DE102018201945A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs sowie Fahrzeugkälteanlage - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (2) einer Fahrzeugkälteanlage (1) in einem AC-Betrieb und in einem mittels einer Wärmepumpenfunktion realisierten Heizbetrieb mit einem Verdampferzweig (2.1) mit einem Verdampfer (3) und einem dem Verdampfer (3) zugeordneten ersten Expansionsorgan (6.1), einem Kältemittelverdichter (4), einem AC- und Wärmepumpenzweig (2.2) mit einem äußeren Kondensator oder Gaskühler (5) und einem demselben in seiner Funktion als Wärmepumpenverdampfer für den Heizbetrieb zugeordneten zweiten Expansionsorgan (6.2), wobei der AC- und Wärmepumpenzweig (2.2) über ein drittes Expansionsorgan (6.3) mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters (4) und über das zweite Expansionsorgan (6.2) mit dem Verdampferzweig (2.1) verbunden wird, einem Heizzweig (2.3) mit einem inneren Heizkondensator oder Heizgaskühler (7) und einem demselben stromabwärts nachgeschalteten vierten Expansionsorgan (6.4), wobei der Heizzweig (2.3) über ein erstes Absperrorgan (A1) mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters (4) und über das das vierte Expansionsorgan (6.4) mit dem Verdampferzweig (2.1) verbunden wird, und einem Temperaturmessmittel (T, pT1) zur Bestimmung der Kältemitteltemperatur am Eintritt (E) des inneren Heizkondensators oder Heizgaskühlers (7), wobei im Heizbetrieb die Kältemitteltemperatur am Eintritt (E) des inneren Heizkondensators oder Heizgaskühlers (7) auf einen maximalen Temperaturwert beschränkt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Fahrzeugkälteanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeugkälteanlage in einem AC-Betrieb und in einem Heizbetrieb mittels einer Wärmepumpenfunktion.
  • Aus der DE 10 2013 021 360 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeugklimaanlage in einem AC-Betrieb und in einem Heizbetrieb mittels einer Wasser-Wärmepumpenfunktion bekannt, wobei diese Wasser-Wärmepumpenfunktion mittels eines Chillers realisiert wird. Dieser Kältemittelkreislauf umfasst einen Verdampferzweig mit einem Verdampfer und einem zugehörigen Expansionsorgan, einen AC-Zweig mit einem äußeren Kondensator, welcher einerseits über ein Absperrorgan mit einem Kältemittelverdichter und andererseits über eine Abzweigung mit dem Verdampferzweig verbunden ist, wobei dem Verdampferzweig zumindest ein aus einem Chiller und einem zugeordneten Expansionsorgan bestehenden Chiller-Zweig parallel geschaltet ist. Ferner verbindet ein Heizzweig mit einem inneren Heizkondensator (auch Heizregister genannt) den Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters mittels eines weiteren Absperrorgans mit der Abzweigung, wobei jeweils mit einem weiteren Absperrorgan der Heizzweig und der AC-Zweig in Richtung der Abzweigung gesperrt wird. Somit ist es möglich, durch entsprechende Steuerung dieser beiden Absperrorgane entweder im AC-Betrieb den AC-Zweig über die Abzweigung mit dem Verdampferzweig und/oder dem Chiller-Zweig zu verbinden oder im Heizbetrieb den Heizzweig über die Abzweigung an den Chiller-Zweig oder sowohl an den Chiller-Zweig als auch an den Verdampferzweig anzuschließen. Das aus dieser DE 10 2013 021 360 A1 bekannte Verfahren sieht vor, dass im reinen Kühlmodus einer mit dem Chiller thermisch verbundenen Fahrzeugbatterie über die Stellung des dem Chiller zugeordneten Expansionsorgans eine Kältemitteltemperatur am Austritt des Chillers nahe an der Taulinie des verwendeten Kältemittels zum Erreichen einer maximalen Kälteleistung bei minimaler Leistungsaufnahme des Verdichters eingestellt wird.
  • Die DE 10 2011 118 162 A1 beschreibt einen in einem AC- und Heizbetrieb betreibbaren Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugkälteanlage mit einer Wärmepumpenfunktion und ein Verfahren zum Betreiben der Fahrzeugkälteanlage mit Funktionsabläufen zur Kältemittelverlagerung, indem Kältemittel aus nicht aktiven Bereichen abgesaugt und in aktive Bereiche der Kälteanlage beim Anfahren überströmt oder in deren Betrieb durch eine Schaltung einer Verbindung der nicht aktiven Bereiche mit der aktiven Niederdruckseite der Kälteanlage eingespeist wird. Diese als Kältekreislauf für einen AC-Betrieb und als Wärmepumpenkreislauf für eine Heizfunktion betreibbare Fahrzeugkälteanlage umfasst einen Primärstrang mit einem Verdichter, einem Wärmeübertrager als Kälteanlagenkondensator oder Wärmepumpenverdampfer, einem Kältemittelsammler, einem inneren Wärmeübertrager mit einer Hochdruckpassage und einer Niederdruckpassage für das Kältemittel, einem Expansionsorgan und einem Verdampfer sowie einen Sekundärstrang mit einem Heizkondensator mit einem zugeordneten Expansionsorgan. Ferner ist ein absperrbarer Bypass vorgesehen, welcher zur Durchström ung der Hochdruckpassage des inneren Wärmeübertragers zwischen dem Hochdruckausgang des inneren Wärmeübertragers und dem Kälteanlagenkondensator oder Wärmepumpenverdampfer angeordnet ist.
  • Auch aus der DE 10 2009 056 027 A1 ist ein in einem AC- und Heizbetrieb betreibbarer Kältemittelkreislauf einer Kälteanlage mit einer Wärmepumpenfunktion für ein Elektrofahrzeug mit einer Elektromaschine und einer zugehörigen Batterie bekannt. Bei diesem Kältemittelkreislauf ist zusätzlich ein mit der Elektromaschine thermisch gekoppelter Wärmeübertrager und/oder ein mit der Batterie thermisch gekoppelter Wärmeübertrager zuschaltbar.
  • Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Kältemittelkreisläufen werden im Heizbetrieb, insbesondere bei Verwendung des Kältemittels R744, (CO2) die jeweiligen Heizregister von Kältemittel mit hoher Temperatur durchströmt. Da ein Heizregister in einem Klimagerät angeordnet ist, führen die hohen Temperaturen des Kältemittels zu einer hohen Materialbeanspruchung, insbesondere am Gehäuse des Klimagerätes. Dies erfordert kostenintensive Maßnahmen zur Entkopplung des Heizregisters und der Leitungen vom Gehäuse des Klimagerätes.
  • Ferner sind auch Maßnahmen zur Kältemittelabsaugung aus im AC-Betrieb oder Heizbetrieb entstehenden Totvolumina bei den bekannten Kältemittelkreisläufen erforderlich, jedoch hinsichtlich Bauteilbedarf nicht optimal umgesetzt.
  • So wird gemäß der DE 10 2013 021 360 A1 Kältemittel insbesondere für den Wasserwärmepumpen-Betrieb aus dem inaktiven AC-Zweig abgesaugt, indem der äußere Kondensator stromaufwärtsseitig oder alternativ auch stromabwärtsseitig über ein Absperrorgan und ein Rückschlageventil mit der Niederdruckseite des Kältemittelverdichters oder zumindest mit der Niederdruckseite verbindbar ist. Dies hat den Vorteil, dass trotzt geöffnetem Absperrorgan bei einem niederdruckseitigen Druckanstieg und einer damit verbundenen Strömungsumkehr eine Rückströmung in das Totvolumen über das Rückschlagventil unterbunden wird. Nachteilig sind in diesem Fall die zusätzlich kostenverursachenden Komponenten, wie Rückschlagventil und evtl. die komplette Leitung mit Absperrventil.
  • Ausgehend vom Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeugkälteanlage in einem AC-Betrieb und in einem Heizbetrieb mittels einer Wärmepumpenfunktion anzugeben, mit welchem eine hohe Materialbeanspruchung des Gehäuses eines inneren Heizkondensators (Heizregister), insbesondere bei Verwendung von R744 als Kältemittel vermieden wird. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung einen Kältemittelkreislauf zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.
  • Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeugklimaanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1
  • Ein solches Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeugkälteanlage in einem AC-Betrieb und in einem mittels einer Wärmepumpenfunktion realisierten Heizbetrieb mit:
    • - einem Verdampferzweig mit einem Verdampfer und einem dem Verdampfer zugeordneten ersten Expansionsorgan,
    • - einem Kältemittelverdichter,
    • - einem AC- und Wärmepumpenzweig mit einem äußeren Kondensator oder Gaskühler und einem demselben in seiner Funktion als Wärmepumpenverdampfer für den Heizbetrieb zugeordneten zweiten Expansionsorgan, wobei der AC- und Wärmepumpenzweig über ein drittes Expansionsorgan mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters und über das zweite Expansionsorgan mit dem Verdampferzweig verbunden wird,
    • - einem Heizzweig mit einem inneren Heizkondensator oder Heizgaskühler und einem demselben stromabwärts nachgeschalteten vierten Expansionsorgan, wobei der Heizzweig über ein erstes Absperrorgan mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters und über das vierte Expansionsorgan mit dem Verdampferzweig verbunden wird, und
    • - einem Temperaturmessmittel zur Bestimmung der Kältemitteltemperatur am Eintritt des Heizkondensators oder Heizgaskühlers, zeichnet sich dadurch aus, dass
    • - im Heizbetrieb die Kältemitteltemperatur am Eintritt des inneren Heizkondensators oder Heizgaskühlers auf einen maximalen Temperaturwert beschränkt wird.
  • Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch eine Beschränkung der Kältemitteltemperatur am Eintritt des inneren Heizkondensators auf einen maximalen Temperaturwert im Heizbetrieb eine Beschädigung des inneren Heizkondensators, primär jedoch des Kunststoffgehäuses des Klimageräts, der sog. HVAC-Einheit, verhindert. Der maximale Temperaturwert kann in Abhängigkeit der maximal zulässigen und verträglichen Werkstofftemperatur des Gehäusewerkstoffes des Klimagerätes bestimmt werden. Im AC-Betrieb wird ein Durchströmen des inneren Heizkondensators durch ein Absperren des Heizzweiges mittels des ersten Absperrorgans vermieden und somit auch im AC-Betrieb der innere Heizkondensator bzw. das Klimagerät vor einer thermischen Schädigung geschützt.
  • Es bietet sich an, das Temperaturmessmittel mit einem Druckmessmittel zu kombinieren, um den Hochdruck am Ausgang des Kältemittelverdichters zu überwachen und darüber hinaus auf einen maximal zulässigen Hochdruckwert zu beschränken.
  • Vorzugsweise wird zur Bestimmung der Kältemitteltemperatur am Eintritt des inneren Heizkondensators oder Heizgaskühlers ein Temperaturmessmittel am Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters angeordnet, wobei die Kältemitteltemperatur am Eintritt des Heizkondensators oder Heizgaskühlers mittels des von dem Temperaturmessmittel erzeugten Sensorwertes aus einem Kennfeld ermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich wird mittels eines am Eintritt des Heizkondensators oder Heizgaskühlers angeordneten Temperaturmessmittels die Kältemitteltemperatur direkt erfasst. Wird ein solches Temperaturmessmittel, bspw. ein Temperatursensor zusätzlich verwendet, kann dieser eine Überwachungsfunktion zur Darstellung einer Schutzfunktion ausüben.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einem Betriebsstart im Heizbetrieb mittels einer Wasserwärmepumpenfunktion oder eines Dreiecksprozesses folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:
    • - Bereitstellen eines Chiller-Zweiges mit einem Chiller und einem zugeordneten fünften Expansionsorgan zur Realisierung der Wasserwärmepumpenfunktion, wobei der Chiller-Zweig parallel zum Verdampferzweig geschaltet wird,
    • - Absaugen von Kältemittel aus dem AC- und Wärmepumpenzweig durch Öffnen eines zweiten Absperrorgans, welches den AC- und Wärmepumpenzweig mit der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs verbindet, und Schließen sowohl des ersten, des zweiten als auch des dritten Expansionsorgans, und
    • - Schließen des zweiten Absperrorgans entweder bei steigendem Kältemitteldruck stromabwärts des zweiten Absperrorgans oder nach einer definierten Zeitspanne.
  • Für dieses Verfahren zur Realisierung einer Absaugung von Kältemittel aus einem Totvolumen des äußeren Kondensators oder Gaskühlers für den Heizbetrieb mittels der Wasserwärmepumpenfunktion oder des Dreiecksprozesses werden die vorhandenen Leitungen des Kältemittelkreislaufs benutzt, sind also keine zusätzlichen Leitungsabschnitte oder Ventilkomponenten erforderlich. Das zweite Absperrorgan wird in Abhängigkeit des Kältemitteldrucks stromabwärts desselben oder nach einer definierten Zeitspanne geschlossen.
  • Die definierte Zeitspanne wird dadurch bestimmt, dass seitens eines Steuergerätes der im System einzustellende Niederdruck für einen auf bspw. 5 Minuten befristeten Zeitraum auf den minimal zulässigen Wert eingestellt wird bzw. dieser systemseitig gezielt anzufahren ist, bevor mit Ablauf dieser Zeitspanne das zweite Absperrventil geschlossen wird und sich der Niederdruck auf einem höheren Niveau einfinden bzw. einstellen kann, je nach der zu diesem Zeitpunkt verfügbaren Wassertemperatur, die ihrerseits das Niederdruckniveau beeinflusst.
  • Wird zum Schließen des zweiten Absperrorgans der Kältemitteldruck verwendet, kann dieser indirekt oder direkt bestimmt werden.
  • Zur indirekten Bestimmung des Kältemitteldrucks wird die Kühlmitteltemperatur des Chillers detektiert und bei ansteigender Kühlmitteltemperatur das zweite Absperrorgan geschlossen.
  • Zur direkten Bestimmung des Kältemitteldrucks wird dieser stromabwärts des zweiten Absperrorgans mittels eines demselben stromabwärts nachgeschalteten Drucksensors direkt bestimmt.
  • Bei einem Verfahren zur Realisierung einer Absaugung von Kältemittel aus einem Totvolumen des inneren Heizkondensators oder Heizgaskühlers für den AC-Betrieb werden weiterbildungsgemäß folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
    • - Absaugen von Kältemittel aus dem Heizzweig durch Öffnen des vierten Expansionsorgans und Schließen des ersten Absperrorgans, und
    • - Entspannen des Kältemittels stromabwärts des vierten Expansionsorgans auf Niederdruckniveau mittels des zweiten Expansionsorgans bei gleichzeitig maximal geöffnetem ersten oder zweiten Expansionsorgan.
  • Auch bei diesem Verfahren werden die bereits vorhandenen Bestandsleitungen des Kältemittelkreislaufs verwendet. Zur Sicherstellung des für die Absaugung aus dem Heizzweig erforderlichen Niederdrucks übernimmt das zweite Expansionsorgan die Expansionsfunktion des Kältemittels direkt innerhalb des Abschnitts stromabwärts vom vierten Expansionsorgan.
  • Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Fahrzeugkälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
  • Eine solche Fahrzeugkälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf für einen AC-Betrieb und für einen mittels einer Wärmepumpenfunktion durchgeführten Heizbetrieb zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst folgende Komponenten:
    • - einen Verdampferzweig mit einem Verdampfer und einem dem Verdampfer zugeordneten ersten Expansionsorgan,
    • - einen Kältemittelverdichter,
    • - einen AC- und Wärmepumpenzweig mit einem äußeren Kondensator oder Gaskühler und einem demselben in seiner Funktion als Wärmepumpenverdampfer für den Heizbetrieb zugeordneten zweiten Expansionsorgan, wobei der AC- und Wärmepumpenzweig über ein drittes Expansionsorgan mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters und über das zweite Expansionsorgan mit dem Verdampferzweig verbunden ist,
    • - einen Heizzweig mit einem inneren Heizkondensator oder Heizgaskühler und einem demselben stromabwärts nachgeschalteten vierten Expansionsorgan, wobei der Heizzweig mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters über ein erstes Absperrorgan und über das vierte Expansionsorgan mit dem Verdampferzweig verbunden ist, und
    • - ein Temperaturmessmittel zur Bestimmung der Kältemitteltemperatur am Eintritt des Heizkondensators oder Heizgaskühlers.
  • Ein solcher Kältemittelkreislauf zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist einen einfachen Aufbau auf, mit welchem auch die Absaugungsprozesse für den AC-Betrieb und den Heizbetrieb durchführbar sind.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Kältemittelkreislaufs ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 7 bis 10.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie anhand einer 1, die einen Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugkälteanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
  • Der in 1 dargestellte Kältemittelkreislauf 2 einer Fahrzeugkälteanlage 1 ist in einem AC-Betrieb und in einem mittels einer Wärmepumpenfunktion realisierten Heizbetrieb betreibbar.
  • Ein solcher Kältemittelkreislauf 2 besteht aus einem in einem Verdampferzweig 2.1 angeordneten Verdampfer 3 mit zugeordnetem ersten Expansionsorgan 6.1, einem Kältemittelverdichter 4, einem in einem AC- und Wärmepumpenzweig 2.2 angeordneten äußeren Kondensator 5 oder Gaskühler 5 mit einem demselben in seiner Funktion als Wärmepumpenverdampfer für den Heizbetrieb zugeordneten zweiten Expansionsorgan 6.2, wobei dieser AC- und Wärmepumpenzweig 2.2 einerseits über das zweite Expansionsorgan 6.2 unter Bildung eines Abzweigpunktes Ab1 mit dem Verdampferzweig 2.1 und andererseits über ein drittes Expansionsorgan 6.3 mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters 4 verbunden ist.
  • Zwischen dem zweiten Expansionsorgan 6.2 und dem äußeren Kondensator 5 bzw. Gaskühler 5 ist die Hochdruckseite eines inneren Wärmeübertragers 9 angeordnet, dessen niederdruckseitigem Abschnitt, angeordnet zwischen Verdampfer 2 und Kältemittelverdichter 4, stromaufwärtsseitig ein Kältemittelsammler 10 vorgeschaltet ist.
  • Ferner besteht der Kältemittelkreislauf 2 aus einem Heizzweig 2.3 mit einem inneren Heizkondensator 7 oder Heizgaskühler 7 (die auch als Heizregister bezeichnet werden) und einem demselben stromabwärts nachgeschalteten vierten Expansionsorgan 6.4. Ausgehend von der Hochdruckseite des Kältemittelverdichters 4 ist der Heizzweig 2.3 mittels eines als Absperrventil ausgebildeten ersten Absperrorgans A1 mit dem Kältemittelverdichter 4 verbunden, während stromabwärts der Heizzweig 2.3 nach dem inneren Heizkondensators 7 oder Heizgaskühlers 7 über das vierte Expansionsorgan 6.4 und den Abzweigpunkt Ab1 mit dem Verdampferzweig 2.1 verbunden ist.
  • Der Abzweigpunkt Ab2 verbindet gemäß 1 das dritte Expansionsorgan 6.3 mit dem äußeren Kondensator 5 oder Gaskühler 5 und ist über einen Wärmepumpenrückführzweig 2.5 mit einem als Absperrventil ausgeführten zweiten Absperrorgan A2 unter Bildung eines Abzweigpunktes Ab3 mit der Niederdruckseite des Kältemittelverdichters 4 verbunden. Stromaufwärtsseitig ist dieser Abzweigpunkt Ab3 über ein Rückschlagventil R1 mit dem Verdampferzweig 2.1 und stromabwärtsseitig mit dem Kältemittelsammler 10 verbunden, so dass das Kältemittel aus diesem Wärmepumpenrückführzweig 2.5 über den Kältemittelsammler 10 und die Niederdruckseite des inneren Wärmeübertragers 9 zum Kältemittelverdichter 4 zurückgeführt wird. Zwischen dem Abzweigpunkt Ab3 und dem zweiten Absperrorgan A2 ist ein weiteres Rückschlagventil R2 geschaltet, um einen Kältemittelfluss aus der Niederdruckseite des Kältemittelverdichters 4 in den Wärmepumpenrückführzweig 2.5 zu verhindern.
  • Weiterhin ist der Wärmepumpenrückführzweig 2.5 mittels eines ein drittes Absperrorgan A3 aufweisenden Absaugzweiges 2.6 mit dem Heizzweig 2.3 verbunden. Dieser Absaugzweig 2.6 ist einerseits an den Wärmepumpenrückführzweig 2.5 zwischen dem zweiten Absperrorgan A2 und dem Rückschlagventil R2 angebunden und andererseits stromabwärts des ersten Absperrorgans A1 mit dem Heizzweig 2.3 verbunden.
  • Schließlich weist der Kältemittelkreislauf 2 einen in einem Chiller-Zweig 2.4 angeordneten Chiller 8 mit einem demselben zugeordneten fünften Expansionsorgan 6.5 auf. Dieser Chiller-Zweig 2.4 ist dem Verdampferzweig 2.1 parallel geschaltet, verbindet also den Abzweigpunkt Ab1 mit dem Leitungsabschnitt zwischen dem Rückschlagventil R1 und dem Kältemittelsammler 10. Dieser Chiller 8 ist ein Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager mit einem Kühlmittelkreislauf 8.1 mit bspw. Wasser als Kühlmittel und dient zur Kühlung bspw. einer elektrischen Antriebsmaschine, einer Leistungselektronik und/ oder einer Batterie. Ferner wird ein solcher Chiller 8 zur Realisierung einer Wasser-Wärmepumpenfunktion eingesetzt, indem die Abwärme von elektronischen und/oder elektrischen Komponenten genutzt wird.
  • Der Verdampfer 3 sowie der innere Heizkondensator 7 oder Heizgaskühler 7 sind zusammen mit einem elektrischen Heizelement 11 als Zuheizer für den in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom in einem Klimagerät 1.1 angeordnet. Dieses elektrische Heizelement 11 kann bspw. als Hochvolt-PTC-Heizelement ausgeführt werden.
  • Mit dem ersten Absperrorgan A1 und dem dritten Expansionsorgan 6.3 wird der Kältemittelstrom ausgehend von der Hochdruckseite des Kältemittelverdichters 4 in Abhängigkeit des Zustandes der beiden Komponenten A1 und 6.3 entweder bei offenem ersten Absperrorgan A1 und geschlossenem dritten Expansionsorgan 6.3 in den Heizzweig 2.3 geleitet, bei geschlossenem ersten Absperrorgan A1 und offenem dritten Expansionsorgan 6.3 in den AC- und Wärmepumpenzweig 2.2 geleitet oder entsprechend des Öffnungsgrades des dritten Expansionsorgans 6.3 und des vierten Expansionsorganes 6.4 bei gleichzeitig geöffnetem ersten Absperrorgan A1 in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei im letztgenannten Fall ein Teilstrom in den AC- und Wärmepumpenzweig 2.2 und ein Teilstrom in den Heizzweig 2.3 strömt.
  • Das zweite Absperrorgan A2 und das dritte Expansionsorgan 6.3 können zu einem Umschaltventil zusammengefasst werden, wobei hier die mit vorzusehende Expansionsfunktion aufgrund der zunehmenden Komplexität einen erhöhten Realisierungsaufwand bedeuten kann. Ebenso ist es möglich die beiden Absperrventile A1 und A3 zu einem Umschaltventil zusammenzufassen. Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass die Komponenten A2, 6.3, A1 und A3 als Mehrwegeventilblock oder zu einem Mehrwegeventil zusammengefasst werden.
  • Im AC-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1.1 strömt das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel ausgehend von dem Kältemittelverdichter 2 bei offenem dritten Expansionsorgan 6.3 in den AC- und Wärmepumpenzweig 2.2 und wird über den äußeren Kondensator 5 oder Gaskühler 5, den Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 9, das vollständig geöffnete zweite Expansionsorgan 6.2 sowie des Abzweigpunktes Ab1 mittels des ersten Expansionsorgans 6.1 in den Verdampfer 3 oder mittels des fünften Expansionsorgans 6.5 in den Chiller 8, gegebenenfalls auch gleichzeitig in den Verdampfer 8 und in Chiller 8 entspannt. Aus dem Verdampfer 3 wird das Kältemittel über das Rückschlagventil R1, über den Kältemittelsammler 10 und die Niederdruckseite des inneren Wärmeübertragers 9 zum Kältemittelverdichter 4 zurückgeführt. Entsprechend strömt auch das Kältemittel aus dem Chiller 8 über den Kältemittelsammler 10 und die Niederdruckseite des inneren Wärmeübertragers 9 zurück zum Kältemittelverdichter 4.
  • In diesem AC-Betrieb ist der Heizzweig 2.3 mittels des ersten Absperrorgans A1 abgesperrt, so dass heißes Kältemittel, bspw. R744 aufgrund dessen hoher Temperatur nicht durch den Heizgaskühler 7 strömen kann und damit eine Schädigung des Klimageräts 1.1 verhindert wird.
  • Im Heizbetrieb unter Einsatz des Chillers 8 zur Realisierung einer Wasser-Wärmepumpe oder unter Einsatz des äußeren Kondensators 5 oder Gaskühlers 5 als Wärmepumpenverdampfer zur Realisierung einer Luft-Wärmepumpe wird das dritte Expansionsorgan 6.3 geschlossen und das erste Absperrorgan A1 geöffnet, so dass heißes Kältemittel, bspw. R744 in den Heizzweig 2.3 strömen kann. Um eine Bauteilschädigung des Klimageräts 1.1 durch das heiße Kältemittel zu verhindern, wird die Heißgastemperatur, insbesondere bei Verwendung von R744 als Kältemittel am Eintritt E des inneren Heizkondensators 7 oder Heizgaskühlers 7 auf einen maximalen Temperaturwert beschränkt. Dieser Temperaturwert wird in Abhängigkeit der maximal verträglichen Werkstofftemperatur des für das Klimagerät 1.1. verwendeten Werkstoffes festgelegt.
  • Zur Bestimmung der Kältemitteltemperatur am Eintritt E des inneren Heizkondensators 7 oder Heizgaskühlers 7 wird ein als Druck- und Temperatursensor ausgeführtes Temperaturmessmittel pT1 am Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters 4 angeordnet. Aus dem Temperaturwert dieses Temperaturmessmittels pT1 wird mittels eines bspw. in einem Klimasteuergerät abgelegten Kennfeldes oder einer Kennlinie der Temperaturwert am Eintritt E des Heizkondensators 7 oder Heizgaskühlers 7 bestimmt. Anstelle dieses Temperaturmessmittels pT1 am Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters 4 kann auch direkt am Eintritt E des inneren Heizkondensators 7 oder des Heizgaskühlers 7 ein als Temperatursensor ausgebildetes Temperaturmessmittel T angeordnet werden, mit welchem die Temperatur des Kältemittels direkt bestimmt wird. Alternativ können beide Temperaturmessmittel pT1 und T eingesetzt werden, wobei in diesem Fall auch das Temperaturmessmittel T als Schutzfunktion eingesetzt wird.
  • Mit dem Druckwert des als Druck- und Temperatursensor ausgeführten Temperaturmessmittel pT1 am Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters 4 wird der Hochdruckwert des Kältemittels überwacht und auf einen maximal zulässigen Hochdruckwert beschränkt.
  • Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des Chillers 8 strömt das mittels des Kältemittelverdichters 4 verdichtete Kältemittel über das geöffnete erste Absperrorgan A1 zur Abgabe von Wärme an einen in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom in den inneren Heizkondensator 7 oder Heizgaskühler 7 und wird anschließend über das geöffnete vierte Expansionsorgan 6.4 und den Abzweigpunkt Ab1 mittels des fünften Expansionsorgans 6.5 in den Chiller 8 zur Aufnahme von Abwärme der in dem Kühlmittelkreislauf 8.1 angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten entspannt. Bei dieser Heizfunktion ist das zweite Expansionsorgan 6.2 und das dritte Expansionsorgan 6.3 sowie das Absperrorgan A3 geschlossen.
  • Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des äußeren Kondensators 5 oder des Gaskühlers 5 als Wärmepumpenverdampfer strömt das mittels des Kältemittelverdichters 4 verdichtete Kältemittel über das geöffnete erste Absperrorgan A1 zur Abgabe von Wärme an den in den Fahrgastinnenraum geführten Zuluftstrom in den inneren Heizkondensators 7 oder Heizgaskühlers 7 und wird anschließend über das geöffnete vierte Expansionsorgan 6.4 mittels des zweiten Expansionsorgans 6.2 in den äußeren Kondensator 5 oder Gaskühler 5 zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft entspannt und strömt anschließend über den Wärmepumpenrückführzweig 2.5 zurück zum Kältemittelverdichter 4. Auch die umgekehrte Möglichkeit besteht, dass mittels des vierten Expansionsorgans 6.4 das Kältemittel auf Niederdruckniveau entspannt wird, bei gleichzeitig vollständig geöffnetem zweitem Expansionsorgan 62.
  • Eine indirekte Dreiecksschaltung wird dadurch realisiert, dass bei geöffnetem vierten Expansionsorgan 6.4 das von dem Kältemittelverdichter 2 verdichtete Kältemittel mittels des fünften Expansionsorgans 6.5 in den Chiller 8 entspannt wird, wobei gleichzeitig kühlmittelseitig, also in dem Kühlmittelkreislauf 8.1 kein Massenstrom erzeugt wird, also bspw. das als Kühlmittel verwendete Wasser auf der Kühlmittelseite des Chillers 8 stehen bleibt bzw. der Chiller 8 nicht aktiv von Kühlmittel durchströmt wird. Auch die umgekehrte Möglichkeit besteht, dass mittels des vierten Expansionsorgans 6.4 das Kältemittel auf Niederdruckniveau entspannt wird, bei gleichzeitig vollständig geöffnetem fünften Expansionsorgan 65.
  • Bei einem Reheat-Betrieb wird im einfachsten Fall der in den Fahrzeuginnenraum zugeführte Zuluftstrom mittels des Verdampfers 3 zunächst gekühlt und damit entfeuchtet, um anschließend mit der dem Zuluftstrom entzogenen Wärme sowie mit der in das Kältemittel übertragenen Antriebswärme des Verdichters 4 mittels des inneren Heizkondensators 7 oder des Heizgaskühlers 7 diesen Zuluftstrom wieder zu erwärmen. Ein Reheat-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 2 wird in Abhängigkeit der Wärmebilanz auf unterschiedliche Weise durchgeführt.
  • So wird bei ausreichender Heizleistung im Kältemittelkreislauf 2 wärmequellenseitig nur der Verdampfer 3 mit Kältemittel durchströmt, indem der innere Heizkondensator oder Heizgaskühler 7 stromabwärtsseitig mittels des geöffneten vierten Expansionsorgan 6.4 über das erste Expansionsorgan 6.1 mit dem Verdampfer 3 fluidverbunden wird, wobei das dem Chiller 8 zugeordnete fünfte Expansionsorgan 6.5 und ebenso wie das zum Kondensator 5 bzw. Gaskühler 5 führende zweite Expansionsorgan 6.2 gesperrt sind. Aus dem Verdampfer 3 strömt das Kältemittel über das Rückschlagventil R1, den Kältemittelsammler 10 und den inneren Wärmeübertrager 9 wieder zurück zum Kältemittelverdichter 4, wobei die im Verdampfer 3 aufgenommene Wärme gemeinsam mit dem über den Kältemittelverdichter 4 eingetragenen Wärmestrom über den inneren Kondensator 7 oder Gaskühler 7 wieder an einen in das Fahrzeuginnere geführten Zuluftstrom abgegeben wird.
  • Bei einem Wärmemangel im Kältemittelkreislauf 2 wird zur Wärmeaufnahme zusätzlich zum Verdampfer 3 auch der Chiller 8 durch Öffnen des fünften Expansionsorgans 6.5 und/oder der äußere Kondensator 5 oder Gaskühler 5 mittels des zweiten Expansionsorgans 6.2 parallel geschaltet.
  • Bei einer parallelen Nutzung der Abwärme aus dem Chiller 8 als auch der Umgebungswärme mittels des äußeren Kondensators 5 oder Gaskühlers 5 wird das von dem Kältemittelverdichter 4 verdichtete Kältemittel über den inneren Heizkondensator oder Heizgaskühler 7 bei geöffnetem vierten Expansionsorgan 6.4 an dem Abzweigpunkt Ab1 in drei Teilströme aufgeteilt, nämlich in einen über das zweite Expansionsorgan 6.2 in den äußeren Kondensator 5 oder Gaskühler 5 entspannten Teilstrom, einen über das fünfte Expansionsorgan 6.5 in den Chiller 8 entspannten Teilstrom und einen durch den Verdampfer 3 über das erste Expansionsorgan 6.1 strömenden Teilstrom. Die Führungsgröße für den sich einstellenden Saugdruck stellt der Verdampfer 3 dar und gibt damit die Mindestdrucklage für Chiller 8 und den als Wärmepumpenverdampfer eingesetzten äußeren Kondensator 5 oder Gaskühler 5 vor. Umgangen werden kann dies mit einer Integration eines weiteren elektrischen oder mechanischen Expansionsorgans stromabwärts des Verdampfers 3, so dass dieser auf ein beliebiges Mitteldruckniveau eingestellt werden kann, bevor für Chiller 8 und äußeren Kondensator 5 oder Gaskühler 5 eine weitere Druckabsenkung erfolgt.
  • Bei einem Wärmeüberschuss im Reheat-Betrieb wird neben dem inneren Heizkondensator oder Heizgaskühler 7 zusätzlich über den äußeren Kondensator 5 oder Gaskühler 5 Wärme an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben, bevor das Kältemittel über den Verdampfer 3 wieder zurück zum Kältemittelverdichter 4 strömt. Hierzu wird bei dem Kältemittelkreislauf 2 gemäß 1 mittels des dritten Expansionsorgans 6.3 ein Teilstrom des Kältemittels auf einen über dem Verdampfungsdruck liegenden Zwischendruck in den äußeren Kondensator 5 oder Gaskühler 5 entspannt und anschließend mittels des ersten Expansionsorgans 6.1 in den Verdampfer 3 auf Niederdruck expandiert. Die Einstellung des weiteren Teilmassenstrom, den sogenannten Heizmassenstrom über den inneren Heizkondensator oder Heizgaskühler 7 erfolgt über das vierte Expansionsorgan 6.4, an dem stromabwärts sich ein Mittel- oder Niederdruckniveau einstellen wird, abhängig davon, ob das erste oder das zweite Expansionsorgan 6.1 bzw. 6.2 die Entspannung des Kältemittels in den Verdampfer 3 umsetzt.
  • Zur Steuerung dieser unterschiedlichen Betriebsmodi sind neben dem als Druck-Temperatursensor ausgeführten Temperaturmessmittel pT1 weitere Druck-Temperatursensoren pT2, pT3 und pT4 in dem Kältemittelkreislauf 2 gemäß der 1 angeordnet. Der Druck-Temperatursensor pT2 befindet sich zwischen dem Kältemittelsammler 10 und der Niederdruckseite des inneren Wärmeübertragers 9, der Druck-Temperatursensor pT3 zwischen dem äußeren Kondensator 5 oder Gaskühler 5 und der Hochdruckseite des inneren Wärmeübertragers 9 und der Druck-Temperatursensor pT4 ist dem inneren Heizkondensator oder Heizgaskühler 7 stromabwärts nachgeschaltet.
  • Bei der Fahrzeugkälteanlage 1 gemäß 1 werden zur Realisierung einer Absaugung von Kältemittel aus Totvolumen für den AC-Betrieb oder den Heizbetrieb Bestandsleitungen des Kältemittelkreislaufs 2 genutzt.
  • Bei einem Betriebsstart im AC-Betrieb werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
    • - Öffnen des vierten Expansionsorgans 6.4 und Schließen des ersten Absperrorgans A1 und des zweiten Absperrorgans A2, wodurch der Heizzweig 2.3 vom übrigen Kältemittelkreislauf 2 abgesperrt wird,
    • - Absaugen von Kältemittel aus dem Heizzweig 2.3, und
    • - Schließen des vierten Expansionsorgans 6.4 entweder bei steigendem Kältemitteldruck stromabwärts des vierten Expansionsorgans 6.4 oder nach einer definierten Zeitspanne, um eine Rückverlagerung von Kältemittel in den Heizzweig 2.3 zu verhindern.
  • Es muss jedoch gewährleistet sein, das stromabwärts des vierten Expansionsorgans 6.4 Niederdruck anliegt, eingestellt über das zweite Expansionsorgan 6.2.
  • Eine alternative Absaugung von Kältemittel aus dem Heizkreis 2.3 bei gemäß 1 dargestellter Systemverschaltung der Kälteanlage 2 erfolgt bei geschlossenem erstem Absperrorgan A1 und geschlossenem viertem Expansionsorgan 6.4 über das geöffnete dritte Absperrorgan A3 sowie dem zweiten Rückschlagventil R2. Ein erhöhter funktionaler Überwachungsaufwand des Absaugprozesses ist in dieser Konfiguration nicht erforderlich.
  • Für dieses Verfahren zur Realisierung einer Absaugung von Kältemittel aus einem Totvolumen des inneren Heizkondensators 7 oder Heizgaskühlers 7 für den AC-Betrieb über das vierte Expansionsorgan 6.4 werden die vorhandenen Leitungen des Kältemittelkreislaufs 2 benutzt, sind also keine zusätzlichen Leitungsabschnitte oder Ventilkomponenten erforderlich. Auf die bekannte Verwendung eines Rückschlagventils wird verzichtet, d.h. der Leitungsstrang 2.6 kann in diesem Fall entfallen
  • Wird zum Schließen des vierten Expansionsorgans 6.4 der Kältemitteldruck verwendet, kann dieser indirekt oder direkt bestimmt werden.
  • Zur indirekten Bestimmung des Kältemitteldrucks wird die Gebläselast eines Gebläses des Klimagerätes 1.1 und/oder der von einem Steuergerät des Kältemittelkreislaufs 2 gesetzte Sollwert der Lufttemperatur am Verdampfer 3 und/oder der Druckverlauf des Kältemittels auf der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs 2 erfasst, und bei fallender Gebläselast und/oder bei ansteigendem Sollwert und/oder bei ansteigendem Kältemitteldruck auf der Niederdruckseite das vierte Expansionsorgan 6.4 geschlossen.
  • Zur direkten Bestimmung des Kältemitteldrucks wird dieser stromabwärts des vierten Expansionsorgans 6.4 mittels eines demselben stromabwärts nachgeschalteten Drucksensors p1 direkt bestimmt.
  • Bei einer Verwendung der alternativen Methode, das vierte Expansionsorgan nach einer definierten Zeitspanne zu schließen, wird diese dadurch bestimmt, dass im System für dieses Zeitfenster, auf bspw. 5 Minuten beschränkt, eine niedrigere luftseitige Verdampferaustrittstemperatur angefordert wird als es im Normalbetrieb der Fall ist (bspw. 1°C statt 3°C). Damit stellt sich ein niedrigerer systemseitiger Niederdruck ein und das Absaugpotenzial steigt an. Mit Ablauf der definierten und vorgegebenen Zeitspanne wird das System auf die Standardparameter zurückgestellt, wobei unmittelbar davor das vierte Expansionsorgan 6.4 geschlossen wird, um eine Kältemittelrückströmung in den Heizzweig 2.3 zu vermeiden.
  • Ein solcher Absaugprozess kann nach jedem Neustart der Fahrzeugkälteanlage 1 wiederholt werden, ist jedoch nicht erforderlich, wenn vorab ein 100 %-iger AC-Betrieb durchgeführt wurde. Sollte das erste Absperrorgan A1 nicht 100 % dichtend ausgeführt sein, wird bei jedem Neustart der Fahrzeugkälteanlage 1 mit Stillstandszeiten von bspw. größer als 1 Stunde ein solcher Absaugprozess erneut durchgeführt bzw. wird dessen Durchführung empfohlen
  • Bei einem Betriebsstart im Heizbetrieb mittels einer Wasserwärmepumpenfunktion werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
    • - Öffnen des zweiten Absperrorgans A2 des Wärmepumpenrückführzweiges 2.5 und Schließen der Expansionsorgane 6.1, 6.2 und 6.3 ,
    • - Absaugen von Kältemittel aus dem AC- und Wärmepumpenzweig 2.2 über den Wärmepumpenrückführzweig 2.5, und
    • - Schließen des zweiten Absperrorgans A2 entweder bei steigendem Kältemitteldruck stromabwärts des zweiten Absperrorgans A2 oder nach einer definierten Zeitspanne, um eine Rückverlagerung von Kältemittel in den AC- und Wärmepumpenzweig 2.2 zu verhindern. Bei diesem Absaugvorgang ist natürlich das dritte Absperrorgan A3 ständig geschlossen.
  • Für dieses Verfahren zur Realisierung einer Absaugung von Kältemittel aus einem Totvolumen des äußeren Kondensators 5 oder Gaskühlers 5 für den Heizbetrieb mittels der Wasserwärmepumpenfunktion werden die vorhandenen Leitungen des Kältemittelkreislaufs 2 benutzt, sind also keine zusätzlichen Leitungsabschnitte oder Ventilkomponenten erforderlich. Auf die bekannte Verwendung eines Rückschlagventils R2 kann verzichtet werden. Das zweite Absperrorgan A2 wird in Abhängigkeit des Kältemitteldrucks stromabwärts desselben oder nach einer definierten Zeitspanne geschlossen.
  • Wird zum Schließen des zweiten Absperrorgans A2 der Kältemitteldruck verwendet, kann dieser indirekt oder direkt bestimmt werden.
  • Zur indirekten Bestimmung des Kältemitteldrucks wird die Kühlmitteltemperatur des Chillers 8 detektiert und bei ansteigender Kühlmitteltemperatur das zweite Absperrorgan A2 geschlossen.
  • Zur direkten Bestimmung des Kältemitteldrucks wird dieser stromabwärts des zweiten Absperrorgans A2 mittels eines demselben stromabwärts nachgeschalteten Drucksensors p2 direkt bestimmt. Dieser Drucksensor p2 kann auch in dem Absaugzweig 2.6 oder in dem Knotenpunkt von Wärmepumpenzweig 2.5 und Absaugzweig 2.6 positioniert werden. Alternativ kann auf den Drucksignalwert des Sensors pT2 zurückgegriffen werden.
  • Bei einer Verwendung der alternativen Methode, das zweite Absperrorgan A2 nach einer definierten Zeitspanne zu schließen, wird diese dadurch bestimmt, dass seitens eines Steuergerätes der Fahrzeugkälteanlage 1 der im System einzustellende Saugdruck für einen auf bspw. 5 Minuten beschränkten Zeitraum auf den minimal zulässigen Wert eingestellt wird bzw. dieser systemseitig gezielt anzufahren ist, bevor mit Ablauf dieser Zeitspanne das zweite Absperrventil A2 geschlossen wird und sich der Niederdruck auf einem höheren Niveau einfinden bzw. einstellen kann, je nach der zu diesem Zeitpunkt verfügbaren Wassertemperatur, die ihrerseits das Niederdruckniveau beeinflusst.
  • Ein solcher Absaugprozess kann nach jedem Neustart der Fahrzeugkälteanlage 1 wiederholt werden, ist jedoch nicht erforderlich, wenn vorab ein 100 %iger Heizbetrieb durchgeführt wurde. Sollten das zweite und dritte Expansionsorgan 6.2 und 6.3 nicht 100 % dichtend ausgeführt sein, wird bei jedem Neustart der Fahrzeugkälteanlage 1 mit Stillstandszeiten von bspw. größer als 1 Stunde ein solcher Absaugprozess erneut durchgeführt bzw. wird dessen Durchführung empfohlen.
  • Die alternative Absaugung von Kältemittel aus dem AC- und Wärmepumpenkreis 2.2 bei gemäß 1 dargestellter Systemverschaltung der Kälteanlage 2 erfolgt bei geschlossenem zweiten und dritten Expansionsorgan 6.2 sowie 6.3 über das geöffnete zweite Absperrorgan A2 sowie dem zweiten Rückschlagventil R2. Ein erhöhter funktionaler Überwachungsaufwand des Absaugprozesses ist in dieser Konfiguration nicht erforderlich.
  • Mittels des Absaugzweiges 2.6 kann bei geöffnetem dritten Absperrorgan A3, geschlossenem ersten Absperrorgan A1 und geschlossenem vierten Expansionsorgan 6.4 Kältemittel aus dem Heizzweig 2.3 abgesaugt werden.
  • Bei dem Kältemittelkreislauf 2 wird der Reheat-Betrieb bei Wärmeüberschuss derart ausgeführt, dass über den äußeren Kondensator 5 oder Gaskühler 5 diese Wärme an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben wird, bevor das Kältemittel über den Verdampfer 3 wieder zurück zum Kältemittelverdichter 4 strömt. Hierzu wird der Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters 4 über das dritte Expansionsorgan 6.3 mit dem äußeren Kondensator oder Gaskühler 5 verbunden und dadurch das Kältemittel auf ein Zwischendruck in den äußeren Kondensator 5 oder Gaskühler 5 entspannt und anschließend mittels des ersten Expansionsorgans 6.1 in den Verdampfer 3 auf Niederdruck expandiert. Damit wird ein heißer Teilstrom des Kältemittels aus dem Kältemittelverdichter 4 direkt dem äußeren Kondensator 5 bzw. Gaskühler 5 zugeführt. Mit dem über das erste Absperrventil A1 geführten Teilmassenstrom wird mittels des inneren Heizkondensators 7 oder Heizgaskühlers 7 der Fahrzeuginnenraums erwärmt.
  • Das zweite Expansionsorgan 6.2 und das vierte Expansionsorgan 6.4 sorgen dafür, dass nach einer Entspannung des Kältemittels vor den beiden Expansionsorganen 6.1 und 6.5 gleiches Druckniveau herrscht. Idealerweise ist die Systemfunktion so ausgerichtet, dass nur mittels viertem Expansionsorgan 6.4 eine Expansion erfolgt, so dass das zweite Expansionsorgan 6.2 vollständig geöffnet bleiben kann und im AC- und Wärmepumpenzweig 2.2 bis zum ersten und fünften Expansionsorgan 6.1 bzw. 6.5 das gleiche Druckniveau herrscht bevor die finale Expansion über das erste und oder fünfte Expansionsorgan 6.1 und/oder 6.5 auf Niederdruckniveau erfolgt.
  • Schließlich ist es möglich, anstelle des ersten Absperrorgans A1 ein Expansionsorgan vorzusehen, mit welchem eine gezielte Einstellung des Kältemittelmassenstroms nach dem Kältemittelverdichter 4 ermöglicht wird.
  • Neben den beschriebenen Funktionen von Wasser- und Luft-Wärmepumpe ist auch der kombinierte Betrieb der beiden Verschaltungen möglich, d.h. es werden parallel die Wärmen aus dem Wasserkreis und aus der Umgebung aufgenommen. Die dargestellten Absaugfunktionen für Kältemittel finden hierbei jedoch keine Verwendung.
  • Weiterhin ist es denkbar, anstelle des direkten bzw. inneren Heizkondensators bzw. Heizgaskühlers 7 einen indirekten, wassergekühlten Kondensator bzw. Gaskühler einzusetzen, bevor über einen diesem nachgeschalteten Kühlmittel-Luft-Wärmeübertrager der Zuluftstrom der Kabine erwärmt wird. Die Absaugfunktionen werden in der oben beschriebenen Weise durchgeführt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Fahrzeugkälteanlage
    1.1
    Klimagerät der Fahrzeugkälteanlage 1
    2
    Kältemittelkreislauf der Fahrzeugkälteanlage 1
    2.1
    Verdampferzweig des Kältemittelkreislaufs 2
    2.2
    AC- und Wärmepumpenzweig des Kältemittelkreislaufs 2
    2.3
    Heizzweig des Kältemittelkreislaufs 2
    2.4
    Chiller-Zweig des Kältemittelkreislaufs 2
    2.5
    Wärmepumpenrückführzweig des Kältemittelkreislaufs 2
    2.6
    Absaugzweig des Kältemittelkreislaufs 2
    3
    Verdampfer
    4
    Kältemittelverdichter
    5
    äußere Kondensator, Gaskühler
    6.1
    erstes Expansionsorgan
    6.2
    zweites Expansionsorgan
    6.3
    drittes Expansionsorgan
    6.4
    viertes Expansionsorgan
    6.5
    fünftes Expansionsorgan
    7
    innerer Heizkondensator oder Heizgaskühler
    8
    Chiller
    8.1
    Kühlmittelkreislauf des Chillers 8
    9
    innerer Wärmeübertrager
    10
    Kältemittelsammler
    11
    elektrisches Heizelement
    Ab1
    Abzweigpunkt des Kältemittelkreislaufs 2
    Ab2
    Abzweigpunkt des Kältemittelkreislaufs 2
    Ab3
    Abzweigpunkt des Kältemittelkreislaufs 2
    A1
    erstes Absperrorgan
    A2
    zweites Absperrorgan
    A3
    drittes Absperrorgan
    E
    Eintritt des Heizkondensators oder Heizgaskühlers 7
    p1
    Drucksensor
    p2
    Drucksensor
    pT1
    Temperaturmessmittel
    R1
    Rückschlagventil
    R2
    Rückschlagventil
    S
    Strömungsrichtung des Kältemittels
    T
    Temperaturmessmittel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013021360 A1 [0002, 0007]
    • DE 102011118162 A1 [0003]
    • DE 102009056027 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (2) einer Fahrzeugkälteanlage (1) in einem AC-Betrieb und in einem mittels einer Wärmepumpenfunktion realisierten Heizbetrieb mit: - einem Verdampferzweig (2.1) mit einem Verdampfer (3) und einem dem Verdampfer (3) zugeordneten ersten Expansionsorgan (6.1), - einem Kältemittelverdichter (4), - einem AC- und Wärmepumpenzweig (2.2) mit einem äußeren Kondensator oder Gaskühler (5) und einem demselben in seiner Funktion als Wärmepumpenverdampfer für den Heizbetrieb zugeordneten zweiten Expansionsorgan (6.2), wobei der AC- und Wärmepumpenzweig (2.2) über ein drittes Expansionsorgan (6.3) mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters (4) und über das zweite Expansionsorgan (6.2) mit dem Verdampferzweig (2.1) verbunden wird, - einem Heizzweig (2.3) mit einem inneren Heizkondensator oder Heizgaskühler (7) und einem demselben stromabwärts nachgeschalteten vierten Expansionsorgan (6.4), wobei der Heizzweig (2.3) über ein erstes Absperrorgan (A1) mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters (4) und über das das vierte Expansionsorgan (6.4) mit dem Verdampferzweig (2.1) verbunden wird, und - einem Temperaturmessmittel (T, pT1) zur Bestimmung der Kältemitteltemperatur am Eintritt (E) des inneren Heizkondensators oder Heizgaskühlers (7), wobei - im Heizbetrieb die Kältemitteltemperatur am Eintritt (E) des inneren Heizkondensators oder Heizgaskühlers (7) auf einen maximalen Temperaturwert beschränkt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem - ein Temperaturmessmittel (pT1) am Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters (4) angeordnet wird, und - die Kältemitteltemperatur am Eintritt (E) des Heizkondensators oder Heizgaskühlers (7) mittels des von dem Temperaturmessmittel (pT1) erzeugten Sensorwertes aus einem Kennfeld ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem mittels eines am Eintritt (E) des Heizkondensators oder Heizgaskühlers (7) angeordneten Temperaturmessmittels (T) die Kältemitteltemperatur bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem bei einem Betriebsstart im Heizbetrieb mittels einer Wasserwärmepumpenfunktion oder einem Dreiecksprozess folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: - Bereitstellen eines Chiller-Zweiges (2.4) mit einem Chiller (8) und einem zugeordneten fünften Expansionsorgan (6.5) zur Realisierung der Wasserwärmepumpenfunktion, wobei der Chiller-Zweig (2.4) parallel zum Verdampferzweig (2.1) geschaltet wird, - Absaugen von Kältemittel aus dem AC- und Wärmepumpenzweig (2.2) durch Öffnen eines zweiten Absperrorgans (A2), welches den AC- und Wärmepumpenzweig (2.2) mit der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs (2) verbindet, und Schließen sowohl des ersten und zweiten Expansionsorgans (6.1, 6.2) als auch des dritten Expansionsorgans (6.3), - Schließen des zweiten Absperrorgans (A2) entweder bei steigendem Kältemitteldruck stromabwärts des zweiten Absperrorgans (A2) oder nach einer definierten Zeitspanne.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem bei einem Betriebsstart im AC-Betrieb folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden: - Absaugen von Kältemittel aus dem Heizzweig (2.3) durch Öffnen des vierten Expansionsorgans (6.4) und Schließen des ersten Absperrorgans (A1), und - Entspannen des Kältemittels stromabwärts des vierten Expansionsorgans (6.4) auf Niederdruckniveau mittels des zweiten Expansionsorgans (6.2) bei gleichzeitig maximal geöffnetem ersten oder zweiten Expansionsorgan (6.1, 6.2).
  6. Fahrzeugkälteanlage (1) mit einem Kältemittelkreislauf (2) für einen AC-Betrieb und für einen mittels einer Wärmepumpenfunktion durchgeführten Heizbetrieb zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: - einen Verdampferzweig (2.1) mit einem Verdampfer (3) und einem dem Verdampfer zugeordneten ersten Expansionsorgan (6.1), - einen Kältemittelverdichter (4), - einen AC- und Wärmepumpenzweig (2.2) mit einem äußeren Kondensator oder Gaskühler (5) und einem demselben in seiner Funktion als Wärmepumpenverdampfer für den Heizbetrieb zugeordneten zweiten Expansionsorgan (6.2), wobei der AC- und Wärmepumpenzweig (2.2) über ein drittes Expansionsorgan (6.3) mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters (4) und über das zweite Expansionsorgan (6.2) mit dem Verdampferzweig (2.1) verbunden ist, - einen Heizzweig (2.3) mit einem inneren Heizkondensator oder Heizgaskühler (7) und einem demselben stromabwärts nachgeschalteten vierten Expansionsorgan (6.4), wobei der Heizzweig (2.3) mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters (4) über ein erstes Absperrorgan (A1) und über das vierte Expansionsorgan (6.4) mit dem Verdampferzweig (2.1) verbunden ist, und - ein Temperaturmessmittel (T, pT1) zur Bestimmung der Kältemitteltemperatur am Eintritt (E) des Heizkondensators oder Heizgaskühlers (7).
  7. Fahrzeugkälteanlage (1) nach Anspruch 6, bei welchem mittels eines zweiten Absperrorgans (A2) der Heizzweig (2.3) mit dem AC- und Wärmepumpenzweig (2.2) verbunden ist.
  8. Fahrzeugkälteanlage (1) nach Anspruch 6 oder 7, bei welchem dem vierten Expansionsorgan (6.4) stromabwärts ein Drucksensor (p1) nachgeschaltet ist.
  9. Fahrzeugkälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei welchem - ein Chiller-Zweig (2.4) mit einem Chiller (8) und einem zugeordneten fünften Expansionsorgan (6.5) zur Realisierung der Wasserwärmepumpenfunktion vorgesehen ist, und - der Chiller-Zweig (2.4) parallel zum Verdampferzweig (2.1) geschaltet ist.
  10. Fahrzeugkälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei welchem - ein Wärmepumpenrückführzweig (2.5) mit einem zweiten Absperrorgan (A2) und einem Rückschlagventil (R2) vorgesehen ist, wobei mit dem Wärmepumpenrückführzweig (2.5) der AC- und Wärmepumpenzweig (2.2) mit dem Verdampferzweig (2.1) stromabwärts des Verdampfers (3) verbindbar ist, und - ein Absaugzweig (2.6) mit einem dritten Absperrorgan (A3) vorgesehen ist, wobei mit dem Absaugzweig (2.6) der Wärmepumpenrückführzweig (2.5) mit dem Heizzweig (2.3) stromabwärts des inneren Heizkondensators oder Heizgaskühlers (7) verbunden ist.
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