu kühlerer, trockener Luft. Eine Mischklappe 68 blockiert die Luftströmung am Eintritt zu einem dritten Wärmetauscher 70, der im Heizmodus verwendet und nachfolgend beschrieben wird.
Innerhalb des Verdampfers 58 siedet die Niederdruck-Niedertemperatur-Flüssigkeits- und Dampfkältemittelmischung zu einem Dampf aufgrund der Wärme, die aus der Luft entfernt wird. Das Niederdruck-Niedertemperatur-Dampfkältemittel verlässt den Verdampfer 58, wie durch den Bewegungspfeil 72 gezeigt ist, und wird an der ersten Ansaugöffnung 22 der ersten Spirale 16 des Kompressors 12 empfangen. Ein Thermoelement 71 erfasst eine Temperatur (T₂) des Kältemittelauslasses aus dem zweiten Wärmetauscher 58 vor dem Eintritt in den Kompressor 12. Obwohl das Thermoelement 71 in 1 neben dem zweiten Wärmetauscher 58 dargestellt ist, könnte das Thermoelement oder eine andere Art von Temperatursensor in einer alternativen Ausführungsform in der Nähe eines Auslasses des zweiten Wärmetauschers 58 oder irgendwo zwischen den beiden Vorrichtungen angeordnet sein. Das Thermoelement 71 ist elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie dargestellt), das die erfasste Temperatur (T₂) des Kältemittels für die Verwendung in der Berechnung der gewünschten Leistung des Kompressors 12 empfängt.
In ähnlicher Weise erfasst ein Wandler 73 einen Druck (P₂) des Kältemittelauslasses aus dem zweiten Wärmetauscher 58 vor dem Eintritt in den Kompressor 12. Obwohl der Wandler 73 in 1 benachbart dem Thermoelement 71 dargestellt ist, könnte der Wandler oder eine andere Art von Drucksensor in einer alternativen Ausführungsform in der Nähe eines Auslasses des zweiten Wärmetauschers 58 oder irgendwo zwischen den beiden Vorrichtungen angeordnet sein. Der Wandler 73 ist elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie dargestellt), das den gemessenen Druck (P₂) des Kältemittels zur Verwendung in der Berechnung der gewünschten Leistung des Kompressors 12 empfängt.
Im Kompressor 12 wird das Kältemittel wieder komprimiert und durch das System 10 zirkuliert. Insbesondere tritt die Verdichtung von Niederdruck-Niedertemperatur-Dampf innerhalb der ersten Spirale 16 auf und die Verdichtung von Zwischendruck-Zwischentemperatur-Dampf aus dem Abscheider 50 tritt innerhalb der zweiten Spirale 18 zur gleichen Zeit auf. Wie oben angegeben, werden die komprimierten Kältemittel von den ersten und zweiten Spiralen des Kompressors 12 vereint, bevor sie durch das Dreiwegeventil 34 geleitet werden.
3 ist ein Druck-Enthalpie-Diagramm des Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystems 10 mit dem Kompressor 12 mit zwei Spiralen, die parallel im Kühlmodus arbeiten. Die Bezugsbuchstaben im Diagramm entsprechen den Stellen innerhalb des Systems 10, wie in 1 gezeigt. Beispielsweise ist der Bezugsbuchstabe I an einem Punkt positioniert, wo die komprimierten Kältemittel von den ersten und zweiten Spiralen des Kompressors 12 vereint werden, bevor sie durch das Dreiwegeventil 34 geleitet werden. Des Weiteren bezeichnet A-B die Verdichtung innerhalb der ersten Spirale, G-H bezeichnet die Verdichtung innerhalb der zweiten Spirale, C-D bezieht sich auf die Expansion in der ersten Expansionsvorrichtung und E-F bezieht sich auf die Expansion in der zweiten Expansionsvorrichtung.
Wie in 4 gezeigt, ist das Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem 10 auch betriebsfähig in einem Heizmodus. Im Heizmodus leitet das Steuermodul 20 den Fluss der vereinten ersten und zweiten Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel, die dem Dreiwegeventil 34 zugeführt werden, zu einem dritten Wärmetauscher 70 statt zum ersten Wärmetauscher 38. Wie oben beschrieben, wird das Dreiwegeventil 34 von einem Antriebsstrangsteuermodul in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus gesteuert. So lenkt das Dreiwegeventil 34 im Heizmodus den Strom in eine andere Richtung zur Strömungsrichtung im Kühlbetrieb.
Da das vereinte Kältemittel nicht zum ersten Wärmetauscher 38 geleitet wird, endet der Fluss des Kältemittels dort hindurch, wie in 1 durch die Bewegungspfeile 36 und 46 gezeigt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden die Linien, auf denen sich nur das Kältemittel in dem Heizmodus bewegt, in 1 nicht gezeigt und die Linien, auf denen sich das Kältemittel nur im Kühlmodus bewegt, werden in 4 nicht gezeigt. Das Gleiche ist der Fall in den 6 und 7, die unten beschrieben sind.
Im Heizmodus, gezeigt in 4, leitet das Dreiwegeventil 34 das vereinte Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel zum dritten Wärmetauscher 70, wie durch den Bewegungspfeil 76 gezeigt. Der dritte Wärmetauscher 70 ist ein Zusatzwärmetauscher, der innerhalb des HVAC-Gehäuses 62 des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Mischklappe 68 wird im Heizmodus verwendet, um die Luftströmung, die durch das Gebläse (nicht gezeigt) erzeugt wird, zu regeln, so dass Luft durch oder teilweise durch den Zusatzwärmetauscher 70 strömt. In dieser Weise kann eine Temperatur der Luft, die zur Erwärmung des Fahrgastraumes dient, eingestellt werden. Wenn kühle Luft durch den zusätzlichen Wärmetauscher 70 hindurchströmt, wird das Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel im Wesentlichen aufgrund der Wirkung der Luft abgekühlt.
Das abgekühlte Hochdruck-Kältemittel wird dann zur ersten Expansionsvorrichtung 44 geschickt, wie durch die Bewegungspfeile 78 dargestellt. Das Thermoelement 48 erfasst eine Temperatur (T₁) des Kältemittelauslasses aus dem dritten Wärmetauscher 70 vor Eintritt in die erste Expansionsvorrichtung 44. Obwohl das Thermoelement 48 in 4 benachbart zur ersten Expansionsvorrichtung 44 dargestellt ist, kann das Thermoelement in der Nähe eines Auslasses des dritten Wärmetauschers 70 oder irgendwo zwischen den beiden Vorrichtungen angeordnet sein. Noch ein zusätzliches Thermoelement könnte verwendet werden, um die Temperatur im Heizmodus in einer alternativen Ausführungsform zu erfassen.
Wie oben beschrieben, ist das Thermoelement 48 elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden, das die erfasste Temperatur (T₁) des Kältemittels zur Verwendung in der Berechnung einer gewünschten Leistung des Kompressors 12 empfängt. Wie oben im Kühlmodus beschrieben, wird die gewünschte Leistung unter Verwendung der erfassten Temperatur (T₁), einer zweiten erfassten Temperatur (T₂), eines gemessenen Drucks (P₁) und mindestens einer Umgebungsbedingung des Fahrzeugs berechnet. In Abhängigkeit von der berechneten Soll-Leistung im Heizmodus wird ein Parameter des Kompressors 12 eingestellt.
In der ersten Expansionsvorrichtung 44 wird das Auslass-Kältemittel aus dem dritten Wärmetauscher 70 expandiert, um eine Zwischendruck-Zwischentemperatur-Flüssigkeits- und Dampfkältemittelmischung zu werden, die einem Abscheider 50 zugeführt wird, wie durch den Bewegungspfeil 52 dargestellt. Wiederum wird die Regelung der Strömung des Kältemittels durch die Expansionsvorrichtung 44 oder die Drosselung verwendet, um innerhalb des Abscheiders 50 eine Temperatur des Kältemittels zu steuern, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Eine Erhöhung des Druckabfalls senkt notwendigerweise die Temperatur des Kältemittels innerhalb des Abscheiders 50 ab. Das Steuermodul 20 arbeitet, um die Strömung des Kältemittels und einen Druckabfall des Kältemittels, das sich durch die Expansionsvorrichtung bewegt, zu steuern. Der Druckabfall wird abhängig von den gleichen Eingaben verändert, welche verwendet werden, um die gewünschte Leistung des Kompressors durch das Steuermodul 20 zu berechnen.
Die sich ergebende Zwischendruck-Zwischentemperatur-Flüssigkeits- und Dampfkältemittelmischung wird im Abscheider 50 getrennt. Wie in der Kühlbetriebsart verlässt ein Zwischendruck-Zwischentemperatur-Gaskältemittel den Abscheider 50, wie durch den Bewegungspfeil 56 gezeigt, und wird in der Einlassöffnung 24 der zweiten Spirale 18 des Kompressors 12 aufgenommen, wo das Gaskältemittel wieder komprimiert und durch das System 10 zirkuliert wird. Das abgetrennte flüssige Kältemittel innerhalb des Abscheiders 50 wird an die zweite Expansionsvorrichtung 54 geleitet.
In der zweiten Expansionsvorrichtung 54 wird das flüssige Kältemittel expandiert, um eine Niederdruck-Niedertemperatur-Flüssigkeits- und Dampfkältemittelmischung zu werden, die im Heizmodus dem ersten Wärmetauscher 38 zugeführt wird, wie durch die Bewegungspfeile 80 dargestellt. Die Regulierung des Kältemittelflusses durch die Expansionsvorrichtung 54 oder die Drosselung wird verwendet, um eine Temperatur des Kältemittels, das dem ersten Wärmetauscher 38 zugeführt wird, zu steuern. Die Erhöhung des Druckabfalls senkt notwendigerweise die Temperatur des Kältemittels im ersten Wärmetauscher 38. Das Steuermodul 20 arbeitet, um die Strömung des Kältemittels und einen Druckabfall des Kältemittels, das sich durch die Expansionsvorrichtung bewegt, zu steuern. Der Druckabfall wird abhängig von den gleichen Eingaben verändert, die zur Berechnung der gewünschten Leistung des Kompressors durch das Steuermodul 20 verwendet werden.
Obwohl in den Zeichnungsfiguren nicht dargestellt, arbeitet/arbeiten ein oder mehrere Steuermodule innerhalb des Fahrzeugs, um die Strömung des Kältemittels, das sich innerhalb des Systems 10 bewegt, in Abhängigkeit vom Betriebsmodus zu steuern. Wie in 1 gezeigt, strömt im Kühlmodus das Kältemittel im Allgemeinen durch das Dreiwegeventil 34 zum ersten Wärmetauscher 38, zur ersten Expansionsvorrichtung 44, zur zweiten Expansionsvorrichtung, zum zweiten Wärmetauscher 58 und zurück zum Kompressor 12. Im Heizmodus jedoch strömt das Kältemittel im Allgemeinen durch das Dreiwegeventil 34 zum dritten Wärmetauscher 70, zur ersten Expansionsvorrichtung 44, zur zweiten Expansionsvorrichtung 54, zum ersten Wärmetauscher 38 und zurück zum Kompressor 12. Diese Kältemittelströme werden in der beschriebenen Ausführungsform unter Verwendung einer Mehrzahl von Magnetventilen gesteuert.
In dem beschriebenen Heizmodus fungiert der erste Wärmetauscher 38 als Verdampfer. Warme, feuchte Luft strömt über den Verdampfer 38 (wie durch Pfeil 82 gezeigt) und überträgt seine Wärme auf das kühlere Kältemittel innerhalb des Verdampfers. Innerhalb des Verdampfers 38 siedet die Niederdruck-Niedertemperatur-Dampf- und Flüssigkältemittelmischung zu einem Dampf aufgrund der Wärme, die aus der Luft entfernt wird. Ein Niederdruck-Niedertemperatur-Dampfkältemittel verlässt den Verdampfer 38, wie durch den Bewegungspfeil 84 gezeigt, und wird an der ersten Ansaugöffnung 22 der ersten Spirale 16 des Kompressors 12 empfangen.
Wiederum erfasst ein Thermoelement 81 eine Temperatur (T₂) des Kältemittel-Auslasses aus dem ersten Wärmetauscher 38 vor dem Eintritt in den Kompressor 12. Obwohl das Thermoelement 81 in 4 in der Nähe des ersten Wärmetauschers 38 dargestellt ist, könnte das Thermoelement oder eine andere Art von Temperatursensor in einer alternativen Ausführungsform an beliebiger Stelle zwischen den beiden Vorrichtungen angeordnet sein. Das Thermoelement 81 ist elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie dargestellt), das die erfasste Temperatur (T₂) des Kältemittels für die Verwendung in der Berechnung der gewünschten Leistung des Kompressors 12 empfängt.
In ähnlicher Weise erfasst ein Wandler 83 einen Druck (P₂) des Kältemittel-Auslasses aus dem ersten Wärmetauscher 38 vor dem Eintritt in den Kompressor 12. Obwohl der Wandler 83 in 4 benachbart dem Thermoelement 81 dargestellt ist, könnte der Wandler oder eine andere Art von Drucksensor in einer alternativen Ausführungsform an beliebiger Stelle zwischen den beiden Vorrichtungen angeordnet sein. Der Wandler 83 ist elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie dargestellt), das den gemessenen Druck (P₂) des Kältemittels zur Verwendung in der Berechnung der gewünschten Leistung des Kompressors 12 empfängt.
Im Kompressor 12 wird das Kältemittel wieder komprimiert und durch das System 10 zirkuliert. Insbesondere tritt eine Verdichtung von Niederdruck-Niedertemperatur-Dampf innerhalb der ersten Spirale 16 ein und eine Verdichtung von Zwischendruck-Zwischentemperatur-Dampf aus dem Abscheider 50 tritt innerhalb der zweiten Spirale 18 in der gleichen Zeit ein. Wie oben angegeben, werden die komprimierten Kältemittel von den ersten und zweiten Spiralen des Kompressors 12 vereint, bevor sie durch das Dreiwegeventil 34 geleitet werden.
Wie oben erwähnt, stellt das Steuermodul 20 in der beschriebenen Ausführungsform eine Drehzahl des Motors in Abhängigkeit von bestimmten Faktoren ein. Diese Faktoren umfassen mindestens eine Umgebungsbedingung des Fahrzeugs, die erfassten Temperaturen (T₁ und T₂) und den erfassten Druck (P₁). Wie oben beschrieben, werden die erfassten Temperaturen T₁ und T₂ und der gemessene Druck P₁ an verschiedenen Stellen innerhalb des Systems abhängig vom Betriebsmodus bestimmt. Die mindestens eine Umgebungsbedingung kann eine oder mehrere von einer Gruppe, umfassend eine Umgebungstemperatur, eine Luftfeuchtigkeit und eine Sonnenbelastung des Fahrzeuges, umfassen. In Abhängigkeit von der berechneten gewünschten Leistung kann ein Parameter des Kompressors 12 eingestellt werden und/oder ein Druck des Kältemittels innerhalb der ersten und/oder zweiten Expansionsvorrichtungen verändert werden. Während das Steuermodul über alle Umgebungstemperaturen hinweg wirksam ist und versucht, die Systemeffizienz über den gesamten Betriebsbereich zu verbessern, variiert der Grad der Verbesserung bei verschiedenen Temperaturen.
Im Kühlmodus, zum Beispiel, reagieren Algorithmen im Steuermodul auf die Umgebungstemperatur (T_A). Unter allgemeiner Bezugnahme auf das Druck-Enthalpie(p-h)-Diagramm in 3 gibt es bei einer bestimmten Umgebungstemperatur eine entsprechende Verdampfungstemperatur T1 und einen entsprechenden Verdampfungsdruck P1 (man beachte, dass T/P auf der Linie F-A konstant sind). Je wärmer die Umgebungstemperatur, desto höher ist der Verdampfungsdruck. Wenn T1, P1 und T3 gegeben sind, gibt es einen optimalen Ausstoßdruck (Pd = P_B = P_C = P_H = P_I) und Zwischendruck (Pm = P_D = P_E = P_G), der einen maximalen Leistungskoeffizienten (COP) ergibt. Die Kompressorleistung, die erforderlich ist, um solch optimale Betriebsbedingungen zu erreichen, wird dann berechnet, das heißt, eine Verdichtungswärme, Kompressorarbeit oder Kompressorleistung werden berechnet.
Unter Bezugnahme auf 1 werden die Kälteleistung und die Kompressorarbeit als Q_e = (1 – x_D)(h_A – h_F) und W_c = x_D (h_H – h_G) + (1 – x_D)(h_B – h_A) berechnet, wobei x_D = (h_D–h_E)/(h_G – h_E) gilt. Angesichts des Verdampfer-Kältemittelauslassdrucks und der Wärmetauscher (z.B. Verdampfer und Gaskühler)-Kältemittelaustrittstemperaturen gibt es einen optimalen Zwischendruck und Ausstoßdruck für den maximalen COP (= Q_e/W_c). 5 zeigt eine COP-Kontur bei einer Verdampfungstemperatur von 5 Grad Celsius (unter der Annahme von gesättigtem Dampf am Ausgang des Verdampfers) und Gaskühler-Austrittstemperatur von 40 Grad Celsius. Die optimalen Zwischen- und Ausstoßdrücke finden sich bei 54,4 bar und 98,7 bar, was jeweils einen maximalen COP-Wert von 2,76 ergibt. Bei Einsatz von paralleler Verdichtung, wie in Bezug auf die in 1 gezeigte Ausführungsform beschrieben, verbessert sich die Systemeffizienz um 15% über einen Zyklus mit Einzelverdichtung.
Die Korrelation des optimalen Ausstoßes (Pd) und Zwischendrucks (Pm) als Funktion von T₁, P₁ und T₂, wird im Steuermodul als Teil der Algorithmen aufgebaut. Das Steuermodul stellt dann die Verschiebung (bei mechanischen Kompressoren) oder die Motordrehzahl (bei elektrischen Kompressoren) ein, um die erforderliche Leistung (W_C) zu erzeugen. Das Steuermodul in der beschriebenen Ausführungsform steuert auch die Öffnungsgröße der ersten Expansionsvorrichtung, um den Druckabfall von Pd–Pm oder P_C–P_D zu ergeben, und der zweiten Expansionsvorrichtung, um Pm–Pe oder P_D–P_A zu ergeben.
In Übereinstimmung mit dem Verfahren des Heizens und Kühlens eines Fahrgastraumes in einem Fahrzeug mit einem Heiz- und Kühlsystem wird ein Fluid in einem ersten und einem zweiten Verdichtungszyklus eines Kompressors 12 komprimiert. In einer Ausführungsform treten der erste und der zweite Verdichtungszyklus in der ersten und der zweiten Spirale 16, 18 des Kompressors, die parallel arbeiten, auf. In anderen Ausführungsformen können die erste und die zweite Spirale in Serie arbeiten.
In weiteren Schritten wird eine Umgebungstemperatur des Fahrzeugs bestimmt und eine Temperatur des Fluids wird erfasst. In der beschriebenen Ausführungsform wird die Temperatur des Fluidauslasses aus einem ersten Wärmetauscher erfasst. In einem weiteren Schritt wird eine zweite Temperatur und ein Druck des Fluids erfasst. In der beschriebenen Ausführungsform werden die zweite Temperatur und der Druck des Fluidauslasses aus einem zweiten Wärmetauscher erfasst. In einem weiteren Schritt wird eine gewünschte Leistung des Kompressors 12 auf der Grundlage der Umgebungstemperatur und der erfassten Temperaturen und des Drucks des Fluids berechnet. Die Algorithmen, die verwendet werden, um die gewünschte Leistung im Steuermodul zu berechnen, sind oben allgemein beschrieben und können auf zusätzlichen Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs (z.B. Sonnenlast) beruhen. In Abhängigkeit von der berechneten Soll-Leistung des Kompressors wird ein Parameter des Kompressors eingestellt. In der beschriebenen Ausführungsform kann eine Drehzahl des Motors, welcher den Kompressor antreibt, eingestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren den Schritt des Änderns eines Drucks des Fluids in Abhängigkeit von dem berechneten gewünschten Druckabfall P_C–P_D und/oder P_D–P_A umfassen. Dieser Schritt kann durch Einstellen einer Größe der Öffnung von mindestens einer der Expansionsvorrichtungen, durch die sich das Fluid bewegt, erreicht werden. In einer anderen Ausführungsform kühlt der erste Wärmetauscher den komprimierten Hochtemperatur-Kühlmitteldampf und der zweite Wärmetauscher dient als ein Verdampfer im Kühlmodus und der erste Wärmetauscher dient als ein Verdampfer und der zweite Wärmetauscher kühlt das Hochtemperatur-Dampfkältemittel im Heizmodus. Beispielsweise kühlt im Kühlmodus, in 1 gezeigt, der erste Wärmetauscher 38 das komprimierte Hochtemperatur-Dampfkältemittel und der zweite Wärmetauscher 58 dient als Verdampfer. Ähnlich fungiert im Heizmodus, in 4 gezeigt, der erste Wärmetauscher 38 als Verdampfer und ein zweiter Wärmetauscher (der als ein dritter Wärmetauscher 70 bezeichnet wird) kühlt das Hochtemperatur-Dampfkältemittel.
Es wird nun Bezug auf 6 genommen, die ein schematisches Diagramm eines Fahrzeug-Heiz- und -Kühlsystems 88 mit einem Kompressor 90 veranschaulicht. Das Heiz- und Kühlsystem 88 ist im Allgemeinen das gleiche wie das System, welches in 1 beschrieben ist, außer dass die erste und die zweite Spirale 92, 94 des Kompressors 90 mehrstufige Verdichtung einsetzen. In anderen Worten, die erste Spirale 92 und die zweite Spirale 94 des Kompressors 90 arbeiten in Serie, um das Fluid in einem Zyklus, der erste und zweite Verdichtungen umfasst, zu komprimieren. Genauer gesagt, umfasst der Kompressor 90 eine Einzeltypwelle 96, die durch die erste und zweite Spirale 92, 94 gemeinsam genutzt und durch einen Motor mit variabler Drehzahl (nicht gezeigt) angetrieben wird. Das Steuermodul 20 stellt eine Drehzahl des Motors in Abhängigkeit von bestimmten Faktoren ein, wie oben beschrieben.
In der beschriebenen Ausführungsform tritt ein Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel aus dem Kompressor 90 aus und wird einem Dreiwegeventil 34 zugeführt. Ein Steuermodul signalisiert dem Dreiwegeventil 34 in der beschriebenen Ausführungsform, das Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel, wie durch den Bewegungspfeil 36 dargestellt, zu einem ersten Wärmetauscher 38 zu leiten. Der erste Wärmetauscher ist im Kühlmodus ein Außenwärmetauscher.
Im Kühlmodus ist der erste Wärmetauscher 38 vor einem Motorkühler 40 positioniert, wie in der Technik bekannt, und funktioniert als ein Gaskühler, um das Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel, welches aus dem Kompressor 90 abgestoßen wird, abzukühlen. Innerhalb des ersten Wärmetauschers 38 wird das Kältemittel im Wesentlichen aufgrund der Wirkung der Außenluft gekühlt. Ein Gebläse 42 kann verwendet werden, um eine Luftströmung über den ersten Wärmetauscher 38 und den Kühler 40 zu erzeugen und zu regulieren.
Das abgekühlte Hochdruck-Kältemittel wird dann zu einer ersten Expansionsvorrichtung 44 geleitet, wie durch den Bewegungspfeil 46 gezeigt. Ein Thermoelement 48 erfasst eine Temperatur (T₁) des Kältemittel-Auslasses aus dem ersten Wärmetauscher 38 vor dem Eintritt in die erste Expansionsvorrichtung 44. Das Thermoelement 48 ist elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden, das zur Verwendung bei der Berechnung einer gewünschten Leistung des Kompressors 90 die erfasste Temperatur (T₁) des Kältemittels empfängt. Die Soll-Leistung wird unter Verwendung der erfassten Temperatur (T₁), einer zweiten erfassten Temperatur (T₂), eines gemessenen Drucks (P₁) und mindestens einer Umgebungsbedingung (beispielsweise eine Umgebungstemperatur (T_A)) des Fahrzeugs berechnet, wie oben beschrieben. In Abhängigkeit von der berechneten gewünschten Leistung wird ein Parameter des Kompressors 90 eingestellt. Beispielsweise kann die Drehzahl des Motors des Kompressors 90 eingestellt werden.
In der ersten Expansionsvorrichtung 44 wird das Austrittskältemittel aus dem ersten Wärmetauscher 38 expandiert, um eine Zwischentemperatur-Zwischendruck-Flüssigkeits- und Dampfkältemittelmischung zu werden, die einem Abscheider 50 zugeführt wird, wie durch den Bewegungspfeil 52 dargestellt ist. Die Regelung der Strömung des Kältemittels durch die Expansionsvorrichtung 44 oder die Drosselung wird verwendet, um eine Temperatur des Kältemittels innerhalb des Abscheiders 50 zu steuern. Eine Erhöhung des Druckabfalls senkt notwendigerweise die Temperatur des Kältemittels innerhalb des Abscheiders 50.
Das Steuermodul 20 ist elektrisch mit der Expansionsvorrichtung 44 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie gezeigt) und arbeitet, um den Strom des Kältemittels und einen Druckabfall des Kältemittels, das sich durch die Expansionsvorrichtung bewegt, zu steuern, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. In der beschriebenen Ausführungsform ist die erste Expansionsvorrichtung 44 eine elektronische Expansionsvorrichtung, die eine Öffnung darin aufweist, durch welche das Kältemittel hindurchgeht. Das Steuermodul 20 steuert eine Größe der Öffnung in der Expansionsvorrichtung 44, die den Druckabfall des Kältemittels, das sich durch die Vorrichtung bewegt, bestimmt. Der Druckabfall verändert sich abhängig von den gleichen Eingaben, die verwendet werden, um die gewünschte Leistung des Kompressors durch das Steuermodul 20 zu berechnen.
Ein Zwischentemperatur-Zwischendruck-Gaskältemittel verlässt den Abscheider 50, wie durch den Bewegungspfeil 56 dargestellt, und wird mit einem Dampf vereint, der aus der ersten Spirale 92 des Kompressors 90 am Fusionspunkt 102 austritt. Das abgetrennte flüssige Kältemittel im Abscheider 50 wird als ein Zwischendruck-Zwischentemperatur-Flüssigkältemittel an die zweite Expansionsvorrichtung 54 geleitet. In der zweiten Expansionsvorrichtung 54 wird das Zwischendruck-Flüssigkältemittel expandiert, um eine Niederdruck-Niedertemperatur-Flüssigkeits- und Dampfkältemittelmischung zu werden, die einem zweiten Wärmetauscher 58 zugeführt wird, wie durch den Bewegungspfeil 60 gezeigt. Die Regulierung der Strömung des Kältemittels durch die Expansionsvorrichtung 54 oder die Drosselung wird verwendet, um eine Temperatur des Kältemittels im zweiten Wärmetauscher 58 zu steuern. Eine Erhöhung des Druckabfalls senkt notwendigerweise die Temperatur des Kältemittels im zweiten Wärmetauscher 58.
Auch das Steuermodul 20 ist elektrisch mit der zweiten Expansionsvorrichtung 54 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie gezeigt) und arbeitet, um den Strom des Kältemittels und einen Druckabfall des Kältemittels, das sich durch die Expansionsvorrichtung bewegt, zu steuern, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. In der beschriebenen Ausführungsform ist die zweite Expansionsvorrichtung 54 eine elektronische Expansionsvorrichtung, die eine Öffnung darin aufweist, durch welche das Kältemittel hindurchgeht. Das Steuermodul 20 steuert eine Größe der Öffnung in der Expansionsvorrichtung 54, die den Druckabfall des Kältemittels, das sich durch die Vorrichtung bewegt, bestimmt. Der Druckabfall verändert sich abhängig von den gleichen Eingaben, die verwendet werden, um die gewünschte Leistung des Kompressors durch das Steuermodul 20 zu berechnen.
In dem beschriebenen Kühlmodus fungiert der zweite Wärmetauscher 58 als Verdampfer. Wie in der Technik bekannt ist, ist der Verdampfer 58 in einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen(HVAC)-Gehäuse 62 des Fahrzeugs positioniert und wird verwendet, um einen Fahrgastraum (nicht dargestellt) zu kühlen. Warme, feuchte Luft fließt über den Verdampfer 58 (wie durch Pfeil 64 gezeigt) und überträgt ihre Wärme auf das kühlere Kältemittel innerhalb des Verdampfers. Die Nebenprodukte sind eine abgesenkte Temperatur der Luft und Kondensation aus der Luft, die aus dem Verdampfer 58 zu einer Außenseite des Fahrzeugs abgeführt wird. Ein Gebläse (nicht gezeigt) bläst Luft über den Verdampfer 58 und durch eine Entlüftungsöffnung 66 in den Fahrgastraum. Dieses Verfahren führt dazu, dass der Fahrgastraum kühlere, trockenere Luft aufweist. Eine Mischklappe 68 blockiert die Strömung von Luft, in einen dritten Wärmetauscher 70 einzutreten, der im Heizmodus verwendet und nachfolgend beschrieben wird.
Innerhalb des Verdampfers 58 siedet die Niederdruck-Niedertemperatur-Dampf- und Flüssigkältemittelmischung zu einem Dampf aufgrund der Wärme, die aus der Luft entfernt wird. Das Niederdruck-Niedertemperatur-Dampfkältemittel verlässt den Verdampfer 58, wie durch den Bewegungspfeil 72 gezeigt ist, und wird an einer ersten Ansaugöffnung 98 der ersten Spirale 92 des Kompressors 90 empfangen. Ein Thermoelement 71 erfasst eine Temperatur (T₂) des Kältemittelauslasses aus dem zweiten Wärmetauscher 58 vor dem Eintritt in den Kompressor 90. Obwohl das Thermoelement 71 in 6 angrenzend an die zweite Expansionsvorrichtung 58 dargestellt ist, könnte das Thermoelement oder eine andere Art von Temperatursensor in einer alternativen Ausführungsform in der Nähe eines Auslasses des zweiten Wärmetauschers 58 oder irgendwo zwischen den beiden Vorrichtungen angeordnet sein. Das Thermoelement 71 ist elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie dargestellt), das die erfasste Temperatur (T₂) des Kältemittels für die Verwendung in der Berechnung der gewünschten Leistung des Kompressors 90 empfängt.
In ähnlicher Weise erfasst ein Wandler 73 einen Druck (P₂) des Kältemittel-Auslasses aus dem zweiten Wärmetauscher 58 vor dem Eintritt in den Kompressor 90. Obwohl der Wandler 73 in 6 benachbart zum Thermoelement 71 dargestellt ist, könnte der Wandler oder eine andere Art von Drucksensor in einer alternativen Ausführungsform in der Nähe eines Auslasses des zweiten Wärmetauschers 58 oder irgendwo zwischen den beiden Vorrichtungen angeordnet sein. Der Wandler 73 ist elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie dargestellt), das den gemessenen Druck (P₂) des Kältemittels zur Verwendung in der Berechnung der gewünschten Leistung des Kompressors 90 empfängt.
In der ersten Spirale 92 des Kompressors 90 wird das Kältemittel komprimiert und vermischt sich mit dem Dampf aus dem Abscheider 50 am Fusionspunkt 102. Wie oben angegeben, werden die fusionierten Kältemitteldämpfe bei einer ersten Ansaugöffnung 100 der zweiten Spirale 94 empfangen, wo das gasförmige Kältemittel wieder in der zweiten Spirale komprimiert und durch das System 88 zirkuliert wird.
Im Heizmodus der alternativen Ausführungsform, die in 7 gezeigt ist, leitet das Dreiwegeventil 34 das vereinte Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel zum dritten Wärmetauscher 70, wie durch den Bewegungspfeil 76 gezeigt. Der dritte Wärmetauscher 70 ist ein Zusatzwärmetauscher, der innerhalb des HVAC-Gehäuses 62 des Fahrzeugs positioniert ist. Die Mischklappe 68 wird im Heizmodus verwendet, um die Luftströmung, die durch das Gebläse (nicht gezeigt) erzeugt wird, zu regeln, so dass Luft durch den Zusatzwärmetauscher 70 oder teilweise durch diesen strömen kann. In dieser Weise kann eine Temperatur der Luft, die verwendet wird, um den Fahrgastraum zu erwärmen, eingestellt werden. Wenn kühle Luft durch den zusätzlichen Wärmetauscher 70 hindurchströmt, wird das Hochdruck-Hochtemperatur-Dampfkältemittel im Wesentlichen durch die Wirkung der Außenluft gekühlt.
Das abgekühlte Hochdruck-Kältemittel wird dann zur ersten Expansionsvorrichtung 44 geleitet, wie durch die Bewegungspfeile 78 dargestellt. Das Thermoelement 48 erfasst eine Temperatur (T₁) des Kältemittel-Auslasses aus dem dritten Wärmetauscher 70 vor Eintritt in die erste Expansionsvorrichtung 44. Obwohl das Thermoelement 48 in 7 angrenzend an die erste Expansionsvorrichtung 44 dargestellt ist, könnte das Thermoelement in der Nähe eines Auslasses des dritten Wärmetauschers 70 oder irgendwo zwischen den beiden Vorrichtungen angeordnet sein.
Wie oben beschrieben, ist das Thermoelement 48 elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden, das die erfasste Temperatur (T₁) des Kältemittels zur Verwendung bei der Berechnung einer gewünschten Leistung des Kompressors 90 empfängt. Wie oben im Kühlmodus beschrieben, wird die gewünschte Leistung unter Verwendung der erfassten Temperatur (T₁), einer zweiten erfassten Temperatur (T₂), einem gemessenen Druck (P₁) und mindestens einer Umgebungsbedingung (beispielsweise einer Umgebungstemperatur (T_A)) des Fahrzeugs berechnet. In Abhängigkeit von der berechneten Soll-Leistung im Heizmodus wird ein Parameter des Kompressors 90 eingestellt.
In der ersten Expansionsvorrichtung 44 wird das Auslass-Kältemittel aus dem dritten Wärmetauscher 38 expandiert, um eine Zwischendruck-Zwischentemperatur-Flüssigkeits- und Dampfkältemittelmischung zu werden, die einem Abscheider 50 zugeführt wird, wie durch den Bewegungspfeil 52 dargestellt ist. Wiederum wird die Regelung der Strömung des Kältemittels durch die Expansionsvorrichtung 44 oder die Drosselung verwendet, um eine Temperatur des Kältemittels innerhalb des Abscheiders 50 zu steuern. Eine Erhöhung eines Druckabfalls senkt notwendigerweise die Temperatur des Kältemittels innerhalb des Abscheiders 50. Das Steuermodul 20 arbeitet, um die Strömung des Kältemittels und notwendigerweise den Druckabfall des Kältemittels, das sich durch die Expansionsvorrichtung bewegt, zu steuern, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Der Druckabfall wird abhängig von den gleichen Eingaben verändert, die verwendet werden, um die gewünschte Leistung des Kompressors durch das Steuermodul 20 zu berechnen.
Die Zwischendruck-Zwischentemperatur-Flüssigkeits- und Dampfkältemittelmischung wird im Abscheider 50 getrennt. Wie im Kühlmodus verlässt ein Zwischendruck-Zwischentemperatur-Gaskältemittel den Abscheider 50, wie durch den Bewegungspfeil 56 gezeigt, und wird mit einem Dampf, der die zweite Spirale 94 des Kompressors 90 verlässt, am Fusionspunkt 102 vereint. Das abgetrennte flüssige Kältemittel innerhalb des Abscheiders 50 wird an die zweite Expansionsvorrichtung 54 geleitet.
In der zweiten Expansionsvorrichtung 54 wird das flüssige Kältemittel expandiert, um eine Niederdruck-Niedertemperatur-Flüssigkeits- und Dampfkältemittelmischung zu werden, die dem ersten Wärmetauscher 38 zugeführt wird, wie durch die Bewegungspfeile 80 dargestellt. Die Regulierung des Stroms des Kältemittels durch die Expansionsvorrichtung 54 oder Drosselung wird verwendet, um eine Temperatur des Kältemittels, das dem ersten Wärmetauscher 38 zugeführt wird, zu steuern. Erhöhung eines Druckabfalls senkt notwendigerweise die Temperatur des Kältemittels im ersten Wärmetauscher 38. Das Steuermodul 20 arbeitet, um den Strom des Kältemittels und notwendigerweise den Druckabfall des Kältemittels, das sich durch die Expansionsvorrichtung bewegt, zu steuern, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Der Druckabfall wird verändert abhängig von den gleichen Eingaben, die verwendet werden, um die gewünschte Leistung des Kompressors durch das Steuermodul 20 zu berechnen.
In dem beschriebenen Heizmodus fungiert der erste Wärmetauscher 38 als Verdampfer. Warme, feuchte Luft, die über den Verdampfer 38 strömt (wie durch den Bewegungspfeil 82 gezeigt), überträgt ihre Wärme auf das kühlere Kältemittel innerhalb des Verdampfers. Innerhalb des Verdampfers 38 siedet die Niederdruck-Niedertemperatur-Dampf- und Flüssigkältemittelmischung zu einem Dampf aufgrund der Wärme, die aus der Luft entfernt wird. Ein Niederdruck-Niedertemperatur-Dampfkältemittel verlässt den Verdampfer 38, wie durch den Bewegungspfeil 84 gezeigt, und wird an der ersten Ansaugöffnung 100 der zweiten Spirale 94 des Kompressors 90 empfangen.
Ein Thermoelement 81 erfasst eine Temperatur (T₂) des Kältemittel-Auslasses aus dem ersten Wärmetauscher 38 vor dem Eintritt in den Kompressor 90. Obwohl das Thermoelement 81 in 7 in der Nähe des ersten Wärmetauschers 38 dargestellt ist, könnte das Thermoelement oder eine andere Art von Temperatursensor in einer alternativen Ausführungsform an beliebiger Stelle zwischen den beiden Vorrichtungen angeordnet sein. Das Thermoelement 81 ist elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie dargestellt), das die erfasste Temperatur (T₂) des Kältemittels für die Verwendung in der Berechnung der gewünschten Leistung des Kompressors 90 empfängt.
In ähnlicher Weise erfasst ein Wandler 83 einen Druck (P₂) des Kältemittel-Auslasses aus dem ersten Wärmetauscher 38 vor dem Eintritt in den Kompressor 90. Obwohl der Wandler 83 in 7 benachbart dem Thermoelement 81 dargestellt ist, könnte der Wandler oder eine andere Art von Drucksensor in einer alternativen Ausführungsform an beliebiger Stelle zwischen den beiden Vorrichtungen angeordnet sein. Der Wandler 83 ist elektrisch mit dem Steuermodul 20 verbunden (wie durch die gestrichelte Linie dargestellt), das den gemessenen Druck (P₂) des Kältemittels zur Verwendung in der Berechnung der gewünschten Leistung des Kompressors 90 empfängt.
In der zweiten Spirale 94 wird das Kältemittel komprimiert und vermischt sich mit dem Dampf aus dem Abscheider 50 am Fusionspunkt 102. Wie oben angegeben, werden die fusionierten Kältemitteldämpfe an einer ersten Ansaugöffnung 98 der ersten Spirale 92 empfangen, wo das Gaskältemittel wieder in die erste Spirale komprimiert wird, bevor es durch das Dreiwegeventil 34 durch das System 88 geleitet und zirkuliert wird.
Zusammenfassend ergeben sich zahlreiche Vorteile aus dem Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem 10 und dem zugehörigen Verfahren zum Erwärmen und Kühlen eines Fahrgastraumes eines Fahrzeuges, wie in diesem Dokument dargestellt. Das System ist in der Lage, einen Kompressor in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur des Fahrzeugs und von anderen Parametern einzustellen, um optimale Bedingungen zu erreichen und die Systemeffizienz zu maximieren.
Das Vorstehende wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung dargestellt. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Ausführungsformen auf die genaue offenbarte Form zu beschränken. Offensichtliche Modifizierungen und Variationen sind im Lichte der obigen Lehren möglich. Zum Beispiel können die durch das Steuermodul 20 in der beschriebenen Ausführungsform gesteuerten Vorrichtungen durch eine Vielzahl von Steuermodulen im Fahrzeug gesteuert werden. Die Vielzahl von Steuermodulen könnte jeweils ein oder mehrere Vorrichtungen innerhalb des Systems steuern und miteinander über einen Controller Area Network(CAN)-Bus kommunizieren. Alle derartigen Modifikationen und Variationen liegen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche, wenn sie in Übereinstimmung mit der Breite interpretiert werden, die ihnen ausgewogenerweise, rechtlich und gerechterweise zusteht.
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 Nicht-Patentliteratur

EU-Richtlinie 2006/40/EG [0002]

Claims

Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem, umfassend: mindestens einen Kompressor, um ein Fluid in einem Zyklus mit wenigstens zwei Verdichtungen zu verdichten; und ein Steuermodul, um den mindestens einen Kompressor in Abhängigkeit von einer Umgebungsbedingung des Fahrzeugs zu steuern.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul eine Leistung des mindestens einen Kompressors steuert.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Kompressor ein elektrischer Kompressor ist, der von einem Motor angetrieben wird, und das Steuermodul steuert die Leistung des elektrischen Kompressors durch Einstellen einer Drehzahl des Motors.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Kompressor ein riemengetriebener Kompressor mit variabler Verdrängung ist und das Steuermodul die Leistung des riemengetriebenen Kompressors mit variabler Verdrängung durch eine Verschiebung des riemengetriebenen Kompressors mit variabler Verdrängung steuert.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Kompressor erste und zweite Spiralen umfasst.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 5, wobei die ersten und zweiten Spiralen parallel arbeiten.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 5, wobei die ersten und zweiten Spiralen in Stufen arbeiten.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine Kompressor eine Einzeltypwelle umfasst, die durch die ersten und zweiten Spiralen gemeinsam genutzt wird.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend erste und zweite Expansionsvorrichtungen und wobei das Steuermodul des Weiteren die ersten und zweiten Expansionsvorrichtungen in Abhängigkeit von mindestens den Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs steuert.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 9, des Weiteren umfassend einen ersten Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur des Fluidauslasses aus einem ersten Wärmetauscher und einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur und einen ersten Druckwandler zum Erfassen eines Druckes am Fluidauslass an einem zweiten Wärmetauscher, wobei das Steuermodul den wenigstens einen Kompressor in Abhängigkeit von der Umgebungsbedingung des Fahrzeugs, der ersten erfassten Temperatur, der zweiten erfassten Temperatur und des ersten gemessenen Drucks steuert.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 10, wobei die ersten und zweiten Expansionsvorrichtungen elektronische Expansionsvorrichtungen sind und das Steuermodul einen ersten Druckabfall des Fluids, das sich durch die erste Expansionsvorrichtung bewegt, und einen zweiten Druckabfall des Fluids steuert, das sich durch die zweite Expansionsvorrichtung bewegt.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 1, wobei die Umgebungsbedingung eine Umgebungstemperatur und/oder eine Umgebungsluftfeuchtigkeit und/oder eine Umgebungssonnenlast umfasst.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 9, wobei das Steuermodul eine Leistung des mindestens einen Kompressors steuert und wobei der mindestens eine Kompressor ein elektrischer Kompressor ist, der von einem Motor angetrieben wird, und das Steuermodul die Leistung des elektrischen Kompressors durch Einstellen einer Drehzahl des Motors steuert.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem, umfassend: einen Kompressor zum Verdichten eines Fluids in einem Zyklus mit wenigstens zwei Verdichtungen; eine erste Expansionsvorrichtung, durch die sich das Fluid bewegt; eine zweite Expansionsvorrichtung, durch die sich das Fluid bewegt; und ein Steuermodul zum Steuern des Kompressors und mindestens einer der ersten und zweiten Expansionsvorrichtungen in Abhängigkeit von einer Umgebungsbedingung des Fahrzeugs zu steuern.
Fahrzeug-Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 14, wobei das Steuermodul des Weiteren den Kompressor und die erste und/oder die zweite Expansionsvorrichtung in Abhängigkeit von einer ersten Temperatur des Fluids zwischen einem ersten Wärmetauscher und der ersten Expansionsvorrichtung und/oder einer zweiten Temperatur des Fluids zwischen einem zweiten Wärmetauscher und dem Kompressor und/oder einem Druck des Fluids zwischen dem zweiten Wärmetauscher und dem Kompressor steuert.
Verfahren zum Erwärmen und Kühlen eines Fahrgastraumes in einem Fahrzeug mit einem Heiz- und Kühlsystem, umfassend die Schritte: Verdichten eines Fluids in einem ersten und einem zweiten Verdichtungszyklus eines Kompressors; Bestimmen einer Umgebungstemperatur des Fahrzeugs; Erfassen einer Temperatur des Fluidauslasses aus einem ersten Wärmetauscher; Erfassen einer Temperatur und eines Drucks des Fluidauslasses aus einem zweiten Wärmetauscher; Berechnen einer Soll-Leistung des Kompressors auf der Basis der Umgebungstemperatur und der erfassten Auslasstemperatur des ersten Wärmetauschers und der erfassten Temperatur und des Drucks des Fluidauslasses des zweiten Wärmetauschers; und Einstellen eines Parameters des Kompressors in Abhängigkeit von der berechneten Soll-Leistung des Kompressors.
Verfahren zum Erwärmen und Kühlen eines Fahrgastraums in einem Fahrzeug mit einem Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 16, wobei der Schritt des Einstellens eines Parameters des Kompressors das Einstellen einer Drehzahl eines Motors, welcher den Kompressor antreibt, umfasst.
Verfahren zum Erwärmen und Kühlen eines Fahrgastraumes in einem Fahrzeug mit einem Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 16, des Weiteren umfassend die Schritte des Berechnens eines gewünschten Druckabfalls auf der Basis der Umgebungstemperatur und der erfassten Auslasstemperatur aus dem ersten Wärmetauscher und der erfassten Temperatur und des Drucks des Fluidauslasses aus dem zweiten Wärmetauscher; und des Veränderns eines Drucks des Fluids in Abhängigkeit von dem berechneten Soll-Druckabfall.
Verfahren zum Erwärmen und Kühlen eines Fahrgastraumes in einem Fahrzeug mit einem Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Veränderns eines Drucks des Fluids das Einstellen einer Größe einer Öffnung von mindestens einer Expansionsvorrichtung, durch die sich das Fluid bewegt, umfasst.
Verfahren zum Erwärmen und Kühlen eines Fahrgastraums in einem Fahrzeug mit einem Heiz- und Kühlsystem nach Anspruch 16, wobei in einem Kühlmodus der erste Wärmetauscher das verdichtete Fluid kühlt und der zweite Wärmetauscher als Verdampfer fungiert und in einem Heizmodus der erste Wärmetauscher als ein Verdampfer fungiert und der zweite Wärmetauscher das verdichtete Fluid kühlt.