DE102019203293A1 - Method for operating a refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit having a heat pump function - Google Patents

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Dirk Schroeder
Christian Rebinger
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (10) für ein Fahrzeug mit einem eine Wärmepumpenfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf (1), bei welchem zum Abtauen eines äußeren Wärmeübertragers (5) nach einem Wärmepumpenbetrieb der äußere Wärmeübertrager (5) mit einem Heizkondensator (8) oder Heizgaskühler (8) auf dem von dem Kältemittelverdichter (4) erzeugten Hochdruckniveau verbunden wird und das aus dem äußeren Wärmeübertrager (5) austretende Kältemittel mittels eines Abtau-Expansionsorgans (AE, AE5) auf einen Niederdruck entspannt und dem Kältemittelverdichter (4) eintrittsseitig zugeführt wird.The invention relates to a method for operating a refrigeration system (10) for a vehicle with a refrigerant circuit (1) having a heat pump function, in which the external heat exchanger (5) with a heating condenser (8) is used to defrost an external heat exchanger (5) after a heat pump operation. or hot gas cooler (8) is connected to the high pressure level generated by the refrigerant compressor (4) and the refrigerant emerging from the external heat exchanger (5) is expanded to a low pressure by means of a defrosting expansion device (AE, AE5) and fed to the refrigerant compressor (4) on the inlet side becomes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem eine Wärmepumpenfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf.The invention relates to a method for operating a refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit having a heat pump function.

Solche Kälteanlagen sind bekannt, die sowohl in einem Wärmepumpenbetrieb zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums als auch in einem Kälteanlagenbetrieb zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums betreibbar sind. Im Wärmepumpenbetrieb wird die Zuluft, welche dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird, mittels der per Wärmepumpe bereitgestellten Wärme konditioniert und erwärmt.Such refrigeration systems are known which can be operated both in a heat pump mode for heating a vehicle interior and in a refrigeration system mode for cooling the vehicle interior. In heat pump mode, the supply air that is supplied to the vehicle interior is conditioned and heated using the heat provided by the heat pump.

Bei der Verwendung der Umgebungsluft als Wärmequelle wird ein äußerer Wärmeübertrager eines Kältemittelkreislaufes zusammen mit einem Wärmepumpen-Expansionsorgan als Wärmepumpen-Verdampfer eingesetzt. Hierbei wird einerseits Wärme der Umgebungsluft entzogen und dadurch das Kältemittel in dem äußeren Wärmeübertrager verdampf und ggf. auch erwärmt bzw. überhitzt und andererseits der äußere Wärmetauscher auf seiner Außenseite aufgrund des sich im Kältemittel einstellenden Verdampfungstemperaturniveaus abgekühlt. Durch dieses Abkühlen des äußeren Wärmetauschers kann es aufgrund der sich unterhalb der Umgebungstemperatur einstellenden Verdampfungstemperatur zu einer Bereifung und letztlich Vereisung des Wärmetauschers kommen, indem sich in der Umgebungsluft gebundene Feuchte als Kondensat auf der Oberfläche des äußeren Wärmeübertragers abscheidet. Je nach Wettersituation kann auch direkt Feuchtigkeit auf der Oberfläche des äußeren Wärmeübertragers auftreffen und gefrieren.When using the ambient air as a heat source, an external heat exchanger of a refrigerant circuit is used together with a heat pump expansion element as a heat pump evaporator. On the one hand, heat is withdrawn from the ambient air and the refrigerant in the external heat exchanger evaporates and possibly also heated or overheated and on the other hand the external heat exchanger is cooled on its outside due to the evaporation temperature level in the refrigerant. As a result of this cooling of the external heat exchanger, the evaporation temperature, which is below the ambient temperature, can lead to frosting and ultimately icing of the heat exchanger, as moisture bound in the ambient air is deposited as condensate on the surface of the external heat exchanger. Depending on the weather situation, moisture can hit the surface of the external heat exchanger directly and freeze.

Aufgrund einer zunehmenden Bereifung und Vereisung auf der Oberfläche des äußeren Wärmeübertragers sinkt das Potenzial zur Verdampfung von Kältemittel und damit sinkt auch die Heizleistung, da sich über die Betriebsdauer des Wärmepumpenbetriebs die wärmeübertragende Oberfläche, und damit das Potenzial des Kältemittels Wärme aufzunehmen, abnimmt.Due to increasing frost and icing on the surface of the external heat exchanger, the potential for evaporation of refrigerant decreases and thus the heating output also decreases, as the heat-transferring surface and thus the potential of the refrigerant to absorb heat decreases over the operating time of the heat pump operation.

Eine Kälteanlage mit einem Kältemittelkreislauf zur Durchführung eines Wärmepumpenbetriebs und eines Abtaubetriebs ist aus der FR 3 025 299 A1 bekannt. Dieser Kältemittelkreislauf umfasst neben einem 2-teiligen äußeren Wärmeübertrager einen 2-stufigen Kältemittelverdichter, mit welchem neben einem Hochdruckniveau zusätzlich ein Zwischendruckniveau erzeugt wird. In einem Wärmepumpenbetrieb wird das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel über ein Heizregister und ein Wärmepumpen-Expansionsorgan in eine Serienschaltung der beiden Abschnitte des äußeren Wärmeübertragers entspannt.A refrigeration system with a refrigerant circuit for performing a heat pump operation and a defrosting operation is from the FR 3 025 299 A1 known. In addition to a 2-part external heat exchanger, this refrigerant circuit includes a 2-stage refrigerant compressor with which an intermediate pressure level is generated in addition to a high pressure level. In a heat pump operation, the refrigerant, which is compressed to high pressure, is expanded into a series circuit of the two sections of the outer heat exchanger via a heating register and a heat pump expansion element.

Zur Durchführung eines ersten Abtaubetriebs wird ein erster Abschnitt des äußeren Wärmeübertragers mit einer ersten Stufe des Kältemittelverdichters verbunden, so dass dieser erste Abschnitt mit dem Zwischendruckniveau beaufschlagt und damit beheizt wird, während mittels des zweiten Abschnittes des äußeren Wärmeübertragers der Wärmepumpenbetrieb weitergeführt wird und hierbei dieser zweite Abschnitt über ein Expansionsorgan mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters verbunden wird. Bei dieser Betriebsweise wird der äußere Wärmeübertrager partiell mittels des ersten Abschnittes enteistTo carry out a first defrosting operation, a first section of the external heat exchanger is connected to a first stage of the refrigerant compressor, so that this first section is subjected to the intermediate pressure level and thus heated, while the heat pump operation is continued by means of the second section of the external heat exchanger, and this second stage Section is connected to the high pressure outlet of the refrigerant compressor via an expansion element. In this mode of operation, the external heat exchanger is partially defrosted by means of the first section

Zur Durchführung eines zweiten Abtaubetriebs wird der zweite Abschnitt des äußeren Wärmeübertragers über das Wärmepumpen-Expansionsorgan und einem Heizregister mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters Verdampfers verbunden, wobei das Wärmepumpen-Expansionsorgan vollständig geöffnet ist. Das aus dem zweiten Abschnitt des äußeren Wärmeübertragers strömende Kältemittel wird mittels eines weiteren Expansionsorgans in den ersten Abschnitt des äußeren Wärmeübertragers entspannt und anschließend der Eintrittsseite des Kältemittelverdichters zugeführt. Bei dieser Betriebsweise wird der zweite Abschnitt des äußeren Wärmeübertragers enteist.To carry out a second defrosting operation, the second section of the external heat exchanger is connected to the high pressure outlet of the refrigerant compressor evaporator via the heat pump expansion element and a heating register, the heat pump expansion element being fully open. The refrigerant flowing out of the second section of the external heat exchanger is expanded into the first section of the external heat exchanger by means of a further expansion element and then fed to the inlet side of the refrigerant compressor. In this mode of operation, the second section of the external heat exchanger is defrosted.

Aus der DE 10 2007 028 252 A1 ist ein Kältemittelkreislauf mit zwei Verdampfern und einer Ejektorpumpe bekannt, die als Kältemitteldekompressionseinrichtung und Kältemittelzirkulationseinrichtung funktioniert. Wenn während eines Kälteanlagenbetriebs in einem der beiden Verdampfer eine Frostbildung auftritt, wird die Ejektorpumpe stillgelegt, so dass ein vom Kältemittelverdichter ausgegebenes Hochtemperatur-Kältemittel einen Bypasskanalabschnitt und einen von demselben abzweigenden Kanalabschnitt durchströmt, so dass das Heißgas-Kältemittel in beide Verdampfer eingeleitet wird und dabei dieselben entfrostet.From the DE 10 2007 028 252 A1 a refrigerant circuit with two evaporators and an ejector pump is known, which functions as a refrigerant decompression device and a refrigerant circulation device. If frost formation occurs in one of the two evaporators during operation of the refrigeration system, the ejector pump is shut down so that a high-temperature refrigerant discharged by the refrigerant compressor flows through a bypass duct section and a duct section branching off from the same, so that the hot-gas refrigerant is introduced into both evaporators and thereby the same defrosted.

Die US 2014/0020415 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Wärmeverteilung in einem Hybridfahrzeug. Diese Vorrichtung weist einen Motorkühlkreislauf und einen für einen kombinierten Betrieb im Kälteanlagen- und Wärmepumpenmodus sowie für einen Nachheizmodus ausgebildeten Kältemittelkreislauf mit einem Verdampfer, einem Verdichter, einem Wärmeübertrager zur Wärmezufuhr vom Kältemittel an die zu konditionierende Luft für einen Fahrzeuginnenraum sowie mit einem Wärmeübertrager zur Wärmeübertragung zwischen dem Kältemittel des Kältemittelkreislaufes und dem Kühlmittel des Motorkühlkreislaufes auf. Dieser Wärmeübertrager ist einerseits als Wärmepumpen-Verdampfer zur Wärmeübertragung vom Kühlmittel auf das Kältemittel und andererseits als Kondensator zur Wärmeübertragung vom Kältemittel an das Kühlmittel betreibbar. Im Wärmepumpenmodus wird das Kältemittel nach dem Durchströmen eines die Wärmeenergie der Brennkraftmaschine oder der Umgebungsluft aufnehmenden Wärmetauschers über eine Bypass-Leitung an dem Verdampfer und einem inneren Wärmeübertrager vorbei zu dem Verdichter des Kältemittelkreislaufs geleitet. Wird im Wärmepumpenmodus die Brennkraftmaschine als Wärmequelle verwendet, wird der aus der Umgebungsluft Wärmeenergie aufnehmende Wärmeübertrager des Kühlmittelkreislaufs mittels einer Bypass-Leitung überbrückt, so dass keine Wärmeenergie aus der Umgebungsluft aufgenommen werden kann.The US 2014/0020415 A1 describes a method for operating a device for heat distribution in a hybrid vehicle. This device has an engine cooling circuit and a refrigerant circuit designed for combined operation in refrigeration system and heat pump mode as well as for a reheating mode with an evaporator, a compressor, a heat exchanger for supplying heat from the refrigerant to the air to be conditioned for a vehicle interior and with a heat exchanger for heat transfer between the refrigerant of the refrigerant circuit and the coolant of the engine cooling circuit. This heat exchanger is on the one hand as a heat pump evaporator for heat transfer from the coolant to the refrigerant and on the other hand as a condenser for heat transfer from the refrigerant to the Coolant operable. In heat pump mode, after flowing through a heat exchanger that absorbs the thermal energy of the internal combustion engine or the ambient air, the refrigerant is passed via a bypass line past the evaporator and an internal heat exchanger to the compressor of the refrigerant circuit. If the internal combustion engine is used as a heat source in heat pump mode, the heat exchanger of the coolant circuit that absorbs heat energy from the ambient air is bypassed by means of a bypass line so that no heat energy can be absorbed from the ambient air.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem eine Wärmepumpenfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf anzugeben, mit welchem hinsichtlich eines Abtaubetriebs ein verbesserter und insbesondere effizienter Betrieb realisierbar ist.The object of the invention is to provide a method for operating a refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit having a heat pump function, with which an improved and, in particular, more efficient operation can be implemented with regard to a defrosting operation.

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

Bei diesem Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem eine Wärmepumpenfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf mit folgende Komponenten:

  • - einem Kältemittelverdichter mit einem Hochdruckausgang und einer Eintrittsseite,
  • - einem äußeren Wärmeübertrager, welcher entweder zur Durchführung eines Kälteanlagenbetriebs als Kondensator oder Gaskühler oder zur Durchführung eines Wärmepumpenbetriebs als Wärmepumpen-Verdampfer mittels eines Wärmepumpen-Expansionsorgans betreibbar ist und mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters verbindbar ist,
  • - einem Verdampferzweig mit einem Verdampfer und einem Verdampfer-Expansionsorgan, wobei der Verdampferzweig niederdruckseitig mit der Eintrittsseite des Kältemittelverdichters und hochdruckseitig mit dem äußeren Wärmeübertrager verbindbar ist, und
  • - einem Heizzweig mit einem einen Zuluftstrom für den Fahrzeuginnenraum direkt oder indirekt erwärmenden Heizkondensator oder Heizgaskühler, wobei der Heizzweig zur Durchführung eines Wärmepumpenbetriebs stromaufwärts mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters und stromabwärts mit dem Wärmepumpen-Expansionsorgan verbindbar ist, und wobei zum Abtauen des äußeren Wärmeübertragers nach einem Wärmepumpenbetrieb
  • - der äußere Wärmeübertrager mit dem Heizkondensator oder Heizgaskühler auf dem von dem Kältemittelverdichter erzeugten Hochdruckniveau oder auf einem gegenüber dem Hochdruck niedrigeren Mitteldruck verbunden wird, und
  • - das aus dem äußeren Wärmeübertrager austretende Kältemittel mittels eines Abtau-Expansionsorgans auf einen Niederdruck entspannt und dem Kältemittelverdichter eintrittsseitig zugeführt wird.
In this method for operating a refrigeration system for a vehicle with a refrigerant circuit having a heat pump function with the following components:
  • - a refrigerant compressor with a high pressure outlet and an inlet side,
  • - an external heat exchanger, which can be operated either as a condenser or gas cooler or to operate a heat pump as a heat pump evaporator by means of a heat pump expansion element and can be connected to the high pressure outlet of the refrigerant compressor,
  • - An evaporator branch with an evaporator and an evaporator expansion element, wherein the evaporator branch can be connected on the low-pressure side to the inlet side of the refrigerant compressor and on the high-pressure side to the external heat exchanger, and
  • - A heating branch with a supply air flow for the vehicle interior directly or indirectly heating heating condenser or heating gas cooler, the heating branch being connectable upstream to the high pressure outlet of the refrigerant compressor and downstream to the heat pump expansion element for performing a heat pump operation, and wherein for defrosting the external heat exchanger after a Heat pump operation
  • - The external heat exchanger is connected to the heating condenser or heating gas cooler at the high pressure level generated by the refrigerant compressor or at a mean pressure lower than the high pressure, and
  • - The refrigerant emerging from the external heat exchanger is expanded to a low pressure by means of a defrosting expansion device and is supplied to the refrigerant compressor on the inlet side.

Bei diesem Verfahren bleibt der Heizkondensator oder Heizgaskühler bei einem Wechsel von einem Luft-Wärmepumpenbetrieb in den Abtaubetrieb aktiv, so dass weiterhin ein Teilwärmestrom auf den in das Fahrzeuginnere geführten Zuluftstrom übertragen wird. Der zu enteisende äußere Wärmeübertrager wird mit moderat temperierter Abwärme des bspw. aus dem Heizregister austretenden Kältemittels beaufschlagt und damit eine Fortsetzung des Heizbetrieb über den Kältemittelkreislauf gesichert. Außerdem tritt keine hohe Temperatur-Beanspruchung des äußeren Wärmeübertragers auf im Gegensatz zur dessen direkter Beaufschlagung mit Heißgas aus dem Kältemittelverdichter, was letztlich auch eine Umschaltung der Kältemittelströmungsrichtung zur Folge haben kann.With this method, the heating condenser or heating gas cooler remains active when switching from air / heat pump operation to defrosting operation, so that part of the heat flow continues to be transferred to the supply air flow directed into the vehicle interior. The external heat exchanger to be de-iced is exposed to moderately tempered waste heat from the refrigerant exiting the heating register, for example, and thus the continuation of the heating operation via the refrigerant circuit is ensured. In addition, there is no high temperature stress on the external heat exchanger in contrast to its direct exposure to hot gas from the refrigerant compressor, which can ultimately also result in a switchover of the refrigerant flow direction.

Ein Abtaubetrieb wird dann durchgeführt, wenn die Heizleistung aufgrund eines sinkenden Verdampfungspotenzials an dem äußeren Wärmeübertrager sinkt. Dieser Zustand kann anhand verschiedener Größen, wie bspw. der aufgenommenen Verdichterleistung und/oder des Hochdrucks am Austritt des Kältemittelverdichters detektiert werden.A defrosting operation is carried out when the heating power drops due to a falling evaporation potential at the external heat exchanger. This state can be detected on the basis of various variables, such as, for example, the absorbed compressor power and / or the high pressure at the outlet of the refrigerant compressor.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird

  • - das Abtau-Expansionsorgan in einem Abtau-Zweig angeordnet, mit welchem der äußere Wärmeübertrager mit der Eintrittsseite des Kältemittelverdichters zur Durchführung des Abtaubetriebs verbunden wird,
  • - zur Durchführung des Abtaubetriebs der äußere Wärmeübertrager mit dem Heizkondensator oder Heizgaskühler über das Wärmepumpen-Expansionsorgan verbunden, wobei das Wärmepumpen-Expansionsorgan entweder in einen geöffneten Zustand gesteuert oder derart gesteuert wird, dass der äußere Wärmeübertrager auf einem gegenüber dem Hochdruck niedrigeren Mitteldruck arbeitet, und
  • - mittels des Abtau-Expansionsorgans das Kältemittel auf Niederdruck entspannt.
According to an advantageous development of the invention
  • - The defrosting expansion element is arranged in a defrosting branch, with which the external heat exchanger is connected to the inlet side of the refrigerant compressor in order to carry out the defrosting operation,
  • - To carry out the defrosting operation, the external heat exchanger is connected to the heating condenser or heating gas cooler via the heat pump expansion element, the heat pump expansion element being either controlled in an open state or controlled in such a way that the external heat exchanger operates at a mean pressure lower than the high pressure, and
  • - The refrigerant is expanded to low pressure by means of the defrost expansion element.

Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten der Abtauprozess und die daran gekoppelte und fortgesetzte Innenraumklimatisierung auf der Basis eines Dreiecksprozesses. Dabei wird auf keine zusätzliche Wärmequelle, außer auf die von der verdichterseitig eingebrachten Wärme, zurückgegriffen.In this method according to the invention, the defrosting process and the connected and continued indoor air conditioning work on the basis of a triangular process. There is no additional heat source, apart from the heat introduced by the compressor side, is used.

Ferner bleibt bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren bei einem Wechsel vom Wärmepumpenbetrieb in den Abtaubetrieb der Hauptströmungsweg des Kältemittels unverändert, wobei lediglich die Öffnungsquerschnitte von Expansionsorganen verändert werden müssen. Hierbei wird das Wärmepumpen-Expansionsorgan vollständig geöffnet. Es ist auch möglich das Kältemittel mit diesem Wärmepumpen-Expansionsorgan nur geringfügig anzudrosseln, damit der äußere Wärmeübertrager auf einem niedrigeren Druckniveau, einem sogenannten Mitteldruckniveau, auch Zwischendruckniveau genannt, und damit auf einem Temperaturniveau betrieben wird, bei welchem ein Temperaturschockrisiko stark vermindert wird und bei welchem das Kältemittel den Wärmeübertrager mit einem über dem Gefrierpunkt von Wasser liegenden Temperaturniveau durchströmt.Furthermore, in this method according to the invention, when changing from heat pump operation to defrosting operation, the main flow path of the refrigerant remains unchanged, with only the opening cross-sections of expansion elements having to be changed. The heat pump expansion element is fully opened. It is also possible to throttle the refrigerant only slightly with this heat pump expansion element, so that the external heat exchanger is operated at a lower pressure level, a so-called medium pressure level, also called intermediate pressure level, and thus at a temperature level at which a temperature shock risk is greatly reduced and at which the refrigerant flows through the heat exchanger at a temperature level above the freezing point of water.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass

  • - der Kältemittelkreislauf mit einem einen Chiller und ein Chiller-Expansionsorgan aufweisenden Chillerzweig ausgebildet wird, welcher parallel mit dem Verdampferzweig verbindbar ist,
  • - zur Durchführung eines Reheat-Betriebs mittels eines ein Reheat-Expansionsorgan aufweisenden Reheat-Zweiges der Heizkondensator oder Heizgaskühler stromabwärts mit dem äußeren Wärmeübertrager verbunden wird,
  • - zur Durchführung des Abtaubetriebs der Reheat-Betrieb durchgeführt wird, wobei das Reheat-Expansionsorgan entweder in einen geöffneten Zustand gesteuert oder derart gesteuert wird, dass der äußere Wärmeübertrager auf einem gegenüber dem Hochdruck niedrigeren Mitteldruck arbeitet, und
  • - mittels des Chiller-Expansionsorgans als Abtau-Expansionsorgan das Kältemittel auf Niederdruck entspannt wird.
According to another advantageous embodiment of the invention it is provided that
  • - The refrigerant circuit is designed with a chiller branch having a chiller and a chiller expansion element, which can be connected in parallel to the evaporator branch,
  • - To carry out a reheat operation by means of a reheat branch having a reheat expansion element, the heating condenser or heating gas cooler is connected downstream to the external heat exchanger,
  • - To carry out the defrost operation, the reheat operation is carried out, the reheat expansion element either being controlled into an open state or controlled in such a way that the external heat exchanger operates at a mean pressure lower than the high pressure, and
  • - The refrigerant is expanded to low pressure by means of the chiller expansion device as a defrosting expansion device.

Vorzugsweise wird bei geöffnetem Reheat-Expansionsorgan im äußeren Wärmeübertrager ein identisches Druckniveau wie im Heizkondensator oder Heizgaskühler eingestellt oder bei angedrosseltem Reheat-Expansionsorgan eine dritte Drucklage zwischen der Hochdrucklage im Heizkondensator oder Heizgaskühler und der Niederdrucklage im Chiller eingestellt.When the reheat expansion element is open, an identical pressure level is set in the external heat exchanger as in the heating condenser or hot gas cooler or, when the reheat expansion element is throttled, a third pressure level is set between the high pressure level in the heating condenser or hot gas cooler and the low pressure level in the chiller.

Bei dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung der Erfindung wird das Kältemittel aus dem Heizkondensator oder Heizgaskühler über einen Reheat Zweig mit einem Reheat-Expansionsorgan dem äußeren Wärmeübertrager zugeführt und das aus dem äußeren Wärmeübertrager austretende Kältemittel dem Chillerzweig vor einer Rückführung auf die Eintrittsseite des Kältemittelverdichters zugeführt. Dabei übernimmt das Chiller-Expansionsorgan die Druckabsenkung auf Niederdruck bei stehendem Kühlmittelkreislauf des Chillers. Es ist auch möglich, diesen Abtaubetrieb als Kreisprozess mit strömenden Kühlmittel im Chiller durchzuführen, so dass damit eine weitere Wärmequelle zum Abtauen aktiviert wird, wodurch eventuell eine elektrische Zusatzleistung nicht mehr erforderlich oder reduziert wird.In this inventive development of the invention, the refrigerant from the heating condenser or heating gas cooler is fed to the external heat exchanger via a reheat branch with a reheat expansion element, and the refrigerant exiting the external heat exchanger is fed to the chiller branch before being returned to the inlet side of the refrigerant compressor. The chiller expansion device takes over the pressure reduction to low pressure when the coolant circuit of the chiller is stopped. It is also possible to carry out this defrosting operation as a cycle process with flowing coolant in the chiller, so that a further heat source is activated for defrosting, which means that additional electrical power may no longer be required or reduced.

Ferner arbeiten bei diesem Abtauprozess und die daran gekoppelt und fortgesetzte Innenraumklimatisierung entweder in einem Dreiecksprozesses, bei welchem auf keine zusätzliche Wärmequelle außer der verdichterseitig eingebrachten Wärme zurückgegriffen wird, oder alternativ auf Basis eines Kreisprozesses mit eines mittels des Chillers realisierten Wasserwärmepumpenprozesses. Dabei wird neben der verdichterseitig eingebrachten Wärme, auch auf die im Kühlmedium des Chillers gebundene Wärme zurückgegriffen.Furthermore, this defrosting process and the associated and continued indoor air conditioning work either in a triangular process in which no additional heat source is used except for the heat introduced on the compressor side, or alternatively on the basis of a cycle process with a water heat pump process implemented by means of the chiller. In addition to the heat introduced on the compressor side, the heat bound in the cooling medium of the chiller is also used.

Da der äußere Wärmeübertrager in der gleichen Richtung wie im Kälteanlagenbetrieb durchströmt wird, treten nur geringe Strömungs- und Druckverluste auf.Since the external heat exchanger is flowed through in the same direction as in the refrigeration system operation, only slight flow and pressure losses occur.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird

  • - der äußere Wärmeübertrager zur Durchströmung mit Außenluft mit einer steuerbaren Anordnung ausgebildet, wobei mittels dieser Anordnung zumindest ein Teil der Oberfläche des äußeren Wärmeübertragers für die Luftdurchströmung verschließbar ist, und
  • - zur Durchführung des Abtaubetriebs die Anordnung vollständig verschlossen.
According to a particularly advantageous development of the invention
  • the external heat exchanger is designed with a controllable arrangement for the flow of outside air, with at least part of the surface of the external heat exchanger being closable for the air flow by means of this arrangement, and
  • - To carry out the defrosting operation, the arrangement is completely closed.

Mit einer solchen Anordnung, bspw. einer Luftklappenanordnung oder einer Jalousieanordnung wird verhindert, dass bei einem kalten Luftstrom der Abtauprozess bei einer entsprechend erforderlichen und Hoch- oder Mitteldrucklage sich tatsächlich einstellt, nicht unmittelbar wieder die Vereisung beginnt oder der Abtauprozess verlängert wird. Insbesondere für den Anlauf des Abtauprozesses muss gewährleistet sein, dass sich ein Kondensationsdruck im äußeren Wärmeübertrager einstellt, dessen korrespondierende Kondensationstemperaturen mindestens 1°C beträgt und damit knapp über dem Gefrierpunkt von Wasser mit 0°C zu liegen kommt, um die Reif- und Eisschicht tatsächlich zum Auflösen b zu bringen.With such an arrangement, for example an air flap arrangement or a louvre arrangement, it is prevented that the defrosting process actually takes place in the event of a cold air flow at a correspondingly required and high or medium pressure situation, the icing does not start again immediately or the defrosting process is prolonged. Particularly for the start of the defrosting process, it must be ensured that a condensation pressure is established in the external heat exchanger, the corresponding condensation temperature of which is at least 1 ° C and is thus just above the freezing point of water at 0 ° C, in order to actually cover the layer of frost and ice to dissolve b.

Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Abtaubetrieb beendet, wenn die Austrittstemperatur des aus dem äußeren Wärmeübertrager austretenden Kältemittels einen vorgegebenen positiven Temperaturschwellwert erreicht, welcher bspw. 3 °C ist. Dabei sollte sich diese Austrittstemperatur dauerhafter stabil auf den Wert von bspw. 3 °C einstellen. According to a further preferred development of the invention, the defrosting operation is ended when the outlet temperature of the refrigerant emerging from the external heat exchanger has reached a predetermined positive temperature threshold value reached, which is, for example. 3 ° C. This outlet temperature should be set to a value of 3 ° C, for example, in a stable manner over the long term.

Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn weiterbildungsgemäß zur Durchführung des Abtaubetriebs der Druckwert im äußeren Wärmeübertrager mittels des Luftwärmepumpen- oder Reheat-Expansionsorgans im Zusammenwirken mit dem Abtau-Expansionsorgan oder dem Chiller-Expansionsorgan einen Kondensationsdruck eingestellt wird, welches einer Kondensationstemperatur von größer als 0 °C entspricht.It is also particularly advantageous if, according to a further development, in order to carry out the defrosting operation, the pressure value in the external heat exchanger by means of the air heat pump or reheat expansion element in cooperation with the defrosting expansion element or the chiller expansion element is set to a condensation pressure which has a condensation temperature greater than 0 ° C corresponds to.

Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn zur Einstellung und Überwachung des Mitteldrucks für den AC- und Wärmepumpenzweig mit dem äußeren Wärmeübertrager und dem Abtau-Expansionsorgan ein Druck-Temperatursensor eingesetzt wird, um ein Kondensationsdruckniveau im Kältemittel oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser mit 0 °C zu erwirken. Hierbei können anstelle eines Kombisensors aus einem Druck- und Temperatursensor auch Einzelsensoren eingesetzt werden.Furthermore, it is particularly advantageous if a pressure / temperature sensor is used to set and monitor the mean pressure for the AC and heat pump branch with the external heat exchanger and the defrosting expansion element in order to maintain a condensation pressure level in the refrigerant above the freezing point of water at 0 ° C to obtain. Here, instead of a combination sensor consisting of a pressure and temperature sensor, individual sensors can also be used.

In entsprechender Weise ist es auch besonders vorteilhaft, wenn zur Einstellungsüberwachung des Mitteldrucks für den Reheat-Zweig mit dem äußeren Wärmeübertrager bis zum Chiller-Expansionsorgan als Abtau-Expansionsorgan eine Druck-Temperatursensor eingesetzt wird, um ein Kondensation Druckniveau im Kältemittel oberhalb des Gefrierpunkt von Wasser mit 0 °C zu erwirken. Hierbei können anstelle eines Kombisensors aus einem Druck- und Temperatursensor auch Einzelsensoren eingesetzt werden.In a corresponding manner, it is also particularly advantageous if a pressure / temperature sensor is used to monitor the setting of the mean pressure for the reheat branch with the external heat exchanger up to the chiller expansion element as a defrosting expansion element in order to establish a condensation pressure level in the refrigerant above the freezing point of water to be achieved with 0 ° C. Here, instead of a combination sensor consisting of a pressure and temperature sensor, individual sensors can also be used.

Sollte es während des Abtauvorgangs, trotz aktivem Wärmepumpensystems, zu Komforteinbußen in der Innenraumklimatisierung kommen, so kann ein elektrisches Heizelement eingesetzt werden, um ein Heizdefizit zu decken.If during the defrosting process, despite the active heat pump system, there is a loss of comfort in the interior air conditioning, an electrical heating element can be used to cover a heating deficit.

Schließlich ist es nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung vorteilhaft, wenn nach einer Beendigung des Abtaubetriebs mittels einer dem äußeren Wärmetauscher zugeordneten Lüfteranordnung das an dem äußeren Wärmetauscher erzeugte flüssige Kondensat ausgetrieben wird.Finally, according to a particularly preferred development, it is advantageous if, after the end of the defrosting operation, the liquid condensate generated on the outer heat exchanger is expelled by means of a fan arrangement assigned to the outer heat exchanger.

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

  • 1 ein Schaltbild einer Kälteanlage zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
  • 2 ein Schaltbild einer Kälteanlage zur Erläuterung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Further advantages and details of the invention emerge from the following description of preferred embodiments and with reference to the drawings. Show:
  • 1 a circuit diagram of a refrigeration system to explain a first embodiment of the method according to the invention, and
  • 2 a circuit diagram of a refrigeration system to explain a second embodiment of the method according to the invention.

Vor der Erläuterung der Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Kälteanlagen 10 gemäß den 1 und 2 werden diese zunächst aufgrund derer gleichen Grundstruktur gemeinsam beschrieben.Before explaining the exemplary embodiments of the method according to the invention with reference to the refrigeration systems 10 according to the 1 and 2 these are initially described together due to their same basic structure.

Der Kältemittelkreislauf 1 der Kälteanlage 10 gemäß 1 und 2 kann sowohl in einem Kälteanlagen- oder Kühlbetrieb (kurz AC-Betrieb genannt) und in einem Wärmepumpenmodus betrieben werden und weist zwei Verdampfer auf, nämlich einen Verdampfer 2 und einen Chiller 3, welcher mit einem Kühlmittelkreislauf 3.0 zur Kühlung, bspw. einer Hochvoltbatterie thermisch gekoppelt ist.The refrigerant circuit 1 the refrigeration system 10 according to 1 and 2 can be operated both in a refrigeration system or cooling operation (called AC operation for short) and in a heat pump mode and has two evaporators, namely one evaporator 2 and a chiller 3 , which with a coolant circuit 3.0 is thermally coupled for cooling, e.g. a high-voltage battery.

Der Kältemittelkreislauf 1 gemäß 1 und 2 besteht aus folgenden Komponenten:

  • - einem Kältemittelverdichter 4,
  • - einem als Kondensator oder Gaskühler ausgebildeten äußeren Wärmeübertrager 5 mit einem demselben in seiner Funktion als Wärmepumpenverdampfer für den Heizbetrieb zugeordneten Wärmepumpen-Expansionsorgan AE3,
  • - einem inneren Wärmeübertrager 6,
  • - einem niederdruckseitigen Akkumulator 7,
  • - einem Innenraum-Verdampferzweig 2.1 mit dem als Frontverdampfer ausgebildeten Verdampfer 2 und einem vorgeschalteten Verdampfer-Expansionsorgan AE2,
  • - einem dem Verdampfer 2 nachgeschalteten Rückschlagventil R1, welches über den Akkumulator 7 und den niederdruckseitigen Abschnitt des inneren Wärmeübertragers 6 mit der Eintrittsseite des Kältemittelverdichters 4 fluidverbunden ist,
  • - einem Chiller-Zweig 3.1 mit dem Chiller 3, einem diesem vorgeschalteten Chiller-Expansionsorgan AE1, wobei der Chiller 3 neben der Kühlung bspw. einer elektrischen Komponente des Fahrzeugs auch zur Realisierung einer Wasser-Wärmepumpenfunktion unter Nutzung der Abwärme mindestens einer elektrischen Komponente eingesetzt wird,
  • - einem AC- und Wärmepumpenzweig 5.1 mit dem äußeren Wärmeübertrager 5 und dem Wärmepumpen-Expansionsorgan AE3, wobei im Heizbetrieb der AC- und Wärmepumpenzweig 5.1 stromaufwärts über das Wärmepumpen-Expansionsorgan AE3 mit dem Innenraum-Verdampferzweig 2.1 unter Bildung eines ersten Abzweigpunktes Ab1 fluidverbindbar ist und stromabwärts über ein Abtau-Expansionsorgan AE5 gemäß 1 oder über ein Absperrorgan A2 gemäß 2 mit der Eintrittsseite des Kältemittelverdichters 4 fluidverbindbar ist, während im AC-Betrieb der AC- und Wärmepumpenzweig 5.1 stromaufwärts über ein Absperrorgan A4 mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters 4 fluidverbindbar ist,
  • - einem Heizzweig 8.1 mit einem einen Zuluftstrom L für den Fahrzeuginnenraum direkt oder indirekt erwärmenden Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8, wobei der Heizzweig 8.1 stromaufwärts über ein Absperrorgan A3 mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters 4 fluidverbindbar ist und stromabwärts über ein Absperrorgan A1 mit dem ersten Abzweigpunkt Ab1 und damit mit dem Innenraum-Verdampferzweig 2.1 fluidverbindbar ist,
  • - einem Reheat-Zweig 5.2 mit einem als Expansionsventil ausgebildeten Reheat-Expansionsorgan AE4, wobei der Reheat-Zweig 5.2 stromabwärts mit dem äußeren Wärmeübertrager 5 unter Bildung eines zweiten Abzweigpunktes Ab2 und stromaufwärts mit dem Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 fluidverbunden ist,
  • - einem Abtau-Zweig 5.4 mit einem absperrbaren Abtau-Expansionsorgan AE5 und einem Rückschlagventil R2 gemäß 1, wobei der Abtau-Zweig 5.4 stromaufwärts über den zweiten Abzweigpunkt Ab2 mit dem äußeren Wärmeübertrager 5 und stromabwärts mit dem Akkumulator 7 fluidverbindbar ist,
  • - einem Wärmepumpenrückführzweig 5.4 mit einem Absperrorgan A2 und einem Rückschlagventil R2 gemäß 2, wobei der Wärmepumpenrückführzweig 5.4 stromaufwärts über den zweiten Abzweigpunkt Ab2 mit dem äußeren Wärmeübertrager 5 und stromabwärts mit dem Akkumulator 7 fluidverbindbar ist,
  • - einem Absaugzweig 5.5 mit einem Absperrorgan A5, wobei der Absaugzweig 5.5 stromaufwärts mit dem Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 und stromabwärts über einen dritten Abzweigpunkt Ab3 mit dem Abtau-Expansionsorgan AE5 (vgl. 1) bzw. mit dem Absperrorgan A2 (vgl. 2) und dem Rückschlagventil R2 des Abtau-Zweiges 5.3 (vgl. 1) bzw. des Wärmepumpenrückführzweiges 5.4 (vgl. 2) fluidverbunden ist, und
  • - einem bspw. als Hochvolt-PTC-Heizelement ausgeführten elektrischen Heizelement 9 als Zuheizer für einen in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom L, welches sich zusammen mit dem Heizkondensators 8 oder Heizgaskühler 8 und dem Verdampfer 2 in einem Klimagerät 1.1 befindet und dem Heizkondensators 8 oder Heizgaskühler 8 und damit auch dem Verdampfer 2 luftseitig nachgeschaltet ist.
The refrigerant circuit 1 according to 1 and 2 consists of the following components:
  • - a refrigerant compressor 4th ,
  • - an external heat exchanger designed as a condenser or gas cooler 5 with a heat pump expansion element assigned to the same in its function as a heat pump evaporator for heating operation AE3 ,
  • - an internal heat exchanger 6th ,
  • - an accumulator on the low pressure side 7th ,
  • - an interior evaporator branch 2.1 with the evaporator designed as a front evaporator 2 and an upstream evaporator expansion device AE2 ,
  • - one of the vaporizers 2 downstream check valve R1 , which is about the accumulator 7th and the section of the internal heat exchanger on the low-pressure side 6th with the inlet side of the refrigerant compressor 4th is fluid-connected,
  • - a chiller branch 3.1 with the chiller 3 , an upstream chiller expansion device AE1 , with the chiller 3 in addition to cooling, for example, an electrical component of the vehicle, it is also used to implement a water heat pump function using the waste heat of at least one electrical component,
  • - an AC and heat pump branch 5.1 with the external heat exchanger 5 and the heat pump expansion device AE3 , with the AC and heat pump branch in heating mode 5.1 upstream via the heat pump expansion device AE3 with the interior Evaporator branch 2.1 forming a first branch point Ab1 is fluid connectable and downstream through a defrost expansion member AE5 according to 1 or via a shut-off device A2 according to 2 with the inlet side of the refrigerant compressor 4th Can be fluidly connected, while in AC operation the AC and heat pump branch 5.1 upstream via a shut-off device A4 with the high pressure outlet of the refrigerant compressor 4th is fluid connectable,
  • - a heating branch 8.1 with a supply air flow L. for the vehicle interior that directly or indirectly heats the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th , the heating branch 8.1 upstream via a shut-off device A3 with the high pressure outlet of the refrigerant compressor 4th is fluid connectable and downstream via a shut-off device A1 with the first branch point Ab1 and thus with the interior evaporator branch 2.1 is fluid connectable,
  • - a reheat branch 5.2 with a reheat expansion device designed as an expansion valve AE4 , being the reheat branch 5.2 downstream with the external heat exchanger 5 forming a second branch point Starting at 2 and upstream with the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th is fluid-connected,
  • - a defrost branch 5.4 with a lockable defrost expansion device AE5 and a check valve R2 according to 1 , being the defrost branch 5.4 upstream via the second branch point Starting at 2 with the external heat exchanger 5 and downstream with the accumulator 7th is fluid connectable,
  • - a heat pump return branch 5.4 with a shut-off device A2 and a check valve R2 according to 2 , the heat pump return branch 5.4 upstream via the second branch point Starting at 2 with the external heat exchanger 5 and downstream with the accumulator 7th is fluid connectable,
  • - a suction branch 5.5 with a shut-off device A5 , the suction branch 5.5 upstream with the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th and downstream via a third branch point From 3 with the defrost expansion device AE5 (see. 1 ) or with the shut-off device A2 (see. 2 ) and the check valve R2 of the defrost branch 5.3 (see. 1 ) or the heat pump return branch 5.4 (see. 2 ) is fluidly connected, and
  • - An electrical heating element designed, for example, as a high-voltage PTC heating element 9 as an auxiliary heater for a supply air flow directed into the vehicle interior L. which is located together with the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th and the evaporator 2 in an air conditioner 1.1 and the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th and thus also the evaporator 2 is downstream on the air side.

Als Sensoren sind in dem Kältemittelkreislaufs 1 gemäß 1 und 2 zur Steuerung und Regelung des Systems mehrere Druck-Temperatursensoren vorgesehen.As sensors are in the refrigerant circuit 1 according to 1 and 2 several pressure-temperature sensors are provided to control and regulate the system.

So ist dem Kältemittelverdichter 4 ein erster Druck-Temperatursensor pT1 am Hochdruckausgang zugeordnet, ferner ein zweiter Druck-Temperatursensor pT2 am Ausgang des Akkumulators 7, ein dritter Druck-Temperatursensor pT3 am Ausgang des äußeren Wärmeübertragers 5, ein vierter Druck-Temperatursensor pT4 am Ausgang des Heizkondensators 8 oder Heizgaskühlers 8 und schließlich ein fünfter Druck-Temperatursensor pT5 am niederdruckseitigen Ausgang des Chillers 3 angeordnet.So is the refrigerant compressor 4th a first pressure-temperature sensor pT1 assigned to the high pressure outlet, furthermore a second pressure-temperature sensor pT2 at the output of the accumulator 7th , a third pressure-temperature sensor pT3 at the outlet of the external heat exchanger 5 , a fourth pressure-temperature sensor pT4 at the output of the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th and finally a fifth pressure-temperature sensor pT5 at the low-pressure side outlet of the chiller 3 arranged.

Mit den beiden Absperrorganen A3 und A4 gemäß den 1 und 2 wird der Kältemittelstrom ausgehend von der Hochdruckseite des Kältemittelverdichters 4 in Abhängigkeit des Zustandes dieser beiden Absperrorgane entweder bei offenem Absperrorgan A4 und gesperrtem Absperrorgan A3 für den AC-Modus in den äußeren Wärmeübertrager 5 geleitet oder strömt für den Heiz- oder Reheat-Modus bei offenem Absperrorgan A3 und geschlossenem Absperrorgan A4 in den Heizzweig 8.1.With the two shut-off devices A3 and A4 according to the 1 and 2 the refrigerant flow is based on the high pressure side of the refrigerant compressor 4th depending on the state of these two shut-off devices, either with the shut-off device open A4 and locked shut-off device A3 for the AC mode in the external heat exchanger 5 directed or flows for the heating or reheat mode with the shut-off element open A3 and closed shut-off device A4 in the heating branch 8.1 .

Im Folgenden soll der Heizbetrieb des Kältemittelkreislaufs 1 nach 1 beschrieben werden.The following describes the heating operation of the refrigerant circuit 1 to 1 to be discribed.

Im Heizbetrieb des Kältemittelkreislaufs 1 wird unter Einsatz des äußeren Wärmeübertragers 5 als Wärmepumpenverdampfer zur Realisierung einer LuftWärmepumpe oder unter Einsatz des Chillers 3 zur Realisierung einer Wasser-Wärmepumpe das Absperrorgan A4 geschlossen und das Absperrorgan A3 geöffnet, so dass heißes Kältemittel, wie bspw. R744 in den Heizzweig 8.1 strömen kann. Darüber hinaus ist auch ein kombinierter Betrieb zwischen Wasser- und Luftwärmepumpe darstellbar.In heating mode of the refrigerant circuit 1 is made using the external heat exchanger 5 as a heat pump evaporator to implement an air heat pump or using the chiller 3 the shut-off device to implement a water heat pump A4 closed and the shut-off device A3 opened so that hot refrigerant such as R744 enters the heating branch 8.1 can flow. In addition, a combined operation between water and air heat pumps is possible.

Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des äußeren Wärmeübertragers 5 als Wärmepumpenverdampfer strömt das mittels des Kältemittelverdichters 4 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrorgan A3 zur Abgabe von Wärme an den in den Fahrgastinnenraum geführten Zuluftstrom L in den Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 und wird anschließend über das geöffnete Absperrorgan A1 mittels des Wärmepumpen-Expansionsorgans AE3 in den äußeren Wärmeübertrager 5 zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft entspannt und strömt anschließend über den Abtau-Zweig 5.4 bei vollständig geöffnetem Abtau-Expansionsorgan AE5 zurück zum Kältemittelverdichter 4. Die Expansionsorgane AE1, AE2 und AE4 bleiben dabei geschlossen, ebenso wie das Absperrorgan A5.To carry out the heating function using the external heat exchanger 5 as a heat pump evaporator, it flows by means of the refrigerant compressor 4th compressed refrigerant through the open shut-off device A3 for the transfer of heat to the supply air flow into the passenger compartment L. in the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th and is then over the open shut-off device A1 by means of the heat pump expansion device AE3 in the external heat exchanger 5 relaxes to absorb heat from the ambient air and then flows through the defrost branch 5.4 with the defrosting expansion device fully open AE5 back to the refrigerant compressor 4th . The organs of expansion AE1 , AE2 and AE4 remain closed, as does the shut-off element A5 .

Bei diesem Luft-Wärmepumpenbetrieb mittels des äußeren Wärmeübertragers 5 wird dem über diesen äußeren Wärmeübertrager 5 geführten Luftstrom L1 Wärme entzogen und auf das Kältemittel übertragen und dabei die Oberfläche des äußeren Wärmetauschers abgekühlt. Durch dieses Abkühlen des äußeren Wärmetauschers kann es aufgrund einer unterhalb der Umgebungstemperatur sich einstellenden Verdampfungstemperatur zu einer Bereifung und Vereisung des Wärmetauschers 5 kommen, indem sich aus der Umgebung Kondensat auf der Oberfläche des äußeren Wärmeübertragers 5 abscheidet.In this air heat pump operation by means of the external heat exchanger 5 this is done via this external heat exchanger 5 guided airflow L1 Heat is extracted and transferred to the refrigerant, thereby cooling the surface of the external heat exchanger. As a result of this cooling of the external heat exchanger, the heat exchanger can become frosted and iced up due to an evaporation temperature which is below the ambient temperature 5 come by condensate from the environment on the surface of the external heat exchanger 5 separates.

Bei einer für den Komfort im Fahrzeuginnenraum relevanten Bereifung der Oberfläche des äußeren Wärmeübertrager 5 mit sinkendem Potenzial zur Verdampfung von Kältemittel und damit sinkender Heizleistung, detektierbar über einen sinkenden Verdichterfördervolumenstrom, d. h. verminderter Leistungsaufnahme des Kältemittelverdichters 4 und/oder über den sinkenden Hochdruck des Kältemittels am Austritt des Kältemittelverdichters 4, wird der Luft-Wärmepumpenbetrieb unterbrochen und ein Abtaubetrieb eingeleitet.If the surface of the external heat exchanger has tires that are relevant for comfort in the vehicle interior 5 with decreasing potential for evaporation of refrigerant and thus decreasing heating power, detectable via a decreasing compressor delivery volume flow, ie reduced power consumption of the refrigerant compressor 4th and / or via the falling high pressure of the refrigerant at the outlet of the refrigerant compressor 4th , the air / heat pump operation is interrupted and defrosting is initiated.

Um ein Voranschreiten der Vereisung am äußeren Wärmeübertrager 5 und ein zu starkes Auskühlen des den äußeren Wärmeübertragers 5 durchströmenden Kältemittels zu verhindern, wird während des Abtaubetriebs mittels einer steuerbaren Anordnung 5.6 eine Luftzufuhr zum äußeren Wärmeübertrager 5 verhindert. Eine solche Anordnung 5.6 ist als steuerbare Luftklappenanordnung oder als steuerbare Jalousieanordnung ausgeführt und kann vollständig verschlossen werden. So wird während des Abtaubetriebs die Luftklappenanordnung bzw. Jalousieanordnung vollständig geschlossen.To prevent icing on the external heat exchanger 5 and excessive cooling of the external heat exchanger 5 To prevent refrigerant flowing through, is during the defrosting operation by means of a controllable arrangement 5.6 an air supply to the external heat exchanger 5 prevented. Such an arrangement 5.6 is designed as a controllable air flap arrangement or as a controllable blind arrangement and can be completely closed. The air flap arrangement or louvre arrangement is thus completely closed during the defrosting operation.

Zur Durchführung eines solchen Abtaubetriebs wird daher zunächst - falls es die fahrzeugseitigen Randbedingen erlauben - mittels der Anordnung 5.6 der Luftstrom L1 zum äußeren Wärmeübertrager 5 als Teil des Kühlerpakets unterbrochen und das Wärmepumpen-Expansionsorgan AE3 vollständig geöffnet, wodurch sowohl der Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 als auch der äußere Wärmeübertrager 5 auf gleichem von dem Kältemittelverdichter 4 erzeugten Hochdruckniveau betrieben werden, wobei der Kältemittelverdichter 4 als einzige Wärmequelle für diesen Abtaubetrieb verwendet wird. Hierbei sind der Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 und der äußere Wärmeübertrager 5 seriell bezüglich des Kältemittels verschaltet und werden als Wärmesenken betrieben, so dass das mittels des Kältemittelverdichters 4 erwärmte Kältemittel zunächst am Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 vorgekühlt wird, um anschließend die im Kältemittel verbleibende Restwärme im äußeren Wärmeübertrager 5 abzugeben, um damit ein Abtauen der Bereifung oder Vereisung der Oberfläche des äußeren Wärmeübertragers 5 zu bewirken.In order to carry out such a defrosting operation, the arrangement is therefore first of all - if the boundary conditions on the vehicle allow it 5.6 the airflow L1 to the external heat exchanger 5 interrupted as part of the cooler package and the heat pump expansion element AE3 fully open, eliminating both the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th as well as the external heat exchanger 5 on the same from the refrigerant compressor 4th generated high pressure level are operated, the refrigerant compressor 4th is used as the only heat source for this defrost operation. Here are the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th and the external heat exchanger 5 connected in series with respect to the refrigerant and operated as heat sinks, so that by means of the refrigerant compressor 4th warmed up refrigerant first on the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th is pre-cooled and then the residual heat remaining in the refrigerant in the external heat exchanger 5 in order to defrost the frost or ice on the surface of the external heat exchanger 5 to effect.

Das aus dem äußeren Wärmeübertrager 5 austretende Kältemittel tritt über den Abzweigpunkt Ab2 in den Abtau-Zweig 5.4 ein, in welchem das Kältemittel mittels des Abtau-Expansionsorgans AE5 auf Niederdruck entspannt wird. Anschließend wird das Kältemittel über das Rückschlagventil R2, den Akkumulator 7 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 6 zur Eintrittsseite des Kältemittelverdichters 4 zurückgeführt.That from the external heat exchanger 5 Escaping refrigerant passes through the branch point Starting at 2 in the defrost branch 5.4 one, in which the refrigerant by means of the defrosting expansion element AE5 is relaxed to low pressure. Then the refrigerant is released through the check valve R2 , the accumulator 7th and the low pressure section of the internal heat exchanger 6th to the inlet side of the refrigerant compressor 4th returned.

Falls bei diesem Abtaubetrieb der Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 keine Wärme abgibt oder sich dessen Hochdruckniveau und damit dessen Temperaturniveau zu stark reduziert, d.h. bspw. je nach verwendetem Kältemittel um einen Mindestbetrag von größer 5bar (chemisches Kältemittel) bzw. 10bar (R744), kann das Wärmepumpen-Expansionsorgan AE3 auch schrittweise angedrosselt werden, wodurch der äußere Wärmeübertrager 5 auf einem niedrigen Druckniveau, nämlich auf einem Mitteldruckniveau im Vergleich zum Druckniveau des Heizkondensators 8 oder Heizgaskühlers 8 und damit auf einem Temperaturniveau betrieben wird, bei welchem ein Temperaturschock unterbleibt, wie es ansonsten der Fall wäre, wenn die vom Kältemittelverdichter 4 erzeugte Wärme vollständig und direkt über das geöffnete Absperrventil A4 an dem äußeren Wärmeübertrager 5 aufschlagen würde.If the heating condenser is used during this defrosting operation 8th or hot gas cooler 8th does not give off any heat or its high pressure level and thus its temperature level is reduced too much, ie for example depending on the refrigerant used by a minimum amount of greater than 5 bar (chemical refrigerant) or 10 bar (R744), the heat pump expansion element AE3 can also be gradually throttled, reducing the external heat exchanger 5 at a low pressure level, namely at a medium pressure level compared to the pressure level of the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th and is thus operated at a temperature level at which a temperature shock does not occur, as would otherwise be the case if the refrigerant compressor 4th generated heat completely and directly via the open shut-off valve A4 on the external heat exchanger 5 would hit.

Zur Durchführung des Abtaubetriebs wird der Hochdruck oder der Mitteldruck im äußeren Wärmeübertrager 5 mittels des Abtau-Expansionsorgans AE5 auf einen Kondensationsdruck eingestellt, welcher einer Kondensationstemperatur von größer als 0 °C, bspw. 5°C entspricht. Damit wird sichergestellt, dass eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und der bereiften Oberfläche erreicht wird, so dass ein schnelles Enteisen und Abtauen ermöglicht wird.To carry out the defrosting operation, the high pressure or the medium pressure is used in the external heat exchanger 5 by means of the defrost expansion device AE5 set to a condensation pressure which corresponds to a condensation temperature of greater than 0 ° C, for example 5 ° C. This ensures that a sufficient temperature difference is achieved between the refrigerant and the frosted surface, so that rapid defrosting and defrosting is possible.

Bei diesem Abtaubetrieb kann der Kältemittelverdichter 5 auf einen maximalen Kältemittel-Volumenstrom gesteuert werden, um damit eine maximale Wärmemenge für den Abtaubetrieb zur Verfügung zu stellen. Hierbei ist der Kältemittelverdichter 4 als mechanischer oder als elektrischer Verdichter ausgeführt.During this defrosting operation, the refrigerant compressor 5 can be controlled to a maximum refrigerant volume flow in order to provide a maximum amount of heat for defrosting. Here is the refrigerant compressor 4th designed as a mechanical or electrical compressor.

Während des Abtaubetriebs kann ein auftretendes Heizdefizit für den Fahrzeuginnenraum, beispielsweise durch Zuschalten des elektrischen Heizelementes 9 ausgeglichen werden, wodurch der Zuluftstrom L zusätzlich erwärmt wird.During the defrosting operation, a heating deficit for the vehicle interior can occur, for example when the electrical heating element is switched on 9 be balanced, thereby reducing the supply air flow L. is additionally heated.

Der Abtaubetrieb wird beendet, wenn die mit einem Temperatursensor T erfasste Austrittstemperatur am Austritt des äußeren Wärmeübertragers 5 dauerhaft und stabil einen positiven Temperaturschwellwert erreicht, bspw. 3°C. The defrosting operation is ended when the with a temperature sensor T recorded outlet temperature at the outlet of the external heat exchanger 5 reaches a positive temperature threshold value permanently and stably, e.g. 3 ° C.

Weiter kann der mittels des dritten Druck-Temperatursensors pT3 gemessene Druckwert als Bezugsgröße für das am äußeren Wärmeübertrager 5 erfasste und anliegende Kondensationsdruckniveau herangezogen werden. Werden beide Werte in einem weiteren Schritt direkt zueinander in Bezug gesetzt, so kann sichergestellt werden, dass das den äußeren Wärmeübertrager 5 durchströmende Kältemittel im gesamten Bauteil entweder keine Überhitzung aufweist oder im Fall von Überhitzung, dass das Kältemittel durchgängig und ganzflächig im äußeren Wärmeübertrager 5 zur Sicherstellung einer ganzflächigen Abtauung ein höheres Temperaturniveau aufweist als der Gefrierpunkt von Wasser mit einer Temperatur von 0°C.The third pressure / temperature sensor can also be used pT3 measured pressure value as a reference value for that at the external heat exchanger 5 detected and applied condensation pressure level can be used. If both values are directly related to each other in a further step, it can be ensured that this is the external heat exchanger 5 The refrigerant flowing through either has no overheating in the entire component or, in the case of overheating, that the refrigerant is continuous and over the entire surface in the external heat exchanger 5 to ensure full-surface defrosting has a higher temperature level than the freezing point of water with a temperature of 0 ° C.

Nach Beendigung des Abtaubetriebs kann mittels Aktivierung einer dem äußeren Wärmetauscher zugeordneten Lüfteranordnung (in 1 nicht dargestellt) das an dem äußeren Wärmetauscher 5 erzeugte flüssige Kondensat ausgetrieben werden. Mit diesem Vorgang der Trocknung durch ein Austreiben des Kondensats wird ein kurzfristiges und erneutes Vereisen an dem äußeren Wärmeübertrager 5 verhindert.After the end of the defrosting operation, activation of a fan arrangement assigned to the external heat exchanger (in 1 not shown) that on the external heat exchanger 5 generated liquid condensate are expelled. With this process of drying by expelling the condensate, there is a short-term and renewed icing on the external heat exchanger 5 prevented.

Mit der Beendigung des Abtaubetriebs kann, nach zuvor erfolgter Öffnung der Anordnung 5.6, wieder zum Luft-Wärmepumpenbetrieb mittels des äußeren Wärmeübertragers 5 zurückgekehrt werden, indem die entsprechenden Arbeitspunkte wieder eingestellt werden, d. h. das Abtau-Expansionsorgan AE5 wird vollständig geöffnet und das Wärmepumpen-Expansionsorgan AE3 wird wieder auf die entsprechende Expansionsfunktion eingestellt. Gegebenenfalls wird auch das elektrische Heizelement 9 abgeschaltet oder dessen Heizleistung reduziert.With the end of the defrosting operation, after opening the arrangement beforehand 5.6 , again to the air heat pump operation using the external heat exchanger 5 be returned by setting the corresponding operating points again, ie the defrost expansion device AE5 is fully opened and the heat pump expansion element AE3 is set again to the corresponding expansion function. Optionally, the electrical heating element is also used 9 switched off or its heating output reduced.

Wenn Abwärme in dem Kühlmittelkreislauf 3.0 vorhanden ist, kann der Abtaubetrieb über den AC- und Wärmepumpenzweig 5.1 und den Abtau-Zweig 5.4 auch derart durchgeführt werden, dass der Kältemittelstrom nach dem Durchströmen des Heizkondensators 8 oder Heizgaskühlers 8 und des offenen Absperrorgans A1 in einen über das Wärmepumpen-Expansionsorgan AE3 und den äußeren Wärmeübertrager 5 strömenden Teilstrom und einen in den Chillerzweig 3.1 strömenden Teilstrom aufgeteilt wird, wobei mit diesem zuletzt genannten Teilstrom ein Wasser-Wärmepumpenbetrieb durchgeführt wird, indem das Kältemittel dieses Teilstroms mittels des Chiller-Expansionsorgans AE1 in den Chiller 3 entspannt wird. Damit wird zusätzlich das Heizen des Zuluftstroms L und das Abtauen des äußeren Wärmeübertragers 5 unterstützt. Bei diesem Abtaubetrieb werden der äußere Wärmeübertrager 5 und der Chiller 3 parallel mit Kältemittel durchströmt.When there is waste heat in the coolant circuit 3.0 is available, defrosting can be done via the AC and heat pump branch 5.1 and the defrost branch 5.4 can also be carried out in such a way that the refrigerant flow after flowing through the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th and the open shut-off device A1 into one via the heat pump expansion element AE3 and the external heat exchanger 5 flowing partial flow and one in the chiller branch 3.1 flowing partial flow is divided, with this last-mentioned partial flow a water heat pump operation is carried out by the refrigerant of this partial flow by means of the chiller expansion device AE1 into the chiller 3 is relaxed. This also heats the supply air flow L. and defrosting the external heat exchanger 5 supported. During this defrosting operation, the external heat exchanger 5 and the chiller 3 parallel flows through with refrigerant.

Im Folgenden wird ein Heizbetrieb mittels des Chillers 3 als Wärmequelle beschrieben.The following is a heating mode using the chiller 3 described as a heat source.

Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des Chillers 3 strömt das mittels des Kältemittelverdichters 4 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrorgan A3 zur Abgabe von Wärme an einen in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom L in den Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 und wird anschließend über das geöffnete Absperrorgan A1 und den ersten Abzweigpunkt Ab1 mittels des Chiller-Expansionsorgans AE1 in den Chiller 3 zur Aufnahme von Abwärme der in dem Kühlmittelkreislauf 3.0 angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten entspannt. Bei dieser Heizfunktion sind die Expansionsorgane AE3 und AE4 sowie das Absperrorgan A5 geschlossen und das Absperrorgan A2 vollständig geöffnet, wobei im Wasser-Wärmepumpenbetrieb ausgelagertes Kältemittel über das Absperrorgan A2 aus dem AC- und Wärmepumpenzweig 5.1 abgesaugt und über das Rückschlagventil R2 dem Akkumulator 7 zugeführt wird.To carry out the heating function using the chiller 3 this flows through the refrigerant compressor 4th compressed refrigerant through the open shut-off device A3 for the transfer of heat to a supply air flow directed into the vehicle interior L. in the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th and is then over the open shut-off device A1 and the first branch point Ab1 by means of the chiller expansion device AE1 into the chiller 3 for absorbing waste heat in the coolant circuit 3.0 arranged electrical and / or electronic components relaxed. In this heating function, the expansion organs are AE3 and AE4 as well as the shut-off device A5 closed and the shut-off device A2 fully opened, with refrigerant swapped out in water heat pump operation via the shut-off device A2 from the AC and heat pump branch 5.1 sucked off and through the check valve R2 the accumulator 7th is fed.

Eine indirekte Dreiecksschaltung wird dadurch realisiert, dass bei geöffnetem Absperrorgan A1 das von dem Kältemittelverdichter 4 verdichtete Kältemittel mittels des Chiller-Expansionsorgans AE1 in den Chiller 3 entspannt wird, wobei gleichzeitig kühlmittelseitig, also in dem Kühlmittelkreislauf 3.0 kein Massenstrom erzeugt wird, also bspw. das als Kühlmittel verwendete Wasser auf der Kühlmittelseite des Chillers 3 stehen bleibt bzw. der Chiller 3 nicht aktiv von Kühlmittel durchströmt wird. Die Expansionsorgane AE2, AE3 und AE4 bleiben bei dieser Schaltvariante geschlossen.An indirect delta connection is realized when the shut-off element is open A1 that from the refrigerant compressor 4th compressed refrigerant by means of the chiller expansion device AE1 into the chiller 3 is relaxed, at the same time the coolant side, so in the coolant circuit 3.0 no mass flow is generated, for example the water used as coolant on the coolant side of the chiller 3 stops or the chiller 3 is not actively flowed through by coolant. The organs of expansion AE2 , AE3 and AE4 remain closed with this switching variant.

Bei einem Reheat-Betrieb wird der in den Fahrzeuginnenraum zugeführte Zuluftstrom L mittels des Verdampfers 2 zunächst gekühlt und damit entfeuchtet, um anschließend mit der dem Zuluftstrom L entzogenen Wärme sowie der dem Kältemittel über den Kältemittelverdichter 4 zugeführten Wärme mittels des Heizkondensators 8 oder des Heizgaskühlers 8 den Zuluftstrom L zumindest teilweise wieder zu erwärmen.During reheat operation, the supply air flow supplied into the vehicle interior is L. by means of the evaporator 2 initially cooled and thus dehumidified, and then with the supply air flow L. heat extracted and that of the refrigerant via the refrigerant compressor 4th supplied heat by means of the heating condenser 8th or the hot gas cooler 8th the supply air flow L. at least partially reheat.

Ein Reheat-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1.1 wird in Abhängigkeit der Wärmebilanz auf unterschiedliche Weise durchgeführt.A reheat operation of the refrigerant circuit 1.1 is carried out in different ways depending on the heat balance.

So wird bei ausreichender Heizleistung im Kältemittelkreislauf 1 nur der Verdampfer 2 mit Kältemittel durchströmt, indem der Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 stromabwärtsseitig mittels des geöffneten Absperrorgans A1 über das Verdampfer-Expansionsorgan AE2 mit dem Verdampfer 2 fluidverbunden wird, wobei das Chiller-Expansionsorgans AE1 gesperrt ist. Aus dem Verdampfer 2 strömt das Kältemittel über das Rückschlagventil R1, den Akkumulator 7 und den inneren Wärmeübertrager 6 wieder zurück zum Kältemittelverdichter 4, wobei die im Verdampfer 2 aufgenommene Wärme gemeinsam mit dem über den Kältemittelverdichter 4 eingetragenen Wärmestrom über den Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 wieder an den in das Fahrzeuginnere geführten Zuluftstrom L abgegeben wird. Die Expansionsorgane AE1, bei AE3 und AE4 sind hierbei vollständig geschlossen.If there is sufficient heating power in the refrigerant circuit 1 only the vaporizer 2 with refrigerant flowing through it by the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th downstream by means of the open shut-off device A1 via the evaporator expansion device AE2 with the vaporizer 2 fluid is connected, the chiller expansion element AE1 Is blocked. From the vaporizer 2 the refrigerant flows over the check valve R1 , the accumulator 7th and the internal heat exchanger 6th back to the refrigerant compressor 4th , being the one in the evaporator 2 Heat absorbed together with that via the refrigerant compressor 4th heat flow entered via the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th back to the supply air flow into the vehicle interior L. is delivered. The organs of expansion AE1 , at AE3 and AE4 are completely closed.

Bei einem Wärmemangel im Kältemittelkreislauf 1.1 wird zur erweiterten Wärmeaufnahme zusätzlich zum Verdampfer 2 auch der Chiller 3 durch gezieltes und bedarfsgerechtes Öffnen des Chiller-Expansionsorgans AE1 und/oder der äußere Wärmeübertrager 5 durch ebenso gezieltes und bedarfsgerechtes Öffnen des Wärmepumpen-Expansionsorgan AE3 mit in den Nachheizprozess eingebunden.If there is a lack of heat in the refrigerant circuit 1.1 becomes an evaporator for increased heat absorption 2 also the chiller 3 through targeted and needs-based opening of the chiller expansion element AE1 and / or the external heat exchanger 5 by opening the heat pump expansion element in a targeted and needs-based manner AE3 involved in the post-heating process.

Bei einem Wärmeüberschuss im Reheat-Betrieb wird neben der Wärmeabgabe an den Zuluftstrom L des Fahrgastraums über den Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 zusätzlich über den äußeren Wärmeübertrager 5 Wärme an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben, bevor das Kältemittel über den Verdampfer 2 wieder zurück zum Kältemittelverdichter 4 strömt. Hierzu wird mittels des Reheat-Expansionsorgans AE4 des Reheat-Zweiges 5.2 das Kältemittel zur Kondensation auf einen über dem Verdampfungsdruck liegenden Zwischendruck entspannt und anschließend mittels des Verdampfer-Expansionsorgans AE2 in den Verdampfer 2 auf Niederdruck expandiert.In the event of excess heat in reheat mode, the heat transfer to the supply air flow L. of the passenger compartment via the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th additionally via the external heat exchanger 5 Heat is given off to the surroundings of the vehicle before the refrigerant passes through the evaporator 2 back to the refrigerant compressor 4th flows. For this purpose, the reheat expansion organ AE4 of the reheat branch 5.2 the refrigerant for condensation is expanded to an intermediate pressure above the evaporation pressure and then by means of the evaporator expansion element AE2 into the evaporator 2 expanded to low pressure.

Mittels dieses Reheat-Zweiges 5.2 wird ein Abtaubetrieb durchgeführt, wenn während eines Luft-Wärmepumpenbetriebs mittels des äußeren Wärmeübertragers 5 eine für den Komfort im Fahrzeuginnenraum relevante Bereifung im äußeren Wärmeübertrager 5 mit sinkendem Potenzial zur Verdampfung von Kältemittel und damit sinkende Heizleistung detektiert wird. Diese Detektion erfolgt anhand eines sinkenden Verdichterfördervolumenstromes, d. h. der aufgenommenen Leistung des Kältemittelverdichters 4 und/oder über den Verlauf, d.h. den sinkenden Hochdruck des Kältemittels am Austritt des Kältemittelverdichters 4.Using this reheat branch 5.2 a defrosting operation is carried out if during an air heat pump operation by means of the external heat exchanger 5 tires in the outer heat exchanger that are relevant for comfort in the vehicle interior 5 with decreasing potential for evaporation of refrigerant and thus decreasing heating capacity is detected. This detection takes place on the basis of a falling compressor delivery volume flow, ie the power consumed by the refrigerant compressor 4th and / or over the course, ie the falling high pressure of the refrigerant at the outlet of the refrigerant compressor 4th .

In diesem Fall wird der Luft-Wärmepumpenbetrieb unterbrochen und anschließend der Abtaubetrieb eingeleitet.In this case, the air / heat pump operation is interrupted and then defrosting is initiated.

Dieser Abtaubetrieb mittels des Reheat-Zweiges 5.2 wird anhand der Kälteanlage 10 mit dem Kältemittelkreislauf 1 gemäß 2 erläutert.This defrost operation using the reheat branch 5.2 is based on the refrigeration system 10 with the refrigerant circuit 1 according to 2 explained.

Bei diesem Abtaubetrieb wird das von dem Kältemittelverdichter 4 erzeugte Kältemittel über das geöffnete Absperrorgan A3 dem Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 zugeführt und anschließend bei geschlossenem Absperrorgan A1 und vollständig geöffnetem Reheat-Expansionsorgans AE4 zum äußeren Wärmeübertrager 5 geleitet, wobei das Absperrorgan A2 des Wärmepumpenrückführzweiges 5.4 sowie das Absperrorgan A4 geschlossen sind.During this defrosting operation, this is done by the refrigerant compressor 4th generated refrigerant via the open shut-off device A3 the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th and then with the shut-off valve closed A1 and fully open reheat expansion organ AE4 to the external heat exchanger 5 directed, the shut-off device A2 of the heat pump return branch 5.4 as well as the shut-off device A4 are closed.

Damit werden sowohl der Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 als auch der äußere Wärmeübertrager 5 auf gleichem von dem Kältemittelverdichter 4 erzeugten Hochdruckniveau betrieben, wobei der Kältemittelverdichter 4 als einzige Wärmequelle für diesen Abtaubetrieb verwendet wird. Hierbei sind der Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 und der äußere Wärmeübertrager 5 seriell bezüglich des Kältemittels verschaltet und werden als Wärmesenken betrieben, so dass das mittels des Kältemittelverdichters 4 erwärmte Kältemittel zunächst am Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 vorgekühlt wird, um anschließend die im Kältemittel verbleibende Restwärme im äußeren Wärmeübertrager 5 abzugeben, um damit ein Abtauen der Bereifung oder Vereisung der Oberfläche des äußeren Wärmeübertragers 5 zu bewirken.This will be both the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th as well as the external heat exchanger 5 on the same from the refrigerant compressor 4th generated high pressure level operated, wherein the refrigerant compressor 4th is used as the only heat source for this defrost operation. Here are the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th and the external heat exchanger 5 connected in series with respect to the refrigerant and operated as heat sinks, so that by means of the refrigerant compressor 4th warmed up refrigerant first on the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th is pre-cooled and then the residual heat remaining in the refrigerant in the external heat exchanger 5 in order to defrost the frost or ice on the surface of the external heat exchanger 5 to effect.

Das aus dem äußeren Wärmeübertrager 5 austretende Kältemittel wird über den AC- und Wärmepumpenzweig 5.1 bei vollständig geöffnetem Wärmepumpen-Expansionsorgans AE3 dem Chiller-Zweig 3.1 zugeführt. In diesem Chiller-Zweig 3.1 wird mittels des Chiller-Expansionsorgans AE1 als Abtau-Expansionsorgan AE auf Niederdruck entspannt, bevor es über den Akkumulator 7 und den inneren Wärmeübertrager 6 zum Kältemittelverdichter 4 zurückgeführt wird. Mittels des Chiller-Expansionsorgans AE1 wird von Hochdruckniveau auf Niederdruck entspannt. Das Hochdruckniveau ist mindestens auf einen Wert von größer als 0°C, bspw. 5°C einzustellen, um weiterhin einen Zuheizeffekt für den Kabinenzuluftstrom L zu erzielen sollte dieser Wert noch deutlich höher sein. Damit wird sichergestellt, dass eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen Kältemittel und bereifter Oberfläche erreicht wird, die wiederum ein zügiges Enteisen und Abtauen ermöglicht.That from the external heat exchanger 5 Leaving refrigerant is via the AC and heat pump branch 5.1 when the heat pump expansion element is fully open AE3 the chiller branch 3.1 fed. In this chiller branch 3.1 is made by means of the chiller expansion device AE1 as a defrost expansion device AE relaxed to low pressure before it is over the accumulator 7th and the internal heat exchanger 6th to the refrigerant compressor 4th is returned. By means of the chiller expansion device AE1 is relaxed from high pressure level to low pressure. The high pressure level is to be set at least to a value greater than 0 ° C., for example 5 ° C., in order to continue to have an additional heating effect for the cabin supply air flow L. to achieve this value should be significantly higher. This ensures that a sufficient temperature difference is achieved between the refrigerant and the frosted surface, which in turn enables rapid de-icing and defrosting.

Dieser Abtaubetrieb kann als indirekte Dreiecksschaltung realisiert werden, bei welchem gleichzeitig kühlmittelseitig über den Chiller 3, also in dem Kühlmittelkreislauf 3.0 kein Volumenstrom erzeugt wird, also bspw. das als Kühlmittel verwendete Wasser-Glykol-Gemisch auf der Kühlmittelseite des Chillers 3 stehen bleibt bzw. der Chiller 3 nicht aktiv von Kühlmittel durchströmt wird. Alternativ kann der Abtaubetrieb auch als Kreisprozess mit aktivem Chiller 3 durchgeführt werden, bei welchem das Kühlmittel in dem Kühlmittelkreislauf 3.0 umgewälzt und gleichzeitig das ihn durchströmende Kältemittel verdampft wird. Hierbei kann zusätzliche Wärme aus dem Kühlmittelkreislauf aufgenommen werden, um damit das Heizen des Zuluftstromes L und das Abtauen des äußeren Wärmeübertragers 5 zu unterstützen.This defrosting operation can be implemented as an indirect delta connection, in which the coolant side is simultaneously via the chiller 3 , so in the coolant circuit 3.0 no volume flow is generated, for example the water-glycol mixture used as coolant on the coolant side of the chiller 3 stops or the chiller 3 is not actively flowed through by coolant. Alternatively, the defrost mode can also be used as a cycle with an active chiller 3 be carried out in which the coolant in the coolant circuit 3.0 and at the same time the refrigerant flowing through it evaporates becomes. Here, additional heat can be absorbed from the coolant circuit in order to heat the supply air flow L. and defrosting the external heat exchanger 5 to support.

Bei diesem Abtaubetrieb mittels des AC-und Wärmepumpenzweiges 5.1 und des Chillerzweiges 3.1 kann der Kältemittelverdichter 4 auf einen maximalen Kältemittel-Volumenstrom bei maximal möglichem Druckverhältnis gesteuert werden, um damit eine maximale Wärmemenge für den Abtaubetrieb zur Verfügung zu stellen. Hierbei ist der Kältemittelverdichter 4 als mechanischer oder als elektrischer Verdichter ausgeführt.In this defrost mode using the AC and heat pump branches 5.1 and the chiller branch 3.1 the refrigerant compressor can 4th can be controlled to a maximum refrigerant volume flow at the maximum possible pressure ratio in order to provide a maximum amount of heat for defrosting. Here is the refrigerant compressor 4th designed as a mechanical or electrical compressor.

Falls bei diesem Abtaubetrieb der Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 keine Wärme abgibt, oder sich das Druckniveau im Heizregister und damit dessen Temperaturniveau zu stark reduziert, d.h. bspw. je nach verwendetem Kältemittel um einen Mindestbetrag von größer 5bar (chemisches Kältemittel) bzw. 10bar (R744), kann das Reheat-Expansionsorgan AE4 auch so weit angedrosselt werden, dass der äußere Wärmeübertrager 5 auf einem niedrigeren Druckniveau, nämlich einem Mitteldruck im Vergleich zum Druckniveau des Heizkondensators 8 oder Heizgaskühlers 8 und damit auf einem Temperaturniveau betrieben wird, bei welchem ein Temperaturschock unterbleibt, wie es ansonsten der Fall wäre, wenn die vom Kältemittelverdichter 4 erzeugte Wärme vollständig und direkt über das geöffnete Absperrventil A4 an dem äußeren Wärmeübertrager 5 aufschlagen würde. Es gilt auch für den Fall der Mitteldruckausbildung die Voraussetzung, dass das Kondensationszwischendruckniveau und damit die Kondensationstemperatur oberhalb der 0°C Linie mittels des Abtau-Expansionsorgans AE (d. h. des Chiller-Expansionsorgans AE1) und des Reheat-Expansionsorgans AE4 einzustellen ist. Eine Überwachung der Drucklage kann über einen in dem Reheat-Zweig 5.2 vorgesehenen Druck- oder Druck-Temperatursensor realisiert werden.If the heating condenser is used during this defrosting operation 8th or hot gas cooler 8th does not give off any heat, or the pressure level in the heating register and thus its temperature level is reduced too much, e.g. depending on the refrigerant used by a minimum of more than 5 bar (chemical refrigerant) or 10 bar (R744), the reheat expansion unit AE4 can also be throttled so far that the external heat exchanger 5 at a lower pressure level, namely a medium pressure compared to the pressure level of the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th and is thus operated at a temperature level at which a temperature shock does not occur, as would otherwise be the case if the refrigerant compressor 4th generated heat completely and directly via the open shut-off valve A4 on the external heat exchanger 5 would hit. In the case of medium pressure, the requirement also applies that the intermediate condensation pressure level and thus the condensation temperature are above the 0 ° C line by means of the defrosting expansion device AE (i.e. the chiller expansion element AE1 ) and the reheat expansion organ AE4 is to be set. The pressure position can be monitored via one in the reheat branch 5.2 provided pressure or pressure-temperature sensor can be realized.

Um ein Voranschreiten der Vereisung am äußeren Wärmeübertragers 5 und ein zu starkes Auskühlen des den äußeren Wärmeübertragers 5 durchströmenden Kältemittels und ein damit verbundenes Absinken des Druckniveaus zu verhindern, wird während des Abtaubetriebs mittels einer steuerbaren Anordnung 5.6 eine Luftzufuhr zum äußeren Wärmeübertrager 5 verhindert.About the progress of icing on the external heat exchanger 5 and excessive cooling of the external heat exchanger 5 To prevent the refrigerant flowing through and an associated drop in the pressure level, during the defrosting operation by means of a controllable arrangement 5.6 an air supply to the external heat exchanger 5 prevented.

Eine solche Anordnung 5.6 ist als steuerbare Luftklappenanordnung oder als steuerbare Jalousieanordnung ausgeführt und kann vollständig verschlossen werden. So wird während des Abtaubetriebs die Luftklappenanordnung bzw. Jalousieanordnung vollständig geschlossen.Such an arrangement 5.6 is designed as a controllable air flap arrangement or as a controllable blind arrangement and can be completely closed. The air flap arrangement or louvre arrangement is thus completely closed during the defrosting operation.

Bei diesem mittels des AC- und Wärmepumpenzweiges 5.1 sowie des Chillerzweiges 3.1 durchgeführten Abtaubetriebs kann vorteilhafterweise der Chiller 3 als weitere Wärmequelle eingesetzt werden, um damit die Dauer des Abtaubetriebs zu verringern. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Strömungsrichtung des Kältemittels bei diesem Abtaubetrieb der Strömungsrichtung des Kältemittels im AC-Betrieb entspricht, wodurch Durchströmungs- und Druckverluste gering sind. Dadurch dass eine Vorkühlung des Kältemittels mittels des Heizkondensators 8 oder Heizgaskühlers 8 erfolgt, verursacht die am äußeren Wärmeübertrager 5 abgegebene Restwärme, dass an diesem kein Temperaturschock auftreten kann.With this by means of the AC and heat pump branch 5.1 as well as the chiller branch 3.1 performed defrosting operation can advantageously the chiller 3 can be used as an additional heat source in order to reduce the duration of the defrosting operation. Another advantage is that the direction of flow of the refrigerant during this defrosting operation corresponds to the direction of flow of the refrigerant in AC operation, as a result of which flow and pressure losses are low. Thereby a pre-cooling of the refrigerant by means of the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th occurs, caused by the external heat exchanger 5 residual heat released so that no temperature shock can occur.

Während des Abtaubetriebs kann ein auftretendes Heizdefizit für den Fahrzeuginnenraum, beispielsweise durch Zuschalten des elektrischen Heizelementes 9 der Zuluftstrom L erwärmt werden.During the defrosting operation, a heating deficit for the vehicle interior can occur, for example when the electrical heating element is switched on 9 the supply air flow L. be heated.

Der Abtaubetrieb wird beendet, wenn die mit dem Druck-Temperatursensor pT3 erfasste Austrittstemperatur am Austritt des äußeren Wärmeübertragers 5 dauerhaft und stabil einen positiven Temperaturschwellwert, erreicht, bspw. 3 °C.The defrosting operation is ended when the pressure / temperature sensor pT3 recorded outlet temperature at the outlet of the external heat exchanger 5 permanently and stable a positive temperature threshold value, reached, e.g. 3 ° C.

Weiter kann der über den dritten Druck-Temperatur-Sensor pT3 gemessene Druckwert als Bezugsgröße für das am äußeren Wärmeübertrager 5 erfasste und anliegende Kondensationsdruckniveau herangezogen werden. Werden beide Werte in einem weiteren Schritt direkt zueinander in Bezug gesetzt, so kann sichergestellt werden, dass das den äußeren Wärmeübertrager 5 durchströmende Kältemittel im gesamten Bauteil entweder keine Überhitzung aufweist bzw. im Fall von Überhitzung, dass das Kältemittel durchgängig und ganzflächig im äußeren Wärmeübertrager 5 zur Sicherstellung einer ganzflächigen Abtauung ein höheres Temperaturniveau aufweist als der Gefrierpunkt von Wasser mit einer Temperatur von 0°C .The third pressure-temperature sensor can also be used pT3 measured pressure value as a reference value for that at the external heat exchanger 5 detected and applied condensation pressure level can be used. If both values are directly related to each other in a further step, it can be ensured that this is the external heat exchanger 5 The refrigerant flowing through either has no overheating in the entire component or, in the case of overheating, that the refrigerant is continuous and over the entire surface in the external heat exchanger 5 to ensure full-surface defrosting has a higher temperature level than the freezing point of water with a temperature of 0 ° C.

Nach Beendigung des Abtaubetriebs kann mittels Aktivierung einer dem äußeren Wärmetauscher 5 zugeordneten Lüfteranordnung (in 2 nicht dargestellt) das an dem äußeren Wärmetauscher 5 angesammelte flüssige Kondensat ausgetrieben werden. Mit diesem Vorgang der Trocknung durch ein Austreiben des Kondensats soll ein kurzfristiges und erneutes Vereisen an dem äußeren Wärmeübertrager 5 verhindert werden.After the end of the defrosting operation, one of the external heat exchangers can be activated 5 assigned fan arrangement (in 2 not shown) that on the external heat exchanger 5 accumulated liquid condensate is expelled. With this process of drying by expelling the condensate, a short-term and renewed icing on the external heat exchanger is intended 5 be prevented.

Mit der Beendigung des Abtaubetriebs kann wieder zum Luft-Wärmepumpenbetrieb mittels des äußeren Wärmeübertragers 5 zurückgekehrt werden, indem nach zuvor erfolgter Öffnung der Anordnung 5.6 die entsprechenden Arbeitspunkte wieder eingestellt werden, d. h. das Absperrorgan A2 wird vollständig geöffnet und bei geöffnetem Absperrorgan A1 und geschlossenem Reheat-Expansionsorgan AE4 das Wärmepumpen-Expansionsorgan AE3 wird wieder auf die entsprechende Expansionsfunktion eingestellt. Gegebenenfalls wird auch das elektrische Heizelement 9 abgeschaltet oder dessen Heizleistung reduziert.With the end of the defrosting operation, the air heat pump can be operated again using the external heat exchanger 5 be returned by having previously opened the arrangement 5.6 the corresponding working points are set again, ie the shut-off device A2 opens fully and when open Shut-off device A1 and closed reheat expansion device AE4 the heat pump expansion device AE3 is set again to the corresponding expansion function. Optionally, the electrical heating element is also used 9 switched off or its heating output reduced.

Wird bei der Ausführung des Kältemittelkreislaufes 1 der Kälteanlage 10 ein Absperrventil A2 im Wärmepumpenrückführzweig 5.4 eingesetzt, so kann der Abtauprozess bei weiter aktiven Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 vollumfänglich nur über den Reheat-Zweig 5.2 und das Reheat-Expansionsorgan AE4 erfolgen. Kommt statt dem Absperrventil A2 ein Abtau-Expansionsorgan AE5 zum Einsatz (vgl. 1), so kann ein Abtauprozess des äußeren Wärmeübertragers 5 entweder über den Reheat-Zweig 5.2 und das Reheat-Expansionsorgan AE4 erfolgen oder alternativ über den AC- und Wärmepumpenzweig 5.1 und das ihm zugeordnete Wärmepumpen-Expansionsorgan AE3 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1.Used when executing the refrigerant circuit 1 the refrigeration system 10 a shut-off valve A2 in the heat pump return branch 5.4 used, the defrosting process can continue with the heating condenser still active 8th or hot gas cooler 8th fully only via the reheat branch 5.2 and the reheat expander AE4 respectively. Comes instead of the shut-off valve A2 a defrost expansion device AE5 for use (cf. 1 ), a defrosting process of the external heat exchanger can take place 5 either through the reheat branch 5.2 and the reheat expander AE4 or alternatively via the AC and heat pump branch 5.1 and the heat pump expansion element assigned to it AE3 according to the embodiment 1 .

Es ist auch möglich, dass bei Vorhandensein von ausreichender Abwärme im Fluid des Kühlmittelkreises 3.0 nach der Beendigung des Abtaubetriebs nicht zum Luft-Wärmepumpenbetrieb zurückgewechselt wird, sondern von dem direkten oder indirekten Dreiecksprozess während des Abtaubetriebs auf einen Wasser-Wärmepumpenbetrieb umgeschaltet wird. Nach erfolgtem Abtau- und Trocknungsprozess erfolgt damit eine Fortführung der Innenraumheizung über einen reinen Wasser Wärmepumpenbetrieb.It is also possible that when there is sufficient waste heat in the fluid of the coolant circuit 3.0 after the end of the defrosting operation, the system does not switch back to air-heat pump operation, but instead switches from the direct or indirect triangular process to water-heat pump operation during defrosting. After the defrosting and drying process has taken place, the interior heating is continued using a pure water heat pump operation.

Der Vollständigkeit halber wird noch der AC-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1 der Kälteanlage 10 gemäß den 1 und 2 erläutert.For the sake of completeness, the AC operation of the refrigerant circuit is shown 1 the refrigeration system 10 according to the 1 and 2 explained.

Im AC-Betrieb ist der Heizzweig 8.1 mittels des Absperrorgans A3 abgesperrt, so dass heißes Kältemittel, wie bspw. R744, nicht durch den Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 strömen kann. Zur Rückholung von Kältemittel aus dem inaktiven Heizzweig 8.1 wird jedoch das Absperrorgan A5 des Absaugzweig 5.5 geöffnet und das Kältemittel kann über das Absperrorgan A5 und das Rückschlagventil R2, bei gleichzeitig geschlossenem Abtau-Expansionsorgan AE5 (vgl. 1) bzw. bei gleichzeitig geschlossenem Absperrorgan A2 (vgl. 2) in Richtung des Akkumulators 7 strömen.The heating branch is in AC operation 8.1 by means of the shut-off device A3 blocked so that hot refrigerant, such as R744, cannot pass through the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th can flow. To retrieve refrigerant from the inactive heating branch 8.1 however, the shut-off device A5 of the suction branch 5.5 opened and the refrigerant can through the shut-off device A5 and the check valve R2 , with the defrosting expansion device closed at the same time AE5 (see. 1 ) or with the shut-off element closed at the same time A2 (see. 2 ) in the direction of the accumulator 7th stream.

Im AC-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1 gemäß 1 und 2 strömt das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel ausgehend von dem Kältemittelverdichter 4 bei offenem Absperrorgan A4 in den äußeren Wärmeübertrager 5, den Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 6, über das vollständig geöffnete Wärmepumpen-Expansionsorgan AE3 sowie des ersten Abzweigpunkt Ab1 in den Verdampferzweig 2.1 und/oder in den Chiller-Zweig 3.1. Aus dem Chiller-Zweig 3.1 strömt das Kältemittel über den Akkumulator 7 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 6 zurück zum Kältemittelverdichter 4, während das Kältemittel aus dem Verdampferzweig 2.1 über das Rückschlagventil R1 strömt und anschließend über den Akkumulator 7 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 6 ebenso zurück zum Kältemittelverdichter 4 fließen kann.In AC operation of the refrigerant circuit 1 according to 1 and 2 the refrigerant, which has been compressed to high pressure, flows from the refrigerant compressor 4th with the shut-off element open A4 in the external heat exchanger 5 , the high pressure section of the internal heat exchanger 6th , via the fully open heat pump expansion element AE3 as well as the first branch point Ab1 in the evaporator branch 2.1 and / or in the chiller branch 3.1 . From the chiller branch 3.1 the refrigerant flows over the accumulator 7th and the low pressure section of the internal heat exchanger 6th back to the refrigerant compressor 4th , while the refrigerant from the evaporator branch 2.1 via the check valve R1 flows and then over the accumulator 7th and the low pressure section of the internal heat exchanger 6th also back to the refrigerant compressor 4th can flow.

Der erste Druck-Temperatursensor pT1 des Kältemittelkreislaufs 1 dient zur Bestimmung der Kältemitteltemperatur sowie des Hochdrucks des verdichteten Mediums am Austritt des Kältemittelverdichters 4. Die Überwachung dieser beiden Größen dient dazu, die maximal zulässigen mechanischen und thermischen Belastungen der Kälteanlage speziell am Austritt des Kältemittelverdichters 4 zu überwachen und ggf. durch Abregelungsmaßnahmen, eingefordert durch ein Steuergerät, bspw. einem Klimasteuergerät, den Systembetrieb zu limitieren, um die zulässigen Höchstwerte nicht zu überschreiten.The first pressure-temperature sensor pT1 of the refrigerant circuit 1 is used to determine the refrigerant temperature and the high pressure of the compressed medium at the outlet of the refrigerant compressor 4th . The purpose of monitoring these two variables is to determine the maximum permissible mechanical and thermal loads on the refrigeration system, especially at the outlet from the refrigerant compressor 4th to monitor and, if necessary, to limit the system operation by means of curtailment measures, requested by a control device, for example an air conditioning control device, in order not to exceed the maximum permissible values.

Der zweite Druck-Temperatursensor pT2 des Kältemittelkreislaufs 1 dient, insbesondere bei Kälteanlagen mit niederdruckseitig angeordnetem Kältemittelspeicher, zur Unterfüllungserkennung, aber auch zur Einstellung und Überwachung eines geforderten Niederdrucks.The second pressure-temperature sensor pT2 of the refrigerant circuit 1 is used, in particular in refrigeration systems with a refrigerant reservoir arranged on the low pressure side, for underfilling detection, but also for setting and monitoring a required low pressure.

Der an der Austrittsseite des äußeren Wärmeübertragers 5 vorgesehene dritte Druck-Temperatursensor pT3 des Kältemittelkreislaufs 1 dient primär zur Einstellung bzw. Überwachung der Systembetriebsgrößen „optimaler Hochdruck“ bei überkritischem Systembetrieb bzw. „Unterkühlung nach dem äußeren Wärmeübertrager 5“ bei unterkritischem System betrieb.The one on the outlet side of the external heat exchanger 5 provided third pressure-temperature sensor pT3 of the refrigerant circuit 1 serves primarily to set or monitor the system operating parameters “optimal high pressure” in supercritical system operation or “subcooling after the external heat exchanger 5 " with subcritical system operation.

In einer weiteren Funktion überwacht dieser dritte Druck-Temperatursensor pT3 das während eines Abtaubetriebs im äußeren Wärmeübertrager 5 eingestellte Mitteldruckniveau. Über Kennfelder kann je nach Position des Drucksensoranteils p3 vor oder nach dem äußeren Wärmeübertrager 5 auf die resultierende Drucklage nach oder vor dem äußeren Wärmeübertrager 5 geschlossen werden.This third pressure-temperature sensor monitors in a further function pT3 that during defrosting in the external heat exchanger 5 set medium pressure level. Depending on the position of the pressure sensor component p3 before or after the external heat exchanger 5 on the resulting pressure position after or in front of the external heat exchanger 5 getting closed.

Der gemäß des Kältemittelkreislaufs 1 nach 1 und 2 stromabwärts des Heizkondensators 8 oder Heizgaskühlers 8 angeordnete vierte Druck-Temperatursensor pT4 dient zur Steuerung, aber auch zur Überwachung der unterschiedlichen Betriebsmodi des Kältemittelkreislaufs 1, insbesondere im Wärmepumpenmodus bei aktiv durchströmten Heizkondensator 8 oder Heizgaskühler 8 durch ein Steuergerät bspw. ein Klimasteuergerät.The one according to the refrigerant circuit 1 to 1 and 2 downstream of the heating condenser 8th or hot gas cooler 8th arranged fourth pressure-temperature sensor pT4 is used to control, but also to monitor the different operating modes of the refrigerant circuit 1 , especially in heat pump mode with actively flowing heating condenser 8th or hot gas cooler 8th by a control device, for example an air conditioning control device.

Der fünfte Druck-Temperatursensor pT5 des Kältemittelkreislaufs 1 dient der Überwachung und Regelung des Überhitzungsgrades am Austritt des Chillers 3. The fifth pressure-temperature sensor pT5 of the refrigerant circuit 1 is used to monitor and control the degree of overheating at the outlet of the chiller 3 .

Ergänzend sei erwähnt, dass alle Sensoren sowohl als Kombinationssensoren oder als Einzelsensoren zur Erfassungen der Zustandsgrößen des Kältemittelkreislaufs ausgeführt werden können.In addition, it should be mentioned that all sensors can be designed both as combination sensors or as individual sensors for detecting the state variables of the refrigerant circuit.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 10 Refrigerant circuit of the refrigeration system 10
1.11.1
Klimagerät Air conditioner
22
VerdampferEvaporator
2.12.1
Innenraum-Verdampferzweig Indoor evaporator branch
33
ChillerChiller
3.03.0
Kühlmittelkreislauf des Chillers 3 Coolant circuit of the chiller 3
3.13.1
Chillerzweig Chiller branch
44th
KältemittelverdichterRefrigerant compressor
55
äußerer Wärmeübertragerexternal heat exchanger
5.15.1
AC- und WärmepumpenzweigAC and heat pump branch
5.25.2
Reheat-Zweig Reheat branch
5.45.4
Abtau-Zweig oder WärmepumpenrückführzweigDefrost branch or heat pump return branch
5.55.5
AbsaugzweigSuction branch
5.65.6
Anordnung des äußeren Wärmeübertragers 5 Arrangement of the external heat exchanger 5
66th
innerer Wärmeübertragerinternal heat exchanger
77th
Akkumulatoraccumulator
88th
innerer Heizkondensator oder Heizgaskühlerinternal heating condenser or heating gas cooler
8.18.1
HeizzweigHeating branch
99
elektrisches Heizelementelectric heating element
1010
Kälteanlage Refrigeration system
A1A1
AbsperrorganShut-off device
A2A2
AbsperrorganShut-off device
A3A3
AbsperrorganShut-off device
A4A4
AbsperrorganShut-off device
A5A5
AbsperrorganShut-off device
Ab1Ab1
AbzweigpunktBranch point
Ab2Starting at 2
AbzweigpunktBranch point
Ab3From 3
Abzweigpunkt Branch point
AEAE
Abtau-ExpansionsorganDefrost expansion device
AE1AE1
Chiller-ExpansionsorganChiller expansion device
AE2AE2
Verdampfer-ExpansionsorganEvaporator expansion device
AE3AE3
Wärmepumpen-ExpansionsorganHeat pump expansion device
AE4AE4
Reheat-ExpansionsorganReheat expansion device
AE5AE5
Abtau-Expansionsorgan Defrost expansion device
LL.
ZuluftstromSupply air flow
L1L1
Luftstrom Airflow
pT1pT1
erster Druck-Temperatursensorfirst pressure-temperature sensor
pT2pT2
zweiter Druck-Temperatursensorsecond pressure-temperature sensor
pT3pT3
dritter Druck-Temperatursensorthird pressure-temperature sensor
pT4pT4
vierter Druck-Temperatursensorfourth pressure-temperature sensor
pT5pT5
fünfter Druck-Temperatursensor fifth pressure-temperature sensor
R1R1
Rückschlagventilcheck valve
R2R2
Rückschlagventil check valve
TT
TemperatursensorTemperature sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (9)

Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (10) für ein Fahrzeug mit einem eine Wärmepumpenfunktion aufweisenden Kältemittelkreislauf (1), wobei der Kältemittelkreislauf (1) folgende Komponenten aufweist: - einen Kältemittelverdichter (4) mit einem Hochdruckausgang und einer Eintrittsseite, - einen äußeren Wärmeübertrager (5), welcher entweder zur Durchführung eines Kälteanlagenbetriebs als Kondensator oder Gaskühler oder zur Durchführung eines Wärmepumpenbetriebs als Wärmepumpen-Verdampfer mittels eines Wärmepumpen-Expansionsorgans (AE3) betreibbar ist und mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters (4) verbindbar ist, - einen Verdampferzweig (2.1) mit einem Verdampfer (2) und einem Verdampfer-Expansionsorgan (AE2), wobei der Verdampferzweig (2.1) niederdruckseitig mit der Eintrittsseite des Kältemittelverdichters (4) und hochdruckseitig mit dem äußeren Wärmeübertrager (5) verbindbar ist, und - einen Heizzweig (8.1) mit einem einen Zuluftstrom (L) für den Fahrzeuginnenraum direkt oder indirekt erwärmenden Heizkondensator (8) oder Heizgaskühler (8), wobei der Heizzweig (8.1) zur Durchführung eines Wärmepumpenbetriebs stromaufwärts mit dem Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters (4) und stromabwärts mit dem Wärmepumpen-Expansionsorgan (AE3) verbindbar ist, und wobei zum Abtauen des äußeren Wärmeübertragers (5) nach einem Wärmepumpenbetrieb - der äußere Wärmeübertrager (5) mit dem Heizkondensator (8) oder Heizgaskühler (8) auf dem von dem Kältemittelverdichter (4) erzeugten Hochdruck oder auf einem gegenüber dem Hochdruck niedrigeren Mitteldruck verbunden wird, und - das aus dem äußeren Wärmeübertrager (5) austretende Kältemittel mittels eines Abtau-Expansionsorgans (AE, AE5) auf einen Niederdruck entspannt und dem Kältemittelverdichter (4) eintrittsseitig zugeführt wird. A method for operating a refrigeration system (10) for a vehicle with a refrigerant circuit (1) having a heat pump function, the refrigerant circuit (1) having the following components: - a refrigerant compressor (4) with a high pressure outlet and an inlet side, - an external heat exchanger (5), which can be operated either to carry out a refrigeration system operation as a condenser or gas cooler or to carry out a heat pump operation as a heat pump evaporator by means of a heat pump expansion element (AE3) and which can be connected to the high pressure outlet of the refrigerant compressor (4), - An evaporator branch (2.1) with an evaporator (2) and an evaporator expansion element (AE2), the evaporator branch (2.1) being connectable on the low-pressure side to the inlet side of the refrigerant compressor (4) and on the high-pressure side to the external heat exchanger (5), and - A heating branch (8.1) with a heating condenser (8) or heating gas cooler (8) which directly or indirectly heats a supply air flow (L) for the vehicle interior, the heating branch (8.1) for carrying out a heat pump operation upstream with the high pressure outlet of the refrigerant compressor (4) and downstream with the heat pump expansion element (AE3) can be connected, and wherein for defrosting the external heat exchanger (5) after a heat pump operation - The external heat exchanger (5) is connected to the heating condenser (8) or heating gas cooler (8) at the high pressure generated by the refrigerant compressor (4) or at a medium pressure which is lower than the high pressure, and - The refrigerant emerging from the external heat exchanger (5) is expanded to a low pressure by means of a defrosting expansion device (AE, AE5) and is supplied to the refrigerant compressor (4) on the inlet side. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem - das Abtau-Expansionsorgan (AE5) in einem Abtau-Zweig (5.4) angeordnet wird, mit welchem der äußere Wärmeübertrager (5) mit der Eintrittsseite des Kältemittelverdichters (4) zur Durchführung des Abtaubetriebs verbunden wird, - zur Durchführung des Abtaubetriebs der äußere Wärmeübertrager (5) mit dem Heizkondensator (8) oder Heizgaskühler (8) über das Wärmepumpen-Expansionsorgan (AE3) verbunden wird, wobei das Wärmepumpen-Expansionsorgan (AE3) entweder in einen geöffneten Zustand gesteuert wird oder derart gesteuert wird, dass der äußere Wärmeübertrager (5) auf einem gegenüber dem Hochdruck niedrigeren Mitteldruck arbeitet, und - mittels des Abtau-Expansionsorgans (AE5) das Kältemittel auf Niederdruck entspannt wird.Procedure according to Claim 1 , in which - the defrosting expansion element (AE5) is arranged in a defrosting branch (5.4), with which the external heat exchanger (5) is connected to the inlet side of the refrigerant compressor (4) to carry out the defrosting operation, - to carry out the defrosting operation the external heat exchanger (5) is connected to the heating condenser (8) or heating gas cooler (8) via the heat pump expansion element (AE3), the heat pump expansion element (AE3) either being controlled in an open state or being controlled in such a way that the The outer heat exchanger (5) operates at a mean pressure that is lower than the high pressure, and - the refrigerant is expanded to low pressure by means of the defrosting expansion device (AE5). Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem - der Kältemittelkreislauf (1) mit einem einen Chiller (3) und ein Chiller-Expansionsorgan (AE1) aufweisenden Chillerzweig (3.1) ausgebildet wird, welcher parallel mit dem Verdampferzweig (2.1) verbindbar ist, - zur Durchführung eines Reheat-Betriebs mittels eines ein Reheat-Expansionsorgan (AE4) aufweisenden Reheat-Zweiges (5.2) der innere Heizkondensator (8) oder Heizgaskühler (8) stromabwärts mit dem äußeren Wärmeübertrager (5) verbunden wird, - zur Durchführung des Abtaubetriebs der Reheat-Betrieb durchgeführt wird, wobei das Reheat-Expansionsorgan (AE4) entweder in einen geöffneten Zustand gesteuert oder derart gesteuert wird, dass der äußere Wärmeübertrager (5) auf einem gegenüber dem Hochdruck niedrigeren Mitteldruck arbeitet, und - mittels des Chiller-Expansionsorgans (AE1) als Abtau-Expansionsorgan (AE) das Kältemittel auf Niederdruck entspannt wird.Procedure according to Claim 1 , in which - the refrigerant circuit (1) is formed with a chiller branch (3.1) which has a chiller (3) and a chiller expansion element (AE1) and which can be connected in parallel to the evaporator branch (2.1), - to carry out a reheat operation the inner heating condenser (8) or hot gas cooler (8) is connected downstream to the outer heat exchanger (5) by means of a reheat branch (5.2) having a reheat expansion element (AE4), - reheat operation is carried out to carry out the defrosting operation, wherein the reheat expansion element (AE4) is either controlled into an open state or controlled in such a way that the external heat exchanger (5) works at a lower mean pressure compared to the high pressure, and - by means of the chiller expansion element (AE1) as a defrosting expansion element ( AE) the refrigerant is expanded to low pressure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem - der äußere Wärmeübertrager (5) zur Durchströmung mit Außenluft mit einer steuerbaren Anordnung (5.6) ausgebildet wird, wobei mittels dieser Anordnung (5.6) zumindest ein Teil der Oberfläche des äußeren Wärmeübertragers (5) für die Luftdurchströmung verschließbar ist, und - zur Durchführung des Abtaubetriebs die Anordnung (5.6) verschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, in which - The external heat exchanger (5) is designed with a controllable arrangement (5.6) for the flow of outside air, with at least part of the surface of the external heat exchanger (5) being closable for the air flow by means of this arrangement (5.6), and - The arrangement (5.6) is closed to carry out the defrosting operation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Abtaubetrieb beendet wird, wenn die Austrittstemperatur des aus dem äußeren Wärmeübertrager (5) austretenden Kältemittels einen vorgegebenen positiven Temperaturschwellwert erreicht.Method according to one of the preceding claims, in which the defrosting operation is ended when the outlet temperature of the refrigerant emerging from the external heat exchanger (5) reaches a predetermined positive temperature threshold value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zur Durchführung des Abtaubetriebs der der Druckwert im äußeren Wärmeübertrager (5) mittels des Abtau-Expansionsorgans (AE, AE5) oder mittels des Abtau-Expansionsorgans (AE, AE5) und des Wärmepumpen-Expansionsorgans (AE3) oder mittels des Abtau-Expansionsorgan (AE, AE5) und des Reheat-Expansionsorgans (AE4) auf einen Kondensationsdruck eingestellt wird, welcher einer Kondensationstemperatur von größer als 0 °C entspricht.Method according to one of the preceding claims, in which, to carry out the defrosting operation, the pressure value in the external heat exchanger (5) by means of the defrosting expansion device (AE, AE5) or by means of the defrosting expansion device (AE, AE5) and the heat pump expansion device (AE3 ) or by means of the defrost expansion device (AE, AE5) and the reheat expansion device (AE4) is set to a condensation pressure which corresponds to a condensation temperature of greater than 0 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ohne Anspruch 3, bei welchem ein Druck-Temperatursensor (pT3) zur Einstellung und Überwachung des Mitteldrucks für den AC- und Wärmepumpenzweig (5.1) mit dem äußeren Wärmeübertrager (5) und dem Abtau-Expansionsorgan (AE5) zum Erwirken eines Kondensationsdruckniveaus im Kältemittel oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser mit 0°C eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, without Claim 3 , in which a pressure-temperature sensor (pT3) for setting and monitoring the mean pressure for the AC and heat pump branch (5.1) with the external heat exchanger (5) and the defrosting expansion element (AE5) to Achieving a condensation pressure level in the refrigerant above the freezing point of water at 0 ° C is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ohne Anspruch 2, bei welchem ein Druck-Temperatursensor (pT3) zur Überwachung und Einstellung des Mitteldrucks für den Reheat-Zweig (5.2) mit dem äußeren Wärmeübertrager (5) bis zum Chiller-Expansionsorgan (AE1) als Abtau-Expansionsorgan (AE) zum Erwirken eines Kondensationsdruckniveaus im Kältemittel oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser mit 0 °C eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, without Claim 2 , in which a pressure-temperature sensor (pT3) for monitoring and setting the mean pressure for the reheat branch (5.2) with the external heat exchanger (5) up to the chiller expansion element (AE1) as a defrosting expansion element (AE) to achieve a condensation pressure level is used in the refrigerant above the freezing point of water at 0 ° C. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem nach einer Beendigung des Abtaubetriebs mittels eines dem äußeren Wärmetauscher (5) zugeordneten Lüfteranordnung das an dem äußeren Wärmetauscher (5) erzeugte flüssige Kondensat ausgetrieben wird.Method according to one of the preceding claims, in which, after the end of the defrosting operation, the liquid condensate generated on the outer heat exchanger (5) is expelled by means of a fan arrangement assigned to the outer heat exchanger (5).
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