DE102018201165B3 - Verfahren zum Betreiben einer einen Kältemittelkreislauf aufweisenden Kälteanlage eines Fahrzeugs im Kältebetrieb - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislauf (1) eines Fahrzeugs im AC-Betrieb mit einem Chiller-Zweig (2.0), welcher einen stromabwärts eines Chillers (2) nachgeschalteten Druck-Temperatursensor (pT4_V1) aufweist, wenigstens einem Innenraum-Verdampferzweig (3.0), welcher dem Chiller-Zweig (2.0) parallel geschaltet ist, einem Akkumulator (5), einem Kältemittelverdichter (6), einem Kondensator oder Gaskühler (7), wobei der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers (2) mittels einer Regelvorrichtung (8) aus den Messwerten des Druck-Temperatursensors (pT4_V1) bestimmt wird, und der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers (2) durch Steuern des Öffnungsgrades des dem Chiller (2) zugeordneten Expansionsorgans (AE_V1) mittels der Regelvorrichtung (7) in Abhängigkeit der Messwerte auf wenigstens einen minimalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades geregelt wird. Bei einem ersten alternativen erfindungsgemäßen Verfahren ist anstelle des Chillers 2 dem Innenraum-Verdampfer 3 ein Druck-Temperatursensor (pT4_V2) nachgeschaltet, um den Überhitzungsgrad im Innenraum-Verdampfer 3 zu überwachen und auf einen wenigstens einen maximalen Sollwert einzuregelnden. Ein weiteres alternatives erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, dass sowohl dem Chiller 2 als auch dem Innenraum-Verdampfer 3 jeweils ein Druck-Temperatursensor nachgeschaltet wird und die Überhitzung am Innenraum-Verdampfer 3 auf eine maximale Überhitzung eingeregelt wird, wenn die Kühlleistung am Chiller größer ist als am Innenraum-Verdampfer 3.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs für ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Verdampfern, nämlich wenigstens einem Innenraum-Verdampfer und einem als Chiller ausgebildeten Verdampfer.
  • Der Innenraum-Verdampfer kann als Frontverdampfer oder als Heckverdampfer des Fahrzeuginnenraums ausgeführt werden und dient zur Konditionierung eines in den Fahrzeuginnenraum eintretenden Zuluftstroms.
  • Elektrifizierte Fahrzeuge benötigen neben dem Innenraum- bzw. Frontverdampfer zur Konditionierung und Temperierung des in der Regel als Hochvoltbatterie realisierten Energiespeichers einen separaten Kühlmittelkreislauf. Ein solcher Kühlmittelkreislauf wird mittels eines Wärmeübertragers mit dem Kältemittelkreislauf gekoppelt, wobei ein solcher Wärmeübertrager seinerseits ebenfalls als Verdampfer zum Kühlen eines Luftstromes bzw. als sogenannter Chiller zum Kühlen eines Kühlmittels ausgebildet ist.
  • Um maximale Flexibilität hinsichtlich der Leistungsverteilung zwischen den Verdampfern zu erzielen, ist jedem dieser Verdampfer ein elektrisches Expansionsorgan vorgeschaltet. Mit solchen Ventilen, die gleichzeitig eine Absperrfunktion umfassen, lassen sich
    • - die Verdampfer und der Chiller jeweils einzeln betreiben,
    • - zumindest ein Innenraum-Verdampfer bei inaktivem Chiller betreiben
    • - zumindest ein Verdampfer und der Chiller gekoppelt betreiben,
    • - zumindest mit einem Verdampfer mehr Kühlleistung erzeugen als mittels des Chillers,
    • - zumindest mit einem Verdampfer weniger Kühlleistung als mittels des Chillers, und schließlich
    • - zwischen dem Chiller und wenigstens einem Verdampfer Leistungsgleichheit bezüglich der Kühlleistung sicherstellen.
  • Ein Niederdruck-Akkumulator in einem Kältemittelkreislauf, welcher einem Verdampfer des Kältemittelkreises nachgeschaltet ist, hat die Aufgabe, die gasförmige und die flüssige Phase des eintretenden Kältemittels voneinander zu trennen und das flüssige Kältemittel im Sinne eines Volumenpuffers zu speichern oder umgekehrt in den Umlauf zu geben. Das aus dem Akkumulator in den nachgeschalteten Verdichter abgesaugte Kältemittel soll einen möglichst definierten und über den Akkumulator eingestellten Dampfgehalt aufweisen.
  • Ferner soll das von dem Verdichter in den Kältemittelkreislauf eingebrachte und im Akkumulator abgeschiedene bzw. eingelagerte Schmieröl wieder zum Verdichter zurückgeführt werden. Zu diesem Zweck ist bspw. im Akkumulator ein U-förmiges Rohr integriert, welches am tiefsten Punkt eine Ölbohrung (auch Schnüffelbohrung genannt) aufweist, die ihrerseits wiederum zur Vorbeugung gegenüber Verschmutzung mit einem Sieb oder Filter versehen sein kann. Ein offenes Ende des U-Rohres reicht in den über dem flüssigen Kältemittel liegenden Dampfraum des Akkumulators, das andere führt stromabwärts in die Saugleitung zum Verdichter. Bei ausreichender Strömungsgeschwindigkeit im U-Rohr erfolgt durch die Sogwirkung ein Aufsaugen von Öl bzw. Öl-Kältemittelflüssigkeitsgemisch aus dem unteren Bereich des Akkumulators. In Abhängigkeit der Auslegung der Größe der Ölbohrung stellt sich im eingeschwungenen Zustand ein Dampfgehalt von mindestens 85 % am Ausgang des Akkumulators und folglich am Austritt des vorgeschalteten Verdampfers ein. Ist die Ölbohrung zu klein, sammelt sich Öl im unteren Bereich des Akkumulators an, während bei einer zu großen Ölbohrung der Dampfgehalt sinkt.
  • Bei einem mehrere Verdampfer aufweisenden Kältemittelkreislauf mit einem solchen Akkumulator regelt dieser bei einer Inbetriebnahme des Kältemittelkreislaufs den Dampfgehalt am Kältemittelaustritt desjenigen Verdampfers, welcher die höchste Kühlleistung erzeugt und damit den größten Kältemittelmassenstrom liefert. Der durch den Akkumulator passiv eingestellte Dampfgehalt stellt sich hierbei im eingeschwungenen Zustand des Kältemittelkreislaufs sowohl am Austritt des Verdampfers mit der höchsten Kühlleistung als auch am Kältemittelaustritt des Akkumulators ein.
  • Problematisch ist es, wenn im Parallelbetrieb von mehreren Verdampfern an demjenigen Verdampfer, mit welchem direkt ein dem Fahrzeuginneren zugeführter Zuluftstrom konditioniert wird, ein Kältemittelstrom mit einer Tendenz zur Kältemittelüberhitzung austritt. Wenn eine solche Kältemittelüberhitzung einen Wert von 5 K übersteigt, kann dies bereits zu einer Inhomogenität in der Temperaturverteilung des Zuluftstroms führen, der somit ein ungewolltes, ungleichmäßiges Temperaturprofil an den Ausströmern in den Fahrzeuginnenraum zeigt.
  • Aus der DE 10 2015 104 464 A1 ist ein R744-Kältemittelkreislauf mit einem mechanisch angetriebenen Verdichter, einem Gaskühler, einem Akkumulator, einem inneren Wärmeübertrager, einem elektrisch regelbaren Expansionsorgan und einem Verdampfer sowie eine Regeleinrichtung mit Sensoren für Druck und Temperatur bekannt. Als Sensoren ist ein Temperatur- und Drucksensor zur Messung des Druckes und der Temperatur des Kältemittels nach dem Verdichter, ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Kältemittels nach dem Gaskühler und ein Temperatursensor zur Messung der Temperatur der gekühlten Luft im Verdampfer vorgesehen.
  • Die DE 10 2013 021 360 A1 beschreibt einen Kältemittelkreislauf eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit einem Kältemittelverdichter, einem Kondensator, einem hochdruckseitigen Akkumulator, einem Innenraum-Verdampfer mit einem zugeordneten Expansionsorgan, einem Chiller für eine Fahrzeugbatterie und einem weiteren Verdampfer mit zugehörigen Expansionsorgan zum Kühlen von weiteren Komponenten eines elektrischen Antriebsstranges. Die Verdampfer sind jeweils zusammen mit den zugehörigen Expansionsorganen und nachgeschalteten Druck-Temperatursensoren parallel geschaltet. Zur Realisierung einer Wärmepumpenfunktion wird der Chiller als Wärmequelle sowie der Kondensator als WärmepumpenVerdampfer zur Nutzung der Umgebungsluft als Wärmequelle verwendet, wobei hierfür ein Wärmepumpenzweig mit einem Heizregister und mit für die Wärmepumpenfunktion erforderlichen Expansionsorganen vorgesehen ist. Für einen solchen Kältemittelkreislauf wird ein Verfahren zum Betreiben desselben vorgeschlagen, welches eine effiziente, aktive Batteriekühlung und einen Wärmepumpenprozess zur Heizung des Fahrzeuginnenraumes und der Fahrzeugbatterie ermöglicht.
  • Ein Temperaturverwaltungssystem für ein Elektrofahrzeug umfasst gemäß der DE 11 2013 004 046 T2 einen Kühlmittelkreis für eine Klimatisierungseinrichtung, einen Kühlmittelkreis für eine Batterie und eine Temperaturverwaltungs-Steuereinheit, die das Kühlmittel für die Batterie mit Hilfe der Heizvorrichtung erwärmt, wenn die Temperatur des Kühlmittels für die Batterie niedriger ist als eine zulässige untere Grenztemperatur der Batterie. Wenn die Temperatur des Kühlmittels für die Batterie höher ist als eine zulässige obere Grenztemperatur der Batterie, wird mittels der Temperaturverwaltungs-Steuereinheit die Drehzahl eines Kompressors verringert.
  • In der US 2007/0 151 287 A1 wird ein Druckreduziermodul eines Kältemittelkreislaufes im überkritischen Betrieb offenbart. Das mit einem Einlass und zwei Auslässen ausgebildete Druckreduziermodul weist eine Expansionsvorrichtung und ein sich in Strömungsrichtung des Kältemittels daran anschließendes Verteilventil auf. Der Einlass ist mit der Expansionsvorrichtung und die Auslässe sind mit dem als 3-Wege-Ventil ausgebildeten Verteilventil strömungstechnisch verbunden. Mittels des 3-Wege-Ventils wird das in das Zweiphasengebiet auf ein gemeinsames Druckniveau entspannte Kältemittel zum Weiterleiten an als Verdampfer betriebene Wärmeübertrager aufgeteilt.
  • Die DE 10 2013 009 561 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung der Kühlung einer Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, welches eine Klimatisierungsvorrichtung zur Klimatisierung seiner Fahrgastzelle aufweist. Eine aktuelle Traktionsbatterie-Temperatur wird erfasst und bei Überschreitung eines von wenigstens einem aktuellen Fahrzeugbetriebsparameter abhängigen Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwertes wird eine aktive Bedarfskühlung der Traktionsbatterie initiiert. Der Traktionsbatterie-Temperaturschwellenwert ist vom aktuellen Betriebszustand der Klimatisierungsvorrichtung abhängig, der bei aktivierter Klimatisierung der Fahrgastzelle niedriger ist als bei deaktivierter Klimatisierung der Fahrgastzelle.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer einen Kältemittelkreislauf aufweisenden Kälteanlage eines Fahrzeugs mit niederdruckseitig vorgesehenen Akkumulator oder Kältemittelspeicher im Kältebetrieb anzugeben, mit welchem Inhomogenitäten des in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstromes im AC-Betrieb verhindert werden, insbesondere wenn ein Chiller eine höhere Kühlleistung abgibt als ein Front- und/oder Heckverdampfer des Kältemittelkreislaufs.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 2 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 3.
  • Bei dem Verfahren zum Betreiben einer einen Kältemittelkreislauf aufweisenden Kälteanlage eines Fahrzeugs im Kältebetrieb mit
    • - einem Chiller-Zweig, welcher einen Chiller, ein erstes Expansionsorgan und einen stromabwärts des Chillers nachgeschalteten Druck-Temperatursensor aufweist und mit einem Kühlmittelkreislauf thermisch gekoppelt ist,
    • - wenigstens einem Innenraum-Verdampferzweig, welcher einen Innenraum-Verdampfer und zweites Expansionsorgan aufweist und dem Chiller-Zweig parallel geschaltet ist,
    • - einem einen definierten Dampfgehalt einstellenden niederdruckseitigen Akkumulator,
    • - einem Kältemittelverdichter,
    • - einem Kondensator oder Gaskühler, und
    • - einer Regelvorrichtung mindestens zum Regeln des ersten und zweiten Expansionsorgans zumindest in Abhängigkeit der Messwerte des Druck-Temperatursensors, wird nach der erstgenannten Lösung
    • - der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers mittels der Regelvorrichtung aus den Messwerten des Druck-Temperatursensors als Istwerte bestimmt, und
    • - der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers durch Steuern des Öffnungsgrades des ersten Expansionsorgans mittels der Regelvorrichtung in Abhängigkeit der Istwerte des Druck-Temperatursensors auf wenigstens einen minimalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades geregelt.
  • Bei diesem Verfahren wird die Eigenschaft des niederdruckseitigen Akkumulators, wonach dieser einen konstanten Dampfgehalt an mindestens einem Verdampfer (wozu auch der Chiller gehört) einregelt, zunutze gemacht, indem der Chiller durch entsprechende Steuerung des Öffnungsgrades des zugehörigen Expansionsorgans mindestens mit einer minimalen Überhitzung bzw. Mindestüberhitzung entsprechend des minimalen Sollwertes eines Zielüberhitzungsgrades betrieben wird.
  • Dieser minimalen Sollwert für den Zielüberhitzungsgrad kann jedoch auf einen konstanten Wert zwischen 3 und 7 K eingestellt werden. Dieser Wert für den Betrag der Überhitzung werden in dieser Größenordnung angegeben, weil nur auf diese Weise sichergestellt ist, dass die zulässige Minimalüberhitzung korrekt erfasst wird. Ausschlaggebend hierfür ist die Toleranz der Sensorik zur Erfassung von Druck und Temperatur am Austritt der Chillers. Die geforderte Minimalüberhitzung ist letztlich der Wert der Überhitzung für den die maximale Kälteleistung dem Chiller gezielt und kontrollierbar bereitgestellt werden kann. Mit zunehmender Überhitzung sinkt die abrufbare Kälteleistung über den Chiller. Wie erwähnt ist dieser Betriebspunkt entscheidend, sobald mindestens zwei Verdampfer sich im aktiven Betrieb befinden.
  • Bei einer Regelung des Kältemittels auf diesen minimalen Sollwert wird durch den Chiller mit dieser Mindestüberhitzung eine maximale Kälteleistung bei vordefiniertem Dampfgehalt am Akkumulator erzeugt, so dass aufgrund der Eigenschaft des niederdruckseitigen Akkumulators eine zu Inhomogenitäten in der Temperaturverteilung des Zuluftstroms führende Überhitzung des Kältemittels am Verdampferaustritt des Innenraum-Verdampfers nicht auftritt. Ausnahme ist hier eine Kältemittelunterfüllung des Systems und damit ein geleerter Akkumulator, dem auf diese Weise die Möglichkeit zur Dampfgehalteinstellung genommen wird. Dies trifft natürlich auch dann zu, wenn das Kältemittel des Chillers ausgehend von dem minimalen Sollwert zu höheren Überhitzungsgraden hin geregelt wird, wodurch die von dem Chiller erzeugte Kälteleistung abnimmt. Die Kühlleistung des Chillers wird mittels des ersten Expansionsorgans entsprechend einer Sollabkühltemperatur des Kühlmittels des mit dem Chiller thermisch gekoppelten Kühlmittelkreislaufs geregelt.
  • Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren nach der erstgenannten Lösung ist kein Druck-Temperatursensor im Innenraum-Verdampferzweig erforderlich.
  • In der erfindungsgemäßen Betriebsart des Kältemittelkreislaufs, bei welchem das Kältemittel im Chiller auf wenigstens einen minimalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades geregelt wird, wird der Innenraum-Verdampfer mittels der Einstellung eines kältemittelseitigen Verdampfungsdruckniveaus, welches wiederum einer Verdampfungstemperatur korrespondiert, auf einen Sollwert der Ausblastemperatur des in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstromes eingeregelt, während parallel dazu über das dem Verdampfer vorgeschaltete Expansionsorgan versucht wird, eine Unterkühlungsregelung oder mittels einer Regelung auf einen optimalen Hochdruck im Kältemittelkreislauf die Systemeffizienz zu maximieren.
  • Bei dem Verfahren zum Betreiben einer einen Kältemittelkreislauf aufweisenden Kälteanlage eines Fahrzeugs im Kältebetrieb mit
    • - einem Chiller-Zweig, welcher einen Chiller und ein erstes Expansionsorgan aufweist und der Chiller mit einem Kühlmittelkreislauf thermisch gekoppelt ist,
    • - wenigstens einem Innenraum-Verdampferzweig, welcher einen Innenraum-Verdampfer, ein zweites Expansionsorgan und einen stromabwärts des Innenraum-Verdampfers nachgeschalteten Druck-Temperatursensor aufweist und dem Chiller-Zweig parallel geschaltet ist,
    • - einem einen definierten Dampfgehalt einstellenden niederdruckseitigen Akkumulator,
    • - einem Kältemittelverdichter,
    • - einem Kondensator oder Gaskühler, und
    • - einer Regelvorrichtung mindestens zum Regeln des ersten und zweiten Expansionsorgans zumindest in Abhängigkeit der Messwerte des Druck-Temperatursensors, wird nach der zweitgenannten Lösung
    • - der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Innenraum-Verdampfers mittels der Regelvorrichtung aus den Messwerten des Druck-Temperatursensors als Istwerte bestimmt wird, und
    • - der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Innenraum-Verdampfers durch Steuern des Öffnungsgrades des zweiten Expansionsorgans mittels der Regelvorrichtung in Abhängigkeit der Istwerte des Druck-Temperatursensors auf wenigstens einen maximalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades geregelt wird.
  • Auch bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren nach der zweitgenannten Lösung wird die Eigenschaft des niederdruckseitigen Akkumulators, wonach dieser einen konstanten Dampfgehalt an mindestens einem Verdampfer (wozu auch der Chiller gehört) einregelt, zunutze gemacht, indem der Innenraum-Verdampfer des wenigstens einen Innenraum-Verdampferzweiges durch entsprechende Steuerung des Öffnungsgrades des zugehörigen Expansionsorgans mit einer maximalen Überhitzung bzw. Maximalüberhitzung entsprechend des maximalen Sollwertes eines Zielüberhitzungsgrades betrieben wird. Der Überhitzungsgrad wird damit hinsichtlich der Maximalüberhitzung überwacht und begrenzt.
  • Dieser maximale Sollwert für den Zielüberhitzungsgrad, kann jedoch auf einen konstanten Wert zwischen 3 und 7 K eingestellt werden. Auch hier spielt die Messungenauigkeit die entscheidende Rolle in der Festlegung und damit belastbaren Messbarkeit des Wertes der unteren Überhitzungsgrenze.
  • In diesem Betriebspunkt muss die Überhitzung auf einen Maximalwert begrenzt werden, der nicht überschritten werden darf, da sich ansonsten aufgrund des Überhitzungseffekts im Kältemittel ein luftseitige Temperaturinhomogenität ausbildet. Je höher die am Verdampfer abgerufene Leistung, desto höher kann die zulässige Überhitzung angesetzt werden, umgekehrt ist die zulässige Überhitzung bei Niederlastpunkten niedriger anzusetzen, um auf diese Weise die geringsten Effekte in der luftseitigen Temperaturinhomogenität zu erzielen.
  • Bei einer Regelung des Kältemittelzustands auf diesen maximalen Sollwert, wird durch den Innenraum-Verdampfer des wenigstens einen Innenraum-Verdampferzweiges eine maximale Kälteleistung bei definiertem Dampfgehalt erzeugt, so dass aufgrund der Eigenschaft des niederdruckseitigen Akkumulators eine zu Inhomogenitäten in der Temperaturverteilung des Zuluftstroms führende Überhitzung des Kältemittels am Verdampferaustritt des Innenraum-Verdampfers nicht auftreten kann. Die Kühlleistung des Innenraum-Verdampfers wird mittels des Verdichters auf einen Sollwert bzw. angestrebten Wert der Ausblastemperatur des in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstromes geregelt. Das zweite Expansionsorgan regelt seinerseits eine Unterkühlung oder den optimalen Hochdruck des Systems ein.
  • Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren nach der zweitgenannten Lösung ist kein kältemittelseitiger Druck-Temperatursensor im Chiller-Zweig erforderlich.
  • In der erfindungsgemäßen Betriebsart des Kältemittelkreislaufs, bei welchem das Kältemittel im Innenraum-Verdampfer des wenigstens einen Innenraum-Verdampferzweiges auf wenigstens einen maximalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades geregelt wird, wird der Chiller mittels Steuerung des Öffnungsgrades des ersten Expansionsventil auf eine Sollabkühltemperatur des Kühlmittels des mit dem Chiller gekoppelten Kühlmittelkreislaufs geregelt.
  • Bei dem Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs für ein Fahrzeug mit
    • - einem Chiller-Zweig, welcher einen Chiller, ein erstes Expansionsorgan und einen stromabwärts des Chillers nachgeschalteten ersten Druck-Temperatursensor aufweist und mit einem Kühlmittelkreislauf thermisch gekoppelt ist,
    • - wenigstens einem Innenraum-Verdampferzweig, welcher einen Innenraum-Verdampfer, ein zweites Expansionsorgan und einen stromabwärts des Innenraum-Verdampfers nachgeschalteten zweiten Druck-Temperatursensor aufweist und dem Chiller-Zweig parallel geschaltet ist,
    • - einem einen definierten Dampfgehalt einstellenden niederdruckseitigen Akkumulator,
    • - einem Kältemittelverdichter,
    • - einem Kondensator oder Gaskühler, und
    • - einer Regelvorrichtung mindestens zum Regeln des ersten und zweiten Expansionsorgans zumindest in Abhängigkeit der Messwerte des ersten und zweiten Druck-Temperatursensors wird nach der drittgenannten Lösung
    • - in einer ersten Betriebsart der Innenraum-Verdampfer mit einer gegenüber dem Chiller höheren Kälteleistung auf eine Soll-Luftausblastemperatur mittels eines durch den Kältemittelverdichter eingestellten Niederdrucks geregelt, mittels desdas zweiten Expansionsorgans die Unterkühlung nach dem Kondensator oder Gaskühler eingestellt und der Chiller mittels des ersten Expansionsorgans auf eine Soll-Abkühltemperatur des Kühlmittels geregelt, und
    • - in einer zweiten Betriebsart der Chiller mit einer gegenüber dem Innenraum-Verdampfer höheren Kälteleistung geregelt,
    • - in der zweiten Betriebsart ein Istwert des Überhitzungsgrades des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Innenraum-Verdampfers mittels der Regelvorrichtung aus den Messwerten des zweiten Druck-Temperatursensors bestimmt, und
    • - in der zweiten Betriebsart bei einem über einem verdampfer- und betriebslastabhängigen maximalen Sollwert liegenden Istwert des Überhitzungsgrades mittels der Regelvorrichtung der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsorgans auf den maximalen Sollwert des Überhitzungsgrades geregelt.
  • Schließlich wird auch bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren nach der drittgenannten Lösung die Eigenschaft des niederdruckseitigen Akkumulators, wonach dieser einen konstanten Dampfgehalt an mindestens einem Verdampfer (wozu auch der Chiller gehört) einregelt, zunutze gemacht, indem der Zustand des Kältemittels des Innenraum-Verdampfers über die Erfassung der Messwerte des dem Innenraum-Verdampfers nachgeschalteten Druck-Temperatursensors hinsichtlich einer Überhitzung des Kältemittels stets überwacht wird und dann, wenn die Kälteleistung des Chillers höher ist als diejenige des Innenraum-Verdampfers, wenn also bspw. der Kältemittelkreislauf von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart übergeht, der Innenraum-Verdampfer mittels des zweiten Expansionsorgans auf eine gezielte und definierte Überhitzung, die nicht zu überschreiten ist, geregelt wird. Hierzu wird mittels der Regelvorrichtung der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsorgans auf einen maximalen Sollwert des Überhitzungsgrades vergrößert, so dass bei dieser geringen Überhitzung des Kältemittels keine Inhomogenitäten in der Temperaturverteilung des Zuluftstroms auftreten können.
  • Dieser maximale Sollwert für den Zielüberhitzungsgrad ist verdampfer- und lastfallabhängig, kann jedoch auf einen konstanten Wert von bspw. 5 K eingestellt werden. Die Lastfallabhängigkeit bezieht sich in dieser Betriebsart auf die anliegenden Umgebungsbedingungen für ein Kältekreissystem, das mit zunehmender Last auch mit höheren Überhitzungswerten betrieben werden kann. Umgekehrt sinken die Werte der der maximal zulässigen Überhitzung, ohne dass es luftseitig zu Inhomogenität in der Temperaturverteilung kommt, mit sinkender Umgebungslast.
  • Wenn bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren nach der drittgenannten Lösung von der ersten Betriebsart auf die zweite Betriebsart, in welcher der Chiller eine größere Kühlleistung als der Innenraum-Verdampfer liefert, gewechselt wird, wird unter Berücksichtigung der Messgrößen des dem Innenraum-Verdampfer nachgeschalteten zweiten Druck-Temperatursensors die Überhitzungsregelung für den Innenraum-Verdampfer durchgeführt, indem das Kältemittel des Innenraum-Verdampfers gezielt auf eine maximale Überhitzung entsprechend des maximalen Sollwertes, bspw. von 5 K geregelt wird.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass
    • - der Kältemittelkreislauf mit einem weiteren Innenraum-Verdampferzweig ausgebildet wird, welcher einen weiteren Innenraum-Verdampfer, ein drittes Expansionsorgan und einen stromabwärts des Innenraum-Verdampfers nachgeschalteten Druck-Temperatursensor aufweist,
    • - die beiden Innenraum-Verdampferzweige parallel geschaltet werden,
    • - ein Istwert des Überhitzungsgrades des Kältemittels am Kältemittelaustritt des weiteren Innenraum-Verdampfers mittels der Regelvorrichtung aus den Messwerten des Druck-Temperatursensors des weiteren Innenraum-Verdampfers bestimmt wird, und
    • - ein über einem verdampfer- und betriebslastabhängigen weiteren maximalem Sollwert liegenden Istwert des Überhitzungsgrades mittels der Regelvorrichtung der Öffnungsgrad des dritten Expansionsorgans auf den maximalen Sollwert des Überhitzungsgrades geregelt wird.
  • Bei dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens stellen die beiden Innenraum-Verdampfer einen Front-Verdampfer und einen Heck-Verdampfer dar. Werden die beiden Innenraum-Verdampfer gleichzeitig betrieben, wird eine Überhitzung an dem Heck-Verdampfer als weiterer Innenraum-Verdampfer auf eine maximale Überhitzung entsprechend des maximalen Sollwertes des Überhitzungsgrades beschränkt. Dieser maximale Sollwert ist verdampfer- und betriebslastabhängig, jedoch hat sich auch ein konstanter Wert von 3 bis 5 K als vorteilhaft herausgestellt, insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Messgenauigkeit der zum Einsatz kommenden Druck-Temperatur-Sensorik.
  • Mit dieser maximalen Überhitzung des Kältemittels am Austritt des Heck-Verdampfers wird eine Inhomogenität luftseitig und andererseits eine zu starke Flutung des Heck-Verdampfers aufgrund eines zu hohen Kältemittelmassenstrom verhindert, was zusätzlich der Systemeffizienz zugutekommt, da die Fördermenge an Kältemittel über den Verdichter limitiert werden kann. Mit dem maximalen Sollwert von bspw. 3 bis 5 K ist auch gewährleistet, dass der Dampfgehalt mittels des Akkumulators am Front-Verdampfer eingestellt wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass zur Unterfüllungserkennung des Kältemittelkreislaufs dem Akkumulator kältemittelseitig stromabwärts ein Druck-Temperatursensor nachgeschaltet wird.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach einer letzten Weiterbildung der Erfindung anstelle wenigstens eines Druck-Temperatursensors ein Temperatursensor verwendet wird, wobei der wenigstens eine Druckwert des wenigstens einen Druck-Temperatursensors in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Kältemittelkreislaufs und Klimaparametern geschätzt wird.
  • Damit können die Druck-Temperatursensoren nach den jeweiligen Verdampfern (Innenraumfrontverdampfer, Innenraumheckverdampfer, Chiller) und/ oder Kondensator/ Gaskühler sowie Heizkondensator/ Heizgaskühler in den bereitgestellten Messsignalen auf den Temperaturwert reduziert werden. Das Drucksignal kann entfallen und statt dessen über die verbauten Sensoren am Austritt des Verdichters und Austritt des Akkumulators oder ggf. am Eintritt des Verdichters über Kennlinien/ Kennfelder abgeleitet und zurückgerechnet werden. In die Abschätzung der Drucksignalwerte am Austritt der jeweiligen Wärmeübertrager fließen in Abhängigkeit der Luftfeuchtigkeit, Luftmenge, Luftklappenstellung, Umgebungstemperatur (entspricht der luftseitigen Eintrittstemperatur des jeweils betroffenen Wärmeübertragers), Setpoint (entspricht der luftseitigen Austrittstemperatur des jeweils betroffenen Wärmeübertragers) die zu erwartenden Druckverluste mit ein, so dass unter Einbeziehung dieser Werte in die niederdruck- und hochdruckseitigen Messwerte, die Drucklage am jeweiligen Wärmeübertrager ermittelbar ist.
  • Mit steigender Systemlast ist ein Anstieg und mit sinkender Systemlast ist mit einem Abfall des Druckverlustes verbunden. Anhand der am Wärmeübertrager umgesetzten Leistung kann der zirkulierende Kältemittelmassenstrom abgeschätzt und darüber der Druckverlust prognostiziert werden.
  • Anstelle eines kostspieligen Kombinationssensors wird somit ein kostengünstigerer Temperatursensor eingesetzt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
    • 1 eine Schaltungsanordnung eines Kältemittelkreislaufs zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 2 eine zur Schaltungsanordnung nach 1 alternative Schaltungsanordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
    • 3 eine weitere zur Schaltungsanordnung nach 1 alternative Schaltungsanordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Der in 1 dargestellte Kältemittelkreislauf 1 kann in einem AC-Betrieb und in einem Wärmepumpenbetrieb betrieben werden und weist zwei Verdampfer auf, nämlich einen Chiller 2, welcher mit einem Kühlmittelkreislauf 2.1 zur Kühlung, bspw. einer Hochvoltbatterie thermisch verbunden ist und einen als Front-Verdampfer eingesetzten Innenraum-Verdampfer 3.
  • Der Kältemittelkreislauf 1 besteht aus
    • - einem Chiller-Zweig 2.0 mit dem Chiller 2, einem vorgeschalteten ersten Expansionsorgan AE_V1 und einem dem Chiller 2 nachgeschalteten ersten Druck-Temperatursensor pT4_V1, wobei der Chiller 2 neben der Kühlung bspw. einer elektrischen Komponente des Fahrzeugs auch zur Realisierung einer Wasser-Wärmepumpenfunktion unter Nutzung der Abwärme einer elektrischen Komponenten eingesetzt wird,
    • - einem Innenraum-Verdampferzweig 3.0 mit dem Innenraum-Verdampfer 3, einem vorgeschalteten zweiten Expansionsorgan AE_V2 und einem dem Innenraum-Verdampfer 3 nachgeschalteten zweiten Druck-Temperatursensor pT4_V2, wobei der Innenraum-Verdampferzweig 3.0 dem Chiller-Zweig 2.0 parallel geschaltet ist,
    • - optional einem weiteren Innenraum-Verdampferzweig 4.0 mit einem Verdampfer 4 als Heckverdampfer, einem vorgeschalteten dritten Expansionsorgan AE V3 und einem dem Innenraum-Verdampfer 4 nachgeschalteten Druck-Temperatursensor pT4_V3, wobei dieser weitere Innenraum-Verdampferzweig 4.0 dem Innenraum-Verdampferzweig 3.0 mit dem Innenraum-Verdampfer 3 als Frontverdampfer parallel geschaltet ist,
    • - einem niederdruckseitigen Akkumulator 5 mit der Eigenschaft, den Dampfgehalt des Kältemittels auf einen konstanten Wert zu regeln,
    • - einem Kältemittelverdichter 6,
    • - einem äußeren Kondensator 7 oder Gaskühler 7 mit einem demselben in seiner Funktion als Wärmepumpenverdampfer für den Heizbetrieb zugeordneten Expansionsorgan AE3, wobei dieser Kondensator 7 oder Gaskühler 7 über ein als Absperrventil A4 mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters 6 und andererseits über das Expansionsorgan AE3 unter Bildung eines Abzweigpunktes Ab1 mit dem Chiller-Zweig 2.0, dem Innenraum-Verdampferzweig 3.0 und gegebenenfalls mit dem weiteren Innenraum-Verdampferzweig 4.0 fluidverbunden ist,
    • - einem inneren Wärmeübertrager 11, dessen Hochdruckseite zwischen dem Expansionsorgan AE3 und dem äußeren Kondensator 7 bzw. Gaskühler 7 angeordnet ist, während dessen niederdruckseitiger Abschnitt zwischen dem Akkumulator 5 und dem Kältemittelverdichter 6 in den Kältemittelkreislauf 1 eingebunden ist,
    • - einem Heizzweig 1.1 mit einem inneren Heizkondensator 9 oder Heizgaskühler 9 (auch als Heizregister bezeichnet), einem demselben stromabwärts nachgeschalteten Absperrventil A1 zur Verbindung des Heizzweiges 1.1 mit dem Abzweigpunkt Ab1 und einem demselben stromaufwärts vorgeschalteten Absperrventil A3 zur Verbindung mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters 6,
    • - einem Expansionsorgan AE4, welches einerseits stromabwärts unter Bildung eines Abzweigpunktes Ab2 mit dem Absperrventil A4 und dem Kondensator 7 bzw. Gaskühler 7 und andererseits stromaufwärts mit dem Absperrventil A1 und dem Heizkondensator bzw. Heizgaskühler 9 verbunden ist,
    • - einem Wärmepumpenrückführzweig 1.2 mit einem Absperrventil A2 und einem Rückschlagventil R1, welches einerseits stromaufwärts mit dem Abzweigpunkt Ab2 fluidverbunden ist und andererseits stromabwärts eine Fluidverbindung mit dem Akkumulator 5 herstellt, wobei die das Absperrventil A2 und das Rückschlagventil R1 verbindende Kältemittelleitung über ein Absperrventil A5 mit dem Heizzweig 1.1, also stromaufwärtsseitig des inneren Heizkondensators 9 bzw. Heizgaskühlers 9 mit demselben verbunden ist,
    • - ein bspw. als Hochvolt-PTC-Heizelement ausgeführtes elektrisches Heizelement 10 als Zuheizer für einen in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom, welches zusammen mit dem inneren Heizkondensators 9 oder Heizgaskühler 9 und dem Innenraum-Verdampfer 3 in einem Klimagerät angeordnet ist, und
    • - eine bspw. als Klimasteuergerät ausgeführte Regelvorrichtung 8, welcher zu verarbeitende Eingangssignale E, wie bspw. Istwerte von Sensoren zugeführt werden, um hieraus Steuersignale bzw. Sollwerte als Ausgangssignale A zur Steuerung der einzelnen Komponenten des Kältemittelkreislaufs 1 zu erzeugen.
  • Als Sensoren sind in dem Kältemittelkreislauf 1 mehrere Druck-Temperatursensoren vorgesehen. So sind wie oben bereits ausgeführt dem Chiller 2 ein erster Druck-Temperatursensor pT4_V1 und dem Innenraum-Verdampfer 3 ein zweiter Druck-Temperatursensor pT4_V2 nachgeordnet. Ferner ist ein Druck-Temperatursensor pT1 am Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters 6, ein Druck-Temperatursensor pT2 am Ausgang des Akkumulators 5, ein Druck-Temperatursensor pT3 am Ausgang des Kondensators 7 oder Gaskühler 7 und schließlich ein Druck-Temperatursensor pT4 am Ausgang des inneren Heizkondensators bzw. Heizgaskühlers 9 angeordnet.
  • Mit den beiden Absperrventilen A3 und A4 wird der Kältemittelstrom ausgehend von der Hochdruckseite des Kältemittelverdichters 6 in Abhängigkeit des Zustandes dieser beiden Absperrventile entweder bei offenem Absperrventil A4 und gesperrtem Absperrventil A3 in den Kondensator 7 oder Gaskühler 7 geleitet oder strömt bei offenem Absperrventil A3 und geschlossenem Absperrventil A4 in den Heizzweig 1.1. Die beiden Absperrventile A3 und A4 können auch zu einem 3-2-Wegeventil als Umschaltventil USV1 ausgeführt werden. Entsprechendes gilt auch für die beiden Absperrventile A2 und A5, die zu einem 3-2-Wegeventil als Umschaltventil USV2 zusammengefasst werden können.
  • Die beiden Umschaltventile USV1 und USV2 können in ein einziges kompaktes elektrisches Mehrwegeventil zusammengefasst und ausgeführt werden.
  • Im AC-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1 strömt das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel ausgehend von dem Kältemittelverdichter 6 bei offenem Absperrventil A4 in den äußeren Kondensator 7 oder Gaskühler 7, den Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 11, über das vollständig geöffnete Expansionsorgan AE3 sowie des Abzweigpunktes Ab1 mittels des ersten Expansionsorgans AE3_V1 in den Chiller-Zweig 2.0 und/oder in den Innenraum-Verdampferzweig 3.0 (gegebenenfalls auch in den weiteren Innenraum-Verdampferzweig 4.0). Aus dem Chiller-Zweig 2.0 strömt das Kältemittel über den Akkumulator 5 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 11 zurück zum Kältemittelverdichter 6, während das Kältemittel aus dem Innenraum-Verdampferzweig 3.0 (und gegebenenfalls aus dem weiteren Innenraum-Verdampferzweig 4.0) über ein Rückschlagventil R2 strömt und anschließend über den Akkumulator 5 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 11 zurück zum Kältemittelverdichter 6 fließen kann.
  • In diesem AC-Betrieb ist der Heizzweig 1.1 mittels des Absperrventils A3 abgesperrt, so dass heißes Kältemittel, bspw. R744 nicht durch den Heizkondensator bzw. Heizgaskühler 9 strömen kann.
  • Um im AC-Betrieb maximale Flexibilität hinsichtlich der Leistungsverteilung zwischen mehreren Verdampfern, also dem Innenraum-Verdampfer 3 als Frontverdampfer, gegebenenfalls dem weiteren Innenraum-Verdampfer 4 als Heckverdampfer einerseits und dem Chiller 2 andererseits zu erzielen, sind jeder dieser Komponenten die oben beschriebenen Expansionsorgane vorgeschaltet, die jeweils als elektrisches Expansionsventil mit einer Absperrfunktion ausgeführt sind. Dies betrifft das Expansionsorgan AE_V1 des Chillers 2, das Expansionsorgan AE_V2 des Innenraum-Verdampfers 3 und gegebenenfalls auch das Expansionsorgan AE_V3 des weiteren Innenraum-Verdampfers 4. Somit lassen sich die aufgeführten Innenraum-Verdampfer 3 und 4 sowie der Chiller 2 jeweils einzeln oder der Innenraum-Verdampfer 3 und gegebenenfalls auch der weiteren Innenraum-Verdampfer 4 mit dem Chiller 2 gekoppelt betreiben. Ferner ist es möglich, dass der Innenraum-Verdampfer 3 und gegebenenfalls auch der Innenraum-Verdampfer 4 mit einer höheren Kälteleistung betrieben wird bzw. werden als der Chiller 2 oder umgekehrt, dass der Chiller 2 mehr Kühlleistung erzeugt als der Innenraum-Verdampfer 3 und gegebenenfalls auch der Innenraum-Verdampfer 4. Schließlich kann auch zwischen diesen Verdampfern und dem Chiller eine Leistungsgleichheit hergestellt werden.
  • Der Niederdruck-Akkumulator 5 in einem Kältemittelkreislauf 1, welcher dem Chiller-Zweig 2.0, dem Innenraum-Verdampferzweig 3.0 und gegebenenfalls auch dem weiteren Innenraum-Verdampferzweig 4.0 nachgeschaltet ist, hat die Aufgabe, die gasförmige und die flüssige Phase des eintretenden Kältemittels voneinander zu trennen und das flüssige Kältemittel im Sinne eines Volumenpuffers zu speichern oder in Umlauf zu bringen, je nach systemseitig benötigter Kältemittelmenge. Das aus dem Akkumulator 5 in den nachgeschalteten niederdruckseitigen Abschnitt des inneren Wärmeübertragers 11 zum Kältemittelverdichter 6 abgesaugte Kältemittel soll einen möglichst hohen und definierten Dampfgehalt aufweisen. Praxisnahe Werte bewegen sich zwischen 80-95%. Werte darunter bedeuten zu nasses Kältemittel und damit Gefahr der Ölauswaschung am Kältemittelverdichter 6, Werte darüber können den Ölrücktransport zum Verdichter 6 beeinträchtigen.
  • Ferner soll mittels des Akkumulators das von dem Kältemittelverdichter 6 in den Kältemittelkreislauf 1 eingebrachte und u.a. im Akkumulator 5 eingelagertes Schmieröl wieder zum Kältemittelverdichter 6 zurückgeführt werden. Zu diesem Zweck ist bspw. im Akkumulator 5 ein U-förmiges (Austritts-) Rohr integriert, welches am tiefsten Punkt eine Ölbohrung (auch Schnüffelbohrung genannt) aufweist. Ein offenes Ende des U-Rohres reicht in den über dem flüssigen Kältemittel liegenden Dampfraum des Akkumulators 5, das andere (Eintritts-) Rohr führt stromaufwärts in die Saugleitung zu den Verdampfern 2 und 3 und gegebenenfalls 4. Bei ausreichender Strömungsgeschwindigkeit im U-Rohr erfolgt durch die Sogwirkung ein Aufsaugen von Öl bzw. Öl-Kältemittelflüssigkeitsgemisch aus dem unteren Bereich des Akkumulators 5. In Abhängigkeit der Größe der Innenbohrung stellt sich ein Dampfgehalt von bspw. 90 % am Ausgang des Akkumulators 5 ein. Ist die Ölbohrung zu klein, verbleibt verstärkt Öl und sammelt sich Öl im unteren Bereich des Akkumulators 5 an, während bei einer zu großen Ölbohrung der Dampfgehalt sinkt.
  • Ein solcher Akkumulator 5 regelt bei einer Inbetriebnahme des Kältemittelkreislaufs oder bei einem Lastwechsel zwischen dem Innenraum-Verdampfer 3 und dem Chiller 2 den Dampfgehalt am Kältemittelaustritt desjenigen Verdampfers, welcher die höchste Kühlleistung erzeugt und damit den größten Kältemittelmassenstrom liefert auf einen konstanten Wert. Der durch den Akkumulator passiv eingestellte Dampfgehalt stellt sich hierbei im eingeschwungenen Zustand des Kältemittelkreislaufs sowohl am Austritt des Verdampfers mit der höchsten Kühlleistung als auch am Kältemittelaustritt des Akkumulators ein.
  • Es kann jedoch im Parallelbetrieb des Innenraum-Verdampfers 3 und des Chillers 2 und gegebenenfalls des weiteren Innenraum-Verdampfers 4 an demjenigen Verdampfer, mit welchem direkt ein dem Fahrzeuginneren zugeführter Zuluftstrom konditioniert wird, ein Kältemittelstrom mit einer Tendenz zur Kältemittelüberhitzung austreten. Wenn eine solche Kältemittelüberhitzung einen verdampfer- und betriebslastabhängigen Wert von bspw. 5 K übersteigt führt dies zu einer Inhomogenität in der Temperaturverteilung des Zuluftstroms, der somit ein ungleichmäßiges Temperaturprofil an den Ausströmern in den Fahrzeuginnenraum erzeugt.
  • Die Eigenschaft eines solchen Niederdruck-Akkumulators 5, eine eigenständige Regelung des Dampfgehalts an mindestens einem Verdampfer auf einen konstanten Wert durchzuführen, wird in vorteilhafter Weise genutzt, um korrekte Arbeits- und Betriebspunkte der jeweiligen aktiven Verdampfer, also Innenraum-Verdampfer 3 und gegebenenfalls Innenraum-Verdampfer 4 und Chiller 2 sicherzustellen, wie dies nachfolgend erläutert wird.
  • Anhand des Kältemittelkreislaufs 1 nach 1 wird ein Ausführungsbeispiel eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, mit welchem eine zu einer Inhomogenität in der Temperaturverteilung des in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstroms führende kritische Überhitzung des Kältemittels in dem Innenraum-Verdampfer 3 und gegebenenfalls auch in dem zusätzlichen Innenraum-Verdampfer 4 vermieden wird. Falls das den Chiller 2 durchströmende Kältemittel in einen überhitzten Zustand gerät, führt dies aufgrund dessen Kopplung an den Kühlmittelkreis zu keiner Inhomogenität an einem in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom. Bei Einsatz von beiden Verdampfer 3 und 4 wird der Innenraum-Verdampfer 3 als Frontverdampfer und der weitere Innenraum-Verdampfer 4 als Heckverdampfer eingesetzt. Zunächst wird von einem Kältemittelkreislauf 1 nach 1 ohne einen solchen Heckverdampfer ausgegangen.
  • Der Kältemittelkreislauf 1 wird in einem als erste Betriebsart genannten Standartbetriebsfall betrieben, in welchem der Innenraum-Verdampfer 3 mit einer gegenüber dem Chiller 2 höheren Kälteleistung auf eine Soll-Luftausblastemperatur mittels eines durch den Kältemittelverdichter 6 eingestellten Niederdrucks geregelt und bei vollständig geöffnetem Expansionsorgang AE3 mittels des zweiten Expansionsorgans AE_V2 die Unterkühlung nach dem Kondensator oder Gaskühler 7 eingestellt, jeweils in Abhängigkeit von Eingangsgrößen E mittels der Regelvorrichtung 8, während der Chiller 2 mittels des ersten Expansionsorgans AE_V1 auf eine Soll-Abkühltemperatur des Kühlmittels geregelt wird. Gleichzeitig wird der Überhitzungszustand am Kältemittelaustritt des Innenraum-Verdampfers 3 anhand der Messwerte des Druck-Temperatursensors pT4_V2 überwacht und hieraus ein Istwert des Überhitzungsgrades bestimmt.
  • Wechselt der Kältemittelkreislauf 1 auf eine zweite Betriebsart, in welcher der Chiller 2 mit einer gegenüber dem Innenraum-Verdampfer 3 höheren Kälteleistung geregelt wird, wird bei einem über einem verdampfer- und betriebslastabhängigen maximalem Sollwert liegenden Istwert des Überhitzungsgrades mittels der Regelvorrichtung 8 der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsorgans AE_V2 des Innenraum-Verdampfers 3 auf den maximalen Sollwert des Überhitzungsgrades geregelt, d. h. die dem Standartbetriebsfall entsprechende Regelfunktion des zweiten Expansionsorgans AE_V2 wird von einer Regelung der Unterkühlung oder des optimalen Hochdrucks auf eine maximale Überhitzung umgestellt. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, diesen Sollwert auf einen konstanten Wert von bspw. 5 K einzustellen. Der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsorgans AE_V2 wird daher so lange verändert, bis die Istwerte des Druck-Temperatursensors pT4_V2 der maximalen soll Überhitzung von bspw. 5 K entsprechen. Damit werden Inhomogenitäten in der Temperaturverteilung des in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstromes noch unterbunden.
  • Falls der Kältemittelkreislauf wieder zum Standardbetriebsfall zurückkehrt, in welchem der Innenraum-Verdampfer 3 gegenüber dem Chiller 2 wieder die größere Kühlleistung zur Verfügung stellt, wird seitens des Akkumulators 5 an dem Kältemittelausgang des Innenraum-Verdampfers 3 der Dampfgehalt des Kältemittels wieder auf einen konstanten Wert ein geregelt.
  • Bei einem Kältemittelkreislauf 1 nach 1 mit einem weiteren Innenraum-Verdampfer 4 wird der Innenraum-Verdampfer 3 als Frontverdampfer und der weitere Innenraum-Verdampfer 4 als Heckverdampfer eingesetzt. Auch in dieser Konstellation wird der Überhitzungsgrad am Kältemittelausgang des Innenraum-Verdampfers 4 mittels eines Druck-Temperatursensors pT4_V3 überwacht, wenn beide Verdampfer gleichzeitig betrieben werden.
  • Ebenso wird in dieser Betriebsart des Kältemittelkreislaufs mit dem gleichzeitigen Betrieb der beiden Innenraum-Verdampfer 3 und 4 das Kältemittel im Innenraum-Verdampfer 4 auf eine maximale Überhitzung mit einem weiteren maximalen Sollwert zwischen 3 K und 5 K eingestellt. Je niedriger dieser maximale Sollwert eingestellt wird, desto bessere Schichtungseigenschaften treten auch an dem Heckverdampfer auf. So wird einerseits eine luftseitige Inhomogenität und andererseits eine zu starke Flutung des Heckverdampfers aufgrund eines zu hohen Kältemittelmassenstroms verhindert, da bei nicht vorhandener Überhitzung der exakte Kältemittelzustand nicht eindeutig und auf einfache Weise zu bestimmen ist. Somit kann dieser weitere Innenraum-Verdampfer 4 mit optimaler Füllung und das gesamte System mit bester Effizienz betrieben werden. Mit der Vorgabe des maximalen Sollwertes für die Überhitzung ist auch stets gewährleistet, dass im Standardbetriebsfall des Kältemittelkreislaufs 1, d. h. bei maximaler Erzeugung von Kälteleistung durch den Frontverdampfer, also den Innenraum-Verdampfer 3, der Akkumulator 5 den Dampfgehalt an diesem Innenraum-Verdampfer 3 einstellt. Wird ausschließlich neben dem Chiller 2 nur der weitere Innenraum-Verdampfer 4 als Heckverdampfer betrieben, können die Messsignale des zugehörigen Druck-Temperatursensors pT4_V3 ignoriert werden, da der Akkumulator 5 den Dampfgehalt und damit die Kältemittelgüte am Innenraumverdampfer 4 einstellt. Mittels des zugehörigen Expansionsorgans AE_V3 erfolgt eine Unterkühlungsregelung oder eine Regelung auf einen optimalen Hochdruck.
  • Der Kältemittelkreislauf 1 nach 1 weist einen optionalen Druck-Temperatursensor pT2 auf, welcher am Kältemittelaustritt des Akkumulators 5 angeordnet ist, welcher zur unter Füllungserkennung dient, aber auch zur Einstellung und Überwachung eines geforderten Niederdrucks herangezogen werden kann.
  • Ein weiterer Druck-Temperatursensor pT1 des Kältemittelkreislaufs 1 nach 1 dient zur Bestimmung der Kältemitteltemperatur sowie des Hochdrucks des verdichteten Mediums am Austritt des Kältemittelverdichters 6. Die Überwachung dieser beiden Größen dient dazu, die maximal zulässigen mechanischen und thermischen Belastungen der Kälteanlage speziell am Austritt des Kältemittelverdichters 6 zu überwachen und ggf. durch Abregelungsmaßnahmen, eingefordert über das Steuergerät 8, den Systembetrieb zu limitieren, um die zulässigen Höchstwerte nicht zu überschreiten.
  • Ein gemäß des Kältemittelkreislaufs 1 nach 1 stromabwärts des Heizkondensators 9 oder Heizgaskühlers 9 angeordneter Druck-Temperatursensor pT4 dient zur Steuerung der unterschiedlichen Betriebsmodi des Kältemittelkreislaufs 1, insbesondere im Wärmepumpenmodus bei aktiv durchströmten Heizkondensator 9 oder Heizgaskühler 9 durch die als Klimasteuergerät ausgebildet Regelvorrichtung 8.
  • Der an der Austrittsseite des Kondensators 7 oder Gaskühlers 7 vorgesehene Druck-Temperatursensor pT3 dient primär zur Einstellung bzw. Überwachung des Systembetriebsgrößen optimaler Hochdruck bei überkritischem Systembetrieb bzw. Unterkühlung nach Gaskühler 7 bei unterkritischem Systembetrieb.
  • Anhand des Kältemittelkreislaufs 1 nach 2 oder 3 wird ein Ausführungsbeispiel eines zweiten und eines dritten erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert, mit welchem eine zu einer Inhomogenität in der Temperaturverteilung des in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstroms führende Überhitzung des Kältemittels in dem Innenraum-Verdampfer 3 als Frontverdampfer vermieden wird. Falls das den Chiller 2 durchströmende Kältemittel in einen überhitzten Zustand gerät, führt dies zu keiner Inhomogenität an einem in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom. Bei Einsatz von beiden Innenraum-Verdampfern 3 und 4 wird der Innenraum-Verdampfer 3 als Frontverdampfer und der weitere Innenraum-Verdampfer 4 als Heckverdampfer eingesetzt. Zunächst wird von einem Kältemittelkreislauf 1 nach 2 ohne einen solchen Heckverdampfer ausgegangen.
  • Der Kältemittelkreislauf 1 nach 2 entspricht dem Aufbau desjenigen von 1, jedoch mit dem Unterschied, dass dem Innenraum-Verdampfer 3 kein Druck-Temperatursensor pT4_V2 nachgeschaltet ist. Bei dem Kältemittelkreislauf nach 3 ist dagegen dem Chiller 2 kein Druck-Temperatursensor nachgeschaltet, jedoch dem Innenraum-Verdampfer 3 ein Druck-Temperatursensor pT4_V2.
  • Bei einem Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1 nach 2 mit dem Innenraum-Verdampfer 3 und dem Chiller 2 ist es auch möglich, im Vergleich zu dem Kältemittelkreislauf nach 1 jeweils auf einen der beiden Druck-Temperatursensoren pT4_V1 oder pT4_V2 zu verzichten, wenn in einem ersten Fall der Chiller 2 mit einem Druck-Temperatursensor pT4_V1 (vgl. 2) und im anderen Fall der Innenraum-Verdampfer 3 mit einem Druck-Temperatursensor pT4_V2 auf Überhitzung überwacht wird. Die Überhitzung an derjenigen Komponente 2 oder 3, welcher kältemittelausgangsseitig ein Druck-Temperatursensor pT4_V1 bzw. pT4_V2 zugeordnet ist, wird auf einen maximalen Sollwert beschränkt, der bspw. zwischen 3 und 7 K liegt.
  • Damit soll verhindert werden, dass insbesondere eine der beiden Komponenten, nämlich der Innenraum-Verdampfer 3 durch eine zu große resultierende Überhitzung des austretenden Kältemittels eine luftseitige inhomogene Temperaturverteilung aufweist mit der Folge, dass die Ausblastemperaturen des Zuluftstroms in den Fahrzeuginnenraum in linksseitige, mittige und rechtzeitige Ausströmern zu stark auseinander driften.
  • Fehlt eine solche Sensorik, kann je nach Lastfall des Kältemittelkreislaufs 1 ein Umkippen in der Einstellung der Kältemittelgüte über den Akkumulator 5 eintreten, d. h. entweder wird am Innenraum-Verdampfer 3 als Frontverdampfer oder am Chiller 2 der durch den Akkumulator 5 vorgegebene Dampfgehalt eingestellt, wobei das Kältemittel der jeweils anderen Komponente in eine extreme und nicht beeinflussbare Überhitzung überführt werden könnte.
  • Im Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1 nach 2 wird laufend der Istwert des Überhitzungsgrades des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers 2 aus den Messwerten des Druck-Temperatursensors pT4_V1 mittels der Regelvorrichtung 8 bestimmt und wenigstens auf einen minimalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades bzw. zulässigen Überhitzungsgrades geregelt. Hierzu wird der Chiller 2 durch entsprechende Steuerung des Öffnungsgrades des zugehöriger) Expansionsorgans AE_V1 mindestens mit der minimalen Überhitzung bzw. Mindestüberhitzung entsprechend des minimalen Sollwertes des Zielüberhitzungsgrades betrieben.
  • Dieser minimale Sollwert für den Zielüberhitzungsgrad ist verdampfer- und lastfallabhängig, kann jedoch auf einen konstanten Wert zwischen 3 und 7 K eingestellt werden.
  • Bei einer Regelung des Kältemittels bis hin auf diesen minimalen Sollwert wird durch den Chiller 2 mit dieser Mindestüberhitzung eine maximale Kälteleistung erzeugt, so dass aufgrund der Eigenschaft des niederdruckseitigen Akkumulators 5 eine zu Inhomogenitäten in der Temperaturverteilung des Zuluftstroms führende Überhitzung des Kältemittels am Verdampferaustritt des Innenraum-Verdampfers 3 nicht auftreten kann. Dies trifft natürlich auch dann zu, wenn das Kältemittel des Chillers 2 ausgehend von dem minimalen Sollwert zu höheren Überhitzungsgraden hin geregelt wird, wodurch die von dem Chiller 2 erzeugte Kälteleistung abnimmt. Die Kühlleistung des Chillers 2 wird mittels des ersten Expansionsorgans AE_V1 entsprechend einer Sollabkühltemperatur des Kühlmittels des mit dem Chiller 2 thermisch gekoppelten Kühlmittelkreislaufs 2.1 geregelt.
  • In Betriebsart des Kältemittelkreislaufs 1 gemäß 2, bei welchem das Kältemittel im Chiller 2 auf wenigstens einen minimalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades geregelt wird, wird der Innenraum-Verdampfer 3 mittels einer Unterkühlungsregelung oder mittels einer Regelung auf einen optimalen Hochdruck im Kältemittelkreislauf im Zusammenwirken mit dem Kältemittelverdichter 6 und dem seinerseits angefahrenen Niederdrucks auf einen Sollwert der Ausblastemperatur des in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstromes eingeregelt.
  • Auch im Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1 nach 3, bei welchem von den beiden Komponenten 2 und 3 lediglich der Innenraum-Verdampfer 3 ausgangsseitig einen Druck-Temperatursensor pT4_V2 aufweist, wird laufend der Istwert des Überhitzungsgrades des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Innenraum-Verdampfers 3 aus den Messwerten des Druck-Temperatursensors pT4_V2 mittels der Regelvorrichtung 8 bestimmt und auf einen maximal zulässigen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades geregelt. Hierzu wird der Innenraum-Verdampfer 3 durch entsprechende Steuerung des Öffnungsgrades des zugehörigen Expansionsorgans AE_V2 mindestens mit der minimalen Überhitzung bzw. Mindestüberhitzung entsprechend des zulässigen Sollwertes des Zielüberhitzungsgrades betrieben.
  • Dieser zulässige Sollwert für den Zielüberhitzungsgrad ist verdampfer- und lastfallabhängig, kann jedoch auf einen konstanten Wert zwischen 3 und 7 K eingestellt werden.
  • Bei einer Regelung des Kältemittels auf diesen maximal zulässigen Sollwert, wird durch den Innenraum-Verdampfer 3 eine maximale Kälteleistung erzeugt, so dass aufgrund der Eigenschaft des niederdruckseitigen Akkumulators eine zu Inhomogenitäten in der Temperaturverteilung des Zuluftstroms führende Überhitzung des Kältemittels am Verdampferaustritt des Innenraum-Verdampfers 3 nicht auftreten kann. Die Kälteleistung des Innenraum-Verdampfers 3 wird mittels des Kältemittelverdichters 6 auf einen Sollwert der Ausblastemperatur des in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstromes geregelt.
  • In dieser Betriebsart des Kältemittelkreislaufs 1 gemäß 3, bei welchem das Kältemittel im Innenraum-Verdampfer 3 auf wenigstens einen maximalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades geregelt wird, wird der Chiller 2 mittels Steuerung des Öffnungsgrades des ersten Expansionsventil AE_V1 auf eine Sollabkühltemperatur des Kühlmittels des mit dem Chiller 2 gekoppelten Kühlmittelkreislaufs 2.1 geregelt.
  • Auch bei dem Kältemittelkreislauf 1 gemäß 2 oder 3 kann in Analogie zu 1 neben dem Innenraum-Verdampfer 3 als Frontverdampfer ein weiterer Innenraum-Verdampfer als Heckverdampfer eingesetzt werden, dem ein Expansionsorgan AE_V3 vorgeschaltet und ein Druck-Temperatursensor pT4_V3 nachgeschaltet ist. Dieser weitere Innenraum-Verdampfer 4 ist zusammen mit dem Expansionsorgan AE_V3 und dem Druck-Temperatursensor pT4_V3 entsprechend demjenigen des Kältemittelkreislaufs 1 nach 1 in den Kältemittelkreislaufs 1 nach 2 oder 3 eingebunden.
  • Im gleichzeitigen Betrieb dieser beiden Innenraum-Verdampfer des Kältemittelkreislaufs 1 nach 2 oder 3 wird der Istwert der Überhitzung des Kältemittels am Kältemittelaustritt des weiteren Innenraum-Verdampfers als Heckverdampfer erfasst und auf eine maximale Überhitzung mit einem weiteren maximalen Sollwert zwischen 3 K und 5 K eingestellt. Je niedriger dieser maximale Sollwert eingestellt wird, desto bessere Eigenschaften hinsichtlich der luftseitigen Temperaturhomogenität treten an dem weiteren Innenraum-Verdampfer als Heckverdampfer auf. So wird einerseits die besagte luftseitige Inhomogenität und andererseits eine zu starke Flutung des Heckverdampfers aufgrund eines zu hohen Kältemittelmassenstroms verhindert. Somit kann dieser weitere Innenraum-Verdampfer mit optimaler Füllung und Effizienz betrieben werden. Mit der Vorgabe des maximalen Sollwertes für die Überhitzung ist auch stets gewährleistet, dass im Standardbetriebsfall des Kältemittelkreislaufs 1, d. h. bei Erzeugung von maximaler Kälteleistung durch den Innenraum-Verdampfer 3 als Frontverdampfer, der Akkumulator 5 den Dampfgehalt an diesem Innenraum-Verdampfer 3 einstellt. Wird als Sonderfall ausschließlich neben dem Chiller 2 nur der Heckverdampfer betrieben, können die Messsignale des zugehörigen Druck-Temperatursensors ignoriert werden, da der Akkumulator 5 den Dampfgehalt einstellt. Mittels des zugehörigen Expansionsorgans des Heckverdampfers erfolgt eine Unterkühlungsregelung oder eine Regelung auf einen optimalen Hochdruck.
  • Die in den Kältemittelkreisläufen 1 gemäß den 1, 2 und 3 verwendete Sensorik kann vereinfacht werden, d.h. die zum Einsatz kommenden Druck-Temperatursensoren nach den jeweiligen Verdampfern (Innenraumfront-, Innenraumheckverdampfer, Chiller) und/oder Kondensator und Gaskühler sowie Heizkondensator und Heizgaskühler können in den bereitgestellten Messsignalen auf den Temperaturwert reduziert werden. Das Drucksignal kann entfallen und statt dessen über die verbauten Sensoren am Austritt des Kältemittelverdichters und Austritt des Akkumulators oder ggf. am Eintritt des Kältemittelverdichters über Kennlinien/ Kennfelder abgeleitet und zurückgerechnet werden. In die Abschätzung der Drucksignalwerte am Austritt der jeweiligen Wärmeübertrager fließen in Abhängigkeit der Luftfeuchtigkeit, Luftmenge, Luftklappenstellung, Umgebungstemperatur (entspricht der luftseitigen Eintrittstemperatur des jeweils betroffenen Wärmeübertragers), Setpoint (entspricht der luftseitigen Austrittstemperatur des jeweils betroffenen Wärmeübertragers) die zu erwartenden Druckverluste mit ein, so dass unter Einbeziehung dieser Werte in die niederdruck- und hochdruckseitigen Messwerte, die Drucklage am jeweiligen Wärmeübertrager ermittelbar ist. Mit steigender Systemlast ist ein Anstieg und mit sinkender Systemlast ist ein Abfall des Druckverlustes verbunden. Anhand der am Wärmeübertrager umgesetzten Leistung kann der zirkulierende Kältemittelmassenstrom abgeschätzt und darüber der Druckverlust prognostiziert werden.
  • Anstelle eines kostspieligen Kombinationssensors als Druck-Temperatursensor kann ein kostengünstigerer Temperatursensor Verwendung finden.
  • Im Folgenden soll der Heizbetrieb des Kältemittelkreislaufs 1 nach 1 beschrieben werden, wobei diese Beschreibung auch für den Kältemittelkreislauf 1 nach 1 und nach 2 gilt.
  • Im Heizbetrieb des Kältemittelkreislaufs 1 gemäß den 1, 2 und 3 wird unter Einsatz des Chillers 2 zur Realisierung einer Wasser-Wärmepumpe oder unter Einsatz des äußeren Kondensators 7 oder Gaskühlers 7 als Wärmepumpenverdampfer zur Realisierung einer Luft-Wärmepumpe das Absperrventil A4 geschlossen und das Absperrventil A3 geöffnet, so dass heißes Kältemittel, bspw. R744 in den Heizzweig 1.1 strömen kann.
  • Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des Chillers 2 strömt das mittels des Kältemittelverdichters 6 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrventil A3 zur Abgabe von Wärme an einen in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom in den inneren Heizkondensator 9 oder Heizgaskühler 9 und wird anschließend über das geöffnete Absperrventil A1 und den Abzweigpunkt Ab1 mittels des Expansionsorgans AE_V1 in den Chiller 2 zur Aufnahme von Abwärme der in dem Kühlmittelkreislauf 2.1 angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten entspannt. Bei dieser Heizfunktion ist sind die Expansionsorgane AE3 und AE4 geschlossen.
  • Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des äußeren Kondensators 7 oder des Gaskühlers 7 als Wärmepumpenverdampfer strömt das mittels des Kältemittelverdichters 6 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrventil A3 zur Abgabe von Wärme an den in den Fahrgastinnenraum geführten Zuluftstrom in den inneren Heizkondensators 9 oder Heizgaskühlers 9 und wird anschließend über das geöffnete Absperrventil A1 mittels des Expansionsorgans AE3 in den äußeren Kondensator 7 oder Gaskühler 7 zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft entspannt und strömt anschließend über den Wärmepumpenrückführzweig 1.2 zurück zum Kältemittelverdichter 6
  • Eine indirekte Dreiecksschaltung wird dadurch realisiert, dass bei geöffnetem Absperrventil A1 das von dem Kältemittelverdichter 6 verdichtete Kältemittel mittels des Expansionsorgans AE_V1 in den Chiller 2 entspannt wird, wobei gleichzeitig kühlmittelseitig, also in dem Kühlmittelkreislauf 2.1 kein Massenstrom erzeugt wird, also bspw. das als Kühlmittel verwendete Wasser auf der Kühlmittelseite des Chillers 2 stehen bleibt bzw. der Chiller 2 nicht aktiv von Kühlmittel durchströmt wird.
  • Bei einem Reheat-Betrieb wird der in den Fahrzeuginnenraum zugeführte Zuluftstrom mittels des Verdampfers drei zunächst gekühlt und damit entfeuchtet, um anschließend mit der dem Zuluftstrom entzogenen Wärme mittels des inneren Heizkondensators 9 oder des Heizgaskühlers 9 diesen Zuluftstrom wieder zu erwärmen. Ein Reheat-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1 wird in Abhängigkeit der Wärmebilanz auf unterschiedliche Weise durchgeführt.
  • So wird bei ausreichender Heizleistung im Kältemittelkreislauf 1 nur der Innenraum-Verdampfer 3 mit Kältemittel durchströmt, indem der innere Heizkondensator oder Heizgaskühler 9 stromabwärtsseitig mittels des geöffneten Absperrventils A1 über das erste Expansionsorgan AE_V2 mit dem Verdampfer 3 fluidverbunden wird, wobei das dem Chiller 2 zugeordnete Expansionsorgan AE_V1 und ebenso wie die zum Kondensator 7 bzw. Gaskühler 7 führende Expansionsorgane AE3 und AE4 gesperrt sind. Aus dem Innenraum-Verdampfer 3 strömt das Kältemittel über das Rückschlagventil R2, über den Akkumulator 5 und den inneren Wärmeübertrager 9 wieder zurück zum Kältemittelverdichter 6, wobei die im Verdampfer 3 aufgenommene Wärme gemeinsam mit dem über den Kältemittelverdichter 6 eingetragenen Wärmestrom über den inneren Kondensator 9 oder Gaskühler 9 wieder an einen in das Fahrzeuginnere geführten Zuluftstrom abgegeben wird.
  • Bei einem Wärmemangel im Kältemittelkreislauf 1 wird zur Wärmeaufnahme zusätzlich zum Verdampfer 3 auch der Chiller 2 durch Öffnen des Expansionsorgans AE_V1 und/oder der äußere Kondensator 7 oder Gaskühler 7 mittels des Expansionsorgans AE3 parallel geschaltet.
  • Auch ist eine parallele Nutzung der Abwärme aus dem Chiller 2 als auch der Umgebungswärme mittels des äußeren Kondensators 7 oder Gaskühlers 7 möglich.
  • Bei einem Wärmeüberschuss im Reheat-Betrieb wird neben dem inneren Heizkondensator oder Heizgaskühler 9 zusätzlich über den äußeren Kondensator 7 oder Gaskühler 7 Wärme an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben, bevor das Kältemittel über den Verdampfer 3 wieder zurück zum Kältemittelverdichter 6 strömt. Hierzu wird mittels des Expansionsorgans AE4 das Kältemittel zur Kondensation auf einen über dem Verdampfungsdruck liegenden Zwischendruck entspannt und anschließend mittels Expansionsorgans AE_V2 in den Verdampfer 3 auf Niederdruck expandiert.
  • Der Zweig mit dem Absperrventil A5 dient als Absaugzweig 1.3, über den im AC-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1 bei geöffnetem Absperrventil A5 und geschlossenen Ventilen AE4 und A3 Kältemittel aus dem Heizzweig 1.1 abzusaugen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kältemittelkreislauf
    1.1
    Heizzweig des Kältemittelkreislaufs 1
    1.2
    Wärmepumpenrückführzweig des Kältemittelkreislaufs 1
    1.3
    Absaugzweig
    2
    Chiller
    2.0
    Chiller-Zweig
    2.1
    Kühlmittelkreislauf des Chillers 2
    3
    Innenraum-Verdampfer
    3.0
    Innenraum-Verdampferzweig
    4
    Innenraum-Verdampfer
    4.0
    weiterer Innenraum-Verdampferzweig
    5
    niederdruckseitiger Akkumulator
    6
    Kältemittelverdichter
    7
    Kondensator, Gaskühler
    8
    Regelvorrichtung des Kältemittelkreislaufs
    9
    innerer Heizkondensator oder Heizgaskühler
    10
    elektrisches Heizelement
    11
    innerer Wärmeübertrager
    A1
    Absperrventil
    A2
    Absperrventil
    A3
    Absperrventil
    A4
    Absperrventil
    A5
    Absperrventil
    AE_V1
    erstes Expansionsorgan
    AE_V2
    zweites Expansionsorgan
    AE_V3
    drittes Expansionsorgan
    Ab1
    Abzweigpunkt
    Ab2
    Abzweigpunkt
    AE3
    Expansionsorgan
    AE4
    Expansionsorgan
    pT1
    Druck-Temperatursensor
    pT2
    Druck-Temperatursensor
    pT3
    Druck-Temperatursensor
    pT4
    Druck-Temperatursensor
    pT4_V1
    Druck-Temperatursensor
    pT4_V2
    Druck-Temperatursensor
    pT4_V3
    Druck-Temperatursensor
    R1
    Rückschlagventil
    R2
    Rückschlagventil
    USV1
    Umschaltventil
    USV2
    Umschaltventil

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben einer einen Kältemittelkreislauf (1) aufweisenden Kälteanlage (1) eines Fahrzeugs im Kältebetrieb mit - einem Chiller-Zweig (2.0), welcher einen Chiller (2), ein erstes Expansionsorgan (AE_V1) und einen stromabwärts des Chillers (2) nachgeschalteten Druck-Temperatursensor (pT4_V1) aufweist und mit einem Kühlmittelkreislauf (2.1) thermisch gekoppelt ist, - wenigstens einem Innenraum-Verdampferzweig (3.0), welcher einen Innenraum-Verdampfer (3) und ein zweites Expansionsorgan (AE_V2) aufweist und dem Chiller-Zweig (2.0) parallel geschaltet ist, - einem einen definierten Dampfgehalt einstellenden niederdruckseitigen Akkumulator (5), - einem Kältemittelverdichter (6), - einem Kondensator oder Gaskühler (7), und - einer Regelvorrichtung (8) mindestens zum Regeln des ersten und zweiten Expansionsorgans (AE_V1, AE_V2) zumindest in Abhängigkeit der Messwerte des Druck-Temperatursensors (pT4_V1), wobei - der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers (2) mittels der Regelvorrichtung (8) aus den Messwerten des Druck-Temperatursensors (pT4_V1) als Istwerte bestimmt wird, und - der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers (2) durch Steuern des Öffnungsgrades des ersten Expansionsorgans (AE_V1) mittels der Regelvorrichtung (7) in Abhängigkeit der Istwerte des Druck-Temperatursensors (pT4_V1) auf wenigstens einen minimalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades geregelt wird.
  2. Verfahren zum Betreiben einer einen Kältemittelkreislauf (1) aufweisenden Kälteanlage eines Fahrzeugs im Kältebetrieb mit - einem Chiller-Zweig (2.0), welcher einen Chiller (2) und ein erstes Expansionsorgan (AE_V1) aufweist und mit einem Kühlmittelkreislauf (2.1) thermisch gekoppelt ist, - wenigstens einem Innenraum-Verdampferzweig (3.0), welcher einen Innenraum-Verdampfer (3), einem zweiten Expansionsorgan (AE_V2) und einem stromabwärts des Innenraum-Verdampfers (pT4_V2) nachgeschalteten Druck-Temperatursensor aufweist und dem Chiller-Zweig parallel geschaltet ist, - einem einen definierten Dampfgehalt einstellenden niederdruckseitigen Akkumulator (5), - einem Kältemittelverdichter (6), - einem Kondensator oder Gaskühler (7), und - einer Regelvorrichtung (8) mindestens zum Regeln des ersten und zweiten Expansionsorgans (AE_V1, AE_V2) zumindest in Abhängigkeit der Messwerte des Druck-Temperatursensors (pT4_V2), wobei - der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Innenraum-Verdampfers (3) mittels der Regelvorrichtung (8) aus den Messwerten des Druck-Temperatursensors (pT4_V2) als Istwerte bestimmt wird, und - der Überhitzungsgrad des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Innenraum-Verdampfers (3) durch Steuern des Öffnungsgrades des zweiten Expansionsorgans (AE_V2) mittels der Regelvorrichtung (8) in Abhängigkeit der Istwerte des Druck-Temperatursensors (pT4_V2) auf wenigstens einen maximalen Sollwert eines Zielüberhitzungsgrades geregelt wird.
  3. Verfahren zum Betreiben einer einen Kältemittelkreislauf (1) aufweisenden Kälteanlage eines Fahrzeugs im Kältebetrieb mit - einem Chiller-Zweig (2.0), welcher einen Chiller (2), ein erstes Expansionsorgan (AE_V1) und einen stromabwärts des Chillers (2) nachgeschalteten ersten Druck-Temperatursensor (pT4_V1) aufweist und mit einem Kühlmittelkreislauf (2.1) thermisch gekoppelt ist, - wenigstens einem Innenraum-Verdampferzweig (3.0), welcher einen Innenraum-Verdampfer (3), ein zweites Expansionsorgan (AE_V2) und einen stromabwärts des Innenraum-Verdampfers nachgeschalteten zweiten Druck-Temperatursensor (pT4_V2) aufweist und dem Chiller-Zweig (2.0) parallel geschaltet ist, - einem einen definierten Dampfgehalt einstellenden niederdruckseitigen Akkumulator (5), - einem Kältemittelverdichter (6), - einem Kondensator oder Gaskühler (7), und - einer Regelvorrichtung (8) mindestens zum Regeln des ersten und zweiten Expansionsorgans (AE_V1, AE_V2) zumindest in Abhängigkeit der Messwerte des ersten und zweiten Druck-Temperatursensors (pT4_V1, pT4_V2) als Istwerte, wobei - in einer ersten Betriebsart der Innenraum-Verdampfer (3) mit einer gegenüber dem Chiller (2) höheren Kälteleistung auf eine Soll-Luftausblastemperatur mittels eines durch den Kältemittelverdichter (6) eingestellten Niederdrucks geregelt wird, mittels des zweiten Expansionsorgans (AE_V2) die Unterkühlung nach dem Kondensator oder Gaskühler (7) eingestellt wird und der Chiller (2) mittels des ersten Expansionsorgans (AE_V1) auf eine Soll-Abkühltemperatur des Kühlmittels geregelt wird, und - in einer zweiten Betriebsart der Chiller (2) mit einer gegenüber dem Innenraum-Verdampfer (3) höheren Kälteleistung geregelt wird, - in der zweiten Betriebsart ein Istwert des Überhitzungsgrades des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Innenraum-Verdampfers (3) mittels der Regelvorrichtung (8) aus den Messwerten des zweiten Druck-Temperatursensors (pT4_V2) bestimmt wird, und - in der zweiten Betriebsart bei einem über einem verdampfer- und betriebslastabhängigen maximalem Sollwert liegenden Istwert des Überhitzungsgrades mittels der Regelvorrichtung (8) der Öffnungsgrad des zweiten Expansionsorgans (AE_V2) auf den maximalen Sollwert des Überhitzungsgrades geregelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem - der Kältemittelkreislauf (1) mit einem weiteren Innenraum-Verdampferzweig (4.0) ausgebildet wird, welcher einen weiteren Innenraum-Verdampfer (4), ein drittes Expansionsorgan (AE_V3) und einen stromabwärts des Innenraum-Verdampfers (4) nachgeschalteten Druck-Temperatursensor (pT4_V3) aufweist, - die beiden Innenraum-Verdampferzweige (3.0, 4.0) parallel geschaltet werden, - ein Istwert des Überhitzungsgrades des Kältemittels am Kältemittelaustritt des weiteren Innenraum-Verdampfers (4) mittels der Regelvorrichtung (8) aus den Messwerten des Druck-Temperatursensors (pT4_V3) des weiteren Innenraum-Verdampfers (4.0) bestimmt wird, und - ein über einem verdampfer- und betriebslastabhängigen weiteren maximalem Sollwert liegenden Istwert des Überhitzungsgrades mittels der Regelvorrichtung (8) der Öffnungsgrad des dritten Expansionsorgans (AE_V3) auf den maximalen Sollwert des Überhitzungsgrades geregelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zur Unterfüllungserkennung des Kältemittelkreislaufs (1) dem Akkumulator (5) stromabwärts des Kältemittels ein Druck-Temperatursensor (pT2) nachgeschaltet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem anstelle wenigstens eines Druck-Temperatursensors (pT4_V1, pT4_V2, pT4_V3) ein Temperatursensor verwendet wird, wobei der wenigstens eine Druckwert des wenigstens einen Druck-Temperatursensors (pT4_V1, pT4_V2, pT4_V3) in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Kältemittelkreislaufs (1) und Klimaparametern geschätzt wird.
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