DE102018209769B4 - Method for operating a refrigeration system of a vehicle having a refrigerant circuit - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (10) einer Kälteanlage eines Fahrzeugs mit- einem Chiller-Zweig (1.0), welcher einen Chiller (1), ein erstes Expansionsorgan (AE1) und einen stromabwärts des Chillers (1) nachgeschalteten ersten Druck-Temperatursensor (pT1) aufweist und mit einem Kühlmittelkreislauf (1.1) thermisch gekoppelt ist,- wenigstens einem Innenraum-Verdampferzweig (2.0), welcher einen Innenraum-Verdampfer (2) und ein zweites Expansionsorgan (AE2) aufweist und dem Chiller-Zweig (1.0) parallel geschaltet ist,- einem Kältemittelverdichter (3), und- einem Kondensator oder Gaskühler (4), wobei- in einem Single-Chiller-Modus der Betriebspunkt des Kältemittelkreislaufs (10) am Kältemittelaustritt des Chillers (1) nahe der Taulinie des Kältemittels eingestellt wird,- der Niederdruck und die zugehörige Temperatur des Kältemittels mittels des ersten Druck-Temperatursensors (pT1) des Chillers (1) detektiert wird, und- der Niederdruck durch Steuerung des Kältemittelverdichters (3) auf einen von Umgebungsbedingungen und der benötigten Kühlleistung des Chillers (1) abhängigen maximalen Niederdruckwert beschränkt oder unter Reduzierung der Kühlleistung an dem Chiller (1) abgesenkt wird, wenn eine Drehmomentüberlastung am Kältemittelverdichter (3) oder eine vorgegebene Abweichung der Temperatur von der Taulinie des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers (1) detektiert wird.Method for operating a refrigerant circuit (10) of a refrigeration system of a vehicle with a chiller branch (1.0), which has a chiller (1), a first expansion element (AE1) and a first pressure-temperature sensor (pT1 ) and is thermally coupled to a coolant circuit (1.1),- at least one interior evaporator branch (2.0) which has an interior evaporator (2) and a second expansion element (AE2) and is connected in parallel to the chiller branch (1.0). ,- a refrigerant compressor (3), and- a condenser or gas cooler (4), whereby- in a single chiller mode the operating point of the refrigerant circuit (10) is set at the refrigerant outlet of the chiller (1) close to the dew line of the refrigerant,- the low pressure and the associated temperature of the refrigerant is detected by means of the first pressure-temperature sensor (pT1) of the chiller (1), and- the low pressure by controlling the refrigerant compression chters (3) is limited to a maximum low-pressure value that depends on the ambient conditions and the required cooling capacity of the chiller (1) or is lowered with a reduction in the cooling capacity on the chiller (1) if there is a torque overload on the refrigerant compressor (3) or a specified temperature deviation from the dew line of the refrigerant is detected at the refrigerant outlet of the chiller (1).

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.The invention relates to a method for operating a refrigerant circuit for a vehicle with at least two evaporators, namely at least one interior evaporator and an evaporator designed as a chiller.

Der Innenraum-Verdampfer kann als Frontverdampfer und/oder als Heckverdampfer des Fahrzeuginnenraums ausgeführt werden und dient zur Konditionierung eines in den Fahrzeuginnenraum eintretenden Zuluftstroms.The interior evaporator can be designed as a front evaporator and/or as a rear evaporator of the vehicle interior and is used to condition an inlet air flow entering the vehicle interior.

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 wie dies bspw. aus der DE 10 2017 108 809 A1 , der DE 10 2016 108 468 A1 oder der DE 10 2009 015 658 A1 bekannt ist.In addition to the interior or front evaporator, electrified vehicles require a separate coolant circuit for conditioning and temperature control of the energy store, which is usually implemented as a high-voltage battery. Such a coolant circuit is coupled to the coolant circuit by means of a heat exchanger, such a heat exchanger in turn also being designed as an evaporator for cooling an air flow or as a so-called chiller for cooling a coolant, as is the case, for example, in DE 10 2017 108 809 A1 , the DE 10 2016 108 468 A1 or the DE 10 2009 015 658 A1 is known.

Die DE 10 2016 117 075 A1 beschreibt ein System, bei welchem eine Hochvoltbatterie eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs mittels eines Kühlmittelkreislaufs gekühlt wird, welcher einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher aufweist, welcher mit einem Kältemittelkreislauf thermisch gekoppelt ist. Um die Notwendigkeit kältemittelbasierter Verdampfer zu reduzieren, wird das Kühlmittel aus dem Kühlmittelkreislauf auch für eine Kühlung einer hinteren Zone des Fahrgastraums unter Verwendung eines Kühlmittel-Luft-Wärmetauschers eingesetzt. Zusätzlich wird auch ein passiver Kühlmodus mittels eines der Umgebungsluft des Fahrzeugs ausgesetzten passiven Kühlers für die Hochvöltbatterie bereitgestellt.the DE 10 2016 117 075 A1 describes a system in which a high-voltage battery of a hybrid or electric vehicle is cooled by means of a coolant circuit which has a coolant/coolant heat exchanger which is thermally coupled to a coolant circuit. To reduce the need for refrigerant-based evaporators, the refrigerant from the refrigerant circuit is also used for cooling a rear zone of the passenger compartment using a refrigerant-to-air heat exchanger. In addition, a passive cooling mode is also provided for the high-voltage battery by means of a passive cooler exposed to the vehicle's ambient air.

In ähnlicher Weise beschreibt auch die DE 10 2014 001 022 A1 einen Kühlmittelkreislauf für eine Hochvoltbatterie, die über einen Wärmetauscher mit einem Kältemittelkreislauf thermisch gekoppelt ist. Dieser Kühlmittelkreislauf weist einen Kühler auf, der mittels der Umgebungsluft des Fahrzeugs beaufschlagt wird. Dieser Kühler kann mittels einer Bypass-Leitung umgangen werden.In a similar way also describes the DE 10 2014 001 022 A1 a coolant circuit for a high-voltage battery, which is thermally coupled to a refrigerant circuit via a heat exchanger. This coolant circuit has a cooler which is acted upon by the ambient air of the vehicle. This cooler can be bypassed using a bypass line.

Aus der DE 10 2009 021 530 A1 ist ein Kühlmittelkreislauf für eine Hochvoltbatterie bekannt, in welchem sowohl ein LuftLKühlmittel-Wärmetauscher als auch ein mit einem Kältemittelkreislauf thermisch gekoppelter Chiller angeordnet ist. Der Kühlmittelkreislauf ist derart aufgebaut, dass das Kühlmittel entweder nur durch den Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher oder nur durch den Chiller oder durch beide Komponenten geleitet werden kann.From the DE 10 2009 021 530 A1 a coolant circuit for a high-voltage battery is known, in which both an air/coolant heat exchanger and a chiller thermally coupled to a coolant circuit are arranged. The coolant circuit is designed in such a way that the coolant can be routed either only through the air/coolant heat exchanger or only through the chiller or through both components.

Die US2012/0125032 zeigt eine Kälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf und ein Verfahren zur parallelen Luft- und Batteriekühlung. Der Kältemittelkreislauf umfasst eine Verdampferanordnung zur parallelen Luft- und Batteriekühlung, wobei mit einem Kältemittelverdichter und einem Kondensator ein Verdampfer mit einem zugeordneten steuerbaren Expansionsorgan zur Luftkühlung und ein Verdampfer als Batteriekühler mit einem zugeordneten steuerbaren Expansionselement zur Batteriekühlung vorgesehen sind. Ein Drosselorgan befindet sich zwischen dem Verdampfer für die Batteriekühlung und dem Niederdruckeingang des Kältemittelverdichters, mit welchem das Kältemittel auf den Verdampfungsdruck des Verdampfers für die Luftkühlung expandiert wird.the US2012/0125032 shows a refrigeration system with a refrigerant circuit and a method for parallel air and battery cooling. The refrigerant circuit includes an evaporator arrangement for parallel air and battery cooling, with a refrigerant compressor and a condenser being provided as an evaporator with an associated controllable expansion element for air cooling and an evaporator as a battery cooler with an associated controllable expansion element for battery cooling. A throttling device is located between the evaporator for battery cooling and the low-pressure inlet of the refrigerant compressor, with which the refrigerant is expanded to the evaporation pressure of the evaporator for air cooling.

Aus der DE 11 2016 003 000 T5 ist ein Kältemittelkreislauf einer Kälteanlage, für ein Elektrofahrzeug mit einer Wärmepumpenfunktion bekannt, mit welchem ein beim Wechseln der Betriebsart auftretendes Geräusch beseitigt oder verringert werden soll. Hierzu soll bei einem Wechsel der Betriebsart die Druckdifferenz an einem Ventilorgan reduziert werden, bevor dieses Ventilorgan geöffnet wird.From the DE 11 2016 003 000 T5 a refrigerant circuit of a refrigeration system for an electric vehicle with a heat pump function is known, with which a noise occurring when changing the operating mode is to be eliminated or reduced. For this purpose, when changing the operating mode, the pressure difference at a valve element should be reduced before this valve element is opened.

Schließlich sei noch auf die DE 10 2011 118 162 B4 verwiesen, aus welcher ein mehrere Verdampfer aufweisender Kältemittelkreislauf mit einer Wärmepumpenfunktion bekannt ist. Für diesen Kältemittelkreislauf ist neben einem Innenraum-Verdampfer auch ein erster und zweiter Chiller vorgesehen, wobei diesen Verdampfern jeweils ein Expansionsorgan stromaufwärts vorgeschaltet ist. Zusätzlich ist dem Innenraum-Verdampfer ein weiteres Expansionsorgan stromabwärts nachgeschaltet, wodurch dieser Innenraum-Verdampfer auf einem Zwischendruckniveau betreibbar ist. Schließlich wird ein für den Kältebetrieb vorgesehener Kondensator zur Realisierung einer Luftwärmepumpe als Wärmepumpenverdampfer mit einem zugehörigen Expansionsorgan eingesetzt.Finally, be on the DE 10 2011 118 162 B4 referred, from which a multiple evaporator having refrigerant circuit with a heat pump function is known. In addition to an interior evaporator, a first and second chiller is also provided for this refrigerant circuit, with an expansion element being connected upstream of each of these evaporators. In addition, a further expansion element is connected downstream of the interior evaporator, as a result of which this interior evaporator can be operated at an intermediate pressure level. Finally, a condenser provided for cooling operation is used to implement an air heat pump as a heat pump evaporator with an associated expansion element.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer einen Kältemittelkreislauf aufweisenden Kälteanlage eines Fahrzeugs mit wenigstens zwei Verdampfern, nämlich wenigstens einem Innenraum-Verdampfer und einem als Chiller ausgebildeten Verdampfer anzugeben, mit welchem im Single-Chiller-Modus, also bei einem ausschließlichen Betrieb des Chillers ein funktionssicherer und damit fehlerfreier Betrieb des Kältemittelkreislaufs sichergestellt wird.It is the object of the invention to specify a method for operating a refrigeration system of a vehicle having a refrigerant circuit with at least two evaporators, namely at least one interior evaporator and an evaporator designed as a chiller, with which in single chiller mode, i.e. with exclusive operation of the Chillers a functionally reliable and thus error-free operation of the refrigerant circuit is ensured.

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

Bei diesem Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Kälteanlage eines Fahrzeugs 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 ein zweites Expansionsorgan aufweist und dem Chiller-Zweig parallel geschaltet ist,
  • - einem Kältemittelverdichter, und
  • - einem Kondensator oder Gaskühler, wird
  • - in einem Single-Chiller-Modus der Betriebspunkt des Kältemittelkreislaufs am Kältemittelaustritt des Chillers nahe der Taulinie des Kältemittels eingestellt,
  • - der Niederdruck und die zugehörige Temperatur des Kältemittels mittels des Druck-Temperatursensors des Chillers detektiert, und
  • - der Niederdruck durch Steuerung des Kältemittelverdichters auf einen von Umgebungsbedingungen, und der benötigten Kälteleistung des Chillers abhängigen maximalen Niederdruckwert beschränkt oder unter Reduzierung der Kälteleistung an dem Chiller abgesenkt, wenn eine Drehmomentüberlastung am Kältemittelverdichter oder eine vorgegebene Abweichung der Temperatur von der Taulinie des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers detektiert wird.
In this method for operating a refrigerant circuit of a refrigeration system of a vehicle
  • - a chiller branch, which has a chiller, a first expansion element and a pressure-temperature sensor downstream of the chiller and is thermally coupled to a coolant circuit,
  • - At least one interior evaporator branch; which has an interior evaporator and a second expansion element and is connected in parallel to the chiller branch,
  • - a refrigerant compressor, and
  • - a condenser or gas cooler
  • - in a single chiller mode, the operating point of the refrigerant circuit is set at the refrigerant outlet of the chiller close to the dew line of the refrigerant,
  • - detects the low pressure and the associated temperature of the refrigerant by means of the pressure-temperature sensor of the chiller, and
  • - the low pressure is limited by controlling the refrigerant compressor to a maximum low pressure value that depends on the ambient conditions and the required cooling capacity of the chiller, or is lowered by reducing the cooling capacity at the chiller if there is a torque overload on the refrigerant compressor or a specified deviation of the temperature from the dew line of the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller is detected.

Um die bei einem hohen Niederdruck im Single-Chiller-Modus und damit bei einer hohen Verdampfungstemperatur des Kältemittels drohenden Nachteile zu vermeiden, wird der mit dem Betreiben des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers nahe an der Taulinie verbundene effiziente Betrieb des Kältemittelkreislaufs, welcher insbesondere für Systeme mit hochdruckseitig angeordnetem Kältemittelspeicher signifikant ist, nur geringfügig verschlechtert, indem bei einer Detektion einer Drehmomentüberlastung am Kältemittelverdichter oder bei einer vorgegebenen Abweichung der Temperatur von der Taulinie des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers entweder der Niederdruck auf einen maximalen zulässigen Niederdruckwert beschränkt oder der Niederdruck bei zumindest gleichbleibender Kälteleistung, jedoch Einbuße in der Systemeffizienz, an dem Chiller abgesenkt wird.In order to avoid the potential disadvantages associated with a high low pressure in the single chiller mode and thus a high evaporation temperature of the refrigerant, the efficient operation of the refrigerant circuit associated with the operation of the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller close to the dew line, which is particularly important for systems with a refrigerant reservoir arranged on the high-pressure side, is only slightly worsened in that when a torque overload is detected on the refrigerant compressor or when there is a specified deviation of the temperature from the dew line of the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller, either the low pressure is limited to a maximum permissible low pressure value or the low pressure is at least constant Cooling capacity, but loss of system efficiency where the chiller is lowered.

Mit dem ansteigenden Niederdruck des Kältemittels, i.d.R. ist dieser auch an eine zunehmende Kühlmitteleintrittstemperatur in den Chiller gekoppelt, steigt auch dessen Dichte an und führt damit zu einem erhöhten Kältemittelbedarf im Niederdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs, d.h. es nimmt die Gefahr einer Kältemittelunterfüllung zu, die letztlich in einer Kältemittelunterfüllung münden kann. Damit kann im Single-Chiller-Modus das Kältemittel am Kältemittelaustritt des Chillers nicht mehr nahe der Taulinie betrieben werden, das Kältemittel überhitzt zunehmend. Idealerweise wird bei einer geforderten Kälteleistung der Niederdruck nur so lange angehoben, bis erstmalig ein Anstieg im Wert der Überhitzung des Kältemittel detektiert wird und von diesem Zeitpunkt an erfolgt tendenziell eher eine geringfügige Absenkung des Niederdrucks. Es ist zu berücksichtigen, dass die gewünschte Kälteleistung aus dem Zusammenspiel Niederdruck über den Kältemittelverdichter und Tauliniennähe über das erste Expansionsorgan eingestellt werden.With the increasing low pressure of the refrigerant, which is usually also linked to an increasing coolant inlet temperature in the chiller, its density also increases and thus leads to an increased refrigerant requirement in the low-pressure section of the refrigerant circuit, i.e. the risk of refrigerant underfilling increases, which ultimately results in a Refrigerant underfill can result. This means that in single chiller mode the refrigerant at the chiller's refrigerant outlet can no longer be operated close to the dew line, and the refrigerant increasingly overheats. Ideally, with a required cooling capacity, the low pressure is only increased until an increase in the value of the overheating of the refrigerant is detected for the first time, and from this point in time the low pressure tends to drop slightly. It must be taken into account that the desired refrigeration output is set from the interaction of low pressure via the refrigerant compressor and proximity to the dew line via the first expansion element.

Mit der Reduktion des Niederdrucks wird auch die Verdampfungstemperatur reduziert. Hierbei wird der Niederdruck mittels einer Regelung des Kältemittelverdichters auf einen solchen Wert reduziert, bei welchem der Anlagenbetriebspunktfür einen effizienten Systembetrieb wiederum nahe der Taulinie eingestellt wird. Da nun die Option im Raum stehen kann, mehr Kälteleistung bereitzustellen, als letztlich systemseitig gefordert ist, wäre ein (hochfrequenter) On-Off-Betrieb oder Zwei-Punkt-Regelbetrieb der Kälteanlage denkbar. Darüber hinaus könnte das System längere Zeit mit Überschusskälteleistung arbeiten, bevor für einen längeren Zeitraum der Kältekreis im Sinne eines niederfrequenten Zwei-Punkt-Regelbetriebs ruht.With the reduction of the low pressure, the evaporation temperature is also reduced. Here, the low pressure is reduced by controlling the refrigerant compressor to a value at which the system operating point is again set close to the dew line for efficient system operation. Since there is now the option of providing more cooling capacity than is ultimately required by the system, (high-frequency) on-off operation or two-point control operation of the refrigeration system would be conceivable. In addition, the system could work with excess cooling capacity for a longer period of time before the cooling circuit is idle for a longer period of time in the sense of a low-frequency two-point control operation.

Ein dritte Option stellt die Einstellung eines typischen maximalen Niederdrucks des Kältemittelkreislaufs dar, bspw. 4,5 bar bei einem R1234yf-System, bei dann zunehmender Überhitzung aufgrund der Reduktion des Kältemittelmassenstroms über das erste Expansionsorgan.A third option is the setting of a typical maximum low pressure of the refrigerant circuit, e.g. 4.5 bar in an R1234yf system, with then increasing overheating due to the reduction of the refrigerant mass flow via the first expansion element.

Der maximale Niederdruckwert wird in Abhängigkeit der Umgebungsbedingung und der aktuellen Kälteleistung des Chillers bestimmt. Die Umgebungsbedingungen betreffen bspw. die Umgebungstemperatur, d.h. als Verdampfungstemperatur sollte bei Anlauf des Kältemittelkreislaufs ein Wert unterhalb der Umgebungstemperatur eingestellt werden, damit mit der Dauer des Betriebs unter Berücksichtigung der Werte am ersten Druck-Temperatursensor wieder der effizienzoptimale Betriebspunkt angefahren werden kann. Die aktuelle Kälteleistung des Chillers bestimmt den maximalen Niederdruckwert derart, dass mit abnehmendem Kälteleistungsbedarf auf der Kühlmittelseite des Chillers tendenziell ein - immer weiter ansteigender Wert des Niederdruckniveaus sich abzeichnet.The maximum low pressure value is determined depending on the ambient conditions and the current cooling capacity of the chiller. The ambient conditions relate, for example, to the ambient temperature, i.e. a value below the ambient temperature should be set as the evaporation temperature when the refrigerant circuit starts up, so that the efficiency-optimal operating point can be approached again over the duration of operation, taking into account the values at the first pressure-temperature sensor. The current refrigerating capacity of the chiller determines the maximum low-pressure value in such a way that with a decreasing refrigerating capacity requirement on the coolant side of the chiller, the value of the low-pressure level tends to keep increasing.

Die Detektion der Drehmomentüberlast an dem Kältemittelverdichter- wird bei einem elektrisch angetriebenen Kältemittelverdichter dadurch realisiert, dass ein solcher Kältemittelverdichter bei einer Drehmomentüberlast ein Fehlersignal erzeugt, welches einer Steuereinheit des Kältemittelkreislaufs, bspw. einem Klimasteuergerät zugeführt wird. Bei einem mechanisch, bspw. durch eine Brennkraftmaschine angetriebenen Kältemittelverdichter wird eine Drehmomentüberlast dadurch detektiert, dass die kraftschlüssige , Verbindung der Magnetkupplung ins Rutschen versetzt wird.The detection of the torque overload on the refrigerant compressor is thus realized with an electrically driven refrigerant compressor ized that such a refrigerant compressor generates an error signal in the event of a torque overload, which is fed to a control unit of the refrigerant circuit, for example an air conditioning control unit. In the case of a refrigerant compressor which is driven mechanically, for example by an internal combustion engine, a torque overload is detected in that the non-positive connection of the magnetic coupling is caused to slip.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird im Anschlüss an die Absenkung des Niederdrucks die Kälteleistung am Chiller mittels einer Regelung des ersten Expansionsorgans zusammen mit dem Kältemittelverdichter wieder auf die Sollkälteleistungangepasst. Damit wird wieder diejenige Kälteleistung von dem Chiller erzeugt, die von demselben vor der Absenkung des Niederdrucks erzeugt wurde, jedoch in einem Betriebspunkt mit geringerer Effizienz im Vergleich zu dem vor der Absenkung des Niederdrucks eingestellten Betriebspunkt. Systemseitig wird die Druckdifferenz zwischen der Nieder- und Hochdruckseite und damit das Druckverhältnis angehoben.According to an advantageous further development of the invention, after the low pressure has been reduced, the refrigerating capacity at the chiller is adjusted again to the desired refrigerating capacity by means of a control of the first expansion element together with the refrigerant compressor. In this way, the chiller produces that cooling capacity again that was produced by the same before the low pressure was reduced, but at an operating point with lower efficiency compared to the operating point set before the low pressure was reduced. On the system side, the pressure difference between the low and high pressure sides and thus the pressure ratio is increased.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass

  • - der Kältemittelkreislauf mit einem Niederdruck-Kältemittelsammler ausgebildet wird, mit welchem definierte Kältemitteldampfgehalte einstellbar sind, und
  • - das Kältemittel zur Einstellung auf dessen Taulinie oder nahe der Taulinie im Zwei-Phasen-Gebiet des Kältemittels mittels des Niederdruck-Kältemittelsammlers auf einen Überhitzungsgrad von 0 K eingestellt wird.
Hierbei wird die Eigenschaft des niederdruckseitigen Akkumulators genutzt, dass dieser im Single-Chiller-Modus einen konstanten Dampfgehalt damit eine definierte Kältemittelgüte einstellt, sich also am Kältemittelaustritt des Chillers eine Überhitzung mit einem Wert Null einstellt, d. h. der Zustand des Kältemittels wird auf dessen Taulinie oder links von dieser im Zwei-Phasen-Gebiet des Kältemittels liegend, eingestellt. Mit dem ersten, dem Chiller zugehörigen Expansionsorgan erfolgt für den unterkritischen Betrieb der Kälteanlage eine Unterkühlungsregelung des Kältemittels am Austritt des Kondensators bzw. Gaskühler auf Basis der erfassten Werte für Druck und Temperatur oder für den überkritischen Betrieb der Kälteanlage eine Regelung auf einen optimalen Hochdruck auf Basis der gemessenen Kältemitteltemperatur am Austritt des Gaskühlers, die wiederum als Eingangsgröße für den Sollhochdruck zur Einstellung des Betriebspunkts zum Erzielen der optimalen Systemeffizienz dient.A further advantageous embodiment provides that
  • - the refrigerant circuit is designed with a low-pressure refrigerant collector, with which defined refrigerant vapor contents can be adjusted, and
  • - the refrigerant is adjusted to a degree of superheat of 0 K for adjustment on its dew line or near the dew line in the two-phase region of the refrigerant by means of the low-pressure refrigerant receiver.
Here, the property of the low-pressure side accumulator is used, that in single chiller mode it has a constant vapor content and thus a defined refrigerant quality, i.e. overheating with a value of zero occurs at the refrigerant outlet of the chiller, i.e. the state of the refrigerant is measured on its dew line or to the left of this lying in the two-phase region of the refrigerant. With the first expansion element associated with the chiller, sub-cooling control of the refrigerant at the outlet of the condenser or gas cooler is carried out for subcritical operation of the refrigeration system on the basis of the recorded values for pressure and temperature, or for supercritical operation of the refrigeration system control is based on an optimal high pressure the measured refrigerant temperature at the outlet of the gas cooler, which in turn serves as an input variable for the target high pressure for setting the operating point to achieve optimal system efficiency.

Tritt im Single-Chiller-Modus ein Anstieg des Niederdrucks auf und wird hierbei einer der nachteiligen Folgen (Drehmomentüberlast am Kältemittelverdichter oder zunehmende Überhitzung des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers) detektiert, wird durch entsprechende Steuerung des Kältemittelverdichters der Niederdruck entweder auf den maximalen Niederdruckwert beschränkt oder auf einen Wert unterhalb von diesem maximalen Niederdruckwert abgesenkt. Anschließend wird die Kälteleistung des Chillers wieder auf den vor der Absenkung des Niederdrucks erreichten Wert durch entsprechendes Zusammenwirken von Kältemittelverdichter durch Anstieg von Hub oder Drehzahl und Expansionsorgan i.d.R. durch weiteres Androsseln eingestellt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass es zu Situationen kommen kann, in denen der Kältemittelkreislauf als System losgelöst von Unterkühlungsregelung bzw. Regelung des optimalen Hochdrucks arbeiten kann. Hierbei stellt sich ein Betriebspunkt mit, gegenüber dem vor der Absenkung des Niederdrucks erreichten Betriebspunkt, geringeren Effizienz ein.If the low pressure increases in single chiller mode and one of the adverse consequences is detected (torque overload on the refrigerant compressor or increasing overheating of the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller), the low pressure is either limited to the maximum low pressure value or lowered to a value below this maximum low pressure value. The refrigeration capacity of the chiller is then set back to the value reached before the low pressure was reduced by the corresponding interaction of the refrigerant compressor by increasing the stroke or speed and expansion element, usually by further throttling. It must be taken into account that situations can arise in which the refrigerant circuit can work as a system detached from subcooling control or control of the optimum high pressure. In this case, an operating point with lower efficiency is set compared to the operating point reached before the low pressure was reduced.

Damit kann mit steigendem Niederdruck die Chillerleistung bei fester Kühlmittelvorlauftemperatur und gleichzeitig durch eine mittels des ersten Expansionsorgans eingestellter Unterkühlung oder eingestelltem optimalem Hochdruck reduziert werden bis hin zu einem Betriebspunkt an dem mögliche kritische Betriebsgrenzen (Überhitzung, Drehmoment) erreicht werden. Von diesem Zeitpunkt an ist keine weitere Leistungsreduktion mehr möglich, das System hat eine Grenze erreicht.With increasing low pressure, the chiller output can be reduced at a fixed coolant flow temperature and at the same time by means of subcooling set by means of the first expansion element or optimal high pressure set, down to an operating point at which possible critical operating limits (overheating, torque) are reached. From this point on no further power reduction is possible, the system has reached a limit.

Eine alternative und vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass

  • - der Kältemittelkreislauf mit einem Hochdruck-Kältemittelsammler ausgebildet wird, und
  • - das Kältemittel zur Einstellung auf oder nahe dessen Taulinie mittels des ersten erstes Expansionsorgans auf einen Überhitzungsgrad mit einem Wert zwischen 3 und 5K geregelt wird.
An alternative and advantageous embodiment provides that
  • - the refrigerant circuit is designed with a high-pressure refrigerant collector, and
  • - the refrigerant is regulated to a degree of overheating with a value between 3 and 5K for setting at or near its dew line by means of the first first expansion element.

Bei einem solchen Kältemittelkreislauf mit einem hochdruckseitigen Kältemittelsammler wird der Betriebspunkt des Kältemittels am KältemittelaListritt des Chillers auf oder nahe dessen Taulinie dadurch eingestellt, dass mittels des ersten, d.h.dem Chiller zugehörigen Expansionsorgans ein Überhitzungsgrad mit einem Wert zwischen 3 und 5K eingeregelt wird. Die Niederdrucklage wird hierbei mit dem Kältemittelverdichter eingestellt. Sinkt die von dem Chiller zu erbringende Kälteleistung, insbesondere bei gleichbleibender Kühlmittelvorlauftemperatur an, steigt gleichzeitig der Niederdruck an, und zwar nicht unerheblich über Standardbetriebsdruckwerte eines Kälteanlagenbetriebs zur Innenraumklimatisierung, bis entweder eine Drehmomentüberlast des Kältemittelverdichters detektiert wird, oder aufgrund der ansteigende Dichte des Kältemittels und der damit verbundenen. fehlenden Kältemittelfüllmenge der Überhitzungsgrad ansteigt, also nicht mehr auf den Wert zwischen 3 und 5 K regelbar ist und infolgedessen durch entsprechende Steuerung des Kältemittelverdichters der Niederdruck entweder auf den maximalen Niederdruckwert beschränkt oder unter Anhebung der Kälteleistung des Chillers, bei angenommener gleichbleibender Kühlmittelvorlauftemperatur, abgesenkt wird. Anschließend wird die Kälteleistung des Chillers wieder auf den vor der Absenkung des Niederdrucks erreichten Wert durch entsprechendes Zusammenwirken von Kältemittelverdichter durch Anstieg von Hub oder Drehzahl und Expansionsorgan, i.d.R. durch weiteres Androsseln angehoben. Dabei ist zu berücksichtigen, dass es zu Situationen kommen kann, in denen das System losgelöst von der Einstellung des optimalen Überhitzungsgrades arbeiten kann oder ggf. mehr Kälteleistung bereitstellt als gefordert wird. Hierbei stellt sich ein Betriebspunkt mit gegenüber dem vor der Absenkung des Niederdrucks erreichten Betriebspunkt geringeren Effizienz ein.In such a refrigerant circuit with a high-pressure-side refrigerant collector, the operating point of the refrigerant at the refrigerant inlet of the chiller is set at or near its dew line by using the first expansion element, ie the expansion element associated with the chiller, to regulate a degree of superheating to a value between 3 and 5K. The low-pressure position is set here with the refrigerant compressor. If the cooling capacity to be provided by the chiller decreases, in particular if the coolant flow temperature remains the same, the low pressure increases at the same time, and to be precise not insignificantly above the standard operating pressure values of a refrigeration system operation towards the inside room air conditioning until either a torque overload of the refrigerant compressor is detected, or due to the increasing density of the refrigerant and the associated. If there is no refrigerant charge, the degree of overheating increases, i.e. it can no longer be regulated to a value between 3 and 5 K and, as a result, the low pressure is either limited to the maximum low pressure value by appropriate control of the refrigerant compressor or is reduced by increasing the cooling capacity of the chiller, assuming the coolant flow temperature remains the same. The refrigeration capacity of the chiller is then increased again to the value reached before the low pressure was reduced by the corresponding interaction of the refrigerant compressor by increasing the stroke or speed and expansion element, usually by further throttling. It must be taken into account that situations can arise in which the system can work independently of the setting of the optimum degree of superheating or possibly provide more cooling capacity than is required. In this case, an operating point is set with lower efficiency than the operating point reached before the low pressure was reduced.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird in einem Chiller- und Verdampferbetrieb dem Innenraum-Verdampfer ein drittes Expansionsorgan stromabwärts nachgeschaltet, wobei

  • - der Innenraum-Verdampfer auf einem Mitteldruckniveau-Niveau betrieben wird, und
  • - der Chiller in Abhängigkeit der angeforderten Kühlleistung durch Regelung des Kältemittelverdichters und des ersten Expansionsorgans auf einem Niederdruck-Niveau betrieben wird.
According to a further preferred embodiment of the invention, in a chiller and evaporator operation, a third expansion element is connected downstream of the interior evaporator, wherein
  • - the interior evaporator is operated at a medium-pressure level, and
  • - The chiller is operated at a low-pressure level depending on the required cooling capacity by controlling the refrigerant compressor and the first expansion device.

Bei einem solchen Mehrverdampferbetrieb wird der Innenraum-Verdampfer zur Führungsgröße des Kältemittelprozesses und gibt das Niederdruckniveau und damit die geforderte Verdampfungstemperatur vor. Wenn der Kältemittelkreislauf einen Niederdruck-Kältemittelsammler, also einen niederdruckseitigen Akkumulator aufweist, regelt ein solcher Akkumulator den Dampfgehalt des Kältemittels am Austritt desjenigen Verdampfers, welcher die höchste Kühlleistung erzeugt und damit den größten Kältemittelmassenstrom liefert. Der durch diesen niederdruckseitigen Akkumulator aktiv 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.With such a multiple evaporator operation, the interior evaporator becomes the reference variable of the refrigerant process and specifies the low pressure level and thus the required evaporation temperature. If the refrigerant circuit has a low-pressure refrigerant collector, ie an accumulator on the low-pressure side, such an accumulator regulates the vapor content of the refrigerant at the outlet of that evaporator which generates the highest cooling capacity and thus delivers the largest refrigerant mass flow. The vapor content, which is actively set by this accumulator on the low-pressure side, occurs in the steady state of the refrigerant circuit both at the outlet of the evaporator with the highest cooling capacity and at the refrigerant outlet of the accumulator.

Bei einem solchen Dualbetrieb wird dem Innenraum-Verdampfer ein elektrisches oder mechanisch regelbares drittes Expansionsorgan nachgeschaltet, welches dafür sorgt, dass im Innenraum-Verdampferzweig keine Unterschreitung eines zur Vereisung führenden Niederdruckdrucks erfolgt. Mit diesem dritten Expansionsorgan wird im Innenraum-Verdampferzweig ein Mitteldruckniveau eingestellt, während im Chiller ein beliebiges Niederdruckniveau mittels des Verdichters in Abhängigkeit der geforderten Kühlleistung des Chillers eingestellt wird. Mit dem ersten, dem Chiller zugeordneten Expansionsorgan wird der Überhitzungsgrad eingestellt, wobei die Kälteleistung des Chillers in Abhängigkeit des Überhitzungsgrades beim jeweiligen Niederdruck variiert werden kann. Hierbei wird die maximale Kälteleistung des Chillers dann erzielt, wenn das Kältemittel am Kältemittelaustritt des Chillers nahe der Taulinie betrieben wird, indem mittels des Expansionsorgans der Überhitzungsgrad auf einen Wert zwischen 3 und 5 K eingeregelt wird. Tatsächlich wird die maximale Kälteleistung für einen bestimmten Niederdruck dann erzielt, wenn der Austrittszustand des Kältemittels am Chiller eher knapp unterhalb der Taulinie zu liegen kommt, jedoch ist aufgrund der Kopplung von Druck und Temperatur weder dieser Punkt noch die Taulinie an sich präzise einstellbar und daher wird der Systembetrieb auf die erwähnten geringen Überhitzungswerte ausgerichtet.In such a dual operation, the interior evaporator is followed by an electrically or mechanically controllable third expansion element, which ensures that the interior evaporator branch does not fall below a low pressure that leads to icing. With this third expansion element, a medium-pressure level is set in the interior evaporator branch, while any desired low-pressure level is set in the chiller by means of the compressor, depending on the required cooling capacity of the chiller. The degree of overheating is set with the first expansion element assigned to the chiller, with the cooling capacity of the chiller being able to be varied depending on the degree of overheating at the respective low pressure. The maximum cooling capacity of the chiller is achieved when the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller is operated close to the dew line by using the expansion element to regulate the degree of overheating to a value between 3 and 5 K. In fact, the maximum refrigeration capacity for a given low pressure is achieved when the refrigerant outlet condition at the chiller is rather just below the dew line, but due to the coupling of pressure and temperature, neither this point nor the dew line itself can be precisely adjusted and is therefore the system operation is geared towards the mentioned low superheat values.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Mehrverdampferbetriebes wird bei einem gegenüber dem Niederdruck des Innenraum-Verdampfers kleineren Niederdruck des Chillers zur Erhöhung der Kühlleistung des Chillers

  • - der Kältemittelzustand am Kältemittelaustritt des Chillers nahe an dessen Taulinie eingestellt, und,
  • - der Innenraum-Verdampfer mittels des dritten Expansionsorgans auf einem Mitteldruck-Niveau betrieben.
According to an advantageous development of the multi-evaporator operation according to the invention, when the low pressure of the chiller is lower than the low pressure of the interior evaporator, the cooling capacity of the chiller is increased
  • - the refrigerant state at the chiller refrigerant outlet is adjusted close to its dew line, and,
  • - The interior evaporator operated by means of the third expansion device at a medium-pressure level.

Vorzugsweise wird bei dieser Ausgestaltung der Erfindung zur Reduzierung der Kühlleistung des Chillers durch Regelung des Kältemittelverdichters der Niederdruck des Chillers bis an den Niederdruck des Verdampfers angehoben. Damit wäre dieselbe Betriebssituation gegeben wie ohne des dritten Expansionsorgans.In this embodiment of the invention, the low pressure of the chiller is preferably increased to the low pressure of the evaporator in order to reduce the cooling capacity of the chiller by controlling the refrigerant compressor. This would give the same operating situation as without the third expansion device.

Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird bei einem dem Niederdruck des Innenraum-Verdampfers entsprechenden Niederdruck des Chillers eine maximale Kühlleistung am Chiller erzeugt, wenn der Zustand des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers nahe an dessen Taulinie eingestellt wird. Die maximale Leistung, des Chillers wird also bei minimaler Überhitzung des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers erreicht, tendenziell sogar noch eher in Richtung des Zwei-Phasen-Gebiets des Kältemittels verschoben, jedoch sind diese Punkte systemseitig nicht erfassbar und damit nicht stabil einstellbarAccording to another preferred embodiment of the invention, when the low pressure of the chiller corresponds to the low pressure of the interior evaporator, a maximum cooling capacity is generated at the chiller if the state of the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller is set close to its dew line. The maximum performance of the chiller is therefore achieved with minimal overheating of the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller, tending to shift even more in the direction of the two-phase area of the refrigerant However, these points cannot be recorded by the system and therefore cannot be set stably

Vorzugsweise wird bei dieser Ausgestaltung der Erfindung bei einem dem Niederdruck des Innenraum-Verdampfers entsprechenden Niederdruck des Chillers die Kühlleistung des Chillers durch eine Erhöhung der Überhitzung des Kältemittels mittels des ersten Expansionsorgans bei konstantem Druck im Innenraum-Verdampfer reduziert.In this embodiment of the invention, the cooling capacity of the chiller is preferably reduced by increasing the overheating of the refrigerant by means of the first expansion element at a constant pressure in the interior evaporator when the low pressure of the chiller corresponds to the low pressure of the interior evaporator.

Wird ein System mit hochdruckseitigem Kältemittelsammler eingesetzt ist für den parallelen Betrieb der mindestens zwei .Verdampfer (Innenraum-Verdampfer, Chiller) jeweils ein Druck-Temperatursensor den entsprechenden Verdampfern nachzuschalten, um auf diese Weise getrennt voneinander die jeweiligen Kältemittelzustände erfassen und aktiv beeinflussen zu können. Sollte es ausgeschlossen sein, dass die jeweiligen Verdampfer parallel betrieben werden, so kann auf einen der beiden Druck-Temperatursensoren verzichtet werden und ein verbleibender Druck-Temperatursensor stromabwärts im Bereich des Verbindungspunktes der beiden Verdampferzweige eingebracht werden.If a system with a refrigerant collector on the high-pressure side is used, for the parallel operation of the at least two evaporators (interior evaporator, chiller), a pressure-temperature sensor must be connected downstream of the corresponding evaporator in order to be able to separately record and actively influence the respective refrigerant states in this way. If it is impossible for the respective evaporators to be operated in parallel, one of the two pressure-temperature sensors can be dispensed with and a remaining pressure-temperature sensor can be installed downstream in the area of the connection point of the two evaporator branches.

Beim System mit niederdruckseitigem Kältemittelsammler sind neben dem Druck-Temperatursensor nach dem Kältemittelsammler zur Leckagedetektion jeweils ein weiterer Druck-Temperatursensor nach den mindestens zwei Verdampfern (Innenraum-Verdampfer, Chiller) vorgesehen, jedoch mindestens so viele Druck-Temperatur-Sensoren entsprechend der Anzahl der Verdampfer reduziert um eine Zähleinheit, damit werden in einem Zwei-Verdampfer-System mindestens ein weiterer Druck-Temperatursensor eingesetzt. Ist auch hier ausgeschlossen, dass die mindestens zwei Verdampfer parallel betrieben werden, so kann vorzugsweise allein auf den einen Druck-Temperatursensor stromabwärts des niederdruckseitigen Kältemittelsammlers zurückgegriffen werden. Folglich ist immer nur ein Verdampfer (Chiller oder Innenraum-Verdampfer) aktiv in Betrieb.In the system with a refrigerant collector on the low-pressure side, in addition to the pressure-temperature sensor after the refrigerant collector for leak detection, another pressure-temperature sensor is provided after the at least two evaporators (interior evaporator, chiller), but at least as many pressure-temperature sensors as there are evaporators reduced by one counting unit, so at least one additional pressure-temperature sensor is used in a two-evaporator system. If it is also ruled out here that the at least two evaporators are operated in parallel, then preferably only the one pressure-temperature sensor downstream of the low-pressure-side refrigerant collector can be used. As a result, only one evaporator (chiller or interior evaporator) is active at a time.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

  • 1 eine Schaltungsanordnung eines Kältemittelkreislaufs zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines niederdruckseitig angeordneten Kältemittelsammlers,
  • 2 eine zur Schaltungsanordnung nach 1 alternative Schal-, tungisanordnung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines hochdruckseitig angeordneten Kältemittelsammlers, und
  • 3 eine weitere zur Schaltungsanordnung nach 1 alternative Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgestattet mit einem dritten Expansionsorgan.
Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred embodiments and from the drawings. show:
  • 1 a circuit arrangement of a refrigerant circuit for carrying out an exemplary embodiment of the method according to the invention using a refrigerant collector arranged on the low-pressure side,
  • 2 one for the circuit arrangement 1 alternative circuit arrangement for carrying out an exemplary embodiment of the method according to the invention using a refrigerant collector arranged on the high-pressure side, and
  • 3 another for the circuit arrangement 1 alternative circuit arrangement for carrying out an embodiment of the method according to the invention equipped with a third expansion element.

Die 1 bis 3 zeigen der Einfachheit halber jeweils einen für den reinen AC-Betrieb (Kühlbetrieb) vorgesehenen, Kältemittelkreislauf 10 einer Kälteanlage eines Fahrzeugs. Auf die funktionale Erweiterung hinsichtlich eines Vllärmepumpenbetriebs wurde verzichtet, da der Grundgedanke zur Beschreibung des Verfahrens bereits mit dem einfachen Verschaltungskönzept, vollumfänglich darstellbar ist. Diese Kältemittelkreisläufe 10 sind in einer identischen Grundstruktur aufgebaut und unterscheiden sich jeweils in der Anordnung eines Kältemittelsammlers als Niederdruck- oder Hochdruck-Kältemittelsammler.the 1 until 3 For the sake of simplicity, FIG. The functional extension with regard to a Vllärmepumpebetrieb was dispensed with, since the basic idea for the description of the method can already be fully represented with the simple interconnection concept. These refrigerant circuits 10 have an identical basic structure and each differ in the arrangement of a refrigerant collector as a low-pressure or high-pressure refrigerant collector.

Der Kältemittelkreislauf 10 gemäß den 1 bis 3 besteht aus folgenden Komponenten:

  • - einem Kältemittelverdichter 3,
  • - einem äußeren Kondensator 4 oder Gaskühler 4, welcher mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters 3 fluidverbunden ist,
  • - einem Chiller-Zweig 1.0 mit einem zur Kühlung einer elektrischen Komponente (bspw. eine Hochvoltbatterie, eine elektrische Antriebskomponente usw.) des Fahrzeugs vorgesehenen Chiller 1, einem dem Chiller 1 vorgeschalteten und als elektrisches Expansionsventil ausgebildeten ersten Expansionsorgan AE1 und einem dem Chiller 1 nachgeschalteten ersten Druck-Temperatursensor pT1, wobei der Chiller 1 mit einem Kühlmittelkreislauf 1.1 zur Kühlung der elektrischen Komponente thermisch gekoppelt ist,
  • - einem Innenraum-Verdampferzweig 2.0 mit einem Innenraum-Verdampfer 2 und einem demselben vorgeschalteten und mit einer Absperrfunktion ausgeführten zweiten Expansionsorgan AE2 wobei der Innenraum-Verdampferzweig 2.0 dem Chiller-Zweig 1.0 parallel geschaltet ist,
  • - einem Kältemittelsammler 6.1 bzw. 6.2, der gemäß den 1 und 3 als Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 mit einem nachgeschalteten zweiten Druck-Temperatursensor pT2 dem Chiller-Zweig 1.0 und dem Innenraum-Verdampferzweig 2.0 stromabwärts nachgeschaltet ist und der gemäß 2 als Hochdruck-Kältemittelsammler 6.2 dem äußeren Kondensator 4 oder Gaskühler 4 stromabwärts nachgeschaltet ist,
  • - einem inneren Wärmeübertrager 5, dessen Hochdruckseite den Kondensator 4 oder Gaskühler 4 mit dem Chiller-Zweig 1.0 und dem Innenraum-Verdampferzweig 2.0 fluidverbindet, während dessen niederdruckseitiger Abschnitt gemäß den 1 und 3 zwischen dem Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 und dem Kältemittelverdichter 3 in den Kältemittelkreislauf 10 und gemäß 2 zwischen dem Chiller-Zweig 1.0 und dem Kältemittelverdichter 3 eingebunden ist,
  • - einem dem Kondensator 4 oder Gaskühler 4 nachgeschalteten dritten Druck-Temperatursensor pT3,
  • - einem dem Kältemittelverdichter 3 nachgeschalteten vierten Druck-Temperatursensor pT4,
  • - einem gemäß den 2 und 3 dem Innenraum-Verdampfer 2 stromabwärts nachgeschalteten fünften Druck-Temperatursensor pT5, und
  • - einem gemäß 2 der Parallelschaltung des Chiller-Zweiges 1.0 und des Innenraumverdampfers 2.0 stromabwärts optional in Abhängigkeit der Betriebsstrategie nachgeschalteten sechsten Druck-Temperatursensor pT6.
The refrigerant circuit 10 according to 1 until 3 consists of the following components:
  • - a refrigerant compressor 3,
  • - an external condenser 4 or gas cooler 4, which is fluidly connected to the high-pressure outlet of the refrigerant compressor 3,
  • - a chiller branch 1.0 with a chiller 1 provided for cooling an electrical component (e.g. a high-voltage battery, an electric drive component, etc.) of the vehicle, a first expansion element AE1 connected upstream of the chiller 1 and designed as an electric expansion valve, and a first expansion element AE1 connected downstream of the chiller 1 first pressure-temperature sensor pT1, the chiller 1 being thermally coupled to a coolant circuit 1.1 for cooling the electrical component,
  • - an interior evaporator branch 2.0 with an interior evaporator 2 and a second expansion element AE2 connected upstream of the same and designed with a shut-off function, the interior evaporator branch 2.0 being connected in parallel with the chiller branch 1.0,
  • - A refrigerant collector 6.1 or 6.2, which according to the 1 and 3 as a low-pressure refrigerant collector 6.1 with a downstream second pressure-temperature sensor pT2 downstream of the chiller branch 1.0 and the interior evaporator branch 2.0 and according to 2 is connected downstream of the outer condenser 4 or gas cooler 4 as a high-pressure refrigerant collector 6.2,
  • - An internal heat exchanger 5, the high-pressure side of which fluidly connects the condenser 4 or gas cooler 4 to the chiller branch 1.0 and the interior evaporator branch 2.0, while the low-pressure-side section according to the 1 and 3 between the low-pressure refrigerant collector 6.1 and the refrigerant compressor 3 in the refrigerant circuit 10 and according to 2 is integrated between the chiller branch 1.0 and the refrigerant compressor 3,
  • - a third pressure-temperature sensor pT3 downstream of the condenser 4 or gas cooler 4,
  • - a fourth pressure-temperature sensor pT4 downstream of the refrigerant compressor 3,
  • - one according to the 2 and 3 fifth pressure-temperature sensor pT5 downstream of interior evaporator 2, and
  • - according to one 2 the parallel connection of the chiller branch 1.0 and the interior evaporator 2.0 downstream, optionally depending on the operating strategy, sixth pressure-temperature sensor pT6.

Ist der Hochdruck-Kältesammler 6.2 in den Kondensator 4 oder Gaskühler 4 integriert ist, so ist der dritte Druck-Temperatursensor pT3 stromabwärts des Kondensators 4 oder Gaskühlers 4 vorzusehen. Da es sich bei solchen An- , lagen jedoch in der Regel um Systeme handelt, die ausschließlich für den unterkritischen Anlagenbetrieb vorgesehen sind, kann der dritte Druck-Temperatursensor pT3 entfallen.If the high-pressure cold collector 6.2 is integrated into the condenser 4 or gas cooler 4, then the third pressure-temperature sensor pT3 is to be provided downstream of the condenser 4 or gas cooler 4. However, since such systems are generally systems that are intended exclusively for subcritical system operation, the third pressure-temperature sensor pT3 can be omitted.

Schließlich ist für den Kältemittelkreis 10 gemäß den 1 bis 3 ein Klimasteuergerät als Steuereinheit vorgesehen (in den Figuren nicht dargestellt), welchem zu verarbeitende Eingangssignale, wie bspw. Istwerte von Druck-Temperatursensoren zugeführt werden, um hieraus Steuersignale bzw. Sollwerte als Ausgangssignale zur Steuerung der einzelnen Komponenten des Kältemittelkreislaufs 10 zu erzeugen.Finally, for the refrigerant circuit 10 according to 1 until 3 a climate control device is provided as a control unit (not shown in the figures), to which input signals to be processed, such as actual values from pressure-temperature sensors, are fed in order to generate control signals or setpoint values from them as output signals for controlling the individual components of the refrigerant circuit 10.

Der Innenraum-Verdampferzweig 2.0 weist gemäß den 1 und 2 ein Rückschlagventil 7 auf. An dieser Position ist der Innenraum-Verdampferzweig 2.0 gemäß 3 mit einem dritten Expansionsorgan AE3 ausgebildet.The interior evaporator branch 2.0 has according to the 1 and 2 a check valve 7 on. At this position, the interior evaporator branch 2.0 is in accordance with 3 formed with a third expansion element AE3.

Zunächst wird der Single-Chiller-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 10 gemäß den 1 bis 3 beschrieben, bei welchem nur der Chiller 1 zur ausschließlichen Kömponentenkühlung (bspw. der Hochvoltbatterie) betrieben wird und hierzu der Innenraum-Verdampferzweig 2.0 mittels des zweiten Expansionsorgans AE2 gesperrt wird.First, the single chiller operation of the refrigerant circuit 10 according to the 1 until 3 described, in which only the chiller 1 is operated for exclusive component cooling (e.g. the high-voltage battery) and for this purpose the interior evaporator branch 2.0 is blocked by means of the second expansion element AE2.

In einem solchen Single-Chiller-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 10 gemäß 1 und 3 strömt das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel ausgehend von dem Kältemittelverdichter 3 in den äußeren Kondensator 4 oder Gaskühler 4, anschließend in den Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 5 und wird dann mittels des ersten Expansionsorgans AE1 in den Chiller-Zweig 1.0 entspannt. Aus dem Chiller-Zweig 1.0 strömt das Kältemittel über den Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 5 zurück zum Kältemittelverdichter 3. Hierbei wird, die von dem Kühlmittelkreislauf 1.1 auf das Kältemittel übertragene Wärme mittels des Kondensators 4 oder des Gaskühlers 4 auf die Umgebungsluft des Fahrzeugs übertragen.In such a single chiller operation of the refrigerant circuit 10 according to 1 and 3 the refrigerant compressed to high pressure flows from the refrigerant compressor 3 into the outer condenser 4 or gas cooler 4, then into the high-pressure section of the inner heat exchanger 5 and is then expanded into the chiller branch 1.0 by means of the first expansion element AE1. The refrigerant flows from the chiller branch 1.0 via the low-pressure refrigerant collector 6.1 and the low-pressure section of the internal heat exchanger 5 back to the refrigerant compressor 3. Here, the heat transferred from the refrigerant circuit 1.1 to the refrigerant is transferred to the condenser 4 or the gas cooler 4 transferred to the ambient air of the vehicle.

Der Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 des Kältemittelkreislaufs 10 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 Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 in den nachgeschalteten niederdruckseitigen Abschnitt des inneren Wärmeübertragers 5 zum Kältemittelverdichter 3 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 3, Werte darüber können den Ölrücktransport zum Kältemittelverdichter 3 beeinträchtigen.The low-pressure refrigerant collector 6.1 of the refrigerant circuit 10 has the task of separating the gaseous and liquid phases of the incoming refrigerant and storing or circulating the liquid refrigerant in the sense of a volume buffer, depending on the amount of refrigerant required by the system. The refrigerant sucked out of the low-pressure refrigerant collector 6.1 into the downstream low-pressure-side section of the internal heat exchanger 5 to the refrigerant compressor 3 should have as high and defined a vapor content as possible. Practical values range between 80-95%. Values below mean that the refrigerant is too wet and there is a risk of the oil being washed out on the refrigerant compressor 3; values above this can impair the oil return transport to the refrigerant compressor 3.

Ferner soll mittels des Niederdruck-Kältemittelsammlers 6.1 das von dem Kältemittelverdichter 3 in den Kältemittelkreislauf 10 eingebrachte und u.a. im Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 eingelagertes Schmieröl wieder zum Kältemittelverdichter 3 zurückgeführt werden. Zu diesem Zweck ist bspw. im Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 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 Niederdruck-Kältemittelsammlers 6.1, das andere (Eintritts-) Rohr führt stromaufwärts in die Saugleitung zum Chiller 1. Bei ausreichender Strömungsgeschwindigkeit im U-Rohr erfolgt durch die Sogwirkung ein Aufsaugen von Öl bzw. Öl-Kältemittelflüssigkeitsgemisch aus dem unteren Bereich des Niederdruck-Kältemittelsammlers 6.1. In Abhängigkeit der Größe der Innenbohrung stellt sich ein Dampfgehalt von bspw. 90% am Ausgang des NiederdruckKältemittelsammlers 6.1 ein. Ist die Ölbohrung zu klein, steigt der Dampfgehalt, verbleibt verstärkt Öl und sammelt sich Öl im unteren Bereich des Niederdruck-Kältemittelsammlers 6.1 an, während bei einer zu großen Öl-bohrung der Dampfgehalt sinkt und ausgeworfenen Flüssigkeitsanteile ansteigen.Furthermore, the lubricating oil introduced by the refrigerant compressor 3 into the refrigerant circuit 10 and stored, among other things, in the low-pressure refrigerant collector 6.1 is to be returned to the refrigerant compressor 3 by means of the low-pressure refrigerant collector 6.1. For this purpose, for example, a U-shaped (outlet) pipe is integrated in the low-pressure refrigerant collector 6.1, which has an oil hole (also called a snifting hole) at the lowest point. An open end of the U-tube extends into the vapor space of the low-pressure refrigerant collector 6.1 above the liquid refrigerant, the other (inlet) tube leads upstream into the suction line to the chiller 1 Suction of oil or oil-refrigerant liquid mixture from the lower area of the low-pressure refrigerant collector 6.1. Depending on the size of the inner bore, a vapor content of, for example, 90% occurs at the outlet of the low-pressure refrigerant collector 6.1. If the oil hole is too small, the vapor content increases, remaining increases oil and oil collects in the lower area of the low-pressure refrigerant collector 6.1, while if the oil bore is too large, the vapor content decreases and the ejected liquid fraction increases.

Ein solcher Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 regelt bei einer Inbetriebnahme, des Kältemittelkreislaufs 10 oder bei einem Lastwechsel von einem Dual-Betrieb der Verdampfer (also Chiller 1 und Innenraum-Verdampfer 2) auf den Single-Chiller-Betrieb den Dampfgehalt am Kältemittelaustritt des Chillers 1 auf einen konstanten Wert. Der durch den Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 eingestellte Dampfgehalt stellt sich hierbei im eingeschwungenen Zustand des Kältemittelkreislaufs 10 sowohl am Austritt des Chillers 1 als auch am Kältemittelaustritt des Niederdruck-Kältemittelsammlers 6.1 ein. Damit wird der Kältemittelzustand am Kältemittelaustritt des Chillers 1 aufgrund der erläuterten Eigenschaft des Niederdruck-Kältemittelsammlers 6.1 auf der Kurve des konstanten Dampfgehalts (bspw. 90%), nahe der Taulinie betrieben. Dies bedeutet gleichzeitig, dass der Wert der Überhitzung bei regulärem Systembetrieb Null ist. Mittels des ersten Expansionsorgans AE1 erfolgt daher entweder eine Unterkühlungsregelung mittels des dritten Druck-Temperatursensors pT3 oder eine Regelung auf einen optimalen Hochdruck, in Abhängigkeit von einem unter- bzw. überkritischen Systembetrieb.Such a low-pressure refrigerant collector 6.1 regulates the vapor content at the refrigerant outlet of the chiller 1 when the refrigerant circuit 10 is started up or when there is a load change from dual operation of the evaporators (i.e. chiller 1 and interior evaporator 2) to single chiller operation a constant value. The vapor content set by the low-pressure refrigerant collector 6.1 occurs here in the steady state of the refrigerant circuit 10 both at the outlet of the chiller 1 and at the refrigerant outlet of the low-pressure refrigerant collector 6.1. The refrigerant state at the refrigerant outlet of the chiller 1 is thus operated close to the dew line due to the explained property of the low-pressure refrigerant collector 6.1 on the curve of the constant vapor content (e.g. 90%). At the same time, this means that the overheating value is zero during regular system operation. The first expansion element AE1 is therefore used either for supercooling control using the third pressure/temperature sensor pT3 or for control to an optimum high pressure, depending on subcritical or supercritical system operation.

Die Unterkühlungsregelung erfolgt, derart, dass über den dritten Druck- , Temperatursensor pT3 Druck und Temperatur am Austritt des Kondensators 4 oder Gaskühler 4 erfasst und aus den Werten der Betrag der Unterkühlung ermittelt wird. Bewegt sich der Istwert oberhalb des Sollwertes, so öffnet das erste Expänsionsorgan AE1 bis der Sollwert erreicht wurde. Ist der Istwert kleiner als der Sollwert, so wird das erste Expansionsorgan AE1 geschlossen, bis der Sollwert sich einstellt.Supercooling is controlled in such a way that the pressure and temperature at the outlet of the condenser 4 or gas cooler 4 are recorded via the third pressure, temperature sensor pT3 and the amount of supercooling is determined from the values. If the actual value moves above the target value, the first expansion element AE1 opens until the target value has been reached. If the actual value is less than the setpoint, the first expansion element AE1 is closed until the setpoint is set.

Die Regelung auf einen optimalen Hochdruck bedeutet, dass über den dritten Druck-Temperatursensor pT3 Druck und Temperatur am Austritt des Kondensators 4 oder Gaskühler 4 erfasst und aus den Werten der Betrag des Sollhochdruckes ermittelt wird. Bewegt sich der Istwert oberhalb des Sollwertes, so öffnet das erste Expansionsorgan AE1 bis der Sollwert erreicht wird. Ist der Istwert kleiner als der Sollwert, so wird erste Expansionsorgan AE1 geschlossen, bis der Sollwert sich einstellt.Controlling for an optimum high pressure means that the pressure and temperature at the outlet of the condenser 4 or gas cooler 4 are recorded via the third pressure-temperature sensor pT3 and the amount of the desired high pressure is determined from the values. If the actual value moves above the setpoint, the first expansion element AE1 opens until the setpoint is reached. If the actual value is less than the setpoint, the first expansion element AE1 is closed until the setpoint is set.

Wird in dem Kältemittelkreislauf 10 gemäß 1 die Funktion einer Unterfüllungserkennung mittels des zweiten Druck-Temperatursensors pT2 realisiert, ist im Single-Chiller-Modus der erste Druck-Temperatursensor pT1 nicht erforderlich, da wie oben ausgeführt am Ausgang des Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 und am Kältemittelaustritt des Chillers 1 nahezu gleiche Druck-Temperaturverhältnisse vorliegen. Wird darüber hinaus der Betrieb des Chillers 1 immer strikt vom Betrieb eines weiteren Verdampfers, also des Innenraum-Verdampfers 2 getrennt, so kann durchgängig für einen Kältemittelkreislauf 10 gemäß 1 auf den ersten Druck-Temperatursensor pT1 verzichtet werden. Der Einsatz dieses ersten Druck-Temperatursensors pT1 ist zwingend erforderlich, falls ein paralleler Betrieb von mindestens zwei Verdampfern, also des Chillers 1 und des Innenraum-Verdampfers 2 vorgesehen ist. Die Mindestanzahl der erforderlichen Druck-Temperatursensoren stromabwärts der eingesetzten Verdampfer entspricht der Anzahl der Verdampfer reduziert um den Zählwert 1.Is in the refrigerant circuit 10 according to 1 the function of underfilling detection is implemented by means of the second pressure-temperature sensor pT2, the first pressure-temperature sensor pT1 is not required in single-chiller mode because, as explained above, the pressure at the outlet of the low-pressure refrigerant collector 6.1 and at the refrigerant outlet of the chiller 1 is almost the same temperature conditions are present. If, in addition, the operation of the chiller 1 is always strictly separated from the operation of another evaporator, ie the interior evaporator 2, a refrigerant circuit 10 according to FIG 1 the first pressure-temperature sensor pT1 can be dispensed with. The use of this first pressure-temperature sensor pT1 is absolutely necessary if parallel operation of at least two evaporators, ie the chiller 1 and the interior evaporator 2, is provided. The minimum number of required pressure-temperature sensors downstream of the evaporators used corresponds to the number of evaporators reduced by the counter value 1.

Im Single-Chiller-Modus stellen sich, insbesondere auch in Abhängigkeit der Vorlauftemperatur des Kühlmittels in den Chiller 1, bei einer Regelung auf Unterkühlung oder auf einen optimalen Hochdruck deutlich höhere Niederdrücke im Kältemittelkreislauf 10 im Vergleich zu einem Mehrverdampferbetrieb mittels des Chillers 1 und des Innenraum-Verdampfers 2 ein. Speziell bei hohen Vorlauftemperaturen im Kühlwasser des Kühlmittelkreislaufs 1.1 des Chillers 1 werden hohe Werte im Niederdruck erzielt, die mit fallender Vorlauftemperatur oder mit Zunahme des Abkühlwunsches (Differenztemperatur Wasservorlauf zu Rücklauf) sinken. Insbesondere bei zunehmender Vorlauftemperatur des Kühlmittels am Chiller 1 steigt der Niederdruck im Kältemittelkreislauf 10 an.In the single chiller mode, in particular also depending on the flow temperature of the coolant in the chiller 1, when controlling for subcooling or for an optimal high pressure, there are significantly higher low pressures in the refrigerant circuit 10 compared to multiple evaporator operation using the chiller 1 and the interior -evaporator 2 on. Especially at high flow temperatures in the cooling water of the coolant circuit 1.1 of the chiller 1, high values are achieved in the low pressure, which decrease with falling flow temperature or with an increase in the desire for cooling (differential temperature between the water flow and the return). The low pressure in the refrigerant circuit 10 increases, in particular, when the flow temperature of the coolant at the chiller 1 increases.

Mit dem ansteigenden Niederdruck des Kältemittels steigt auch dessen Dichte an und führt damit zu einem erhöhten Kältemittelbedarf im Niederdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs 10, d. h. es liegt eine Kältemittelunterfüllung vor. Damit kann im Single-Chiller-Modus das Kältemittel am Kältemittelaustritt des Chillers 1 nicht mehr im Zwei-Phasen-Gebiet des Kältemittels und damit nahe der Taulinie betrieben werden, wenn der NiederdruckKältemittelsammler 6.1 leer, also kein Kältemittel mehr nachliefern kann und dessen Reservoir ausgeschöpft ist. Der Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 leert sich, es kommt zu einer zunehmenden Überhitzung des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers 1,und damit auch am Austritt des NiederdruckKältemittelsammlers 6.1.With the increasing low pressure of the refrigerant, its density also increases and thus leads to an increased requirement for refrigerant in the low-pressure section of the refrigerant circuit 10, i. H. there is a refrigerant undercharge. In the single chiller mode, the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller 1 can no longer be operated in the two-phase region of the refrigerant and thus close to the dew line when the low-pressure refrigerant collector 6.1 is empty, i.e. can no longer supply refrigerant and its reservoir is exhausted . The low-pressure refrigerant collector 6.1 empties, the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller 1 is increasingly overheated, and thus also at the outlet of the low-pressure refrigerant collector 6.1.

Mit der ansteigenden Dichte des Kältemittels und damit des Massenstroms, kann auch eine Drehmomentüberlast am Kältemittelverdichter 3 auftreten.With the increasing density of the refrigerant and thus the mass flow, a torque overload on the refrigerant compressor 3 can also occur.

Sobald eine solche Drehmomentüberlast des Kältemittelverdichters 3 und/oder eine zunehmende Überhitzung des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers 1 mittels des ersten Druck-Temperatursensors pT1 (oder gegebenenfalls mittels des zweiten Druck-Temperatursensors pT2) detektiert wird, erfolgt durch einen Regeleingriff an dem als elektrischer Verdichter ausgeführten Kältemittelverdichter 3 eine Absenkung des Niederdrucks, indem die Drehzahl, des Kältemittelverdichters 3 und damit die Kühlleistung angepasst wird. Die Absenkung des Niederdrucks erfolgt in Abhängigkeit der, Umgebungsbedingung und des Lastfalles am Chiller 1, d.h. der Niederdruck im System wird so lange reduziert, bis die Überhitzungs- bzw. Drehmomentproblematik nicht mehr detektiert werden. Mit dieser Limitierung des maximal zulässigen Niederdrucks nach oben wird der Freiheitsgrad des Niederdrucks, nämlich in beliebiger Weise anzusteigen, eingeschränkt.As soon as such a torque overload of the refrigerant compressor 3 and/or increasing overheating of the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller 1 is detected by means of the first pressure-temperature sensor pT1 (or possibly by means of the second th pressure-temperature sensor pT2) is detected, a control intervention on the refrigerant compressor 3, which is designed as an electric compressor, lowers the low pressure by adjusting the speed of the refrigerant compressor 3 and thus the cooling capacity. The lowering of the low pressure takes place as a function of the ambient conditions and the load case on chiller 1, ie the low pressure in the system is reduced until the overheating or torque problem is no longer detected. With this upper limit of the maximum permissible low pressure, the degree of freedom of the low pressure, namely to increase in any way, is restricted.

Die Detektion der Drehmomentüberlast des Kältemittelverdichters 3 erfolgt durch eine Eigendiagnose, wenn der Kältemittelverdichter 3 als elektrischer Kältemittelverdichter ausgeführt ist. Hierzu wird von einem solchen elektrischen Kältemittelverdichter ein entsprechendes Diagnosesignal zur Verfügung gestellt, welches von einer Steuereinheit, bspw. einem Klimasteuergerät ausgewertet wird.The torque overload of the refrigerant compressor 3 is detected by self-diagnosis if the refrigerant compressor 3 is designed as an electric refrigerant compressor. For this purpose, a corresponding diagnostic signal is made available by such an electric refrigerant compressor, which is evaluated by a control unit, for example an air conditioning control unit.

Eine weitere negative Eigenschaft, die in Verbindung mit einer zunehmenden Überhitzung auftreten kann, äußert sich in der Verschlechterung des Ölrücktransports zum Kältemittelverdichter 3, da sich das Öl nun verstärkt im Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 einlagern wird und aufgrund der fehlenden flüssigen Kältemittelphase, mit der das Öl eine Mischung eingeht, das Transportmedium hin zum Kältemittelverdichter 3 nicht mehr zur Verfügung stehtAnother negative property that can occur in connection with increasing overheating is expressed in the worsening of the oil return transport to the refrigerant compressor 3, since the oil is now increasingly stored in the low-pressure refrigerant collector 6.1 and due to the lack of a liquid refrigerant phase with which the oil a mixture is received, the transport medium to the refrigerant compressor 3 is no longer available

Alternativ wird der Niederdruck durch Steuerung des Kältemittelverdichters 3 auf einen maximalen Niederdruckwert beschränkt, so dass ein weiterer Anstieg des Niederdrucks am Kältemittelausgang des Chillers 1 verhindert wird. Der maximale Niederdruckwert wird in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen und der Kühlleistung des Chillers 1 festgelegt, d. h. die Verdampfungstemperatur sollte bei einem Anlauf des Kältemittelkreislaufs 10 ein Wert unterhalb der Umgebungstemperatur eingestellt werden oder sich anfangs an dieser orientieren und mit Dauer des Betriebs wieder unter Berücksichtigung der Werte am ersten Druck-Temperatursensor pT1 der effizienzoptimale Betriebspunkt angefahren werden.Alternatively, the low pressure is limited to a maximum low pressure value by controlling the refrigerant compressor 3 so that a further increase in the low pressure at the refrigerant outlet of the chiller 1 is prevented. The maximum low pressure value is determined depending on the ambient conditions and the cooling capacity of chiller 1, i. H. When the refrigerant circuit 10 starts up, the evaporation temperature should be set to a value below the ambient temperature or should initially be based on this and, over the course of the operation, the efficiency-optimal operating point should be approached again, taking into account the values at the first pressure-temperature sensor pT1.

Mit der Reduktion des Niederdrucks wird auch die Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Chiller 1 reduziert. Um die vor der Reduzierung des Niederdrucks erzeugte Kälteleistung des Chillers 1 wiederherzustellen, wird durch ein Zusammenwirken von Kältemittelverdichter 3 und dem ersten Expansionsorgan AE1 diese Kälteleistung wieder eingestellt, indem durch Anstieg von Hub oder Drehzahl und Verfahren des ersten Expansionsorgans AE1, d. h. in der Regel durch weiteres Androsseln auf die neuen Randbedingungen reagiert wird. Dabei ist zu berücksichtigen, dass es zu Situationen kommen kann, in denen das System losgelöst von Unterkühlungsregelung oder Regelung des optimalen Hochdrucks arbeiten kann. und muss, da ansonsten ein Kälteleistungsüberschuss nicht vermieden werden kann. Die vor der Absenkung des Niederdrucks durchgeführte effiziente Regelung des Kältemittelkreislaufs 10 mittels der Unterkühlungsregelung oder der Regelung auf den optimalen Hochdruck wird daher ausgesetzt, bis insbesondere aufgrund geänderter, speziell jedoch gesunkener Kühlmittelvorlauftemperaturen am Chiller 1 sich neue Niederdrucklagen einstellen und dadurch die Rückkehr zum effizienten Systembetrieb ermöglicht wird, d.h. der Kältemittelverdichter 3 sorgt für den Hub bzw. den Betrag der Kühlmittelabkühlüng, das erste Expansionsorgan AE1 stellt die Unterkühlung bzw. den optimalen Hochdruck ein.With the reduction of the low pressure, the evaporation temperature of the refrigerant in the chiller 1 is also reduced. In order to restore the refrigeration capacity of the chiller 1 generated before the low pressure was reduced, this refrigeration capacity is restored by the interaction of the refrigerant compressor 3 and the first expansion element AE1 by increasing the stroke or speed and moving the first expansion element AE1, i. H. usually responds to the new boundary conditions by further throttling. It must be taken into account that situations can arise in which the system can work independently of subcooling control or control of the optimum high pressure. and must, otherwise an excess of cooling capacity cannot be avoided. The efficient control of the refrigerant circuit 10 by means of the supercooling control or the control to the optimum high pressure, which was carried out before the low pressure was reduced, is therefore suspended until new low pressure levels are set, in particular due to changed, but specifically lower, coolant flow temperatures at the chiller 1, thereby enabling a return to efficient system operation i.e. the refrigerant compressor 3 ensures the stroke or the amount of cooling of the refrigerant, the first expansion element AE1 sets the supercooling or the optimum high pressure.

In einem Single-Chiller-Betrieb des Kältemittelkreislaufs, 10 gemäß 2 strömt das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel ausgehend von dem Kältemittelverdichter 3 in den äußeren Kondensator 4 oder Gaskühler 4, anschließend in den Hochdruck-Kältemittelsammler 6.2 und danach in den Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 5, um dann mittels des ersten Expansionsorgans AE1 in den Chiller-Zweig 1.0 entspannt zu werden. Aus dem Chiller-Zweig 1.0 strömt das Kältemittel über den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers,5 zurück zum Kältemittelverdichter 3. Hierbei wird die von dem Kühlmittelkreislauf 1.1 auf das Kältemittel übertragene Wärme gemeinsam mit der verdichterseitig eingebrachten Energie mittels des Kondensators 4 oder des Gaskühlers 4 auf die Umgebungsluft des Fahrzeugs übertragen.In a single chiller operation of the refrigerant circuit, 10 according to 2 the refrigerant compressed to high pressure flows from the refrigerant compressor 3 into the outer condenser 4 or gas cooler 4, then into the high-pressure refrigerant collector 6.2 and then into the high-pressure section of the inner heat exchanger 5, and then by means of the first expansion element AE1 into the chiller branch 1.0 to be relaxed. From the chiller branch 1.0, the refrigerant flows back to the refrigerant compressor 3 via the low-pressure section of the internal heat exchanger,5 transferred to the ambient air of the vehicle.

Der Kondensator 4 kann auch mit integriertem Hochdruck-Kältemittelsammler 6.2 ausgeführt sein, in der Regel folgt dem Hochdruck-Kältemittelsammler 6.2 stromabwärts noch ein aus wenigen Flachrohren bestehender in den Umgebungswärmeübertrager integrierter Unterkühlungsabschnitt, an dessen Ausgang stromabwärts der hochdruckseitige Abschnitt des inneren Wärmeübertragers 5 anschließt.The condenser 4 can also be designed with an integrated high-pressure refrigerant collector 6.2; as a rule, the high-pressure refrigerant collector 6.2 is followed downstream by a sub-cooling section consisting of a few flat tubes and integrated into the ambient heat exchanger, at the outlet of which the high-pressure-side section of the internal heat exchanger 5 is connected downstream.

In diesem Single-Chiller-Modus wird die Überhitzung am Kältemittelausgang des Chillers 1 bei einem Kältemittelkreislauf 10 gemäß 2 ebenso nahe an der Taulinie des Kältemittels betrieben, indem die Überhitzung auf einen Wert zwischen 3 und 5 K mittels des ersten Expansionsorgans AE1 geregelt wird, wobei der Überhitzungsgrad mittels des ersten Druck-Temperatursensors pT1 detektiert wird. Bei einer maximalen Kälteleistungsanforderung für den Chiller 1 wird das als elektrisches Expansionsventil ausgeführte erste Expansionsorgan AE1 auf einen minimalen, jedoch noch sicheren detektierbaren Überhitzungswert eingestellt.In this single chiller mode, the overheating at the refrigerant outlet of the chiller 1 in a refrigerant circuit 10 is shown in FIG 2 also operated close to the dew line of the refrigerant by controlling the overheating to a value between 3 and 5 K by means of the first expansion element AE1, the degree of overheating being detected by means of the first pressure-temperature sensor pT1. At a maximum cooling capacity requirement for the chiller 1, the first expansion element AE1, designed as an electric expansion valve set to a minimum but still reliably detectable overheating value.

Im Single-Chiller-Modus stellen sich bei einer solchen Regelung deutlich höhere Niederdrücke im Kältemittelkreislauf 10 im Vergleich zu einem Mehrverdampferbetrieb mittels des Chillers 1 und des Innenraum-Verdampfers 2 ein. Insbesondere bei zunehmender Kühlmittelvorlauftemperatur am Eintritt des Chillers 1 steigt der Niederdruck im Kältemittelkreislauf 10 an.In the single chiller mode, significantly higher low pressures occur in the refrigerant circuit 10 with such a regulation in comparison to multiple evaporator operation using the chiller 1 and the interior evaporator 2 . The low pressure in the refrigerant circuit 10 rises in particular with an increasing coolant flow temperature at the inlet of the chiller 1 .

Mit dem ansteigenden Niederdruck des Kältemittels steigt auch dessen Dichte an und führt damit zu einem erhöhten Kältemittelbedarf im Niederdruckabschnitt des Kältemittelkreislaufs, d.h. es liegt eine Kältemittelunterfüllung vor. Damit kann im Single-Chiller-Modus das Kältemittel am Kältemittelaustritt des Chillers 1 nicht mehr nahe der Taulinie betrieben werden, da wegen der Kältemittelunterfüllung eine zunehmende Überhitzung des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers 1 auftritt.With the increasing low pressure of the refrigerant, its density also increases and thus leads to an increased demand for refrigerant in the low-pressure section of the refrigerant circuit, i.e. there is insufficient refrigerant. Thus, in the single chiller mode, the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller 1 can no longer be operated close to the dew line, since the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller 1 is increasingly overheated due to the refrigerant underfill.

Mit der ansteigenden Dichte des Kältemittels kann auch eine Drehmoment-überlast am Kältemittelverdichter 3 auftreten.A torque overload on the refrigerant compressor 3 can also occur with the increasing density of the refrigerant.

Sobald eine solche Drehmomentüberlast des Kältemittelverdichters 3 und/oder eine zunehmende Überhitzung des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers 1 mittels des ersten Druck-Temperatursensors pT1 detektiert wird, erfolgt durch einen Regeleingriff an dem als elektrischer Verdichter ausgeführten Kältemittelverdichter 3 eine Absenkung des Niederdrucks, indem die Drehzahl des Kältemittelverdichters 3 und damit die Kühlleistung reduziert wird. Die Absenkung des Niederdrucks.erfolgt in Abhängigkeit der Umgebungsbedingung und des Lastfalles am Chiller 1, d.h. der Niederdruck im System wird so lange reduziert, bis die Überhitzungserscheinung und/oder die Drehmömentüberlast nicht mehr detektiert werden. Mit der Limitierung des maximal zulässigen Niederdrucks nach oben wird der Freiheitsgrad des Niederdrucks, in beliebiger Weise anzusteigen, eingeschränkt.As soon as such a torque overload of the refrigerant compressor 3 and/or increasing overheating of the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller 1 is detected by the first pressure-temperature sensor pT1, a control intervention on the refrigerant compressor 3, which is designed as an electric compressor, lowers the low pressure by reducing the speed of the refrigerant compressor 3 and thus the cooling capacity is reduced. The low pressure is reduced depending on the ambient conditions and the load case on chiller 1, i.e. the low pressure in the system is reduced until the overheating phenomenon and/or the torque overload are no longer detected. With the upper limit of the maximum permissible low pressure, the degree of freedom of the low pressure to increase in any way is restricted.

Am Austritt des Innenraum-Verdampfers 2 ist der Druck-Temperatursensor pT5 dafür verantwortlich die Überhitzungsregelung des Kältemittels am Austritt des Innenraum-Verdampfers 2 zu überwachen.At the outlet of the interior evaporator 2, the pressure-temperature sensor pT5 is responsible for monitoring the overheating control of the refrigerant at the outlet of the interior evaporator 2.

Die Detektion der Drehmomentüberlast des Kältemittelverdichters 3 erfolgt durch eine Eigendiagnose, wenn der Kältemittelverdichter 3 als elektrischer Kältemittelverdichter ausgeführt ist. Hierzu wird von einem solchen elektrischen Kältemittelverdichter ein entsprechendes Diagnosesignal zur Verfügung gestellt, welches von einer Steuereinheit, bspw. einem Klimasteuergerät ausgewertet wird.The torque overload of the refrigerant compressor 3 is detected by self-diagnosis if the refrigerant compressor 3 is designed as an electric refrigerant compressor. For this purpose, a corresponding diagnostic signal is made available by such an electric refrigerant compressor, which is evaluated by a control unit, for example an air conditioning control unit.

Alternativ wird der Niederdruck durch Steuerung des Kältemittelverdichters 3 auf einen maximalen Niederdruckwert beschränkt, so dass ein weiterer Anstieg des Niederdrucks am Kältemittelausgang des Chillers 1 verhindert wird. Der maximale Niederdruckwert wird in Abhängigkeit von Umgebungsbedingüngen und der Kühlleistung des Chiliers 1 festgelegt, d. h. die Verdampfungstemperatur sollte bei einem Anlauf des Kältemittelkreislaufs 10 ein Wert unterhalb der Umgebungstemperatur eingestellt werden oder sich anfangs an dieser orientieren und mit Dauer des Betriebs wieder unter Berücksichtigung der Werte am ersten Druck-Temperatursensor pT1 der effizienzoptimale Betriebspunkt angefahren werden.Alternatively, the low pressure is limited to a maximum low pressure value by controlling the refrigerant compressor 3 so that a further increase in the low pressure at the refrigerant outlet of the chiller 1 is prevented. The maximum low pressure value is determined depending on the ambient conditions and the cooling capacity of the chiller 1, i. H. When the refrigerant circuit 10 starts up, the evaporation temperature should be set to a value below the ambient temperature or should initially be based on this and, over the course of the operation, the efficiency-optimal operating point should be approached again, taking into account the values at the first pressure-temperature sensor pT1.

Mit der Reduktion des Niederdrucks wird auch die Verdampfungstemperatur des Kältemittels im Chiller 1 reduziert. Um die vor der Reduzierung des Niederdrucks erzeugte Kälteleistung des Chillers 1 wiederherzustellen, wird durch ein Zusammenwirken von Kältemittelverdichter 3 und dem ersten Expansionsorgan AE1 diese Kälteleistung wieder eingestellt, indem durch Anstieg von Hub oder Drehzahl und Verfahren des ersten Expansionsorgans AE1, d. h. in der Regel durch weiteres Androsseln auf die neuen Randbedingungen reagiert wird. Dabei ist zu berücksichtigen, dass es zu Situationen kommen kann, in denen das System losgelöst von Unterkühlungsregelung bzw. Regelung des optimalen Hochdrucks arbeiten kann und muss, da ansonsten ein Kälteleistungsüberschuss nicht vermieden werden kann. Die vor der Absenkung des Niederdrucks durchgeführte effiziente Regelung des Kältemittelkreislaufs 10 mittels der Unterkühlungsregelung oder der Regelung auf den optimalen Hochdruck wird daher ausgesetzt, bis insbesondere aufgrund geänderter, speziell jedoch gesunkener Kühlmittelvorlauftemperaturen am Chiller 1 sich neue Niederdrucklagen einstellen und dadurch die Rückkehr zum effizienten Systembetrieb ermöglicht wird, d.h. der Kältemittelverdichter 3 sorgt für den Hub oder den Betrag der Kühlmittelabkühlung, das erste Expansionsorgan AE1 stellt die Unterkühlung oder den optimalen Hochdruck ein.With the reduction of the low pressure, the evaporation temperature of the refrigerant in the chiller 1 is also reduced. In order to restore the refrigeration capacity of the chiller 1 generated before the low pressure was reduced, this refrigeration capacity is restored by the interaction of the refrigerant compressor 3 and the first expansion element AE1 by increasing the stroke or speed and moving the first expansion element AE1, i. H. usually responds to the new boundary conditions by further throttling. It must be taken into account that there can be situations in which the system can and must work independently of subcooling control or control of the optimum high pressure, as otherwise an excess of cooling capacity cannot be avoided. The efficient control of the refrigerant circuit 10 by means of the supercooling control or the control to the optimum high pressure, which was carried out before the low pressure was reduced, is therefore suspended until new low pressure levels are set, in particular due to changed, but specifically lower, coolant flow temperatures at the chiller 1, thereby enabling a return to efficient system operation i.e. the refrigerant compressor 3 ensures the lift or the amount of cooling of the refrigerant, the first expansion element AE1 sets the subcooling or the optimum high pressure.

Es sei ergänzt, dass für den Fall des stets getrennten Betriebs von Chiller 1 und Innenraum-Verdampfer 2, d.h. beide Wärmeübertrager werden nie gleichzeitig betrieben, die beiden Druck-Temperatursensoren pT1 und pT5 entfallen und durch einen Druck-Temperatursensor pT6 stromabwärts des Knotenpunkts des Chiller-Zweiges 1.0 und des Innenraum-Verdampferzweiges 2.0 ersetzt werden können.It should be added that if chiller 1 and interior evaporator 2 are always operated separately, i.e. both heat exchangers are never operated simultaneously, the two pressure-temperature sensors pT1 and pT5 are omitted and replaced by a pressure-temperature sensor pT6 downstream of the chiller node branch 1.0 and the interior evaporator branch 2.0 can be replaced.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Absenkung des Niederdrucks bei einer Detektion einer Drehmomentüberlast am Kältemittelverdichter 3 und/oder einer zunehmender Überhitzung des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers 1 liegt nicht nur in einer Vermeidung des Abschaltens des Kältemittelverdichters 3 bei einer Drehmomentüberlast sondern auch in einer Sicherstellung des Öltransportes und einer ausreichenden Schmierung des Kältemittelverdichters 3 und damit auch einer erhöhten Bauteillebensdauer des Kältemittelverdichters 3.A further advantage of the method according to the invention for reducing the low pressure upon detection of a torque overload on the refrigerant compressor 3 and/or an increasing Overheating of the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller 1 is not only to avoid switching off the refrigerant compressor 3 in the event of a torque overload, but also to ensure the oil transport and sufficient lubrication of the refrigerant compressor 3 and thus also an increased component service life of the refrigerant compressor 3.

Schließlich wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein Betrieb des Kältemittelkreislaufs 10 im Bereich einer kritischen Füllmenge im Sinne einer potentiellen Kältemittelunterfüllung vermieden.Finally, with the method according to the invention, operation of the refrigerant circuit 10 in the area of a critical filling quantity in the sense of a potential underfilling of refrigerant is avoided.

Das in den 1 und 2 dem Innenraum-Verdampfer 2 nachgeschaltete Rückschlagventil 7 verhindert im Single-Chiller-Modus eine Verlagerung von Kältemittel in den Innenraum-Verdampfer 2. Bei dem Kältemittelkreislauf 10 gemäß 3 übernimmt diese Funktion das dritte Expansionsorgan AE3. That in the 1 and 2 The check valve 7 downstream of the interior evaporator 2 prevents refrigerant from moving into the interior evaporator 2 in the single chiller mode. In the refrigerant circuit 10 according to FIG 3 this function is taken over by the third expansion element AE3.

Im Folgenden wird ein Mehrverdampferbetrieb, also ein paralleler Betrieb des Chillers 1 und des Innenraum-Verdampfers 2 der Kältemittelkreisläufe 10 gemäß den 1 bis 3 beschrieben.In the following, a multiple evaporator operation, ie a parallel operation of the chiller 1 and the interior evaporator 2 of the refrigerant circuits 10 according to 1 until 3 described.

Bei einem solchen Mehrverdampferbetrieb wird der Innenraum-Verdampfer 2 zur Führungsgröße des Kälteprozesses und gibt das Niveau des Niederdrucks und damit die geforderte Verdampfungstemperatur vor. Bei einem Kältemittelkreislauf 10 gemäß 1 bedeutet dies, dass mittels des Niederdruck-Kältemittelsammlers 6.1 ein bestimmter konstanter Dampfgehalt am Ausgang des Niederdruck-Kältemittel-sammlers 6.1 und damit auch am Kältemittelaustritt des Innenraum-Verdampfers 2 eingestellt wird. Mittels des ersten Expansionsorgans AE1 wird stets eine vom Leistungsbedarf abhängige Überhitzung oder eine Mindiestüberhitzung für maximale Leistung am Kältemittelausgang des Chillers 1 zur Einstellung eines bestimmten den Chiller 1 durchströmenden Kältemittelmassenstrom eingestellt, um damit eine definierte Abkühlung der Wassertemperatur des Kühlmittelkreislaufs 1.1 zu erzielen.With such a multiple evaporator operation, the interior evaporator 2 becomes the reference variable of the refrigeration process and specifies the level of the low pressure and thus the required evaporation temperature. In a refrigerant circuit 10 according to 1 This means that a certain constant vapor content at the outlet of the low-pressure refrigerant collector 6.1 and thus also at the refrigerant outlet of the interior evaporator 2 is set by means of the low-pressure refrigerant collector 6.1. Using the first expansion element AE1, an overheating dependent on the power requirement or a minimum minimum overheating for maximum power at the refrigerant outlet of the chiller 1 is always set to set a specific refrigerant mass flow flowing through the chiller 1, in order to achieve a defined cooling of the water temperature of the coolant circuit 1.1.

Auch bei dem Kältemittelkreislauf 10 mit dem Höchdruck-Kältemittelsammfer 6.2 wird über das erste Expansionsorgan AE1 des Chillers 1 eine definierte Abkühlung der Wassertemperatur eingeregelt, die über den den Chiller 1 durchströmenden Kältemittelmassenstrom eingestellt wird.Also in the refrigerant circuit 10 with the high-pressure refrigerant collector 6.2, a defined cooling of the water temperature is regulated via the first expansion element AE1 of the chiller 1, which is set via the refrigerant mass flow flowing through the chiller 1.

Alternativ kann der Kältemittelkreislauf 10 gemäß 1 auch mit einem dritten Expansionsorgan AE3 betrieben werden, wie dies die 3 zeigt. Dieses dritte Expansionsorgan AE3 gehört zum Innenraum-Verdampferzweig 2.0 und ist dem Innenraum-Verdampfer 2 stromabwärts nachgeschaltet. Der Kältemittelzustand innerhalb des Innenraum-Verdampferzweiges 2.0 kann über einen stromabwärts des Innenraum-Verdampfers 2 vorgesehenen Druck-Temperatursensor pT5 detektiert werden, alternativ kann auch ein dem Innenraum-Verdampfer 2 luftaustrittsseitig nachgeschaltete Lufttemperäturfühler TLuft_ hierfür herangezogen, werden.Alternatively, the refrigerant circuit 10 according to 1 can also be operated with a third expansion device AE3, like this the 3 indicates. This third expansion element AE3 belongs to the interior evaporator branch 2.0 and is connected downstream of the interior evaporator 2 . The refrigerant state within the interior evaporator branch 2.0 can be detected via a pressure-temperature sensor pT5 provided downstream of the interior evaporator 2; alternatively, an air temperature sensor T air_ downstream of the interior evaporator 2 on the air outlet side can also be used for this purpose.

Dieses als elektrisch oder mechanisch regelbares Expansionsventil ausgeführte dritte Expansionsorgan AE3 sorgt dafür, dass im Innenraum-Verdampferzweig 2.0 keine Unterschreitung eines zur Vereisung führenden Niederdrucks erfolgt.This third expansion element AE3, which is designed as an electrically or mechanically controllable expansion valve, ensures that the low pressure in the interior evaporator branch 2.0 does not fall below a level that would lead to icing.

Damit kann im Innenraum-Verdampferzweig 2.0 ein Mitteldruckniveau eingestellt werden, während am Chiller 1 ein beliebiges Niederdruckniveau unterhalb des Niederdruckniveaus im Verdampferzweig 2.0 mittels des Kältemittelverdichters 3 in Abhängigkeit der geforderten Kühlleistung des Chillers 1 eingestellt wird. Hierzu wird mittels des ersten Expansionsorgans AE1 die Überhitzung am Kältemittelaustritt des Chillers 1 eingestellt, wodurch die Kälteleistung am Chiller 1 in Abhängigkeit des Überhitzungsgrades am Kältemittelaustritt des Chillers 1 beim jeweiligen herrschenden Niederdruck variierbar wird. Hierbei wird die maximale Kälteleistung des Chillers 1 erzielt, wenn an dessen Kältemittelaustritt das Kältemittel nahe der Taulinie des Kältemittels eingestellt wird.A medium-pressure level can thus be set in the interior evaporator branch 2.0, while any desired low-pressure level below the low-pressure level in the evaporator branch 2.0 is set on the chiller 1 by means of the refrigerant compressor 3 depending on the required cooling capacity of the chiller 1 . For this purpose, the overheating at the refrigerant outlet of the chiller 1 is adjusted by means of the first expansion element AE1, whereby the cooling capacity at the chiller 1 can be varied depending on the degree of overheating at the refrigerant outlet of the chiller 1 at the respective prevailing low pressure. In this case, the maximum cooling capacity of the chiller 1 is achieved when the refrigerant is set close to the dew line of the refrigerant at its refrigerant outlet.

Bei einem gegenüber dem Niederdruck des Innenraum-Verdampfers 2 kleineren Niederdruck des Chillers 1 wird zur Erhöhung der Kühlleistung des Chillers 1 das Kältemittel am Kältemittelaustritt des Chillers 1 nahe an dessen Taulinie, d. h. mit einer geringen Überhitzung betrieben und der Innenraum-Verdampfer 2 mittels des dritten Expansionsorgans AE3 auf einem Mitteldruck-Niveau betrieben. Zur Reduzierung der Kühlleistung des Chillers 1 wird durch Regelung des Kältemittelverdichters 3 der Niederdruck des Chillers 1 bis an den Niederdruck des Innenraum-Verdampfers 2 angehoben. Durch weiteres Androsseln des ersten Expansionsorgans AE1 kann zusätzlich die Kälteleistung am Chiller 1 reduziert werden.When the low pressure of the chiller 1 is lower than the low pressure of the interior evaporator 2, to increase the cooling capacity of the chiller 1, the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller 1 is close to its dew line, i. H. operated with low overheating and the interior evaporator 2 operated by means of the third expansion element AE3 at a medium-pressure level. To reduce the cooling capacity of the chiller 1, the low pressure of the chiller 1 is raised to the low pressure of the interior evaporator 2 by controlling the refrigerant compressor 3. By further throttling the first expansion element AE1, the refrigerating capacity at the chiller 1 can also be reduced.

Bei einem dem Niederdruck des Innenraum-Verdampfers 2 entsprechenden Niederdruck des Chillers 1 wird eine maximale Kühlleistung am Chiller 1 erzeugt, wenn das Kältemittel im Kältemittelaustritt des Chillers 1 nahe an dessen Taulinie, also mit minimaler Überhitzung betrieben wird. Die Kühlleistung des Chillers 1 wird durch eine Erhöhung der Überhitzung des Kältemittels mittels des ersten Expansionsorgans AE1 bei konstantem Druck im Innenraum-Verdampfer 2 reduziert.When the low pressure of the chiller 1 corresponds to the low pressure of the interior evaporator 2, a maximum cooling capacity is generated at the chiller 1 if the refrigerant in the refrigerant outlet of the chiller 1 is operated close to its dew line, ie with minimal overheating. The cooling capacity of the chiller 1 is reduced by increasing the overheating of the refrigerant by means of the first expansion element AE1 at a constant pressure in the interior evaporator 2 .

Bei einem Kältemittelkreislauf 10 gemäß den 1 bis 3 kann mindestens ein weiterer Innenraum-Verdampfer, bspw. als Heckverdampfer zum Einsatz kommen, welcher mittels eines separaten, elektrisch oder mechanisch regelbaren, Expansionsventils auf einem Mitteldruckniveau gehalten wird. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, dieses weitere Expansionsorgan bereits stromaufwärts an das zweite Expansionsorgan AE2 des Innenraum-Verdampfers 2 anzubinden.In a refrigerant circuit 10 according to 1 until 3 can at least one other inside room evaporator, e.g. However, it is particularly advantageous to connect this further expansion element to the second expansion element AE2 of the interior evaporator 2 upstream.

Bei dem Kältemittelkreislauf 10 gemäß den 1 bis 3 kann anstelle des als elektrisches Expansionsventil ausgebildeten ersten Expansionsorgans AE1 im Single-Chiller-Modus dieses auch als abschaltbares thermisches Expansionsorgan oder als abschaltbares Orifice Tube mit definierten Öffnungsquerschnitt ausgeführt werden. Die genaue Einstellung der Kühlmitteltemperatur des Kühlmittelkreislaufs 1.1 des Chillers 1 muss daher mittels eines Taktbetriebes des Expansionsorgans um den Sollwert der Kühlmittel-Ausdruckstemperatur am Chiller eingestellt werden.In the refrigerant circuit 10 according to the 1 until 3 Instead of the first expansion element AE1 designed as an electric expansion valve, in single chiller mode this can also be designed as a thermal expansion element that can be switched off or as an orifice tube with a defined opening cross section that can be switched off. The exact setting of the coolant temperature of the coolant circuit 1.1 of the chiller 1 must therefore be set by means of a clocked operation of the expansion element around the target value of the coolant discharge temperature at the chiller.

Im Zusammenhang mit dem Hochdruck Kältemittelsammler 6.2 sei vermerkt, dass die Sammlerflasche auch in den Kondensator 4 integriert werden kann, bevor stromabwärts die in den Kondensator 4 integrierte Subcoolstrecke durchströmt wird. In dieser Konstellation, die in dieser Aufbauweise nicht einsetzbar ist für die Ausführung als Luftwärmepumpe, kann der dritte Druck-Temperatursensorsensor pT3 entfallen, da mittels des Kondensators 4, in welchem Hochdruck-Kältemittelsammler 6.2 und Subcoolstrecke integriert sind bereits selbständig eine Unterkühlung des Kältemittels eingestellt wird.In connection with the high-pressure refrigerant collector 6.2, it should be noted that the collector bottle can also be integrated into the condenser 4 before it flows through the sub-cooling section integrated into the condenser 4 downstream. In this constellation, which cannot be used in this design for the design as an air heat pump, the third pressure-temperature sensor pT3 can be omitted, since the condenser 4, in which the high-pressure refrigerant collector 6.2 and the sub-cooling section are integrated, already automatically sub-cools the refrigerant .

Ferner können die beschriebenen Verfahren auch bei einem Kältemittelkreislauf 10 mit Wärmepumpenfunktion realisiert werden.Furthermore, the methods described can also be implemented in a refrigerant circuit 10 with a heat pump function.

Schließlich können die beschriebenen Verfahren für alle bekannten Kältemittel, wie R744, R134a, R1234yf usw. eingesetzt werden, wobei speziell für R744-System ausschließlich der Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 Berücksichtigung findet.Finally, the methods described can be used for all known refrigerants, such as R744, R134a, R1234yf, etc., whereby only the low-pressure refrigerant collector 6.1 is taken into account specifically for the R744 system.

BezugszeichenlisteReference List

11
Chiller des Kältemittelkreislaufs 10Refrigerant circuit chiller 10
1.01.0
Chiller-Zweigchiller branch
1.11.1
Kühlmittelkreislauf des Chillers 1 Chiller coolant circuit 1
22
Innenraum-Verdampferinterior evaporator
2.02.0
Innenräum-Verdampferzweig Interior evaporator branch
33
Kältemittelverdichter refrigerant compressor
44
Kondensator oder Gaskühler condenser or gas cooler
55
innerer Wärmeübertrager internal heat exchanger
6.16.1
Niederdruck-KältemittelsammlerLow pressure refrigerant collector
6.26.2
Hochdruck-Kältemittelsammler High-pressure refrigerant collector
77
Rückschlagventil check valve
1010
Kältemittelkreislauf Refrigerant circulation
AE1AE1
erstes Expansionsorganfirst expansion organ
AE2AE2
zweites Expansionsorgansecond expansion organ
AE3AE3
drittes Expansionsorgan third expansion organ
pT1pT1
Druck-Temperatursensorpressure-temperature sensor
pT2pT2
Druck-Temperatursensorpressure-temperature sensor
pT3pT3
Druck-Temperatursensorpressure-temperature sensor
pT4pT4
Druck-Temperatursensorpressure-temperature sensor
pT5pT5
Druck-Temperatursensorpressure-temperature sensor
pT6pT6
Druck-Temperatursensorpressure-temperature sensor
TLuftTair
Lufttemperaturfühlerair temperature sensor

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (10) einer Kälteanlage eines Fahrzeugs mit - einem Chiller-Zweig (1.0), welcher einen Chiller (1), ein erstes Expansionsorgan (AE1) und einen stromabwärts des Chillers (1) nachgeschalteten ersten Druck-Temperatursensor (pT1) aufweist und mit einem Kühlmittelkreislauf (1.1) thermisch gekoppelt ist, - wenigstens einem Innenraum-Verdampferzweig (2.0), welcher einen Innenraum-Verdampfer (2) und ein zweites Expansionsorgan (AE2) aufweist und dem Chiller-Zweig (1.0) parallel geschaltet ist, - einem Kältemittelverdichter (3), und - einem Kondensator oder Gaskühler (4), wobei - in einem Single-Chiller-Modus der Betriebspunkt des Kältemittelkreislaufs (10) am Kältemittelaustritt des Chillers (1) nahe der Taulinie des Kältemittels eingestellt wird, - der Niederdruck und die zugehörige Temperatur des Kältemittels mittels des ersten Druck-Temperatursensors (pT1) des Chillers (1) detektiert wird, und - der Niederdruck durch Steuerung des Kältemittelverdichters (3) auf einen von Umgebungsbedingungen und der benötigten Kühlleistung des Chillers (1) abhängigen maximalen Niederdruckwert beschränkt oder unter Reduzierung der Kühlleistung an dem Chiller (1) abgesenkt wird, wenn eine Drehmomentüberlastung am Kältemittelverdichter (3) oder eine vorgegebene Abweichung der Temperatur von der Taulinie des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers (1) detektiert wird.Method for operating a refrigerant circuit (10) of a refrigeration system of a vehicle - a chiller branch (1.0), which has a chiller (1), a first expansion element (AE1) and a first pressure-temperature sensor (pT1) downstream of the chiller (1) and is thermally coupled to a coolant circuit (1.1), - at least one interior evaporator branch (2.0), which has an interior evaporator (2) and a second expansion element (AE2) and is connected in parallel to the chiller branch (1.0), - a refrigerant compressor (3), and - A condenser or gas cooler (4), wherein - in a single chiller mode, the operating point of the refrigerant circuit (10) is set at the refrigerant outlet of the chiller (1) close to the dew line of the refrigerant, - the low pressure and the associated temperature of the refrigerant is detected by means of the first pressure-temperature sensor (pT1) of the chiller (1), and - the low pressure is limited by controlling the refrigerant compressor (3) to a maximum low pressure value that depends on the ambient conditions and the required cooling capacity of the chiller (1) or is lowered with a reduction in the cooling capacity on the chiller (1) if there is a torque overload on the refrigerant compressor (3) or a specified deviation of the temperature from the dew line of the refrigerant is detected at the refrigerant outlet of the chiller (1). Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem im Anschluss der Absenkung des Niederdrucks die Kühlleistung am Chiller (1) mittels einer Regelung des ersten Expansionsorgans (AE1) zusammen mit dem Kältemittelverdichter (3) wieder auf die Sollkühlleistung angepasst wird.procedure after claim 1 , in which following the lowering of the low pressure, the cooling capacity at the chiller (1) by means of a control of the first expansion element (AE1) together with the refrigerant compressor (3) is adjusted back to the target cooling capacity. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem - der Kältemittelkreislauf (10) mit einem Niederdruck-Kältemittelsammler (6.1) ausgebildet wird, mit welchem definierte Kältemitteldampfgehalte einstellbar sind, und - das Kältemittel zur Einstellung auf dessen Taulinie oder nahe der Taulinie im Zwei-Phasen-Gebiet des Kältemittels mittels des Niederdruck-Kältemittelsammlers (6.1) auf einen Überhitzungsgrad von 0 K eingestellt wird.procedure after claim 1 or 2 , in which - the refrigerant circuit (10) is designed with a low-pressure refrigerant collector (6.1) with which defined refrigerant vapor contents can be adjusted, and - the refrigerant for adjustment to its dew line or near the dew line in the two-phase area of the refrigerant by means of the low-pressure refrigerant collector (6.1) is set to an overheating level of 0 K. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem - der Kältemittelkreislauf (10) mit einem Hochdruck-Kältemittelsammler (6.2) ausgebildet wird, und - das Kältemittel zur Einstellung auf oder nahe dessen Taulinie mittels des ersten erstes Expansionsorgans (AE1) auf einen Überhitzungsgrad mit einem Wert zwischen 3 und 5 K geregelt wird.procedure after claim 1 , in which - the refrigerant circuit (10) is designed with a high-pressure refrigerant collector (6.2), and - the refrigerant is adjusted to or near its dew line by means of the first first expansion element (AE1) to a degree of overheating with a value between 3 and 5 K is regulated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem in einem Chiller- und Verdampferbetrieb dem Innenraum-Verdampfer (2) ein drittes Expansionsorgan (AE3) stromabwärts nachgeschaltet wird, wobei - der Innenraum-Verdampfer (2) auf einem Mitteldruckniveau-Niveau betrieben wird, und - der Chiller (1) in Abhängigkeit der angeforderten Kühlleistung durch Regelung des Kältemittelverdichters (3) und des ersten Expansionsorgans (AE1) auf einem Niederdruck-Niveau betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, in which, in a chiller and evaporator operation, a third expansion element (AE3) is connected downstream of the interior evaporator (2), wherein - the interior evaporator (2) is operated at a medium-pressure level, and - The chiller (1) is operated at a low-pressure level depending on the required cooling capacity by controlling the refrigerant compressor (3) and the first expansion device (AE1). Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem bei einem gegenüber dem Niederdruck des Innenraum-Verdampfers (2) kleineren Niederdruck des Chillers (1) zur Erhöhung der Kühlleistung des Chillers (1) - der Kältemittelzustand am Kältemittelaustritt des Chillers (1) nahe an dessen Taulinie eingestellt wird, und - der Innenraum-Verdampfer (2) mittels des dritten Expansionsorgans (AE3) auf einem Mitteldruck-Niveau betrieben wird.procedure after claim 5 , in which, when the low pressure of the chiller (1) is lower than the low pressure of the interior evaporator (2), in order to increase the cooling capacity of the chiller (1), - the refrigerant state at the refrigerant outlet of the chiller (1) is set close to its dew line, and - the interior evaporator (2) is operated at a medium-pressure level by means of the third expansion element (AE3). Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem zur Reduzierung der Kühlleistung des Chillers (1) durch Regelung des Kältemittelverdichters (3) der Niederdruck des Chillers (1) bis an den Niederdruck des Innenraum-Verdampfers (2) angehoben wird.procedure after claim 5 or 6 , in which to reduce the cooling capacity of the chiller (1) by controlling the refrigerant compressor (3), the low pressure of the chiller (1) is raised to the low pressure of the interior evaporator (2). Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei welchem bei einem dem Niederdruck des Innenraum-Verdampfers (2) entsprechenden Niederdruck des Chillers (1) eine maximale Kühlleistung am Chiller (1) erzeugt wird, wenn der Zustand des Kältemittels am Kältemittelaustritt des Chillers (1) nahe an dessen Taulinie eingestellt wird.Procedure according to one of Claims 5 until 7 , at which at a low pressure of the chiller (1) corresponding to the low pressure of the interior evaporator (2) a maximum cooling capacity is generated at the chiller (1) if the state of the refrigerant at the refrigerant outlet of the chiller (1) is set close to its dew line . Verfahren einem der Ansprüche 5 bis 8, bei welchem bei einem dem Niederdruck des Innenraum-Verdampfers (2) entsprechenden Niederdruck des Chillers (1) die Kühlleistung des Chillers (1) durch eine Erhöhung der Überhitzung des Kältemittels mittels des ersten Expansionsorgans (AE1) bei konstantem Druck im Innenraum-Verdampfer (2) reduziert wird.procedure one of Claims 5 until 8th , in which, when the low pressure of the chiller (1) corresponds to the low pressure of the interior evaporator (2), the cooling capacity of the chiller (1) is increased by increasing the overheating of the refrigerant by means of the first expansion element (AE1) at a constant pressure in the interior evaporator ( 2) is reduced. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei welchem bei einem ausschließlichen Betrieb des Innenraum-Verdampfers (2) oder des Chillers (1) - bei einem Kältemittelkreislauf (10) mit einem Niederdruck-Kältemittelsammler (6.1) anstelle des ersten Niederdrucksensors (pT1) ein Druck-Temperatursensor (pT2) stromabwärtsseitig des Chiller-Zweiges (1.0), des Innenraum-Verdampfer-zweiges (2.0) und stromabwärtsseitig des Niederdruck-Kältesammlers (6.1) angeordnet wird, und - bei einem Kältemittelkreislauf (10) mit einem Hochdruck-Kältemittelsammler (6.2) anstelle des ersten Niederdrucksensors (pT1) ein Druck-Temperatursensor (pT6) stromabwärtsseitig des Chiller-Zweiges (1.0) und des Innenraum-Verdampferzweiges (2.0) angeordnet wird.Procedure according to one of claims 3 until 9 , in which, when the interior evaporator (2) or the chiller (1) is operated exclusively - in a refrigerant circuit (10) with a low-pressure refrigerant collector (6.1) instead of the first low-pressure sensor (pT1), a pressure-temperature sensor (pT2) is installed on the downstream side of the chiller branch (1.0), the interior evaporator branch (2.0) and downstream of the low-pressure cold collector (6.1), and - in a refrigerant circuit (10) with a high-pressure refrigerant collector (6.2) instead of the first low-pressure sensor ( pT1) a pressure-temperature sensor (pT6) is arranged downstream of the chiller branch (1.0) and the interior evaporator branch (2.0).
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