DE102019201427A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Kälteanlage eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (10) einer Kälteanlage eines Fahrzeugs im Kälteanlagenbetrieb mit einem Chiller-Zweig (1.0), welcher einen Chiller (1) und ein demselben vorgeschaltetes erstes Expansionsorgan (AE1) aufweist und mit einem Kühlmittelkreislauf (1.1) thermisch gekoppelt ist, wenigstens einem dem Chiller-Zweig (1.0) parallel geschalteter Innenraum-Verdampferzweig (2.0), welcher einen Innenraum-Verdampfer (2), ein demselben vorgeschaltetes zweites Expansionsorgan (AE2) und ein dem Innenraum-Verdampfer (2) nachgeschaltetes Segmentierungsorgan aufweist, welches ausgebildet ist, eine Rückströmung von Kältemittel in den Innenraum-Verdampfer zu verhindern, einem Kältemittelverdichter (3), und einem Kondensator oder Gaskühler (4), wobei der Kälteanalgenbetrieb im Single-Chiller-Modus durchgeführt wird, indem das zweite Expansionsorgan (AE2) geschlossen und das Kältemittel aus dem Innenraum-Verdampfer (2) mittels des anlaufenden oder des bereits angelaufenen Kältemittelverdichters (3) abgesaugt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Kälteanlage eines Fahrzeugs im Kälteanlagenbetrieb.
  • Der Einsatz von Kältemittelkreisläufen in Fahrzeugklimaanlagen ist bekannt, wobei manche Varianten eine 2-Verdampferanlage vorsehen, nämlich einen Frontverdampfer und einen Heckanlagenverdampfer. Je nach Verschaltung und aktivem Betrieb der jeweiligen Wärmeübertragung variiert der Bedarf an benötigtem aktivem Kältemittel im Kältemittelkreislauf.
  • Elektrifizierte Fahrzeuge benötigen neben dem Frontverdampfer als mindestens einen Innenraum-Verdampfer eine separate Kühlvorrichtung zur Konditionierung und Temperierung des in der Regel als Hochvoltbatterie realisierten Energiespeichers. Eine solche Kühlvorrichtung kann mittels des Kältemittelkreislaufs realisiert werden und wird als aktive Batteriekühlung bezeichnet. Eine solche Kühlvorrichtung wird als Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager realisiert, der als Verdampfer (durch Kühlen eines Luftstromes) bzw. als Chiller (durch Kühlen eines Kühlmittelstroms) arbeitet.
  • Auch der Einsatz des Kältemittelkreislaufs der Fahrzeugkälteanlage in einem Wärmepumpenbetrieb zum Aufheizen der Fahrgastzelle ist bekannt. In seiner Funktion als Wärmepumpe ist der Kältemittelkreislauf in der Lage, einen Luft- oder auch Wasserstrom bzw. Kühlmittelstrom zu erwärmen und diese Wärme direkt bzw. indirekt an die Luft der Fahrgastzelle abzugeben. Je nach Betriebsweise der Fahrzeugkälteanlage, ob also geheizt bzw. gekühlt wird oder welche Anzahl von Wärmeübertragern aktiv betrieben werden, variiert auch in diesem Fall die zur optimalen Betriebsweise benötigte Menge an tatsächlich benötigtem Kältemittel im Kältemittelkreislauf.
  • Die DE 10 2012 108 731 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Fahrzeugklimaanlage zur Konditionierung des Zuluftstromes einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs, wobei der Kältemittelkreislauf sowohl in einem Kältebetrieb als auch in einem Heizbetrieb mittels einer Wärmepumpenfunktion betreibbar ist. Die Fahrzeugklimaanlage weist auch einen Motorkühlkreislauf auf, welcher über einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager als Chiller mit dem Kältemittelkreislauf zur Realisierung einer Wasserwärmepumpe thermisch gekoppelt ist. Sowohl der Chiller als auch der Verdampfer sind stromabwärts mit einem Kältemittelverdichter des Kältemittelkreislaufs fluidverbunden. Um im Betrieb der Wasserwärmepumpe eine Einlagerung von Kältemittel in den Verdampfer zu verhindern, ist ausgangsseitig des Verdampfers ein Rückschlagventil angeordnet. Mittels des Kondensators wird eine Luftwärmepumpe als weitere Wärmepumpe mit der Umgebung des Fahrzeugs als Wärmequelle realisiert.
  • Bei einem Kältemittelkreislauf gemäß der DE 10 2013 204 188 A1 wird in einem Wärmepumpenbetrieb das von einem Kältemittelverdichter verdichtete Kältemittel über ein Heizregister, ein Expansionsorgan, einen als Wärmepumpenkondensator betreibbaren Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager, einem Chiller mit vorgeschalteten Expansionsorgan und einem Niederdruck-Kältemittelsammlers wieder dem Kältemittelverdichter zugeführt. Hierbei ist der Chiller dem Wärmepumpenkondensator in Serie nachgeschaltet. In einer anderen Verschaltung zur Durchführung des Wärmepumpenbetriebes ist der Chiller dem Wärmepumpenkondensator parallel geschaltet. Bei dieser Parallelschaltung kann die Leistung des Chillers mittels dessen vorgeschaltetem Expansionsorgan geregelt werden. In einem Kühlbetrieb des Kältemittelkreislaufs ist ein Innenraum-Verdampfer mit einem Expansionsorgan dem Chiller parallel geschaltet. In diesem AC-Modus ist eine unabhängige kältemittelseitige Leistungsregelung des Chillers möglich, um bspw. die Temperatur einer wassergekühlten Batterie eines Elektrofahrzeugs regeln zu können.
  • Die DE 10 2015 015 125 A1 beschreibt eine Fahrzeugklimaanlage mit einem als Wärmepumpenkreislauf mit Heizfunktion und als Kältekreislauf mit Kühlfunktion betreibbaren Kältemittelkreislauf, welcher einen Innenraum-Verdampfer, einen Kältemittelverdichter, einen ersten Kältemittelkondensator/Gaskühler, ein dem Innenraum-Verdampfer zugeordnetes erstes Expansionsorgan und einen Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher, des Weiteren einen Heizungswärmetauscher zur Durchführung der Heizfunktion, ferner ein Klimagerät, in welchem der Innenraum-Verdampfer und der Heizungswärmetauscher angeordnet sind, und schließlich einen in Strömungsrichtung des Kältemittels dem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmetauscher nachgeschalteten zweiten Kältemittelkondensator/Gaskühler umfasst, der im Heizbetrieb Wärme an einen in den Fahrzeuginnenraum strömenden Zuluftstrom abgibt und in dem Klimagerät in Strömungsrichtung des Zuluftstromes zwischen dem Innenraum-Verdampfer und dem Kühlmittel-Luft-Wärmetauscher angeordnet ist. Dem Verdampferzweig aus Innenraum-Verdampfer und erstem Expansionsorgan ist ein Chiller mit einem weiteren Expansionsorgan parallel geschaltet.
  • Wird ein Chiller in einem Kältemittelkreislauf alleine, also im sogenannten Single-Chiller-Modus betrieben, so erfolgt der Systembetrieb der Kälteanlage, je nach Kühlleistungsbedarf seitens bspw. eines Hochvoltenergiespeichers, in der Regel auf einem Niederdruckniveau oberhalb eines Verdampfungsdruckniveaus, welches bei gleichzeitiger aktiver Innenraumkühlung, also bei aktivem Innenraum-Verdampfer eingestellt wird. In nachteiliger Weise führt der höhere Niederdruck zu einer höheren Dichte des Kältemittels auf der Niederdruckseite und gleichzeitig besteht die Gefahr einer frühzeitigen Überhitzung des Kältemittels nach dem Chiller und damit des an einem Niederdruck-Kältemittelsammler austretenden Kältemittels. Im Fall eines Einsatzes eines hochdruckseitig positionierten Kältemittelsammlers kann der Effekt einer nicht mehr einstellbaren Unterkühlung am Kondensator oder Gaskühler auftreten, da auch dieser Kältemittelsammler nicht mehr ausreichend mit Kältemittel versorgt wird. Dieser Effekt kann jedoch bei speziellen Unterkühlungskondensatoren (Kondensator-Sammler-Unterkühlstrecke) messtechnisch erfasst und bilanziert werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislauf einer Kälteanlage im Single-Chiller-Modus anzugeben.
  • Bei diesem Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs einer Kälteanlage eines Fahrzeugs im Kälteanlagenbetrieb mit
    • - einem Chiller-Zweig, welcher einen Chiller und ein demselben vorgeschaltetes erstes Expansionsorgan aufweist und mit einem Kühlmittelkreislauf thermisch gekoppelt ist,
    • - wenigstens einem dem Chiller-Zweig parallel geschalteten Innenraum-Verdampferzweig, welcher einen Innenraum-Verdampfer, ein demselben vorgeschaltetes zweites Expansionsorgan und ein dem Innenraum-Verdampfer nachgeschaltetes Segmentierungsorgan aufweist, welches ausgebildet ist, eine Rückströmung von Kältemittel in den Innenraum-Verdampferzweig zu verhindern,
    • - einem Kältemittelverdichter, und
    • - einem Kondensator oder Gaskühler, wobei
    • - der Kälteanlagenbetrieb im Single-Chiller-Modus durchgeführt wird, indem das zweite Expansionsorgan geschlossen und das Kältemittel aus dem Innenraum-Verdampfer mittels des anlaufenden oder des bereits angelaufenen Kältemittelverdichters abgesaugt wird.
  • Um die aktive Kältemittelmenge zu maximieren, wird bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren der mindestens eine Innenraum-Verdampfer von Kältemittel entleert, indem zunächst das diesem Innenraum-Verdampfer vorgeschaltete zweite Expansionsorgan geschlossen und durch den von dem Kältemittelverdichter während seines Anlaufens oder während seines Betriebs erzeugten Ansaugdrucks das Kältemittel aus dem Innenraum-Verdampfer abgesaugt wird. Ein Zurückströmen des Kältemittels in den Innenraum-Verdampfer wird durch das Segmentierungsorgan verhindert, welches als Rückschlagventil, als Absperrventil oder als absperrbares Expansionsventil ausführbar ist.
  • Die Kälteanlage kann bei diesem Single-Chiller-Modus bei einem höheren Niederdruckniveau als niederdruckseitigem Arbeitsdruck als bei einem Betrieb des Innenraum-Verdampfers betrieben werden. Dadurch stellt sich ein niedrigeres Druckverhältnis zwischen Hochdruck und Niederdruck des Kältemittelkreislaufs bei einem Systembetrieb mit niedriger Verdichterdrehzahl ein und führt zu einer Effizienzsteigerung.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zur Erzielung eines hohen Ansaugdruckes bei aktivem Kältemittelverdichter der Niederdruck mittels des ersten Expansionsorgans und einer Anhebung des Kältemittel-Volumenstroms mittels des Kältemittelsverdichters während einer definierten Unterdruckzeitdauer unter einen niederdruckseitigen Chiller-Arbeitsdruck abgesenkt, wobei der niederdruckseitige Chiller-Arbeitsdruck dem Niederdruck entspricht, bei welchem die erforderliche Kälteleistung durch den Chiller erzeugt wird.
  • Bei einem elektrischen Kältemittelverdichter, welche von einem Elektroantrieb angetrieben wird, erfolgt die Anhebung des Volumenstroms durch eine Anhebung der Drehzahl, während bei einem mechanischen Kältemittelverdichter, welcher von einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs angetrieben wird, die Fördermenge und damit der Kältemittel-Volumenstrom durch die Einstellung des Schwenkwinkels einer Taumelscheibe des Kältemittelverdichters erfolgt, wodurch der Kolbenhub i. V. mit der Antriebsdrehzahl des Kältemittelverdichters direkt eingestellt wird.
  • Als aktiver Kältemittelverdichter wird ein entweder im Anlauf oder ein bereits im Betrieb sich befindender Kältemittelverdichter bezeichnet, mit dessen geförderten Kältemittel-Volumenstrom der Niederdruck eingestellt wird. Die erforderliche Kälteleistung, die bei dem niederdruckseitigen Chiller-Arbeitsdruck von dem Chiller bereitgestellt wird, entspricht dem Kühlleistungsbedarf der von dem Chiller zu kühlenden Komponente, die bspw. ein Hochvoltenergiespeicher ist. Die Absenkung des Niederdrucks unter den niederdruckseitigen Chiller-Arbeitsdruck erfolgt gleichzeitig zum einen durch eine Anhebung des Kältemittel-Volumenstroms und zum anderen mittels des ersten Expansionsorgans, indem dieses den Vorgaben eines Steuergerätes zur Einstellung eines Regelzieles wie bspw. einer Solltemperatur des Kühlmittels nachkommt und im Bedarfsfall den Kältemittel-Volumenstrom über den Chiller reguliert. Damit wird verhindert, dass die Batterie mit einem zu kalten Kühlmittel beaufschlagt wird und zulässige Temperaturdifferenzen unterschritten werden.
  • Mit einem solchen kurzzeitig unterhalb des tatsächlichen niederdruckseitigen Chiller-Arbeitsdrucks eingestellten Niederdrucks wird ein hoher Absaugeffekt erreicht.
  • Eine weitere Verbesserung des Absaugeffektes von Kältemittel aus dem stillgelegten Innenraum-Verdampferzweig oder sonstiger für den Single-Chiller-Betrieb inaktiver und segmentierter Sektoren eines Kälteanlagensystem wird dadurch erreicht, dass der Niederdruck während der Unterdruckzeitdauer auf einen minimal möglichen Niederdruckwert abgesenkt wird, wobei dieser minimal mögliche Niederdruckwert dadurch bestimmt ist, dass die zulässigen niederdruckseitigen Systemgrenzen nicht unterschritten werden dürfen . Um diesen minimal möglichen Niederdruckwert zu erreichen, wird der Kältemittel-Volumenstrom des Kältemittelverdichters auf einen Wert erhöht, bis der Kältemittelverdichter sein maximales Fördervolumen erreicht hat.
  • Mit dem Ende der Unterdruckzeitdauer wird der Niederdruck mittels des ersten Expansionsorgans (AE1) und der Reduktion des von dem Kältemittelverdichter eingestellten Kältemittel-Volumenstroms wieder auf den niederdruckseitigen Chiller-Arbeitsdruck erhöht, bei welchem die erforderliche Kälteleistung durch den Chiller erzeugt wird.
  • Vorzugsweise entspricht die definierte Unterdruckzeitdauer derjenigen Zeitdauer, bis sich der Niederdruck im zu entleerenden Innenraum-Verdampferzweig oder sonstiger für den Single-Chiller-Betrieb inaktiver und segmentierter Sektoren eines Kälteanlagensystem, an den durch den Kältemittelverdichter eingestellten Niederdruck angleicht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann natürlich auch bei Kälteanlagen mit einer Wärmepumpenfunktionalität realisiert werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen einer beispielhaft gewählten Systemverschaltung mit mindestens einem für den Single-Chiller-Betrieb inaktivem und segmentierbarem Systemabschnitt einer Kälteanlage. Dabei zeigen:
    • 1 eine Schaltungsanordnung eines Kältemittelkreislaufs zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines niederdruckseitig angeordneten Kältemittelsammlers, und
    • 2 eine zur Schaltungsanordnung nach 1 alternative Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines hochdruckseitig angeordneten Kältemittelsammlers.
  • Die 1 und 2 zeigen der Einfachheit halber jeweils einen für den reinen AC-Betrieb (Kälteanlagenbetrieb) vorgesehenen Kältemittelkreislauf 10 einer Kälteanlage eines Fahrzeugs. Auf die funktionale Erweiterung hinsichtlich eines Wärmepumpenbetriebs wurde verzichtet, da der Grundgedanke zur Beschreibung des Verfahrens bereits mit dem einfachen Verschaltungskonzept vollumfänglich darstellbar ist und die Funktion auf eine Anlage mit Wärmepumpenfunktionalität und deren inaktiven Sektoren direkt übertragen werden kann. Diese Kältemittelkreisläufe 10 sind in einer identischen Grundstruktur aufgebaut und unterscheiden sich jeweils in der Anordnung eines Kältemittelsammlers als Niederdruck- oder Hochdruck-Kältemittelsammler. Hierbei sei erwähnt, dass ein niederdruckseitig angeordneter Kältemittelsammler sowohl für unterkritisch als auch für überkritisch arbeitende Kälteanlagen Verwendung finden kann, während ein Hochdrucksammler überwiegend bei rein unterkritisch arbeitenden Systemen zum Einsatz kommt.
  • Der Kältemittelkreislauf 10 gemäß den 1 und 2 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, mit einer Absperrfunktion ausgeführten und als elektrisches Expansionsventil ausgebildeten ersten Expansionsorgan AE1 und einem dem Chiller 1 nachgeschalteten ersten Druck-Temperatursensor pT1, wobei der Chiller 1 mit einem Kühlmittelkreis-lauf 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 2 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 der 1 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 2 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 dem Verdichter 3 vorgeschalteten sechsten Druck-Temperatursensor pT6.
  • Ist der Hochdruck-Kältemittelsammler 6.2 in den Kondensator 4 oder Gaskühler 4 integriert, so ist der dritte Druck-Temperatursensor pT3 stromabwärts des Kondensators 4 oder Gaskühlers 4 vorzusehen. Da es sich bei solchen Anlagen jedoch in der Regel um Systeme handelt, die ausschließlich für den unterkritischen Anlagenbetrieb vorgesehen sind, kann der dritte Druck-Temperatursensor pT3 theoretisch entfallen
  • Schließlich ist für den Kältemittelkreislauf 10 gemäß den 1 und 2 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.
  • Der Innenraum-Verdampferzweig 2.0 weist gemäß den 1 und 2 ein Rückschlagventil 7 auf. An dieser Position kann alternativ ein Absperrventil oder ein absperrbares drittes Expansionsorgan angeordnet werden. Der Innenraum-Verdampferzweig 2.0 ist daher durch das zweite Expansionsorgan AE2 und durch das Rückschlagventil 7 begrenzt.
  • Zunächst wird der Single-Chiller-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 10 gemäß den 1 und 2 beschrieben, bei welchem nur der Chiller 1 zur ausschließlichen Komponentenkühlung (bspw. der Hochvoltbatterie) betrieben wird und hierzu der Innenraum-Verdampferzweig 2.0 mittels des zweiten Expansionsorgans AE2 gesperrt wird.
  • Damit für diesen Single-Chiller-Betrieb die maximale aktive Kältemenge zur Verfügung steht und hiermit eine maximale Kälteleistung für den Kühlmittelkreislauf 1.1 erzeugt werden kann, wird mit dem Anlaufen oder dem bereits aktiven Kältemittelverdichter 3 bei gesperrtem zweiten Expansionsorgan AE2 zunächst Kältemittel mittels des von dem Kältemittelverdichter 3 erzeugten Ansaugdrucks aus dem Innenraum-Verdampfer 2 abgesaugt. Eine Rückströmung von Kältemittel in den Innenraum-Verdampfer 2 wird durch das gesperrte zweite Expansionsorgan AE2 und das Rückschlagventil 7 verhindert.
  • Der Absaugvorgang dauert in der Regel so lange, bis sich im zu entleerenden Innenraum-Verdampferzweig 2.0 annähernd das Niveau des mittels des Kältemittelverdichters 3 eingestellten Niederdrucks einstellt und ist abhängig von den Umgebungsbedingungen, wobei sich bei wärmeren Temperaturen eine Entleerung schneller erzielen lässt als bei kühleren Bedingungen, da gerade kühlere Bedingungen eine Kältemittelkondensation unterstützen und damit mehr Kältemittel umzuverlagern ist.
  • Im Anschluss an den Absaugvorgang erfolgt eine Regelung der Verdampfungstemperatur des Chillers 1 und damit der Solltemperatur des Kühlmittels mittels des Kältemittelverdichters 3.
  • Zur Erzielung eines höheren Ansaugdrucks wird mit dem Anlaufen des Kältemittelverdichters 3 oder mit dem bereits aktiven Kältemittelverdichter 3 bei gesperrtem zweiten Expansionsorgan AE2 der Niederdruck mittels des Zusammenwirkens des ersten Expansionsorgans AE1 und mit dem Anheben des Kältemittel-Volumenstroms des Kältemittelverdichters 3 während einer definierten Unterdruckzeitdauer unter den niederdruckseitigen Chiller-Arbeitsdruck abgesenkt. Unter dem niederdruckseitigen Chiller-Arbeitsdruck wird derjenige Niederdruck verstanden, bei welchem die erforderliche Kälteleistung durch den Chiller 1 erzeugt wird. Die erforderliche Kälteleistung, die bei dem niederdruckseitigen Chiller-Arbeitsdruck von dem Chiller 1 bereitgestellt wird, entspricht dem Kühlleistungsbedarf der von dem Chiller 1 zu kühlenden Komponente, die bspw. ein Hochvoltenergiespeicher ist. Die Absenkung des Niederdrucks unter den niederdruckseitigen Chiller-Arbeitsdruck erfolgt gleichzeitig zum einen durch eine Anhebung der Drehzahl des Kältemittelverdichters 3 und zum anderen mittels des ersten Expansionsorgans AE1, indem dieses den Vorgaben eines Steuergerätes zur Einstellung eines Regelzieles, wie bspw. einer Solltemperatur des Kühlmittels, nachkommt und im Bedarfsfall den Kältemittelstrom über den Chiller 1 reguliert. Damit wird verhindert, dass die Batterie mit einem zu kalten Kühlmittel beaufschlagt wird und zulässige Temperaturdifferenzen unterschritten werden.
  • Die Absenkung des Niederdrucks kann auch unter einem niederdruckseitigen Innenraum-Verdampfer-Arbeitsdruck erfolgen, welcher sich bei aktivem Innenraum-Verdampfer 2 oder sowohl bei aktivem Innenraum-Verdampfer 2 als auch bei aktivem Chiller 1 einstellt. Dieser niederdruckseitige Innenraum-Verdampfer-Arbeitsdruck entspricht demjenigen Niederdruck, bei welchem die erforderliche Kälteleistung entsprechend einer vorgegebenen luftseitigen Ausblastemperatur eines in das Fahrzeuginnere geführten Zuluftstroms durch den Innenraum-Verdampfer erzeugt wird.
  • Dieser Innenraum-Verdampfer-Arbeitsdruck beträgt bspw. bei einem Kältemittel R744 (CO2) 37 bar, bei einem chemischen Kältemittel (R1234yf) bspw. 3,3 bar, um u eine luftseitige Ausblastemperatur von ungefähr 3°C zu erzielen.
  • Der unter den niederdruckseitigen Arbeitsdruck abgesenkte Niederdruck beträgt bspw. 30 bar bei einem Kältemittel R744 oder 2,5 bar bei einem chemischen Kältemittel.
  • Eine weitere Verbesserung des Absaugeffektes von Kältemittel aus dem stillgelegten Innenraum-Verdampferzweig 2.0 wird dadurch erreicht, dass der Niederdruck während der Unterdruckzeitdauer auf einen minimal möglichen Niederdruckwert abgesenkt wird, wobei dieser minimal mögliche Niederdruckwert dadurch bestimmt ist, dass die zulässigen niederdruckseitigen Systemgrenzen nicht überschritten werden. Um diesen minimal möglichen Niederdruckwert zu erreichen, wird der Kältemittel-Volumenstrom des Kältemittelverdichters 3 auf einen Wert erhöht, bis im Extremfall der Verdichter sein maximales Fördervolumen erreicht hat.
  • Die definierte Unterdruckzeitdauer beträgt bspw. 60 Sekunden und entspricht derjenigen Zeitdauer, bis sich der Niederdruck im zu entleerenden Innenraum-Verdampferzweig 2.0 an den durch den Kältemittelverdampfer 3 eingestellten Niederdruck angleicht. Die Unterdruckzeitdauer bestimmt sich primär aus den Umgebungsbedingungen und einer daran gekoppelten Abschätzung über ein mögliches Auslagerungspotenzial an Kältemittel und die daran gekoppelte mögliche Zeitdauer, dieses Kältemittel wieder in den aktiven Strang zurückzuholen.
  • Nach Ablauf dieser Unterdruckzeitdauer wird der Niederdruck wieder auf den niederdruckseitigen Arbeitsdruck für den Single-Chiller-Betrieb für das Erreichen einer geforderten Kühlmitteltemperatur am Austritt des Chillers durch eine Reduzierung des von dem Kältemittelverdichter 3 geförderten Kältemittel-Volumenstroms erhöht. Bei vollständiger Absaugung des Kältemittels aus dem Innenraum-Verdampferzweig 2.0 verbleibt nach der Reduzierung des Kältemittel-Volumenstroms und dem damit verbundenen Anstieg des Niederdrucks auf den Chiller-Arbeitsdruck dieser Chiller-Arbeitsdruck dauerhaft bestehen. Ein Anstieg des Druckniveaus kann ein Signal für weiter verbliebenes und nicht vollständig abgesaugtes Kältemittel, aber auch für mögliche Ventilleckagen und einströmendes Kältemittel sein.
  • Ergänzend sei erwähnt, dass sich für einen Single-Chiller-Betrieb auch in Ausnahmefällen (Bedarf an hohen Kühlleistungen) gerade in diesem Modus auch dauerhaft Niederdrücke einstellen lassen, die unterhalb des Niveaus für einen Innenraumverdampferbetrieb liegen können.
  • Für diesen Single-Chiller-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 10 gemäß den 1 und 2 steht damit eine maximale Füllmenge an Kältemittel zur Verfügung.
  • In einem solchen Single-Chiller-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 10 gemäß 1 2 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 Wär-meübertragers 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.
  • 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.
  • Ferner regelt ein solcher Niederdruck-Kältemittelsammler 6.1 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 System betrieb.
  • Die Unterkühlungsregelung erfolgt derart, dass über den dritten Druck-Temperatursensor pT3 Druck und Temperatur am Austritt des Kondensators 4 erfasst und aus den Werten der Betrag der Unterkühlung ermittelt wird. Bewegt sich der Istwert oberhalb des Sollwertes, so öffnet das erste Expansionsorgan 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.
  • Die Regelung auf einen optimalen Hochdruck bedeutet, dass über den dritten Druck-Temperatursensor pT3 Druck und Temperatur am Austritt des Gaskühlers 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.
  • 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 zwangsläufig 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.
  • Alternativ kann ein solcher Druck-Temperatursensor PT1 statt am Austritt des Chillers 1 auch am Austritt des Innenraum-Verdampfers 2 vorgesehen werden und darüber hinaus sogar jeder der beiden Verdampfer 1 und 2 mit einem Druck-Temperatursensor versehen werden.
  • 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.
  • 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 im Extremfall 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 links und nahe der Taulinie betrieben werden, wenn der Niederdruck-Kältemittelsammler 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 Niederdruck-Kältemittelsammlers 6.1.
  • Mit der ansteigenden Dichte des Kältemittels und damit des Massenstroms, kann auch eine Drehmomentüberlast am Kältemittelverdichter 3 auftreten.
  • 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 insbesondere als elektrischer Verdichter ausführbaren 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. Es sei angemerkt, dass mit dem Absenken des Niederdruckniveaus nun auch das treibende Temperaturgefälle zwischen Kältemittel und Kühlmittel angehoben wird und sich dadurch eine Steigerung der Kälteleistung und damit eine Kühlmitteltemperaturabsenkung resultiert.
  • 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 steht
  • 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 nach dem Absaugen von Kältemittel aus dem Innenraum-Verdampferzweig 2.0 auf einen 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In diesem Single-Chiller-Modus wird nach der Absaugung von Kältemittel aus dem Innenraum-Verdampferzweig 2.0 die Überhitzung am Kältemittelausgang des Chillers 1 bei einem Kältemittelkreislauf 10 gemäß 2 ebenso nahe an der Taulinie des Kältemittels betrieben. Die Absaugung erfolgt in der oben beschriebenen Weise, indem bei geschlossenem Absperrorgan AE2 durch den von dem Kältemittelverdichter 3 erzeugten Saugdruck das Kältemittel abgesaugt wird, oder indem zur Erhöhung des Saugdruckes des Kältemittelverdichters 3 der Niederdruck unter den niederdruckseitigen Soll-Arbeitsdruck oder auf einen minimal möglichen Niederdruckwert abgesenkt wird.
  • Die Überhitzung am Kältemittelausgang des Chillers 1 wird auf einen Wert zwischen 3 und 5 K mittels des ersten Expansionsorgans AE1 geregelt, 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 während gleichzeitig der Kältemittelverdichter 3 einen minimalen Niederdruck einstellt.
  • 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.
  • 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.
  • Mit der ansteigenden Dichte des Kältemittels kann auch eine Drehmomentüberlast am Kältemittelverdichter 3 auftreten.
  • 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 sich im Zielbereich bewegen und/oder die Drehmomentüberlast nicht mehr detektiert werden. Mit der Limitierung des maximal zulässigen Niederdrucks nach oben wird der Freiheitsgrad des Niederdrucks, in beliebiger Weise anzusteigen, eingeschränkt.
  • 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.
  • Alternativ wird der Niederdruck durch Steuerung des Kältemittelverdichters 3 auf einen maximalen zulässigen 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 nach dem Absaugen von Kältemittel aus dem Innenraum-Verdampfer 2 einen 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.
  • 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.
  • 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.
  • Das in den 1 und 2 dem Innenraum-Verdampfer 2 nachgeschaltete Rückschlagventil 7 verhindert im Single-Chiller-Modus eine Rückverlagerung von Kältemittel in den Innenraum-Verdampfer 2 insbesondere nach erfolgter Absaugung. Wird dieses Rückschlagventil 7 bspw. durch ein Absperrorgan oder Expansionsorgan ersetzt, übernimmt dasselbe diese Funktion.
  • Die Kältemittelkreisläufe 10 gemäß den 1 und 2 können natürlich auch in einem Mehrverdampferbetrieb, also in einem parallelen Betrieb des Chillers 1 und des Innenraum-Verdampfers 2 betrieben werden. Da ein solcher Mehrverdampferbetrieb dem Fachmann bekannt ist, wird auf eine detaillierte Darstellung verzichtet.
  • Bei dem Kältemittelkreislauf 10 gemäß den 1 und 2 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 im Bedarfsfall mittels eines Taktbetriebes des Expansionsorgans um den Sollwert der Kühlmittel-Ausdruckstemperatur am Chiller eingestellt werden.
  • 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. Jedoch kann dieser Druck-Temperatursensor pT3 die oben beschriebene Unterkühlung detektieren und damit, sollte diese gegen Null gehen oder verschwinden, eine Aussage zur Füllung der gesamten Kondensatoranordnung mit Kältemittel machen. Folglich tritt mit zunehmender Absaugung von Kältemittel aus den inaktiven Bereichen erst zu einem späteren Zeitpunkt ein Verschwinden der Unterkühlung auf.
  • Ferner können die beschriebenen Verfahren auch bei einem Kältemittelkreislauf 10 mit Wärmepumpenfunktion realisiert werden. Bei diesen Anwendungsfällen tritt neben einem Innenraum-Verdampferzweig 2.0 ein Heizregisterabschnitt in Erscheinung.
  • 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.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Chiller des Kältemittelkreislaufs 10
    1.0
    Chiller-Zweig
    1.1
    Kühlmittelkreislauf des Chillers 1
    2
    Innenraum-Verdampfer
    2.0
    Innenraum-Verdampferzweig
    3
    Kältemittelverdichter
    4
    Kondensator oder Gaskühler
    5
    innerer Wärmeübertrager
    6.1
    Niederdruck-Kältemittelsammler
    6.2
    Hochdruck-Kältemittelsammler
    7
    Rückschlagventil
    10
    Kältem ittelkreislauf
    AE1
    erstes Expansionsorgan
    AE2
    zweites Expansionsorgan
    AE3
    drittes Expansionsorgan
    pT1
    Druck-Temperatursensor
    pT2
    Druck-Temperatursensor
    pT3
    Druck-Temperatursensor
    pT4
    Druck-Temperatursensor
    pT5
    Druck-Temperatursensor
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012108731 A1 [0005]
    • DE 102013204188 A1 [0006]
    • DE 102015015125 A1 [0007]

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs (10) einer Kälteanlage eines Fahrzeugs im Kälteanlagenbetrieb mit - einem Chiller-Zweig (1.0), welcher einen Chiller (1) und ein demselben vorgeschaltetes erstes Expansionsorgan (AE1) aufweist und mit einem Kühlmittelkreislauf (1.1) thermisch gekoppelt ist, - wenigstens einem dem Chiller-Zweig (1.0) parallel geschalteter Innenraum-Verdampferzweig (2.0), welcher einen Innenraum-Verdampfer (2), ein demselben vorgeschaltetes zweites Expansionsorgan (AE2) und ein dem Innenraum-Verdampfer (2) nachgeschaltetes Segmentierungsorgan aufweist, welches ausgebildet ist, eine Rückströmung von Kältemittel in den Innenraum-Verdampfer zu verhindern, - einem Kältemittelverdichter (3), und - einem Kondensator oder Gaskühler (4), wobei - der Kälteanlagenbetrieb im Single-Chiller-Modus durchgeführt wird, indem das zweite Expansionsorgan (AE2) geschlossen und das Kältemittel aus dem Innenraum-Verdampfer (2) mittels des anlaufenden oder des bereits angelaufenen Kältemittelverdichters (3) abgesaugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem zur Erzielung eines maximalen Ansaugdruckes bei aktivem Kältemittelverdichter (3) der Niederdruck mittels des ersten Expansionsorgans (AE1) und einer Anhebung des Kältemittel-Volumenstroms mittels des Kältemittelverdichters (3) während einer definierten Unterdruckzeitdauer unter den niederdruckseitigen Chiller-Arbeitsdruck abgesenkt wird, wobei der niederdruckseitige Chiller-Arbeitsdruck dem Niederdruck entspricht, bei welchem die erforderliche Kälteleistung durch den Chiller (1) erzeugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem während der Unterdruckzeitdauer der Niederdruck auf einen minimal möglichen Niederdruckwert abgesenkt wird, wobei der minimal mögliche Niederdruckwert dadurch bestimmt wird, dass die zulässigen niederdruckseitigen Systemgrenzen des Kältemittelkreislaufs (10) nicht unterschritten werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem mit dem Ende der Unterdruckzeitdauer der Niederdruck mittels des ersten Expansionsorgans (AE1) und einer Reduktion des von dem Kältemittelverdichter (3) geförderten Kältemittel-Volumenstroms auf den Chiller-Arbeitsdruck erhöht wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, bei welchem die definierte Unterdruckzeitdauer der Zeitdauer entspricht, bis sich der Niederdruck im zu entleerenden Innenraum-Verdampferzweig (2.0) an den durch den Kältemittelverdichter (3) eingestellten Niederdruck angleicht.
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