DE102017213973A1 - Method for operating a refrigeration system of a vehicle having a refrigerant circuit having a cooling and heating function - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem eine Kühl- und Heizfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf (1.1), bei dem ein Kältemittelverdichter (2), ein Hochdruck-Wärmeübertrager (3) und ein Expansionsorgan (AE1, AE2) von einem Kältemittel durchströmt werden, die Heizfunktion realisiert wird, indem mit der Abwärme des Kältemittelverdichters (2) ein Zuluftstrom (L1) mittels des Hochdruck-Wärmeübertragers beheizt wird, und folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
a) Hochlaufen des Kältemittelverdichters (2) bis zu einer Anfangsdrehzahl,
b) Bestimmen einer Regeldifferenz (Rdiff,t) zwischen einem Sollwert und einem Istwert einer Ausblastemperatur (T) des Zuluftstroms (L1),
c) Bestimmen der Drehzahl (nKMV) des Kältemittelverdichters (2), und entweder
c1) Schließen des Expansionsorgans (AE1, AE2), wenn bei einem maximalen Drehzahlwert (nKMV,max) des Kältemittelverdichters (2) der Niederdruck (pND) des Kältemittelkreislaufs (1.1) größer als ein minimaler Niederdruckwert (pND,min) ist, oder
c2) Erhöhen der Drehzahl (nKMV) des Kältemittelverdichters (2) bei einer Drehzahl (nKMV) des Kältemittelverdichters (2) kleiner als der maximale Drehzahlwert (nKMV,max) und Öffnen des Expansionsorgans (AE1, AE2), wenn der Niederdruck (pND) den minimalen Niederdruckwert (pND,min) erreicht, und
d) Wiederholen der Verfahrensschritte b und c bis keine Regeldifferenz (Rdiff,t) messbar ist oder der Niederdruck (pND) den minimalen Niederdruckwert (pND,min) erreicht hat.

Figure DE102017213973A1_0000
The invention relates to a method for operating a refrigeration system of a vehicle with a refrigerant circuit (1.1) having a cooling and heating function, in which a refrigerant compressor (2), a high-pressure heat exchanger (3) and an expansion element (AE1, AE2) of a refrigerant be flowed through, the heating function is realized by using the waste heat of the refrigerant compressor (2), a supply air flow (L1) is heated by means of the high-pressure heat exchanger, and the following process steps are carried out:
a) running up the refrigerant compressor (2) up to an initial speed,
b) determining a control difference (R diff, t ) between a desired value and an actual value of a discharge temperature (T) of the supply air flow (L1),
c) determining the speed (n KMV ) of the refrigerant compressor (2), and either
c1) closing of the expansion element (AE1, AE2), if at a maximum speed value (n KMV, max ) of the refrigerant compressor (2), the low pressure (p ND ) of the refrigerant circuit (1.1) is greater than a minimum low pressure value (p ND, min ) , or
c2) increasing the speed (n KMV ) of the refrigerant compressor (2) at a speed (n KMV ) of the refrigerant compressor (2) smaller than the maximum speed value (n KMV, max ) and opening the expansion device (AE1, AE2) when the low pressure (P ND ) reaches the minimum low pressure value (p ND, min ), and
d) repeating the process steps b and c until no control difference (R diff, t ) is measurable or the low pressure (p ND ) has reached the minimum low pressure value (p ND, min ).
Figure DE102017213973A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem Kältemittelkreislauf mit einer Kühl- und Heizfunktion.The invention relates to a method for operating a refrigeration system of a vehicle having a refrigerant circuit with a cooling and heating function.

Es sind Kälteanlagen für Fahrzeuge mit Kühl- und Heizfunktion bekannt, deren Kältemittelkreislauf einen als Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgebildeten indirekten Kondensator aufweist, der im Wärmebetrieb über einen kondensatorseitigen Kühlmittelkreislauf und dem dort stromabwärts integrierten Heizungswärmeübertrager die Zuluft des Fahrzeuginnenraums erwärmt. Elektrifizierte Fahrzeuge benötigen neben mindestens einem Innenraumverdampfer einen separaten Kühlmittelkreislauf zur Konditionierung und Temperierung des in der Regel als Hochvoltbatterie realisierten Energiespeichers. Ein solcher Kühlmittelkreislauf kann mittels eines Wärmeübertragers mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt werden, wobei ein solcher Wärmeübertrager seinerseits ebenfalls als Verdampfer zum Kühlen eines Luftstromes bzw. als sogenannter Chiller zum Kühlen von Wasser ausgebildet ist. Alternativ kann die Kühlung eines Energiespeichers bzw. sonstiger Hochvoltbauteile auch über Direktverdampfung von Kältemittel im Bauteil erfolgen.There are known refrigeration systems for vehicles with cooling and heating function, the refrigerant circuit has a designed as a refrigerant-refrigerant heat exchanger indirect condenser, which heats the supply air of the vehicle interior in the heat mode via a condenser-side coolant circuit and there integrated downstream heating heat exchanger. In addition to at least one interior evaporator, electrified vehicles require a separate coolant circuit for conditioning and temperature control of the energy accumulator, which is generally realized as a high-voltage battery. Such a coolant circuit can be coupled by means of a heat exchanger with the refrigerant circuit, wherein such a heat exchanger in turn is also designed as an evaporator for cooling an air flow or as a so-called chiller for cooling water. Alternatively, the cooling of an energy store or other high-voltage components can also take place via direct evaporation of refrigerant in the component.

Auch der Einsatz des Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeugklimaanlage in einem Wärmepumpenbetrieb zum Aufheizen der Fahrgastzelle ist bekannt. In seiner Verschaltung bzw. Funktion als Wärmepumpe ist der Kältemittelkreislauf in der Lage, einen Luft- oder auch Wasserstrom bzw. Kühlmittelstrom zu erwärmen und diese Wärme direkt oder indirekt an die Luft der Fahrgastzelle abzugeben. Bekannte Wärmepumpensysteme mit bspw. R1234yf oder auch R744 als Kältemittel greifen in der Regel auf eine bis maximal zwei Wärmequellen zurück. Jede zusätzlich eingebundene Wärmequelle gestaltet das Systemdesign etwas komplexer bzw. erfordert zusätzliche Steuer- und Regelorgane, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu realisieren.Also, the use of the refrigerant circuit of a vehicle air conditioner in a heat pump operation for heating the passenger compartment is known. In its interconnection or function as a heat pump, the refrigerant circuit is able to heat an air or water flow or coolant flow and deliver this heat directly or indirectly to the air of the passenger compartment. Known heat pump systems with eg. R1234yf or R744 as refrigerant usually fall back on one to a maximum of two heat sources. Each additional integrated heat source makes the system design a little more complex or requires additional control and regulation devices to ensure proper operation.

Bei der Nutzung der Umgebungsluft als Wärmequelle kann es je nach Feuchtegehalt der Luft früher oder später zu einer Vereisung des Wärmepumpenverdampfers kommen. Bei einer Wasserwärmepumpe mit Kühlwasser als Wärmequelle muss bei nicht erfolgter Kühlmittelvorkonditionierung abgewartet werden, bis die elektrischen Komponenten Abwärme erzeugt haben und das Kühlmittel, also das Kühlwasser diese Abwärme der elektrischen Komponenten aufgenommen hat, um die Wasserwärmepumpe effektiv in Betrieb setzen zu können. Mit diesen Wärmequellen ist es daher oftmals gerade in einer Kaltstartphase eines Fahrzeuges nicht möglich, ausreichend oder bei Bedarf eine maximale Heizleistung alleine über die Funktionalität „Wärmepumpe“ bereitzustellen.When using the ambient air as a heat source, depending on the moisture content of the air, sooner or later icing of the heat pump evaporator may occur. In the case of a water heat pump with cooling water as the heat source, it is necessary to wait until the electrical components have produced waste heat and the coolant, ie the cooling water has absorbed this waste heat of the electrical components, in order to be able to effectively put the water heat pump into operation. With these heat sources, it is therefore often not possible, especially in a cold start phase of a vehicle, to provide sufficient or, if required, a maximum heating power alone via the "heat pump" functionality.

Aus der DE 10 2006 024 796 A1 ist eine Kälteanlage für ein Fahrzeug bekannt, die in unterschiedlichen Betriebsarten zum Kühlen, Trocknen und Heizen eines Zuluftstroms für den Fahrzeuginnenraum verwendet werden kann. Bei dieser bekannten Kälteanlage ist der in einem Klimagerät angeordnete innere Luft-Wärmeübertrager in Luftströmungsrichtung geteilt, so dass ein erster Teilwärmetauscher vorzugsweise zum Kühlen der Zuluft, also als Kältemittelverdampfer arbeitet, und der zweite in Luftrichtung nachgeschaltete Teilwärmetauscher vorzugsweise zum Erwärmen der Zuluft, also als Kältemittelgaskühler und ggf. als Kältemittelkondensator arbeitet. Bei maximaler Kühlanforderung können beide Teilwärmetauscher als Kältemittelverdampfer zum Kühlen und bei maximaler Heizanforderung beide Teilwärmetauscher zur Kältemittelkühlung/ -kondensation zum Erwärmen des Zuluftstroms verwendet werden. In der Betriebsart „Heizen“ wird auch mit der Abwärme des Kältemittelverdichters geheizt. Der von einem Verbrennungsmotor angetriebene Kältemittelverdichter liefert sofort nach dem Motorstart ausreichend Verdichterabwärme bei hohen Verdichteraustrittstemperaturen des Kältemittels. Bei einem solchen sogenannten „Dreiecksprozess“ durchläuft das Kältemittel den Kältemittelverdichter, den inneren Luft-Wärmeübertrager, der als Gaskühler arbeitet, und gegebenenfalls ein Expansionsorgan, dass entweder vor oder nach dem Gaskühler angeordnet werden kann.From the DE 10 2006 024 796 A1 a refrigeration system for a vehicle is known, which can be used in different modes for cooling, drying and heating a Zuluftstroms for the vehicle interior. In this known refrigeration system, the arranged in an air conditioner inner air heat exchanger is divided in the air flow direction, so that a first partial heat exchanger preferably for cooling the supply air, ie as a refrigerant evaporator, and the second downstream in the air direction partial heat exchanger preferably for heating the supply air, ie as a refrigerant gas cooler and possibly works as a refrigerant condenser. At maximum cooling requirement, both partial heat exchangers can be used as refrigerant evaporators for cooling and, at maximum heating requirement, both partial heat exchangers for refrigerant cooling / condensation for heating the supply air flow. In the "Heating" mode, the waste heat from the refrigerant compressor is also heated. The refrigerant compressor driven by an internal combustion engine provides sufficient compressor waste heat immediately after starting the engine at high compressor outlet temperatures of the refrigerant. In such a so-called "triangular process", the refrigerant passes through the refrigerant compressor, the inner air heat exchanger, which operates as a gas cooler, and optionally an expansion device that can be arranged either before or after the gas cooler.

Diese bekannte Kälteanlage gemäß der DE 10 2006 024 796 A1 wird typischerweise zur schnellen Aufheizung des Fahrzeuginnenraums bei niedrigen Fahrzeugumgebungstemperaturen in einem Betriebsmodus „Maximales Heizen“ betrieben, indem beide Teilstränge des inneren Luft-Wärmeübertragers als Gaskühler arbeiten.This known refrigeration system according to the DE 10 2006 024 796 A1 is typically operated to quickly heat up the vehicle interior at low vehicle ambient temperatures in a maximum heating mode of operation by operating both partial strands of the internal air heat exchanger as gas coolers.

Die DE 10 2013 214 267 A1 beschreibt eine Kälteanlage mit einer Wärmepumpen-Funktion für Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Der Kältemittelkreislauf dieser bekannten Kälteanlage weist eine Kältemittelverdichter 6 auf, der neben einem Niederdruckeingang auch einen Zwischendruckeingang aufweist. Diesem Kältemittelverdichter ist ein indirekter Hochdruck-Wärmeübertrager in der Funktion als Heiz-Kondensator nachgeschaltet, mit welchem das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel abgekühlt wird. An den Zwischendruckeingang des Kältemittelverdichters ist ein Zwischendruckpfad angebunden, welcher zwei parallel geschaltete Verdampfer mit zugehörigen Expansionsorganen sowie ein diesen Verdampfern parallel geschaltetes elektrisches Heizelement aufweist. Dieses elektrische Heizelement dient als zusätzliche Wärmequelle für den Zwischendruckbereich, wodurch der Gasanteil im Massenstrom des Kältemittels innerhalb des Zwischendruckbereichs erhöht wird, wodurch sich die die Leistung des Verdichters erhöht werden soll. Damit führt die von diesem Heizelement bereitgestellte zusätzliche Leistung zu einem verbesserten Leistungsbeitrag des Kältemittelverdichters, insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen. Der Niederdruckeingang des Kältemittelverdichters ist an einen Niederdruckpfad angebunden, welcher aus einem Niederdruck-Wärmeübertrager als Außenwärmeübertrager und einem Niedertemperatur-Wärmeübertrager besteht.The DE 10 2013 214 267 A1 describes a refrigeration system with a heat pump function for electric or hybrid vehicles. The refrigerant circuit of this known refrigeration system has a refrigerant compressor 6, which also has an intermediate pressure input in addition to a low pressure input. This refrigerant compressor is followed by an indirect high-pressure heat exchanger in the function as a heating condenser, with which the compressed high-pressure refrigerant is cooled. To the intermediate pressure input of the refrigerant compressor, an intermediate pressure path is connected, which has two evaporators connected in parallel with associated expansion elements and an electric heating element connected in parallel to these evaporators. This electrical heating element serves as an additional heat source for the intermediate pressure region, whereby the proportion of gas in the mass flow of the refrigerant is increased within the intermediate pressure range, whereby the power of the compressor is to be increased. This leads from the this heating element provided additional power to an improved power contribution of the refrigerant compressor, especially at low ambient temperatures. The low-pressure inlet of the refrigerant compressor is connected to a low-pressure path, which consists of a low-pressure heat exchanger as an outdoor heat exchanger and a low-temperature heat exchanger.

Auch aus der DE 11 2013 005 367 T5 ist eine Kälteanlage mit einer Wärmepumpen-Funktion für Elektro- oder Hybridfahrzeug bekannt, mit welcher eine Vereisung eines äußeren Wärmeübertragers während eines Heizbetriebs minimiert werden soll. Hierzu wird mittels einer Steuereinrichtung auf der Grundlage eines aktuellen Kältemittelverdampfungsdruckes eines äußeren Wärmeübertragers sowie eines Kältemittelverdampfungsdruckes des äußeren Wärmeübertragers während einer Nicht-Eisbildung oder auf der Grundlage einer Kältemittelverdampfungstemperatur des äußeren Wärmeübertragers und einer Kältemittelverdampfungstemperatur des äußeren Wärmeübertragers während der Nicht-Eisbildung eine Eisbildung an diesem äußeren Wärmeübertrager bestimmt und das Enteisen durch eine Enteisungseinrichtung durchgeführt.Also from the DE 11 2013 005 367 T5 is a refrigeration system with a heat pump function for electric or hybrid vehicle is known, with which icing of an external heat exchanger during a heating operation is to be minimized. To this end, by means of a controller based on a current refrigerant evaporation pressure of an outer heat exchanger and a refrigerant evaporation pressure of the outer heat exchanger during non-ice formation or based on a refrigerant evaporation temperature of the outer heat exchanger and a refrigerant evaporation temperature of the outer heat exchanger during non-ice formation, ice formation on the outer Heat exchanger determined and performed the deicing by a deicing.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem eine Kühl- und Heizfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf anzugeben und mit diesem bei Bedarf unmittelbar Heizwärme mit maximal möglicher Leistung bereitzustellen.It is an object of the invention to provide a method for operating a refrigeration system of a vehicle having a cooling and heating function having a refrigerant circuit and to provide it with immediate heating heat with maximum possible power if necessary.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1.

Bei diesem Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage eines Fahrzeugs mit einem eine Kühl- und Heizfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf, bei dem

  • - ein Strömungszweig mit einem Kältemittelverdichter und einem stromabwärts nachgeschalteten Hochdruck-Wärmeübertrager von einem Kältemittel durchströmt wird,
  • - ein Expansionsorgan dem Hochdruck-Wärmeübertrager stromabwärts nachgeschaltet wird,
  • - die Heizfunktion realisiert wird, indem mit der Abwärme des Kältemittelverdichters ein in den Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs zugeführter Zuluftstrom mittels des Hochdruck-Wärmeübertragers beheizt wird,

werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
  1. a) Starten und Hochlaufen des Kältemittelverdichters, ausgehend von einer Minimaldrehzahl bis zu einer Anfangsdrehzahl,
  2. b) Bestimmen einer Regeldifferenz zwischen einem Sollwert und einem Istwert einer Ausblastemperatur des Zuluftstroms,
  3. c) Bestimmen der Drehzahl des Kältemittelverdichters, und entweder
    • c1) Schließen des Expansionsorgans um einen vorgegebenen Wert, wenn bei einer dem maximalen Drehzahlwert entsprechenden Drehzahl des Kältemittelverdichters der Niederdruck auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs größer als ein minimaler Niederdruckwert ist, oder
    • c2) Erhöhen der Drehzahl des Kältemittelverdichters bei einer Drehzahl des Kältemittelverdichters kleiner als der maximale Drehzahlwert und Öffnen des Expansionsorgans um einen vorgegebenen Wert, wenn der Niederdruck den minimalen Niederdruckwert erreicht, und
  4. d) Wiederholen der Verfahrensschritte b und c bis der Istwert der Ausblastemperatur den Sollwert erreicht hat oder der Niederdruck auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs den minimalen Niederdruckwert erreicht hat.
In this method for operating a refrigeration system of a vehicle having a cooling and heating function having refrigerant circuit, in which
  • - A flow branch with a refrigerant compressor and a downstream high-pressure downstream heat exchanger is flowed through by a refrigerant,
  • - An expansion element downstream of the high pressure heat exchanger downstream,
  • the heating function is realized by heating, with the waste heat of the refrigerant compressor, a supply air flow supplied into the vehicle interior of the vehicle by means of the high-pressure heat exchanger,

the following process steps are carried out:
  1. a) starting and running up the refrigerant compressor, starting from a minimum speed up to an initial speed,
  2. b) determining a control difference between a desired value and an actual value of a discharge temperature of the supply air flow,
  3. c) determining the speed of the refrigerant compressor, and either
    • c1) closing the expansion member by a predetermined value when at a speed corresponding to the maximum speed value of the refrigerant compressor, the low pressure on the low pressure side of the refrigerant circuit is greater than a minimum low pressure value, or
    • c2) increasing the speed of the refrigerant compressor at a speed of the refrigerant compressor smaller than the maximum speed value and opening the expansion device by a predetermined value when the low pressure reaches the minimum low pressure value, and
  4. d) Repeat the process steps b and c until the actual value of the discharge temperature has reached the desired value or the low pressure on the low-pressure side of the refrigerant circuit has reached the minimum low-pressure value.

Bei diesem Verfahren wird, solange der Sollwert der Ausblastemperatur des Zuluftstroms nicht erreicht ist, die Verdichterdrehzahl, falls diese kleiner als ein maximaler Drehzahlwert ist, stufenweise erhöht und anschließend entweder das Expansionsorgan geschlossen, wenn bei maximalem Drehzahlwert des Verdichters der Niederdruck größer als der minimale Niederdruckwert ist oder bei einer unter dem maximalen Drehzahlwert liegenden Verdichterdrehzahl das Expansionsorgan um einen vorgegebenen Wert geöffnet wird, wenn der Niederdruck den minimalen Niederdruckwert angenommen hat. Diese Verfahrensschritte werden so lange wiederholt, bis der Istwert der Ausblastemperatur den Sollwert erreicht hat oder wenn bei extremen Umgebungsbedingungen dieser Zustand nicht erreicht wird und daher die Kälteanlage entlang der durch den maximalen Drehzahlwert des Verdichters und dem minimalen Niederdruckwert des Niederdrucks bestimmten Grenzen betrieben. Dieser letztgenannte Zustand wird beendet, wenn für die Kälteanlage andere Wärmequellen zur Durchführung eines Wärmepumpenprozesses zur Verfügung stehen und der Prozess in den Folgeschritten auf die Nutzung anderer Wärmequellen sukzessive umgeschaltet wird.In this method, as long as the set point of the blow-off temperature of the supply air flow is not reached, the compressor speed, if this is less than a maximum speed value, gradually increased and then closed either the expansion element, when the maximum speed value of the compressor, the low pressure greater than the minimum low pressure value or at a compressor speed lower than the maximum speed value, the expansion member is opened by a predetermined value when the low pressure has reached the minimum low pressure value. These process steps are repeated until the actual value of the blow-off temperature has reached the setpoint or when this condition is not reached under extreme environmental conditions and therefore operated the refrigeration system along the limits determined by the maximum speed value of the compressor and the minimum low pressure value of the low pressure. This latter state is terminated when other heat sources for carrying out a heat pump process are available for the refrigeration system and the process in the following steps is successively switched over to the use of other heat sources.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird ausschließlich mit der von dem Kältemittelverdichter gelieferten Abwärme bei Bedarf unmittelbar eine Heizfunktion mit maximaler Heizleistung zur Verfügung gestellt. Die Steuerung des Expansionsorgans entlang des minimalen Niederdruckwertes zusammen mit der Steuerung der Verdichterdrehzahl bis zu dessen maximalen Drehzahlwert führt dazu, dass eine maximale Abwärme des Kältemittelverdichters zum Beheizen der Fahrzeugkabine zur Verfügung gestellt wird. Mögliche Heizleistungsdefizite sind im Bedarfsfall über weitere möglicherweise im Fahrzeug vorgesehene Zusatzheizer zu kompensieren.With this method according to the invention, a heating function with maximum heating power is provided, if necessary, directly with the waste heat supplied by the refrigerant compressor, if required. The control of the Expansion means along the minimum low pressure value together with the control of the compressor speed up to the maximum speed value results in that a maximum waste heat of the refrigerant compressor for heating the vehicle cabin is provided. If necessary, possible heating power deficits can be compensated by additional auxiliary heaters possibly provided in the vehicle.

Bevor andere Wärmequellen für einen Wärmepumpenprozess der Kälteanlage zur Verfügung stehen, wird mittels dieses Verfahrens bereits ein Grundwärmebedarf gedeckt. Abtauphasen ein einem als Verdampfer eingesetzten Gaskühler für einen Luftwärmepumpenprozess können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens überbrückt werden, ohne dass die Heizleistung vollständig einbricht.Before other heat sources for a heat pump process of the refrigeration system are available, a basic heat demand is already covered by this method. Defrosting phases in a gas cooler used as an evaporator for an air heat pump process can be bridged by means of the method according to the invention, without the heating power completely breaking down.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird im Anschluss an Verfahrensschritt b, bei welchem die Regeldifferenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Ausblastemperatur des Zuluftstroms des Fahrzeuginnenraums bestimmt wird, entweder Verfahrensschritt c bei einer positiven Regeldifferenz durchgeführt oder die Drehzahl des Kältemittelverdichters bei einer negativen Regeldifferenz um einen vorgegebenen Wert reduziert. Eine positive Regeldifferenz bedeutet, dass der Istwert kleiner als der Sollwert ist, d. h. der Zuluftstrom in das Fahrzeuginnere noch zu kalt ist. Eine negative Regeldifferenz bedeutet, dass der Istwert den Sollwert erreicht bzw. überschritten hat, d.h. der Zuluftstrom zumindest die Solltemperatur aufweist, und daher die Drehzahl des Kältemittelverdichters reduziert wird, um dadurch die Heizleistung damit auch die Ausblastemperatur des Zuluftstroms zumindest konstant auf dem Sollwertniveau zu halten.According to an advantageous development of the invention, following process step b, in which the control difference between the desired value and the actual value of the blow-off temperature of the supply air flow of the vehicle interior is determined, either method step c is performed with a positive control difference or the speed of the refrigerant compressor at a negative control difference reduced a predetermined value. A positive control difference means that the actual value is smaller than the setpoint, ie. H. the supply air flow into the vehicle interior is still too cold. A negative control difference means that the actual value has reached or exceeded the setpoint, i. the supply air flow has at least the setpoint temperature, and therefore the speed of the refrigerant compressor is reduced, thereby keeping the heating power so that the outlet temperature of the supply air flow at least constant at the setpoint level.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass nach einer Erhöhung der Drehzahl des Kältemittelverdichters die Verfahrensschritte b und c durchgeführt werden, wenn der Niederdruck größer als der minimale Niederdruckwert ist.A further preferred embodiment of the invention provides that after an increase in the speed of the refrigerant compressor, the method steps b and c are performed when the low pressure is greater than the minimum low pressure value.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein stationärer Betrieb durchgeführt wird, wenn die Drehzahl des Kältemittelverdichters dem maximalen Drehzahlwert entspricht und der Niederdruck den minimalen Niederdruckwert erreicht hat. Dieser maximale Drehzahlwert entspricht einem zulässigen Wert, welcher für den Systemzustand freigegeben ist. Entsprechend ist auch der minimale Niederdruckwert durch einen minimal zulässigen Niederdruckwert nach unten begrenzt.Furthermore, it is advantageous if according to a further embodiment of the invention, a stationary operation is performed when the speed of the refrigerant compressor corresponds to the maximum speed value and the low pressure has reached the minimum low pressure value. This maximum speed value corresponds to a permissible value which is released for the system state. Accordingly, the minimum low pressure value is limited by a minimum allowable low pressure value down.

Vorzugsweise wird natürlich bei einer nicht messbaren Regeldifferenz im Anschluss an den Verfahrensschritt b ein stationärer Betrieb durchgeführt.Preferably, of course, a stationary operation is performed at a non-measurable control difference following the process step b.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Expansionsorgan auf kürzestem Weg mit der Niederdruckseite des Kältemittelverdichters verbunden ist. Damit wird ein minimaler Dreiecksprozess realisiert.A further advantageous development of the invention provides that the expansion element is connected by the shortest route to the low-pressure side of the refrigerant compressor. This realizes a minimal triangle process.

Ein alternativer Dreiecksprozess wird dadurch realisiert, dass dem Expansionsorgan ein Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager stromabwärts nachgeschaltet ist, wobei der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager stromabwärtsseitig mit der Niederdruckseite des Kältemittelverdichters verbunden ist. Dies bedeutet, dass bspw. dem als Chiller ausgebildete Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager das Expansionsorgan zugeordnet ist. Da Kälteanlagen mit Wärmepumpenfunktion in der Regel einen solchen Chiller aufweisen, kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne konstruktive Änderungen solcher Kälteanlagen realisiert werden. Vorzugsweise ist es hierbei vorgesehen, dass der bspw. als Chiller ausgebildete Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager kühlmittelseitig inaktiv, d.h. bei nicht existentem, also „stehendem“ Kühlmittelstrom betrieben wird.An alternative triangular process is realized by downstream of the expansion means a refrigerant-refrigerant heat exchanger, wherein the refrigerant-refrigerant heat exchanger is connected downstream to the low-pressure side of the refrigerant compressor. This means that, for example, the coolant-refrigerant heat exchanger designed as a chiller is assigned the expansion element. Since refrigeration systems with heat pump function generally have such a chiller, the inventive method can be realized without constructive changes such refrigeration systems. In this case, it is preferably provided that the coolant-refrigerant heat exchanger formed as a chiller, for example, is inactive on the coolant side, ie. is operated in non-existent, so "stagnant" coolant flow.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass dem Hochdruck-Wärmeübertrager zur Durchführung der Heizfunktion stromabwärtsseitig ein Heizregister nachgeschaltet wird. Damit wird die Abwärme des Kältemittelverdichters sowohl indirekt mittels des Hochdruck-Wärmeübertragers als auch direkt über das Heizregister auf den Zuluftstrom übertragen.A further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the high-pressure heat exchanger for the implementation of the heating function downstream of a heating coil is connected downstream. Thus, the waste heat of the refrigerant compressor is transmitted both indirectly by means of the high-pressure heat exchanger and directly via the heater to the supply air.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:

  • 1 ein Ablaufdiagramm als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 ein Schaltbild einer Kälteanlage eines Fahrzeugs zur Durchführung des Verfahrens nach 1,
  • 3 ein alternatives Schaltbild einer Kälteanlage nach 2,
  • 4 ein weiteres alternatives Schaltbild einer Kälteanlage nach 2, und
  • 5 ein weiteres alternatives Schaltbild einer Kälteanlage nach 2.
The invention will now be described in detail by means of an embodiment with reference to the accompanying figures. Show it:
  • 1 a flow chart as an embodiment of the method according to the invention,
  • 2 a circuit diagram of a refrigeration system of a vehicle for performing the method according to 1 .
  • 3 an alternative circuit diagram of a refrigeration system after 2 .
  • 4 another alternative circuit diagram of a refrigeration system after 2 , and
  • 5 another alternative circuit diagram of a refrigeration system after 2 ,

Das mit dem Ablaufdiagramm gemäß 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels der in 2 dargestellten Kälteanlage 1 durchgeführt.The with the flowchart according to 1 illustrated embodiment of the method according to the invention is by means of in 2 illustrated refrigeration system 1 carried out.

Der Kältemittelkreislauf 1.1 der Kälteanlage 1 gemäß 2 besteht aus einem Verdampfer 6, einem Kältemittelverdichter 2, welcher zusammen mit einem Hochdruck-Wärmeübertrager 3 in einem Strömungszweig 1.2 des Kältemittelkreislaufs 1.1 angeordnet ist. Dieser Hochdruck-Wärmeübertrager 3 ist dem Kältemittelverdichter 2 stromabwärts in Strömungsrichtung S des Kältemittels nachgeschaltet und als Hochdruck-Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager ausgeführt, der über einen Heizungskreislauf 1.4 thermisch mit einem als Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager ausgebildeten Heizungswärmeübertrager 3.1 mit Wasser als Kühlmittel thermisch gekoppelt ist. Mit einer Wasserpumpe 1.41 wird das Fluid im stark vereinfacht dargestellten Heizungskreislauf 1.4 umgewälzt. The refrigerant circuit 1.1 the refrigeration system 1 according to 2 consists of an evaporator 6 , a refrigerant compressor 2 , which together with a high-pressure heat exchanger 3 in a flow branch 1.2 of the refrigerant circuit 1.1 is arranged. This high pressure heat exchanger 3 is the refrigerant compressor 2 downstream in the flow direction S downstream of the refrigerant and designed as a high-pressure refrigerant-refrigerant heat exchanger, via a heating circuit 1.4 thermally with a designed as a coolant-air heat exchanger heater heat exchanger 3.1 is thermally coupled with water as a coolant. With a water pump 1:41 the fluid is in the heating circuit shown greatly simplified 1.4 circulated.

Des Weiteren umfasst dieser Kältemittelkreislauf 1.1 neben dem Verdampfer 6, dem Kältemittelverdichter 2 sowie dem Hochdruck-Wärmeübertrager 3 einen Kältemittelkondensator/Gaskühler 9, ein Heizregister 5 als weiteren Kältemittelkondensator/Gaskühler, ein dem Verdampfer 6 vorgeschaltetes Expansionsorgan AE3, einen inneren Wärmeübertrager 7 mit einem Hochdruck- und Niederdruckabschnitt und einen Kältemittelsammler 8, wobei als Kältemittel bspw. Kohlendioxid (R744) verwendet wird.Furthermore, this refrigerant circuit includes 1.1 next to the evaporator 6 , the refrigerant compressor 2 as well as the high pressure heat exchanger 3 a refrigerant condenser / gas cooler 9 , a heating register 5 as another refrigerant condenser / gas cooler, a the evaporator 6 upstream expansion element AE3 , an internal heat exchanger 7 with a high pressure and low pressure section and a refrigerant collector 8th , where as a refrigerant, for example, carbon dioxide ( R744 ) is used.

Der Verdampfer 6, der Heizungswärmeübertrager 3.1 und das Heizregister 5 sind gemäß 2 in einem Klimagerät 1.3 der Kälteanlage 1 untergebracht.The evaporator 6 , the heater heat exchanger 3.1 and the heating register 5 are according to 2 in an air conditioner 1.3 the refrigeration system 1 accommodated.

In einem Heizbetrieb oder Wärmepumpenbetrieb des Kältemittelkreislaufs 1.1 wird mittels des auf Hochdruck-Niveau arbeitenden Hochdruck-Wärmeübertragers 3 das Kältemittel abgekühlt und kondensiert und die damit auf das Wasser als Kühlmittel übertragene Wärme dem Heizungswärmeübertrager 3.1 zugeführt, mit welchem ein dem Fahrzeuginnenraum zugeführte Zuluftstrom L1 direkt erwärmt wird.In a heating mode or heat pump operation of the refrigerant circuit 1.1 is by means of working at high pressure level high-pressure heat exchanger 3 the refrigerant is cooled and condensed and the heat transferred to the water as coolant heat the heater core 3.1 fed, with which a vehicle interior supplied supply air L1 is heated directly.

Eine weitere Kältemittelkühlung und -kondensation erfolgt bei dem Kältemittelkreislauf 1.1 gemäß 2 mittels des dem Hochdruck-Wärmeübertrager 3 stromabwärts nachgeschalteten Heizregisters 5.Further refrigerant cooling and condensation takes place in the refrigerant circuit 1.1 according to 2 by means of the high-pressure heat exchanger 3 downstream heating register downstream 5 ,

Um die unterschiedlichen Betriebsmodi der Kälteanlage 1, nämlich die Heiz- und Kühlfunktionen durchzuführen, werden die Komponenten des Kältemittelkreislaufs 1.1 in bestimmter Weise mittels Absperrventilen A1 bis A4 sowie mit Absperrfunktionen ausgebildeten Expansionsorganen AE1 bis AE4 verbunden.To the different operating modes of the refrigeration system 1 That is, to perform the heating and cooling functions, the components of the refrigerant circuit 1.1 in a certain way by means of shut-off valves A1 to A4 as well as with Absperrfunktionen trained expansion organs AE1 to AE4 connected.

Zur Realisierung der Heizfunktion des Kältemittelkreislaufs 1.1 werden einerseits ein sogenannter „Dreiecksprozess“ und andererseits Wärmepumpenkreisprozesse auf der Basis von unterschiedlichen Wärmequellen durchgeführt.To realize the heating function of the refrigerant circuit 1.1 On the one hand, a so-called "triangular process" and, on the other hand, heat pump cycle processes are carried out on the basis of different heat sources.

Der Dreiecksprozess nutzt ausschließlich die Abwärme des Kältemittelverdichters 2, dessen Abwärme in Form der Antriebsleistung des Kältemittelverdichters 2 zur Erwärmung des dem Fahrzeuginnenraum zugeführten Zuluftstroms L1 eingesetzt wird. Eine solche Abwärme entsteht sowohl bei elektrischen Kältemittelverdichtern, die in reinen Elektrofahrzeugen eingesetzt werden als auch bei mechanischen Verdichtern, die über einen Riementrieb angetrieben werden, wie es bspw. bei verbrennungsmotorisch betrieben Fahrzeugen der Fall ist.The triangular process uses only the waste heat of the refrigerant compressor 2 , whose waste heat in the form of the drive power of the refrigerant compressor 2 for heating the supply air flow supplied to the vehicle interior L1 is used. Such waste heat is produced both in electric refrigerant compressors which are used in pure electric vehicles and in mechanical compressors which are driven by a belt drive, as is the case, for example, in vehicles operated by internal combustion engines.

Zur Durchführung des Dreiecksprozesses weist der Kältemittelkreislauf 1.1 einen Leitungsabschnitt 1.5 auf, der aus einem in Strömungsrichtung S des Kältemittelkreislaufs angeordneten Expansionsorgan AE1 und einem diesem stromabwärts nachgeschalteten Rückschlagventil R4 besteht. Bei diesem Dreiecksprozess strömt das Kältemittel aus dem Strömungszweig 1.2 bei geschlossenen Absperrventilen A2 und A4 und geöffnetem Absperrventil A1 in den Leitungsabschnitt 1.5 und über das Rückschlagventil R4, den Kältemittelsammler 8 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 7 wieder zurück zum Kältemittelverdichter 2.To carry out the triangular process, the refrigerant circuit 1.1 a line section 1.5 on, coming from one in the direction of flow S the refrigerant circuit arranged expansion element AE1 and a downstream downstream check valve R4 consists. In this triangular process, the refrigerant flows out of the flow branch 1.2 with closed shut-off valves A2 and A4 and open shut-off valve A1 in the line section 1.5 and over the check valve R4 , the refrigerant collector 8th and the low pressure portion of the internal heat exchanger 7 back to the refrigerant compressor 2 ,

Gemäß 2 ist der Leitungsabschnitt 1.5 mit einem die beiden Absperrventilen A1 und A4 verbindenden Knotenpunkt K1 verbunden. Alternativ ist es auch möglich, diesen Leitungsabschnitt 1.5 erst stromabwärts nach dem Heizregister 5 mit dem Kältemittelkreislauf 1.1 zu verbinden, wie dies mittels eines Knotenpunkte K2 gemäß 3 dargestellt ist. Bei diesem Dreiecksprozess gemäß 3 strömt das Kältemittel aus dem Strömungszweig 1.2 bei geschlossenem Absperrventil A2 und geöffnetem Absperrventil A1 über das Heizregister 5 in den Leitungsabschnitt 1.5 und anschließend über den Kältemittelsammler 8 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 7 wieder zurück zum Kältemittelverdichter 2. Hierbei sind die mit einer Absperrfunktion ausgestatteten Absperrventilen AE2, AE3 und AE4 gesperrt. Außer dem Fehlen des Absperrventils A4 weist der Kältemittelkreislauf 1.1 gemäß 3 eine mit dem Kältemittelkreislauf 1.1 gemäß 2 übereinstimmende Struktur auf.According to 2 is the pipe section 1.5 with one the two shut-off valves A1 and A4 connecting node K1 connected. Alternatively, it is also possible, this line section 1.5 only downstream to the heater 5 with the refrigerant circuit 1.1 connect like this by means of a node K2 according to 3 is shown. In this triangular process according to 3 the refrigerant flows out of the flow branch 1.2 with closed shut-off valve A2 and open shut-off valve A1 over the heating register 5 in the line section 1.5 and then via the refrigerant collector 8th and the low pressure portion of the internal heat exchanger 7 back to the refrigerant compressor 2 , Here are the equipped with a shut-off valves AE2 . AE3 and AE4 blocked. Except the absence of the shut-off valve A4 indicates the refrigerant circuit 1.1 according to 3 one with the refrigerant circuit 1.1 according to 2 matching structure.

Das von dem Kältemittelverdichter 2 auf Hochdruck verdichtete Kältemittel wird durch das Expansionsorgan AE1 auf Niederdruck entspannt. Das Kältemittel nimmt die Abwärme des Kältemittelverdichters 2 auf und gibt diese über den Hochdruck-Wärmeübertrager 3 an das Kühlmittel des Heizungskreislaufs 1.4 ab, mit welchem mittels des Heizungswärmeübertragers 3.1 der Zuluftstrom L1 erwärmt wird. Bei der Anordnung nach 3 wird bei diesem Dreiecksprozess ein Teil der Abwärme des Kältemittelverdichters 2 auch mittels des Heizregisters 5 direkt auf den Zuluftstrom L1 übertragen während ein weiterer Teil indirekt über den Heizungswärmeübertrager 3.1 auf den Zuluftstrom L1 übertragen wird.That of the refrigerant compressor 2 High pressure compressed refrigerant is released through the expansion device AE1 relaxed to low pressure. The refrigerant absorbs the waste heat of the refrigerant compressor 2 and gives these over the high-pressure heat exchanger 3 to the coolant of the heating circuit 1.4 from, by means of the Heizungswärmeübertragers 3.1 the supply air flow L1 is heated. In the arrangement according to 3 This part of the waste heat of the Refrigerant compressor 2 also by means of the heating register 5 directly on the supply air flow L1 transferred while another part indirectly via the heating heat exchanger 3.1 on the supply air flow L1 is transmitted.

Insbesondere beim Absperrventil A3 ist auf eine bidirektionale Dichtfunktion zu achten, um einen potenziellen Kältemittelrückfluss in den Kondensator/ Gaskühler 9 bei einem Druckniveauunterschied zwischen einem ersten Wärmepumpenzweig WPZ1 (dessen Funktion weiter unten erläutert wird) und dem Leitungsabschnitt 1.5 kommen, d.h. im Leitungsabschnitt 1.5 ist eine höheres Druckniveau anliegend als im ersten Wärmepumpenzweig WPZ1 . Sollte dies in Strömungsrichtung vom Expansionsorgan AE1 zu Absperrventil A3 nicht der Fall sein, so wäre vor dem Absperrventil A3 ein zusätzliches Rückschlagventil vorzusehen und das Rückschlagventil R4 direkt stromabwärts von dem Expansionsorgan AE1 einzubinden. Kann stets ausgeschlossen werden, dass das Absperrventil A3 nur monodirektional dichtend ist oder dass die Drucklage im Betriebszustand Dreiecksprozess im segmentierten Systemabschnitt „Kondensator/ Gaskühler“ unterhalb der des aktiven Prozesses zu liegen kommt, so kann ein Verzicht auf ein weiteres Rückschlagventil R4 in Betracht gezogen werden.Especially at the shut-off valve A3 is to pay attention to a bidirectional sealing function, to prevent a potential return of refrigerant to the condenser / gas cooler 9 at a pressure level difference between a first heat pump branch WPZ1 (whose function will be explained below) and the line section 1.5 come, ie in the line section 1.5 is a higher pressure level adjacent than in the first heat pump branch WPZ1 , Should this be in the flow direction of the expansion organ AE1 to shut-off valve A3 not be the case, so would be in front of the shut-off valve A3 to provide an additional check valve and the check valve R4 directly downstream of the expansion organ AE1 integrate. Can always be excluded that the shut-off valve A3 is only monodirectionally sealing or that the pressure in the operating state triangle process in the segmented system section "condenser / gas cooler" comes to lie below that of the active process, so can waive another check valve R4 be considered.

Der Dreiecksprozess dient dazu, bei Bedarf möglichst schnell maximale Wärme auf den Zuluftstrom L1 zum Heizen bzw. Vorerwärmen oder auch zum Erhaltungsklimatisieren des Fahrzeuginnenraumes zu übertragen, d. h. maximale mögliche Heizwärme auf Basis der Verdichterabwärme für den Fahrzeuginnenraum bereitzustellen. Ein solcher Bedarf tritt bspw. bei tiefen Umgebungstemperaturen und ausgekühltem Fahrzeuginnenraum auf, wenn noch keine Wärmequellen im Fahrzeug zur Verfügung stehen.The triangular process serves as quickly as possible maximum heat to the supply air flow as needed L1 to transmit for heating or preheating or for the maintenance conditioning of the vehicle interior, ie to provide maximum possible heating heat based on the compressor waste heat for the vehicle interior. Such a requirement occurs, for example, at low ambient temperatures and cooled vehicle interior, if no heat sources are available in the vehicle.

Die Durchführung eines solchen Dreiecksprozesses wird anhand des Ablaufdiagramms nach 1 in Verbindung mit den 2 und 3 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird mittels eines Klimasteuergerätes die Verdichterdrehzahl nKMV und der Niederdruck pND in Abhängigkeit einer Regeldifferenz Rdiff,t zwischen einem Sollwert und einem Istwert der Ausblastemperatur T des Zuluftstroms L1 geregelt.The implementation of such a triangulation process will become apparent from the flowchart 1 in conjunction with the 2 and 3 described. In this method, by means of a climate control unit, the compressor speed n KMV and the low pressure p nd depending on a control difference R diff, t between a desired value and an actual value of the discharge temperature T the supply air flow L1 regulated.

Dieser Regelung übergeordnet ist die Überwachung und Einhaltung von Grenzen für den maximal zulässigen Hochdruck sowie der maximal zulässigen Heißgastemperatur, wie es auch im Betrieb des Systems für den AC-Modus der Fall ist. Diese Zustandsgrößen werden über einen hochdruckseitigen Druck-Temperatur-Sensor pT2 stromabwärts des Verdichters 2 erfasst.This regulation is superordinate to the monitoring and adherence to limits for the maximum permissible high pressure and the maximum permissible hot gas temperature, as is also the case during operation of the system for the AC mode. These state variables are transmitted via a high-pressure-side pressure-temperature sensor pT2 downstream of the compressor 2 detected.

Der Istwert der luftseitigen Ausblastemperatur T wird mittels eines Temperatursensors ermittelt, der Niederdruck pND im Kältekreis 1.1 mittels eines Druck-Temperatur-Sensors pT1, der gemäß den 2 und 3 stromabwärtsseitig nach dem inneren Wärmeübertrager 7 angeordnet ist. Der Sollwert der Ausblastemperatur T wird von dem Klimasteuergerät vorgegeben. Da der Kältemittelverdichter 2 als elektrischer Kältemittelverdichter ausgeführt ist, liegen dem Klimasteuergerät auch die Werte der Verdichterdrehzahl nKMV vor.The actual value of the air-side outlet temperature T is determined by means of a temperature sensor, the low pressure p nd in the refrigeration circuit 1.1 by means of a pressure-temperature sensor pT1 which according to the 2 and 3 downstream to the internal heat exchanger 7 is arranged. The setpoint of the outlet temperature T is specified by the climate control unit. As the refrigerant compressor 2 is designed as an electric refrigerant compressor, the climate control unit are also the values of the compressor speed n KMV in front.

Im Fall von mechanischen Verdichtern wird die Verdichterdrehzahl im Regelfall aus Motordrehzahl und Übersetzungsverhältnis zwischen Abtriebs- und Antriebswelle ermittelt.In the case of mechanical compressors, the compressor speed is usually determined from engine speed and transmission ratio between the output and drive shaft.

In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird der Kältemittelverdichter 2 ausgehend von einer Minimaldrehzahl gestartet und läuft bis zu einer Anfangsdrehzahl hoch. Das Expansionsorgan AE1 wird mit einem bestimmten Wert der Öffnung, einer Initialöffnung gestartet.In a first process step S1 becomes the refrigerant compressor 2 starting from a minimum speed and running high up to an initial speed. The expansion organ AE1 is started with a specific value of the opening, an initial opening.

Anschließend wird in einem Verfahrensschritt S2 die Regeldifferenz Rdiff,t ermittelt. Eine positive oder negative Regeldifferenz Rdiff,t führt zum nächsten Verfahrensschritt S4, andernfalls zu einem Verfahrensschritt S3, mit welchem die Kälteanlage 1 in einen stationären Betrieb gesteuert wird. Eine positive Regeldifferenz Rdiff,t > 0 bedeutet, dass der Istwert der Ausblastemperatur T kleiner als der Sollwert ist, d. h. der Zuluftstrom L1 ist noch zu kalt. Eine negative Regeldifferenz Rdiff,t < 0 bedeutet, dass der Istwert der Ausblastemperatur T größer ist als der Sollwert, d. h. der Zuluftstrom L1 ist zu warm. Ein stationärer Betrieb zeichnet sich dadurch aus, dass das System mit den aktuellen Einstellung und Regel- bzw. Betriebsparametern weiterbetrieben werden kann, da die Regeldifferenz Rdiff,t = 0 beträgt und somit die Sollausblastemperatur erreicht ist. Das erfolgt solange bis über Verfahrensschritt S2 wiederum eine signifikante Abweichung zwischen Soll- und Istwert gemessen werden kann.Subsequently, in a process step S2 the rule difference R diff, t determined. A positive or negative rule difference R diff, t leads to the next process step S4 otherwise to a procedural step S3 with which the refrigeration system 1 is controlled in a stationary operation. A positive control difference R diff, t > 0 means that the actual value of the outlet temperature T is less than the setpoint, ie the supply air flow L1 is still too cold. A negative control difference R diff, t <0 means that the actual value of the outlet temperature T greater than the setpoint, ie the supply air flow L1 is too warm. Stationary operation is characterized by the fact that the system can continue to be operated with the current setting and control or operating parameters, since the control difference R diff, t = 0 and thus the target outlet temperature is reached. This takes place until over process step S2 In turn, a significant deviation between setpoint and actual value can be measured.

Falls gemäß Verfahrensschritt S4 eine positive Regeldifferenz Rdiff,t > 0 vorliegt wird das Verfahren mit einem Verfahrensschritt S6 fortgeführt, andernfalls wird in einem Verfahrensschritt S5 die Verdichterdrehzahl nKMV reduziert (nKMV ↓) und anschließend mit Verfahrensschritt S3 in einen stationären Betrieb der Kälteanlage 1 übergegangen.If according to method step S4 a positive control difference R diff, t > 0 is present, the method with a process step S6 otherwise, in one process step S5 the compressor speed n KMV reduced (n KMV ↓) and then with process step S3 in a stationary operation of the refrigeration system 1 passed.

Mit dem Verfahrensschritt S6 wird geprüft, ob die Verdichterdrehzahl nKMV einen maximalen Drehzahlwert nKMV,max erreicht hat. Falls dies nicht zutrifft, wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt S9 die Verdichterdrehzahl nKMV um einen vorgegebenen Wert erhöht (nKMV ↑). Im anderen Fall, wenn die Verdichterdrehzahl nKMV die maximale Verdichterdrehzahl erreicht hat, wird in einem Verfahrensschritt S7 geprüft, ob der Niederdruck pND einen minimalen Niederdruckwert pND,min erreicht hat. Falls dies zutrifft wird gemäß Verfahrensschritt S3 in den stationären Betrieb der Kälteanlage 1 übergegangen. Andernfalls wird das Expansionsorgan AE1 gemäß Verfahrensschritt S8 um einen bestimmten Wert geschlossen (EXV ↓), wodurch der Niederdruck pND abgesenkt wird und der Hochdruck pHD ansteigt. Nach dem Verfahrensschritt S8 wird zurück auf den Verfahrensschritt S2 verzweigt.With the process step S6 it is checked if the compressor speed n KMV a maximum speed value n KMV, max has reached. If this is not true, in a subsequent process step S9 the compressor speed n KMV increased by a predetermined value (n KMV ↑). In the other case, if the compressor speed n KMV the maximal Compressor speed has been reached, in one step S7 checked if the low pressure p nd a minimum low pressure value p ND, min has reached. If so, the method step S3 in the stationary operation of the refrigeration system 1 passed. Otherwise, the expansion organ AE1 according to method step S8 closed by a certain value (EXV ↓), reducing the low pressure p nd is lowered and the high pressure p HD increases. After the process step S8 will be back to the process step S2 branched.

Nach der Erhöhung der Verdichterdrehzahl nKMV gemäß Verfahrensschritt S9 wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt S10 erneut geprüft, ob eine negative oder positive Regeldifferenz Rdiff,t vorliegt. Falls keine Regeldifferenz Rdiff,t vorliegt, d. h. der Istwert der Ausblastemperatur T entspricht dem Sollwert, wird auf den Verfahrensschritt S7 zurückverzweigt und geprüft, ob der Niederdruck pND dem minimalen Niederdruckwert pND,min entspricht. Ist das der Fall, so erfolgt die Verzweigung zum Verfahrensschritt S3, ansonsten wiederum auf Verfahrensschritt S8.After increasing the compressor speed n KMV according to method step S9 is in a subsequent process step S10 rechecked whether a negative or positive control difference R diff, t is present. If no rule difference R diff, t is present, ie the actual value of the outlet temperature T corresponds to the setpoint, is to the process step S7 branched back and checked whether the low pressure p nd the minimum low pressure value p ND, min equivalent. If this is the case, the branching takes place to the method step S3 , otherwise turn on process step S8 ,

Alternativ kann ausgehend vom Verfahrensschritt S10 bei einer nicht vorhandenen Regeldifferenz Rdiff,t auch direkt der Verfahrensschritt S3 durchgeführt und damit das System unmittelbar stationär weiterbetrieben werden, d.h. auf das gezielte Anfahren des minimalen Niederdruckwertes pND,min gemäß Verfahrensschritt S7 kann verzichtet werden, da der Sollwert der Ausblastemperatur T bereits eingestellt ist.Alternatively, starting from the process step S10 if there is no rule difference R diff, t also directly the process step S3 carried out and thus the system continue to operate stationary, ie on the targeted start of the minimum low pressure value p ND, min according to method step S7 can be omitted, since the setpoint of the outlet temperature T already set.

Falls gemäß Verfahrensschritt S10 weiterhin eine positive oder negative Regeldifferenz Rdiff,t vorliegt, wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt S11 geprüft, ob der Niederdruck pND dem minimalen Niederdruckwert pND,min entspricht. Falls dies zutrifft, wird gemäß einem Verfahrensschritt S12 das Expansionsorgan AE1 um einen vorgegebenen Wert geöffnet (EXV↑), wodurch der Niederdruck pND über den minimalen Niederdruckwert pND,min ansteigt, d. h. das Druckverhältnis zwischen Hoch- und Niederdruck wird kleiner. Anschließend wird aus dem Verfahrensschritt S12 zurück in den Verfahrensschritt S2 verzweigt.If according to method step S10 continue to have a positive or negative regulatory difference R diff, t is present, is in a subsequent process step S11 checked if the low pressure p nd the minimum low pressure value p ND, min equivalent. If so, then according to a method step S12 the organ of expansion AE1 opened by a predetermined value (EXV ↑), reducing the low pressure p nd above the minimum low pressure value p ND, min increases, ie the pressure ratio between high and low pressure is smaller. Subsequently, from the process step S12 back to the process step S2 branched.

Falls gemäß Verfahrensschritt S11 der Niederdruck pND den minimalen Niederdruckwert pND,min noch nicht erreicht hat, wird unmittelbar auf den Verfahrensschritt S2 zurückverzweigt.If according to method step S11 the low pressure p nd the minimum low pressure value p ND, min has not yet reached, is immediately on the procedural step S2 branches back.

Die Verfahrensschritte S2, S4, S6, S9, S10, S11 und ggf. S12 werden so lange wiederholt, bis sich die Maximalwerte der Verdichterdrehzahl nKMV und des Niederdrucks pND sich einstellen oder die Regeldifferenz Rdiff,t Null wird, d. h. der Istwert der Ausblastemperatur T den Sollwert erreicht hat. Im letztgenannten Fall wird diese Verfahrensschrittfolge über die Verfahrensschritte S2 oder S10 verlassen.The process steps S2 . S4 . S6 . S9 . S10 . S11 and possibly S12 are repeated until the maximum values of the compressor speed n KMV and low pressure p nd to adjust or the control difference R diff, t Zero, ie the actual value of the discharge temperature T has reached the setpoint. In the latter case, this process step is about the process steps S2 or S10 leave.

Hat mit Verfahrensschritt S7 der Kältemittelverdichter 2 den maximalen Drehzahlwert nKMV reicht, jedoch der Niederdruck pND noch über dem minimalen Niederdruckwert pND,min liegt, wird das Expansionsorgan AE1 gemäß Verfahrensschritt S8 angedrosselt, wodurch sich das Druckverhältnis erhöht und damit die Heizleistung angehoben wird.Has with procedural step S7 the refrigerant compressor 2 the maximum speed value n KMV is enough, but the low pressure p nd still above the minimum low pressure value p ND, min lies, becomes the organ of expansion AE1 according to method step S8 throttled, which increases the pressure ratio and thus the heating power is increased.

Mit diesem den Dreiecksprozess regelnden Verfahren gemäß 1 wirken das Expansionsorgan AE1 hinsichtlich dessen Öffnung und der Verdichter 2 hinsichtlich dessen Verdichterdrehzahl nKMV als Regelorgane derart zusammen, dass der Kältemittelkreislauf 1.1 stets am Limit hinsichtlich des maximalen Drehzahlwertes nKMV,max und des minimalen Niederdruckwertes pND,min betrieben wird und dadurch eine maximale Abwärme zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums mittels des Zuluftstroms L1 bereitgestellt wird.In accordance with this method of triangulation 1 work the expansion organ AE1 in terms of its opening and the compressor 2 in terms of its compressor speed n KMV as control elements in such a way that the refrigerant circuit 1.1 always at the limit regarding the maximum speed value n KMV, max and the minimum low pressure value p ND, min is operated and thereby a maximum waste heat for heating the vehicle interior by means of the supply air flow L1 provided.

Mit diesem gemäß 1 geregelten Dreiecksprozess wird kurzfristig eine maximale Heizwärme für den Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs erzeugt, bevor andere Wärmequellen zur Verfügung stehen, mit welchen ein Wärmepumpenprozess durchgeführt werden kann.With this according to 1 controlled triangular process, a short-term maximum heat for the vehicle interior of the vehicle is generated before other heat sources are available, with which a heat pump process can be performed.

Bei extremen Umgebungsbedingungen kann der Fall eintreten, dass der Sollwert der Ausblastemperatur T nicht erreicht wird, also die Regeldifferenz Rdiff,t nicht Null wird, d. h. ein stationärer Zustand gemäß Verfahrensschritt S3 nicht eintreten kann. Dies hat zur Folge, dass der Kältemittelkreislauf 1.1 entlang der Betriebsgrenzen, nämlich des maximalen Drehzahlwertes nKMV,max und des minimalen Niederdruckwertes pND,min betrieben wird, bis bei Vorhandensein einer für einen Wärmepumpenprozess verfügbaren Wärmequelle der Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1.1 auf eine effizientere Heizmaßnahme umgeschaltet werden kann.In extreme environmental conditions, the case may occur that the setpoint of the blow-out temperature T is not achieved, so the control difference R diff, t does not become zero, ie a stationary state according to method step S3 can not occur. This has the consequence that the refrigerant circuit 1.1 along the operating limits, namely the maximum speed value n KMV, max and the minimum low pressure value p ND, min is operated until, in the presence of a heat source available for a heat pump process, the operation of the refrigerant circuit 1.1 can be switched to a more efficient heating measure.

Neben diesen erwähnten Betriebsgrenzen, wie der maximale Drehzahlwert nKMV,max , der einen maximal zulässigen Drehzahlwert darstellt und der minimale Niederdruckwert pND,min , der durch einen minimal zulässigen Niederdruckwert nach unten begrenzt wird, müssen, wie bereits angedeutet, auch der Hochdruck und die Heißgastemperatur in der für den zuständigen Fachmann bekannten Weise überwacht werden und können zu einer Begrenzung des Dreiecksprozesses führen. Der Übersichtlichkeit halber wird auf die Darstellung dieser weiteren Betriebsgrenzen verzichtet.In addition to these mentioned operating limits, such as the maximum speed value n KMV, max which represents a maximum allowable speed value and the minimum low pressure value p ND, min , which is limited by a minimum allowable low pressure value down, as already indicated, the high pressure and the hot gas temperature must be monitored in the manner known to those skilled in the art and can lead to a limitation of the triangular process. For the sake of clarity, the presentation of these further operating limits is dispensed with.

Eine andere Realisierung des Dreiecksprozesses besteht darin, anstelle des in dem Leitungsabschnitt 1.5 angeordneten Expansionsorgans AE1 das dem als Chiller ausgebildeten Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 zugeordnete Expansionsorgan AE2 zu verwenden. Hierzu wird das wasserseitige Durchströmen des Chillers gestoppt, d. h. das Kühlmittel bleibt „stehend“ in diesem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4, so dass kein Wärmeübergang an diesem Wärmeübertrager stattfinden kann. In dieser Betriebsweise des Dreiecksprozesses wird das Kältemittel aus dem Strömungszweig 1.2 über die geöffneten Absperrventilen A1 und A4 (bei geschlossenem Absperrventil A2 und geschlossenem Expansionsorgan AE1), dem Heizregister 5, dem Rückschlagventil R1 mittels des Expansionsorgans AE2 in den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 entspannt und strömt anschließend über das Rückschlagventil R2, den Kältemittelsammler 8 und dem Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 7 zurück zum Kältemittelverdichter 2. Dieser mit dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 4 durchgeführte Dreiecksprozess ist für den Kältemittelkreislauf 1.1 der beiden 2 und 3 identisch.Another realization of the triangular process is instead of that in the pipe section 1.5 arranged expansion organ AE1 that designed as a chiller refrigerant coolant heat exchanger 4 associated expansion organ AE2 to use. For this purpose, the water-side flow through the chiller is stopped, ie the coolant remains "standing" in this refrigerant-refrigerant heat exchanger 4 , so that no heat transfer can take place on this heat exchanger. In this mode of operation of the triangular process, the refrigerant from the flow branch 1.2 over the open shut-off valves A1 and A4 (with closed shut-off valve A2 and closed expansion organ AE1 ), the heating register 5 , the check valve R1 by means of the expansion organ AE2 in the refrigerant-refrigerant heat exchanger 4 then relaxes and then flows over the check valve R2 , the refrigerant collector 8th and the low pressure section of the internal heat exchanger 7 back to the refrigerant compressor 2 , This with the refrigerant-coolant heat exchanger 4 performed triangular process is for the refrigerant circuit 1.1 of both 2 and 3 identical.

Wird der Dreiecksprozess in dieser Konstellation mittels des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 4 umgesetzt, kann das Expansionsorgan AE1 durch ein Absperrventil A5 ersetzt werden; weiterhin ist, je nach Systemausführung, ein Verzicht auf das Absperrventil A4 möglich. Beim Leitungsabschnitt 1.5 kann, da er nur noch die Funktion zur Kältemittelabsaugung bei inaktivem Heizungskreislauf 1.4 erfüllt, der Querschnitt kleiner dimensioniert und der Knotenpunkt K1 (bzw. K2) beliebig zwischen dem Absperrventil A1 und dem Rückschlagventil R1 positioniert werden.Does the triangular process in this constellation by means of the refrigerant-coolant heat exchanger 4 implemented, the expansion organ AE1 through a shut-off valve A5 be replaced; Furthermore, depending on the system version, a waiver of the shut-off valve A4 possible. At the pipe section 1.5 can, since he only has the function for refrigerant extraction with inactive heating circuit 1.4 met, the cross section is smaller and dimensioned the node K1 (or K2) arbitrarily between the shut-off valve A1 and the check valve R1 be positioned.

Dieser Dreiecksprozess mittels des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 4 wird entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren nach 1 mittels des zugehörigen Expansionsorgans AE2 anstelle des Expansionsorgans AE1 des Leitungsabschnittes 1.5 durchgeführt. Die im Zusammenhang mit der Durchführung des Verfahrens gemäß 1 genannten Vorteile im Falle des Expansionsorgans AE1 gilt auch bei der Durchführung dieses Verfahrens mittels des dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 zugeordneten Expansionsorgans AE2.This triangular process by means of the refrigerant-coolant heat exchanger 4 will according to the method described above 1 by means of the associated expansion organ AE2 instead of the expansion organ AE1 of the line section 1.5 carried out. In connection with the implementation of the method according to 1 advantages in the case of the expansion organ AE1 also applies to the implementation of this method by means of the refrigerant-refrigerant heat exchanger 4 associated expansion organ AE2 ,

Im Folgenden sollen die Wärmepumpenkreisprozesse der Kälteanlage 1 gemäß den 2 und 3 beschrieben speichern werden, die sich an die oben anhand von 1 beschriebenen Dreiecksprozesse anschließen können.In the following, the heat pump cycle processes of the refrigeration system 1 according to the 2 and 3 described above, based on the above 1 can connect described triangular processes.

Ein erster Wärmepumpenkreisprozess verwendet als Wärmequelle die Umgebungsluft des Fahrzeugs, deren Wärme zur Erwärmung der in Fahrzeuginnenraum zugeführten Luft eingesetzt wird.A first heat pump cycle process uses as a heat source the ambient air of the vehicle, the heat of which is used to heat the air supplied to the vehicle interior.

Hierzu weist der Kältemittelkreislauf 1.1 gemäß den 2 und 3 einen ersten Wärmepumpenzweig WPZ1 auf, der von dem Kältemittelkondensator/Gaskühler 9, dem in Strömungsrichtung S des Kältemittelkreislaufs 1.1 stromaufwärts vor dem Kältemittelkondensator/Gaskühler 9 angeordneten Expansionsorgan AE4 und dem stromaufwärts vor diesem Expansionsorgan AE4 angeordneten Rückschlagventil R1 gebildet wird. Zwischen dem Kältemittelkondensator/Gaskühler 9 und dem Expansionsorgan AE4 befindet sich, bezogen auf die AC-Verschaltung, der Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 7. Dieser Abschnitt wird im Luftwärmepumpenprozess jedoch mit Niederdruck beaufschlagt.For this purpose, the refrigerant circuit 1.1 according to the 2 and 3 a first heat pump branch WPZ1 on top of the refrigerant condenser / gas cooler 9 , in the flow direction S of the refrigerant circuit 1.1 upstream of the refrigerant condenser / gas cooler 9 arranged expansion organ AE4 and upstream of this expansion organ AE4 arranged check valve R1 is formed. Between the refrigerant condenser / gas cooler 9 and the expansion organ AE4 is located, based on the AC interconnection, the high pressure section of the internal heat exchanger 7 , However, this section is subjected to low pressure in the air heat pump process.

Dieser erste Wärmepumpenzweig WPZ1 bildet zusammen mit dem Strömungszweig 1.2, bestehend aus der Reihenschaltung aus dem Kältemittelverdichter 2 und dem diesem nachgeschalteten Hochdruck- Wärmeübertrager 3, den ersten Wärmepumpenkreisprozesses, bei welchem dieser erste Wärmepumpenzweig WPZ1 einerseits mittels des Absperrventils A3 in Strömungsrichtung S des Kältemittels mit einem Rückschlagventil R4 des Leitungsabschnittes 1.5 verbunden ist, so dass in Strömungsrichtung S das Kältemittel über das geöffnete Absperrventil A3, das Rückschlagventil R4, den Kältemittelsammler 8 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 7 zurück zum Kältemittelverdichter 2 fließen kann. Andererseits ist der erste Wärmepumpenzweig WPZ1 stromaufwärts mit dem Kältemittelverdichter 2 und dem Hochdruck-Wärmeübertrager 3 über das Rückschlagventil R1, das Heizregister 5, das Absperrventil A4 (bei 2 vorgesehen) und das Absperrventil A1 fluidverbunden.This first heat pump branch WPZ1 forms together with the flow branch 1.2 , consisting of the series connection of the refrigerant compressor 2 and this downstream high-pressure heat exchanger 3 , the first heat pump cycle process in which this first heat pump branch WPZ1 on the one hand by means of the shut-off valve A3 in the flow direction S of the refrigerant with a check valve R4 of the line section 1.5 is connected, so that in the flow direction S the refrigerant via the open shut-off valve A3 , the check valve R4 , the refrigerant collector 8th and the low pressure portion of the internal heat exchanger 7 back to the refrigerant compressor 2 can flow. On the other hand, the first heat pump branch WPZ1 upstream with the refrigerant compressor 2 and the high pressure heat exchanger 3 over the check valve R1 , the heating register 5 , the shut-off valve A4 (at 2 provided) and the shut-off valve A1 fluidly connected.

Ein zweiter Wärmepumpenkreisprozess verwendet als Wärmequelle die Abwärme elektrischer Komponenten, wie bspw. Hochvoltbatterien, Elektromotoren oder Leistungselektroniken.A second heat pump cycle process uses as heat source the waste heat of electrical components, such as high-voltage batteries, electric motors or power electronics.

Hierzu weist der Kältemittelkreislauf 1.1 gemäß den 2 und 3 einen zweiten Wärmepumpenzweig WPZ2 auf, der aus dem Expansionsorgan AE2 und dem in Strömungsrichtung S des Kältemittels nachgeschalteten auf Niederdruckniveau-Niveau arbeitenden Niederdruck-Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4, auch Chiller genannt, besteht. Dieser zweite Wärmepumpenzweig WPZ2 bildet zusammen mit der Reihenschaltung aus dem Kältemittelverdichter 2 und dem diesem nachgeschalteten Hochdruck-Wärmeübertrager 3 den zweiten Wärmepumpenkreisprozess, bei welchem das Expansionsorgan AE2 in Strömungsrichtung S mittels des Absperrventils A1, des Absperrventils A4, des Heizregisters 5 und des Rückschlagventils R1 dem Hochdruck-Wärmeübertrager 3 stromabwärts nachgeschaltet ist. Bei dem Kältemittelkreislauf 1.1 gemäß 3 ist das Absperrventil A4 nicht vorgesehen.For this purpose, the refrigerant circuit 1.1 according to the 2 and 3 a second heat pump branch WPZ2 up, out of the expansion organ AE2 and in the flow direction S the low-pressure level downstream low-pressure refrigerant refrigerant heat exchanger downstream of the refrigerant 4 , also called chiller, exists. This second heat pump branch WPZ2 forms together with the series connection of the refrigerant compressor 2 and this downstream high-pressure heat exchanger 3 the second heat pump cycle process in which the expansion organ AE2 in the flow direction S by means of the shut-off valve A1 , the shut-off valve A4 , the heating register 5 and the check valve R1 the high pressure heat exchanger 3 downstream downstream. In the refrigerant circuit 1.1 according to 3 is the shut-off valve A4 not provided.

Dieser als Chiller ausgebildete Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 bildet zusammen mit einer nicht dargestellten Wärmequelle einen Kühlmittelkreislauf 4.1 und dient dazu die von der Wärmequelle auf das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes 4.1 übertragene Wärme über das Kältemittel des Kältemittelkreislaufs 1.1, aufzunehmen, wobei in dieser Funktion der Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 zusammen mit dem Expansionsorgan AE2 als Verdampfer arbeitet. Mit dieser Wärme wird zum einen mittels des Hochdruck-Wärmeübertragers 3 die dem Fahrzeuginnenraum zugeführte Luft indirekt sowie mittels des Heizregisters 5 direkt erwärmt. This designed as a chiller refrigerant coolant heat exchanger 4 forms together with a heat source, not shown, a coolant circuit 4.1 and serves to from the heat source to the coolant of the coolant circuit 4.1 transferred heat through the refrigerant of the refrigerant circuit 1.1 , in which function the refrigerant-refrigerant heat exchanger 4 together with the expansion organ AE2 works as an evaporator. This heat is on the one hand by means of the high-pressure heat exchanger 3 the air supplied to the vehicle interior indirectly and by means of the heating register 5 heated directly.

Des Weiteren sind gemäß den 2 und 3 sowohl dem Verdampfer 6 als auch dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 jeweils ein Rückschlagventil R2 und R3 stromabwärts nachgeschaltet, so dass eine Strömungsumkehr des Kältemittels über diese Rückschlagventile R2 und R3 zurück in den Verdampfer 6 bzw. den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 ausgeschlossen werden kann. Die Rückschlagventile R2 und R3 sowie das Rückschlagventil R4 bilden zusammen mit dem Kältemittelsammler 8 einen Knotenpunkt, über den das Kältemittel aus den Rückschlagventilen R2, R3 und R4 in den Kältemittelsammler 8 strömt.Furthermore, according to the 2 and 3 both the evaporator 6 as well as the refrigerant-refrigerant heat exchanger 4 one check valve each R2 and R3 Downstream downstream, allowing a flow reversal of the refrigerant through these check valves R2 and R3 back to the evaporator 6 or the refrigerant-refrigerant heat exchanger 4 can be excluded. The check valves R2 and R3 as well as the check valve R4 form together with the refrigerant collector 8th a node through which the refrigerant from the check valves R2 . R3 and R4 into the refrigerant collector 8th flows.

Gemäß den 2 und 3 kann der Hochdruck-Wärmeübertrager 3 bei geöffnetem Absperrventil A2 und gesperrtem Absperrventil A1 mit dem Kältemittelkondensator/Gaskühler 9 fluidverbunden werden, wobei die direkte Verschaltung des Hochdruck-Wärmeübertragers 3 mit dem Kondensator/Gaskühler 9 nur bei einem AC-Modus der Kälteanlage 1 erfolgt, in welchem die beiden Absperrventile A1 und A3 gesperrt sind.According to the 2 and 3 can the high pressure heat exchanger 3 with the shut-off valve open A2 and locked shut-off valve A1 with the refrigerant condenser / gas cooler 9 be fluidly connected, wherein the direct interconnection of the high-pressure heat exchanger 3 with the condenser / gas cooler 9 only in an AC mode of the refrigeration system 1 takes place, in which the two shut-off valves A1 and A3 are locked.

Zur Durchführung des ersten Wärmepumpenkreisprozesses mittels des Kältemittelkreislaufs 1.1 gemäß den 2 und 3 wird das Absperrventil A2 geschlossen und das Absperrventil A1 geöffnet, wodurch das Kältemittel über das Heizregister 5 und das Rückschlagventil R1 mittels des Expansionsorgans AE4 in den ersten Wärmepumpenzweig WPZ1 auf Niederdruck entspannt wird und über das geöffnete Absperrventil A3, das Rückschlagventil R4, den Kältemittelsammler 8 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 7 zurück zum Kältemittelverdichter 2 fließen kann. Nach 2 wird bei diesem ersten Wärmepumpenkreisprozess auch das Absperrventil A4 geöffnet. Ferner wird bei diesem ersten Wärmepumpenkreisprozess die mit einer Absperrfunktion ausgeführten Expansionsorgane AE2 und AE3 gesperrt.To carry out the first heat pump cycle process by means of the refrigerant circuit 1.1 according to the 2 and 3 becomes the shut-off valve A2 closed and the shut-off valve A1 opened, causing the refrigerant through the heating coil 5 and the check valve R1 by means of the expansion organ AE4 in the first heat pump branch WPZ1 is relaxed to low pressure and the open shut-off valve A3 , the check valve R4 , the refrigerant collector 8th and the low pressure portion of the internal heat exchanger 7 back to the refrigerant compressor 2 can flow. To 2 In this first heat pump circuit process, the shut-off valve also becomes A4 open. Further, in this first heat pump cycle process, the expansion device executed with a shut-off function AE2 and AE3 blocked.

Zur Durchführung des zweiten Wärmepumpenkreisprozesses mittels des zweiten Wärmepumpenzweiges WPZ2 wird das Absperrventil A2 geschlossen und das Absperrventil A1 geöffnet, wodurch das Kältemittel aus dem Hochdruck-Wärmeübertrager 3 über das Heizregister 5, das Rückschlagventil R1 mittels des Expansionsorgans AE2 in den Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager 4 entspannt wird, wobei gleichzeitig das dem Verdampfer 6 zugeordnete Expansionsorgan AE3 und das Expansionsorgan AE4 des ersten Wärmepumpenzweiges WPZ1 gesperrt werden, die jeweils mit einer Absperrfunktion ausgestattet sind. Nach 2 wird bei diesem zweiten Wärmepumpenkreisprozess auch das Absperrventil A 4 geöffnet.For carrying out the second heat pump cycle process by means of the second heat pump branch WPZ2 becomes the shut-off valve A2 closed and the shut-off valve A1 opened, causing the refrigerant from the high-pressure heat exchanger 3 over the heating register 5 , the check valve R1 by means of the expansion organ AE2 in the refrigerant-refrigerant heat exchanger 4 is relaxed, while the evaporator 6 associated expansion organ AE3 and the organ of expansion AE4 of the first heat pump branch WPZ1 be locked, which are each equipped with a shut-off function. To 2 In this second heat pump cycle also the shut-off valve A 4 is opened.

Auch mit den in den 4 und 5 dargestellten Kälteanlagen 1 können die oben im Zusammenhang mit den 2 und 3 beschriebenen Dreiecksprozesse und die Wärmepumpenprozesse durchgeführt werden. Der Unterschied besteht darin, dass die in den 2 und 3 aus den Absperrventilen A1 und A 2 bestehende Ventilanordnung zur Abzweigung des Kältemittels aus dem Hochdruck-Wärmeübertrager 3 entweder in Richtung des Kondensators/Gaskühlers 9 oder in Richtung des Heizregisters 5 gemäß den 4 und 5 bereits direkt mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters 2 angeordnet ist. Damit wird der Hochdruck-Wärmeübertrager 3 lediglich während der Dreiecksprozesse und der Wärmepumpenprozess von Kältemittel durchströmt. Im AC-Betrieb ist das Absperrventil A1 geschlossen, so dass das Kältemittel direkt von dem Kältemittelverdichter 2 über das geöffnete Absperrventil A2 in den Kondensator/Gaskühler 9 strömen kann.Also with the in the 4 and 5 illustrated refrigeration systems 1 can the above related to the 2 and 3 described triangular processes and the heat pump processes are performed. The difference is that the in the 2 and 3 from the shut-off valves A1 and A 2 existing valve arrangement for branching the refrigerant from the high pressure heat exchanger 3 either in the direction of the condenser / gas cooler 9 or in the direction of the heating register 5 according to the 4 and 5 already directly with the high-pressure outlet of the refrigerant compressor 2 is arranged. This is the high-pressure heat exchanger 3 only flows through during the triangular processes and the heat pump process of refrigerant. In AC operation, the shut-off valve A1 closed, allowing the refrigerant directly from the refrigerant compressor 2 over the open shut-off valve A2 in the condenser / gas cooler 9 can flow.

Ein Heizregister 5 in den Kälteanlagen 1 gemäß den 2 bis 5 kann auch entfallen.A heating register 5 in the refrigeration systems 1 according to the 2 to 5 can also be omitted.

Werden mechanische Verdichter eingesetzt, die auf Basis einer Massenstromregelung arbeiten, kann das Drehzahlsignal eines elektrischen Verdichters mit einem dem Massenstrom proportionalem Stromsignal substituiert und damit anstelle des Drehzahlsignals gemäß 1 übernommen werden.If mechanical compressors are used which operate on the basis of mass flow regulation, the speed signal of an electric compressor can be substituted by a current signal which is proportional to the mass flow and thus instead of the speed signal according to FIG 1 be taken over.

Darüber hinaus ist es auch möglich mechanische Verdichter über eigene externe elektrische Antriebe zu betreiben, die wiederum über ein Drehzahlsignal ansteuerbar sind, während mit dem mechanische Verdichter seinerseits über ein Stromsignal, das idealerweise einem Massenstrom proportional ist, kommuniziert wird.In addition, it is also possible to operate mechanical compressors via their own external electric drives, which in turn can be controlled via a speed signal, while communicating with the mechanical compressor in turn via a current signal, which is ideally proportional to a mass flow.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kälteanlagerefrigeration plant
1.11.1
Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 1Refrigerant circuit of the refrigeration system 1
1.21.2
Strömungszweig des Kältemittelkreislaufs 1.1Flow branch of the refrigerant circuit 1.1
1.31.3
Klimagerät der Kälteanlage 1Air conditioning unit of the refrigeration system 1
1.4 1.4
HeizungskreislaufHeating circuit
1.411:41
Wasserpumpewater pump
1.51.5
Leitungsabschnitt des Kältemittelkreislaufs 1.1 Line section of the refrigerant circuit 1.1
22
KältemittelverdichterRefrigerant compressor
33
Hochdruck-WärmeübertragerHigh-pressure heat exchanger
3.13.1
HeizungswärmeübertragerHeating heat exchanger
44
Kältemittel-Kühlmittel-WärmeübertragerRefrigerant-refrigerant heat exchanger
4.14.1
Kühlmittelkreislauf des Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertragers 4Coolant circuit of the refrigerant-refrigerant heat exchanger 4th
55
Heizregisterheater
66
VerdampferEvaporator
77
innerer Wärmeübertragerinternal heat exchanger
88th
KältemittelsammlerRefrigerant collector
99
Gaskühler gas cooler
A1A1
Absperrventilshut-off valve
A2A2
Absperrventilshut-off valve
A3A3
Absperrventilshut-off valve
A4A4
Absperrventil shut-off valve
AE1AE1
Expansionsorganexpansion element
AE2AE2
Expansionsorganexpansion element
AE3AE3
Expansionsorganexpansion element
AE4AE4
Expansionsorganexpansion element
K1K1
Knotenpunktjunction
K2K2
Knotenpunkt junction
L1L1
Zuluftstrom supply air flow
nKMV n KMV
Drehzahl des Kältemittelverdichters 2Speed of the refrigerant compressor 2
nKMV,max n KMV, max
maximaler Drehzahlwert des Kältemittelverdichters 2maximum speed value of the refrigerant compressor 2
pND p nd
NiederdruckwertLow pressure value
pND,min p ND, min
minimaler Niederdruckwertminimal low pressure value
pT1pT1
Niederdruckseitiger-Druck- Temperatur-SensorLow pressure side pressure temperature sensor
pT2pT2
Hochdruckseitiger Druck- Temperatur-SensorHigh-pressure side pressure-temperature sensor
Rdiff,t R diff, t
Regeldifferenz zwischen einem Sollwert und einem Istwert einer Ausblastemperatur TControl difference between a setpoint and an actual value of an outlet temperature T
SS
Strömungsrichtung des KältemittelsFlow direction of the refrigerant
R1R1
Rückschlagventilcheck valve
R2R2
Rückschlagventilcheck valve
R3R3
Rückschlagventilcheck valve
R4R4
Rückschlagventil check valve
TT
Ausblastemperatur des Zuluftstroms L1Outlet temperature of the supply air flow L1
WPZ1WPZ1
erster Wärmepumpenzweigfirst heat pump branch
WPZ2WPZ2
zweiter Wärmepumpenzweigsecond heat pump branch
......

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Claims (9)

Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (1) eines Fahrzeugs mit einem eine Kühl- und Heizfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf (1.1), bei dem - ein Strömungszweig (1.2) mit einem Kältemittelverdichter (2) und einem stromabwärts nachgeschalteten Hochdruck-Wärmeübertrager (3) von einem Kältemittel durchströmt wird, - ein Expansionsorgan (AE1, AE2) dem Hochdruck-Wärmeübertrager (3) stromabwärts nachgeschaltet wird, - die Heizfunktion realisiert wird, indem mit der Abwärme des Kältemittelverdichters (2) ein in den Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs zugeführter Zuluftstrom (L1) mittels des Hochdruck-Wärmeübertragers beheizt wird, und folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: a) Starten und Hochlaufen des Kältemittelverdichters (2), ausgehend von einer Minimaldrehzahl bis zu einer Anfangsdrehzahl, b) Bestimmen einer Regeldifferenz (Rdiff,t) zwischen einem Sollwert und einem Istwert einer Ausblastemperatur (T) des Zuluftstroms (L1), c) Bestimmen der Drehzahl (nKMV) des Kältemittelverdichters (2), und entweder c1) Schließen des Expansionsorgans (AE1, AE2) um einen vorgegebenen Wert, wenn bei einer dem maximalen Drehzahlwert (nKMV,max) entsprechenden Drehzahl (nKMV) des Kältemittelverdichters (2) der Niederdruck (pND) auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs (1.1) größer als ein minimaler Niederdruckwert (pND,min) ist, oder c2) Erhöhen der Drehzahl (nKMV) des Kältemittelverdichters (2) bei einer Drehzahl (nKMV) des Kältemittelverdichters (2) kleiner als der maximale Drehzahlwert (nKMV,max) und Öffnen des Expansionsorgans (AE1, AE2) um einen vorgegebenen Wert, wenn der Niederdruck (pND) den minimalen Niederdruckwert (pND,min) erreicht, und d) Wiederholen der Verfahrensschritte b und c bis der Istwert der Ausblastemperatur (T) den Sollwert erreicht hat oder der Niederdruck (pND) auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs (1.1) den minimalen Niederdruckwert (pND,min) erreicht hat.A method for operating a refrigeration system (1) of a vehicle having a cooling and heating function having refrigerant circuit (1.1), in which - a flow branch (1.2) with a refrigerant compressor (2) and a downstream high-pressure heat exchanger (3) of a refrigerant is flowed through, - an expansion element (AE1, AE2) downstream of the high-pressure heat exchanger (3), - the heating function is realized by using the waste heat of the refrigerant compressor (2) in the vehicle interior of the vehicle supplied supply air (L1) by means of High-pressure heat exchanger is heated, and the following process steps are carried out: a) starting and running up the refrigerant compressor (2), starting from a minimum speed up to an initial speed, b) determining a control difference (R diff, t ) between a setpoint and an actual value of a Outlet temperature (T) of the supply air flow (L1), c) determining the speed ( n KMV ) of the refrigerant compressor (2), and either c1) Closing of the expansion device (AE1, AE2) by a predetermined value, if at a maximum speed value (n KMV, max ) corresponding speed (n KMV ) of the refrigerant compressor (2) of the Low pressure (p ND ) on the low pressure side of the refrigerant circuit (1.1) is greater than a minimum low pressure value (p ND, min ), or c2) Increasing the speed (n KMV ) of the refrigerant compressor (2) at a speed (n KMV ) of the refrigerant compressor (2) smaller than the maximum speed value (n KMV, max ) and opening of the expansion device (AE1, AE2) by a predetermined value when the low pressure (p ND ) reaches the minimum low pressure value (p ND, min ), and d) repeating the process steps b and c until the actual value of the discharge temperature (T) has reached the desired value or the low pressure (p ND ) on the low pressure side of the refrigerant circuit (1.1) has reached the minimum low pressure value (p ND, min ). Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem im Anschluss an Verfahrensschritt b entweder Verfahrensschritt c bei einer positiven Regeldifferenz (Rdiff,t) durchgeführt oder die Drehzahl (nKMV) des Kältemittelverdichters (2) bei einer negativen Regeldifferenz (Rdiff,t) um einen vorgegebenen Wert reduziert wird.Method according to Claim 1 in which, following method step b, either method step c is carried out with a positive control difference (R diff, t ) or the speed (n KMV ) of the refrigerant compressor (2) is reduced by a predetermined value given a negative control difference (R diff, t ) , Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem nach einer Erhöhung der Drehzahl (nKMV) des Kältemittelverdichters (2) Verfahrensschritte b und c durchgeführt werden, wenn der Niederdruck (pND) größer als der minimale Niederdruckwert (pND,min) ist.Method according to Claim 1 or 2 in which, after an increase in the rotational speed (n KMV ) of the refrigerant compressor (2), process steps b and c are performed when the low pressure (p ND ) is greater than the minimum low pressure value (p ND, min ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein stationärer Betrieb durchgeführt wird, wenn die Drehzahl (nKMV) des Kältemittelverdichters (2) dem maximalen Drehzahlwert (nKMV,max) entspricht und der Niederdruck (pND) den minimalen Niederdruckwert (pND,min) erreicht hat.Method according to one of the preceding claims, in which a stationary operation is performed when the speed (n KMV ) of the refrigerant compressor (2) corresponds to the maximum speed value (n KMV, max ) and the low pressure (p ND ) the minimum low pressure value (p ND , min ) has reached. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem bei nicht messbarer Regeldifferenz (Rdiff,t) im Anschluss an den Verfahrensschritt b ein stationärer Betrieb durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, in which a non-measurable control difference (R diff, t ) after the method step b, a stationary operation is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Expansionsorgan (AE1) auf kürzestem Weg mit der Niederdruckseite des Kältemittelverdichters (2) verbunden ist.Method according to one of the preceding claims, in which the expansion element (AE1) is connected by the shortest route to the low-pressure side of the refrigerant compressor (2). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem dem Expansionsorgan (AE2) ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager (4) stromabwärts nachgeschaltet ist, wobei der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (4) stromabwärtsseitig mit der Niederdruckseite des Kältemittelverdichters (2) verbunden ist.Method according to one of Claims 1 to 5 in which the expansion member (AE2) downstream of a refrigerant-refrigerant heat exchanger (4), wherein the refrigerant-refrigerant heat exchanger (4) is connected to the downstream side with the low pressure side of the refrigerant compressor (2). Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Kühlmittel-Kältemittel-Wärmeübertrager (4) kühlmittelseitig inaktiv betrieben wird.Method according to Claim 7 in which the coolant / refrigerant heat exchanger (4) is operated inactive on the coolant side. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem dem Hochdruck-Wärmeübertrager (3) zur Durchführung der Heizfunktion stromabwärtsseitig ein Heizregister (5) nachgeschaltet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the high-pressure heat exchanger (3) for carrying out the heating function downstream of a heating coil (5) is connected downstream.
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