DE102019208756B4 - Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (10) für ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf (1), umfassend- einen Kältemittelverdichter (5) mit einem Hochdruckauslass (5.1) und einem Niederdruckeinlass (5.2),-ein erstes Leitungsnetzwerk (1.1) mit einem mit dem Hochdruckauslass (5.1) des Kältemittelverdichters (5) verbundenen Verzweigungsknoten (K1) mit einem abgehenden Leitungszweig (1.11) und einem abgehenden weiteren Leitungszweig (1.12),- ein in dem Leitungszweig (1.11) angeordnetes Ventilorgan (V1), dessen Öffnungsquerschnitt steuerbar ist und welches von Kältemittel aus dem Verzweigungsknoten (K1) durchströmbar ist,- ein stromaufwärts des Verzweigungsknotens (K1) angeordneter Hochdrucksensor (pHD), und- ein in dem einen Leitungszweig (1.11) des ersten Leitungsnetzwerkes (1.1) angeordneter weiterer Drucksensor (p1), wobei- mittels einer mit dem Hochdrucksensor (pHD) und mit dem weiteren Drucksensor (p1) verbundenen Steuereinheit (9) der Differenzdruck (Δp) zumindest über dem Ventilorgan (V1) berechnet wird, und- der Differenzdruck (Δp) auf der Basis eines von der Steuereinheit (9) erzeugten Steuersignals ausgewertet wird, indem- bei einem Steuersignal der Steuereinheit (9), mit welchem das Öffnen des Ventilorgans (V1) bewirkt werden soll, und bei einem Differenzdruck (Δp), welcher einen ein blockierendes Ventilorgan (V1) anzeigenden Schwellwert erreicht, ein blockiertes Ventilorgan (V1) detektiert wird, oder- bei einem Steuersignal der Steuereinheit (9), mit welchem das Schließen des Ventilorgans (V1) bewirkt werden soll, und bei einem einen Nulldruck aufweisenden Differenzdruck (Δp) ein blockiertes Ventilorgan (V1) detektiert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf.
• In modernen Fahrzeugkälteanlagen mit Wärmepumpenfunktion werden Umschaltvorgänge zur Realisierung unterschiedlicher Betriebsmodi, wie Kälteanlagenbetrieb, Heizbetrieb und Reheat-Betrieb, die damit Veränderungen des Strömungsweges des Kältemittels im Kältemittelkreislauf erfordern, über Absperr-, Umschalt- oder Mehrwegeventile realisiert. Solche Ventilorgane sind steuerbar, d. h. deren Öffnungsquerschnitt ist einstellbar, insbesondere können solche Ventilorgane zwischen einem offenen, einen Kältemitteldurchfluss ermöglichenden Zustand und einem geschlossenen, den Kältedurchfluss sperrenden Zustand gesteuert werden.
• Ferner ist es bekannt, Sensoren und Aktoren im Fahrzeug bspw. mittels eines LIN-Busses als serielles Kommunikationssystem miteinander zu vernetzen. Somit ist es möglich, dass Verfahrwege und aktuelle Positionen von Ventilorganen mit verbauter Positionserkennungs-Hardware (wie bspw. Hallsensoren) von einem Steuergerät erfasst werden können.
• Eine solche Positionserkennungs-Hardware ist in der Regel im Antrieb eines Ventilorgans angeordnet und prüft dessen Verfahrweg. Der Schließkörper als mechanischer Teil des Ventilorgan wird dabei nicht berücksichtigt, so dass dieser bei einer Unterbrechung der Verbindung zum Antrieb in seiner Position verbleibt, während gleichzeitig der Antrieb sich weiter bewegt und dabei dennoch Verfahrweg-Botschaften an ein Steuergerät sendet.
• Bleibt hierbei der Schließkörper in einer geschlossenen Lage oder in dessen Nähe „hängen“ oder „stehen“, besteht die Gefahr, dass der Kältemittelverdichter des Kältemittelkreislaufes bei einem Anlauf der Kälteanlage gegen eine Blockade fördert und damit der Hochdruck mit einem „steilen“ Gradienten massiv ansteigt. Dies kann eine Druckspitze verursachen, die die zulässige Hochdruckgrenze überschreitet und schließlich zu einem Ansprechen eines Druckablassorgans (Berstscheibe oder Überdruckventil) führt. Damit besteht die Gefahr, dass Kältemittel in undefinierter Menge aus dem Kältemittelkreislauf austritt und reversible Ventilorgane ihre Dichtheit nach mehrmaligem Ansprechen verlieren.
• Des Weiteren besteht hierbei die Gefahr, dass ein kritisches Abschaltdrucksignal zu spät detektiert wird, so dass aufgrund der Durchlaufzeiten in einem Steuergerät und zugehörigen Bauteilen keine rechtzeitige Reaktion des Kältemittelverdichters in Form einer Abschaltung erfolgen kann.
• Aus der DE 195 16 054 A1 ist ein steuerbares Ventil mit einem Ventilsitz, einem relativ zum Ventilsitz bewegbaren Ventilelement, einen Motor aufweisenden Antrieb für das Ventilelement, einer Einrichtung zum Erzeugen einer das Ventilelement in Richtung auf den Ventilsitz belastenden permanenten Schließkraft und einem Elektromagneten zum Freisetzen der permanenten Schließkraft, bekannt. Ferner ist je ein stromaufwärts und stromabwärts des Ventilsitzes angeordneter Drucksensor und eine Steuereinrichtung vorgesehen, die den als Schrittmotor ausgebildeten Motor in Abhängigkeit von der ermittelte Druckdifferenz nach einem vorgegebenen Kennfeld für den Hub des Ventilelementes steuert, wobei das Kennfeld Hub, Druckdifferenz und Volumenstrom verknüpft. Dieses Ventil funktioniert als Regelventil, bei welchem ein variabler Mediumsfluss einstellbar und kontrollierbar ist.
• Weiterhin ist ein Verfahren zum Bestimmen des Ventilhubs eines Lackdrucksteuerventils aus der DE 10 2014 210 583 A1 bekannt. Die Bestimmung des Ventilhubs erfolgt mittels eines Ventilwegsensors und zusätzlich über die Auswertung eines Differenzdrucks über dem Ventil in einem Steuergerät.
• Schließlich beschreibt die EP 1 144 831 B1 ein Verfahren zur Plausibilitätsprüfung der gemessenen Last bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Ventilhubsteuerung. Hierzu wird in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung und einem aus dem Druck vor der Drosselklappe und dem Druck nach der Drosselklappe im Saugrohr ermittelten Differenzdruck eine erste Lastinformation hergeleitet, ferner wird in Abhängigkeit vom Einlassventilhub und von der Motordrehzahl eine zweite Lastinformation hergeleitet, weiterhin wird die kleinere der beiden Lastinformationen mit der gemessenen Last verglichen und schließlich ein Fehler der gemessenen Last signalisiert, wenn diese gegenüber der kleineren der Lastinformationen abweicht.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf anzugeben, mit welchem Schaltvorgänge von steuerbaren Ventilorganen überwacht werden, welche die Einstellung von bestimmten Betriebsmodi oder die Umschaltung zwischen verschiedenen Betriebsmodi bewirken.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Bei diesem Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage für ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf, welcher
• - einen Kältemittelverdichter mit einem Hochdruckauslass und einem Niederdruckeinlass,
• - ein erstes Leitungsnetzwerk mit einem mit dem Hochdruckauslass des Kältemittelverdichters verbundenen Verzweigungsknoten mit einem abgehenden Leitungszweig und einem abgehenden weiteren Leitungszweig,
• - ein in dem wenigstens einen Leitungszweig angeordnetes Ventilorgan, dessen Öffnungsquerschnitt steuerbar ist und welches von Kältemittel aus dem Verzweigungsknoten durchströmbar ist,
• - einen stromaufwärts des Verzweigungsknotens angeordneten Hochdrucksensor, und
• - einen in dem einen Leitungszweig des ersten Leitungsnetzwerkes angeordneten weiteren Drucksensor aufweist, wird
• - mittels einer mit dem Hochdrucksensor und mit dem weiteren Drucksensor verbundenen Steuereinheit der Differenzdruck zumindest über dem Ventilorgan berechnet, und
• - der Differenzdruck auf der Basis eines von der Steuereinheit erzeugten Steuersignals ausgewertet, indem
• - bei einem Steuersignal der Steuereinheit, mit welchem das Öffnen des Ventilorgans bewirkt werden soll, und bei einem Differenzdruck, welcher einen ein blockierendes Ventilorgan anzeigenden Schwellwert erreicht, ein blockiertes Ventilorgan detektiert wird, oder
• - bei einem Steuersignal der Steuereinheit, mit welchem das Schließen des Ventilorgans bewirkt werden soll, und bei einem einen Nulldruck aufweisenden Differenzdruck ein blockiertes Ventilorgan detektiert wird.
• Bei diesem Verfahren wird der Schaltvorgang eines Ventilorgans anhand der Messung und Bewertung der Druckdifferenz über diese Komponente überwacht. Hierbei werden nur zwei Druckvorlagen detektiert, nämlich einerseits ein den Strömungsweg blockierendes Ventilorgan aufgrund eines sehr hohen Differenzdrucks, bei welchem Δp » 0 gilt, und andererseits ein den Strömungsweg freigebendes Ventilorgan aufgrund eines Nulldruckes, bei welchem idealerweise Δp = 0 oder realerweise Δp ~ 0 gilt.
• Damit können im Kältemittelkreislauf auftretende Druckspitzen und Hochdruckereignisse im kritischen Bereich vermieden und dadurch eine Überbelastung von Bauteilen reduziert werden. Ferner wird das Ansprechen von Ablassventilen verhindert und dadurch werden Kältemittelverluste vermeidbar.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass
• - zur Durchführung eines Kälteanlagenbetriebs in dem Leitungszweig als AC-Zweig ein Wärmeübertrager stromabwärts des Ventilorgans als erstes Ventilorgan angeordnet wird, wobei der weitere Drucksensor als Hochdrucksensor dem ersten Ventilorgan stromabwärts nachgeordnet wird, und
• - zur Durchführung eines Heizbetriebs in dem von dem Verzweigungsknoten abgehenden weiteren Leitungszweig als Heizzweig ein als Wärmequelle arbeitender Wärmepumpen-Wärmeübertrager stromabwärts eines weiteren Ventil-organs als zweites Ventilorgan angeordnet ist, wobei ein weiterer Drucksensor (p₂ ) als Hochdrucksensor stromabwärts des zweiten Ventilorgans angeordnet wird.
• Hierbei kann zur Durchführung des Kälteanlagenbetriebs der weitere Drucksensor zur Erfüllung einer vorteilhaften systemseitigen Funktion dem Wärmeübertrager nachgeordnet werden und zur Durchführung des Heizbetriebs der weitere Drucksensor zur Erfüllung einer vorteilhaften systemseitigen Funktion stromabwärts des für den Heizprozess verwendeten Wärmepumpen-Wärmeübertragers angeordnet werden.
• Vorzugsweise wird
• - zur Durchführung eines AC-Betriebs das erste Ventilorgan geöffnet und das zweite Ventilorgan geschlossen, und
• - zur Durchführung des Heizbetriebs das erste Ventilorgan geschlossen und das zweite Ventilorgan geöffnet.
• Hiernach werden insbesondere die hochdruckseitigen Ventilorgane überwacht, welche die Umschaltung zwischen dem AC-Betrieb und im Heizbetrieb bewerkstelligen, da diese am Hochdruckausgang des Kältemittelverdichters angeordnet sind und daher dort ein Druckaufbau am schnellsten erfolgen kann.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
• - ein zweites Leitungsnetzwerk mit dem Niederdruckeinlass des Kältemittelverdichters verbunden wird,
• - ein Niederdrucksensor in dem zweiten Leitungsnetzwerk angeordnet wird, und
• - zur Durchführung eines Heizbetriebs mittels des Wärmeübertragers als Wärmepumpenverdampfer der Heizzweig über ein Wärmepumpen-Expansionsorgan mit dem Leitungszweig des ersten Leitungsnetzwerkes als Wärmepumpen-Zweig verbunden wird und das aus dem Wärmeübertrager austretende Kältemittel mittels eines dritten Ventilorgans in das zweite Leitungsnetzwerk abgeführt wird, wobei
• - mittels der mit dem Niederdrucksensor des zweiten Leitungsnetzwerkes und mit dem weiteren Drucksensor des Leitungszweiges des ersten Leitungsnetzwerkes verbundenen Steuereinheit der Differenzdruck zumindest über dem dritten Ventilorgan berechnet wird, und
• - der Differenzdruck auf der Basis eines von der Steuereinheit erzeugten Steuersignals ausgewertet wird, indem
• - bei einem Steuersignal der Steuereinheit, mit welchem das Öffnen des dritten Ventilorgans bewirkt werden soll, und bei einem Differenzdruck, welcher einen ein blockierendes drittes Ventilorgan anzeigenden Schwellwert erreicht, ein blockiertes drittes Ventilorgan detektiert wird, oder
• - bei einem Steuersignal der Steuereinheit, mit welchem das Schließen des dritten Ventilorgans bewirkt werden soll, und bei einem von einem Nulldruck abweichenden Differenzdruck ein blockiertes drittes Ventilorgan detektiert wird.
• Bei dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein zweites Leitungsnetzwerk als Niederdruckabschnitt des Kältemittelkreislauf einen Niederdrucksensor auf, so dass mit weiteren Niederdrucksensoren Umschaltvorgänge von niederdruckseitigen Ventilorganen überwacht werden können. Es wird der Druckaufbau bei einer Umschaltung auf einen Luft-Wärmepumpen-Heizbetrieb stromabwärts des im Heizzweig angeordneten zweiten Ventilorgans überwacht. Hier erfolgt der Druckaufbau tendenziell langsamer als direkt am Hochdruckauslass des Kältemittelverdichters, so dass die Steuereinheit als Regler rechtzeitig auf Unregelmäßigkeiten reagieren kann.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
• - zur Durchführung eines Reheat-Betriebs mittels des Wärmeübertragers der Heizzweig über eine Reheat-Leitung mittels eines vierten Ventilorgans als Reheat-Expansionsorgan mit dem Leitungszweig des ersten Leitungsnetzwerks verbunden wird, wobei
• - mittels der mit dem weiteren Drucksensor des weiteren Leitungszweiges und mit dem weiteren Drucksensor des ersten Leitungszweiges verbundenen Steuereinheit der Differenzdruck zumindest über dem vierten Ventilorgan berechnet wird, und
• - der Differenzdruck auf der Basis eines von der Steuereinheit erzeugten Steuersignals ausgewertet wird, indem
• - bei einem Steuersignal der Steuereinheit, mit welchem das Öffnen des vierten Ventilorgans bewirkt werden soll, und bei einem Differenzdruck, welcher einen ein blockierendes viertes Ventilorgan anzeigenden Schwellwert erreicht, ein blockiertes viertes Ventilorgan detektiert wird, oder
• - bei einem Steuersignal der Steuereinheit, mit welchem das Schließen des vierten Ventilorgans bewirkt werden soll, und bei einem von einem Nulldruck abweichenden Differenzdruck ein blockiertes viertes Ventilorgan detektiert wird.
• Auch bei dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Druckaufbau bei einer Umschaltung auf einen Reheat-Betrieb stromabwärts des im Heizzweig angeordneten zweiten Ventilorgans überwacht. Hier erfolgt der Druckaufbau tendenziell langsamer als direkt am Hochdruckauslass des Kältemittelverdichters, so dass die Steuereinheit als Regler rechtzeitig auf Unregelmäßigkeiten reagieren kann.
• Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die Ventilorgane (V1, V2, V3, V4) zur Überwachung von deren Verfahrwege mit einer Positionserkennungs-Hardware ausgebildet, mit welcher eine Verfahrwegrückmeldung an die Steuereinheit erzeugt wird. Auf diese Weise kann unverzüglich eine Blockade innerhalb der Antriebseinheit an das Steuergerät signalisiert und der laufende Prozess beendet werden.
• Damit lässt sich der Schaltvorgang eines Ventilorgans einerseits durch eine Auswertung der Druckdifferenz über diesem Ventilorgan und andererseits durch eine Bestimmung des Verfahrwegs des Ventilorgans anhand der Verfahrwegrückmeldung auswerten.
• Vorzugsweise wird hierbei die Auswertung des Differenzdruckwertes und die Auswertung der Verfahrwegrückmeldung durch die Steuereinheit gleichzeitig oder aufeinanderfolgend durchgeführt.
• Bei einer Detektion eines fehlerhaften Systemverhaltens aufgrund Auswertung des Differenzdruckwertes oder aufgrund der Auswertung des Differenzdruckwertes und der Verfahrwegrückmeldung wird der Kältemittelkreislauf unverzüglich oder nach mehreren Versuchen einer wiederholten Neuumsetzung der Schaltkonfiguration und Systemwiederanläufen außer Betrieb genommen.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand einer einzigen 1. Diese 1 zeigt eine Kälteanlage 10 mit einem Kältemittelkreislauf 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Die in 1 dargestellte Kälteanlage 10 ist sowohl in einem Kälteanlagenbetrieb (kurz AC-Betrieb genannt) als auch in einem Wärmepumpenbetrieb als Heizbetrieb und in einem Reheat-Betrieb betreibbar. Die Kälteanlage 10 besteht aus einem Kältemittelkreislauf 1 mit einem ersten Leitungsnetzwerk 1.1 und einem zweiten Leitungsnetzwerk 1.2.
• Das erste Leitungsnetzwerk 1.1 ist über einen Verzweigungsknoten K1 an einen Hochdruckauslass 5.1 eines als mechanisch oder elektrisch angetriebenen Kältemittelverdichters 5 angeschlossen, wobei zwischen dem Hochdruckauslass 5.1 und dem Verzweigungsknoten K1 ein Hochdrucksensor p_HD in dem ersten Leitungsnetzwerk 1.1 angeordnet ist.
• Vom Verzweigungsknoten K1 zweigt ein Leitungszweig 1.11 als AC-Zweig 1.110 über ein als Absperrorgan ausgeführtes Ventilorgan V1 als erstes Ventilorgan V11 ab, dem ausgehend von dem Kältemittelverdichter 5 in Strömungsrichtung des Kältemittels ein als Kondensator oder Gaskühler betreibbarer Wärmeübertrager 6, ein weiterer Drucksensor p₁ , ein Hochdruckabschnitt eines inneren Wärmeübertragers 8 und ein Wärmepumpen-Expansionsorgan AE3 nachgeordnet ist. Der Wärmeübertrager 6 ist als Luft-Kältemittel-Wärmeübertrager ausgeführt.
• Für den weiteren Drucksensor p1, der seinerseits auch als Kombinationssensor (Druck-Temperatursensor pT3) zur Druck- und Temperaturmessung ausgeführt sein kann, wurde aufgrund seiner Aufgabe zur Überwachung des optimalen Hochdruckes bzw. alternativ zur Einstellung einer geforderten Unterkühlung bevorzugt die Position stromabwärts des als Kondensator oder Gaskühler betreibbaren Wärmeübertragers 6 vorgesehen.
• Der AC-Zweig 1.110 endet ausgehend von dem Verzweigungsknoten K1 mit einem Expansionsorgan AE1 für einen Verdampfer 2 und in einem Expansionsorgan AE2 für einen Chiller 3.
• Von dem Verzweigungsknoten K1 des ersten Leitungsnetzwerkes 1.1 zweigt ein weiterer Leitungszweig 1.12 als Heizzweig 1.120 über ein als Absperrorgan ausgeführtes Ventilorgan V2 als zweites Ventilorgan V22 ab. Ausgehend von dem Verzweigungsknoten K1 ist nach dem zweiten Ventilorgan V22 ein bspw. als Heizregister ausgebildeter Wärmepumpen-Wärmeübertrager 4 und ein weiterer Drucksensor p₂ nachgeordnet.
• Dieser Heizzweig 1.120 ist einerseits mit einem Expansionsorgan AE4 als Reheat-Expansionsorgan eines Reheat-Zweiges 1.3 verbunden und andererseits über ein Ventilorgan A1 mit dem Expansionsorgan AE3 des AC-Zweiges 1.110 und den beiden Expansionsorganen AE1 und AE2 verbunden.
• Die Drucksensoren p_HD , p₁ und p₂ können auch durch Druck-Temperatursensoren pT1, pT3 und pT4 ersetzt werden.
• Das zweite Leitungsnetzwerk 1.2 ist mit einem Niederdruckeinlass 5.2 des Kältemittelverdichters 5 verbunden und weist neben einem Niederdrucksensor p_ND den Verdampfer 2 und den Chiller 3 als weiteren Verdampfer mit dem jeweils zugehörigen Expansionsorgan AE1 und AE2 auf. Der Chiller 3 dient zur Kühlung einer in einem Kühlmittelkreislauf 3.1 des Chillers 3 angeordneten elektrischen Komponente des Fahrzeugs.
• Der Chiller 3 ist zusammen mit dem Expansionsorgan AE2 der Reihenschaltung aus dem Verdampfer 2 und dessen Expansionsorgan AE1 parallel geschaltet. Das Kältemittel aus dem Verdampfer 2 und dem Chiller 3 ist stromabwärtsseitig in einem Verbindungspunkt K3 zusammengeführt und strömt anschließend zunächst über einen in dem zweiten Leitungsnetzwerk 1.2 angeordneten Niederdruck-Akkumulator 7 und anschließend über einen Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 8 zurück zum Niederdruckeinlass 5.2 des Kältemittelverdichters 5. Zwischen dem Verdampfer 2 und dem Verbindungspunkt K3 ist ein Rückschlagventil R1 angeordnet, welches bei inaktivem Verdampfer 2 eine Rückströmung von Kältemittel über den Verbindungspunkt K3 in den Verdampfer 2 verhindert.
• Der Niederdrucksensor p_ND ist funktionsbedingt bevorzugt zwischen dem Niederdruck-Akkumulator 7 und dem Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 8 angeordnet. Anstelle des Niederdrucksensors p_ND kann auch ein Druck-Temperatursensor pT2 eingesetzt werden.
• Das zweite Leitungsnetzwerk 1.2 des Kältemittelkreislaufes 1 erstreckt sich damit von den beiden Expansionsorganen AE1 und AE2 bis zum Niederdruckeinlass 5.2 des Kältemittelverdichters 5.
• Wie oben bereits ausgeführt, ist die Kälteanlage 10 mit einer Wärmepumpen- und Reheatfunktion ausgebildet.
• Zur Realisierung einer Luft-Wärmepumpe dient der Leitungszweig 1.11 als Wärmepumpen-Zweig 1.111 und wird entgegen der Strömungsrichtung bei Benutzung als AC-Zweig mit Kältemittel durchströmt. Neben dem ersten und zweiten Leitungsnetzwerk 1.1 und 1.2 ist der Reheat-Zweig 1.3 zur Durchführung eines Reheat-Betriebs, ein Wärmepumpenrückführzweig 1.4 und ein Absaugzweig 1.5 vorgesehen.
• Der Reheat-Zweig 1.3 weist das Expansionsorgan AE4 auf und ist stromaufwärts mit dem Heizzweig 1.120 und stromabwärts mit einem Verzweigungsknoten K2 des das erste Ventilorgan V11 mit dem Wärmeübertrager 6 verbindenden Leitungsabschnittes des Leitungszweiges 1.11 und damit mit dem Wärmeübertrager 6 verbunden.
• Der Wärmepumpenrückführzweig 1.4 mit einem als Absperrorgan ausgeführten Ventilorgan V3 und einem demselben nachgeschalteten Rückschlagventil R2 ist stromaufwärts über den Verzweigungsknoten K2 sowohl mit dem Reheat-Zweig 1.3 als auch mit dem Leitungszweig 1.11 und stromabwärts mit dem Verzweigungsknoten K3 verbunden.
• Der Absaugzweig 1.5 mit einem als Absperrorgan ausgeführten Ventilorgan A2 verbindet den das Ventilorgan V3 mit dem Rückschlagventil R2 verbindenden Leitungsabschnitt mit dem Heizzweig 1.120.
• Im AC-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1 strömt das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel ausgehend von dem Kältemittelverdichter 5 bei offenem ersten Absperrorgan V11 in den AC-Zweig 1.110 und somit in den Wärmeübertrager 6, den Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 8, über das vollständig geöffnete Expansionsorgan AE3 und wird mittels des Expansionsorgans AE1 in den Verdampfer 2 und/oder mittels des Expansionsorgans AE2 in den Chiller 3 entspannt. Aus dem Chiller 3 strömt das Kältemittel über den Niederdruck-Akkumulator 7 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 8 zurück zum Kältemittelverdichter 5, während das Kältemittel aus dem Verdampfer 2 über das Rückschlagventil R1 strömt und anschließend über den Niederdruck-Akkumulator 7 und den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 8 zurück zum Kältemittelverdichter 5 fließen kann.
• In diesem AC-Betrieb ist der Heizzweig 1.120 mittels des zweiten Ventilorgans V22 abgesperrt. Zur Rückholung von Kältemittel aus dem inaktiven Heizzweig 1.120 wird jedoch das Ventilorgan A2 geöffnet und das Kältemittel über das Ventilorgan A2 und das Rückschlagventil R2 bei gleichzeitig geschlossenem Ventilorgan V3 in Richtung des Verzweigungsknoten K3 abgesaugt.
• Im Folgenden soll der Heizbetrieb des Kältemittelkreislaufs 1 beschrieben werden.
• Im Heizbetrieb des Kältemittelkreislaufs 1 wird unter Einsatz des Chillers 3 zur Realisierung einer Wasser-Wärmepumpe und/oder unter Einsatz des Wärmeübertragers 6 als Wärmepumpenverdampfer zur Realisierung einer Luft-Wärmepumpe das erste Ventilorgan V11 geschlossen und das zweite Ventilorgan V22 geöffnet, so dass heißes Kältemittel, wie bspw. R744 in den Heizzweig 1.120 strömen kann.
• Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des Chillers 3 strömt das mittels des Kältemittelverdichters 5 verdichtete Kältemittel über das geöffnete zweite Ventilorgan V22 zur Abgabe von Wärme an den in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom L in den Wärmepumpen-Wärmeübertrager 4 und wird anschließend über das geöffnete Ventilorgan A1 mittels des Expansionsorgans AE2 in den Chiller 3 zur Aufnahme von Abwärme der in dem Kühlmittelkreislauf 3.1 angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten entspannt. Bei dieser Heizfunktion sind die Expansionsorgane AE3 und AE4 und das Ventilorgan A2 geschlossen, während das Ventilorgan V3 geöffnet ist. Über dieses Ventilorgan V3 wird im Wasser-Wärmepumpenbetrieb ausgelagertes Kältemittel aus dem Wärmepumpenzweig 1.111 absaugt und über das Rückschlagventil R2 dem Niederdruck-Akkumulator 7 über den Verzweigungsknoten K3 zugeführt.
• Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des Wärmeübertragers 6 als Wärmepumpenverdampfer strömt das mittels des Kältemittelverdichters 5 verdichtete Kältemittel über das geöffnete zweite Ventilorgan V22 zur Abgabe von Wärme an den in den Fahrgastinnenraum geführten Zuluftstrom L in den Wärmepumpen-Wärmeübertrager 4 und wird anschließend über das geöffnete Ventilorgan A1 mittels des Expansionsorgans AE3 in den Wärmeübertrager 6 zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft entspannt und strömt anschließend über das geöffnete Ventilorgan V3 des Wärmepumpenrückführzweigs 1.4 zurück zum Kältemittelverdichter 5. Die Expansionsorgane AE1, AE2 und AE4 bleiben dabei geschlossen, ebenso wie das Ventilorgan A2.
• Eine indirekte Dreiecksschaltung wird dadurch realisiert, dass bei geöffnetem Ventilorgan A1 das von dem Kältemittelverdichter 5 verdichtete Kältemittel mittels des Expansionsorgan AE2 in den Chiller 3.1 entspannt wird, wobei gleichzeitig kühlmittelseitig, also in dem Kühlmittelkreislauf 3.1 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 AE1, AE3 und AE4 bleiben bei dieser Schaltvariante geschlossen.
• Bei einem Reheat-Betrieb wird der in den Fahrzeuginnenraum zugeführte Zuluftstrom 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 5 zugeführten Wärme mittels des Wärmepumpen-Wärmeübertragers 9 diesen Zuluftstrom L zumindest teilweise wieder zu erwärmen.
• Ein Reheat-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 1 wird in Abhängigkeit der Wärmebilanz auf unterschiedliche Weise durchgeführt.
• So werden bei ausreichender Heizleistung im Kältemittelkreislauf 1 der Wärmepumpen-Wärmeübertrager 4 und der Verdampfer 2 mit Kältemittel durchströmt, indem der Wärmepumpen-Wärmeübertrager 4 stromabwärtsseitig mittels des geöffneten Ventilorgans A1 über das Expansionsorgan AE1 mit dem Verdampfer 2 fluidverbunden wird, wobei das dem Chiller 3 zugeordnete Expansionsorgan AE2 und ebenso wie die zum Wärmeübertrager 6 führenden Expansionsorgane AE3 und AE4 gesperrt sind. Aus dem Verdampfer 2 strömt das Kältemittel über das Rückschlagventil R1, den Niederdruck-Akkumulator 7 und den inneren Wärmeübertrager 8 wieder zurück zum Kältemittelverdichter 5.
• Bei einem Wärmemangel im Kältemittelkreislauf 1, d.h. bei Heizleistungsdefizit am Wärmepumpen-Wärmeübertrager 4, wird zur Wärmeaufnahme zusätzlich zum Verdampfer 2 auch der Chiller 3 durch Öffnen des Expansionsorgans AE2 und/oder der Wärmeübertrager 6 als Wärmepumpenverdampfer mittels des Expansionsorgans AE3 parallel geschaltet.
• Bei einem Wärmeüberschuss im Reheat-Betrieb wird neben der Wärmeabgabe an den Zuluftstrom L über den Wärmepumpen-Wärmeübertrager 4 zusätzlich über den Wärmeübertrager 6 Wärme an die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben, bevor das Kältemittel über den Verdampfer 2 wieder zurück zum Kältemittelverdichter 5 strömt. Hierzu kann bei Bedarf mittels des Expansionsorgans AE4 das Kältemittel zur Kondensation auf einen über dem Verdampfungsdruck liegenden Zwischendruck entspannt und anschließend mittels des Expansionsorgans AE1 in den Verdampfer 2 auf Niederdruck expandiert werden.
• Zur Steuerung des Kältemittelkreislaufs 1 weist die Kälteanlage 10 eine Steuereinheit 9, bspw. ein Klimasteuergerät auf, welches die Einstellung der Ventilorgane beim Start der Kälteanlage 10 oder die Umschaltung der Ventilorgane während des Betriebs des Kälteanlage 10 steuert. Die Ventilorgane sind als steuerbare Absperrorgane oder steuerbare Expansionsorgane ausgeführt.
• Um den Kältemittelkreislauf 1 in dieser Art zu betreiben, müssen in allen Betriebspunkten Messwerte von Druck und Temperatur an verschiedenen Positionen im Kältemittelkreislauf 1 vorliegen, die der Steuereinheit 9 zur Auswertung zugeführt werden, um hieraus Steuersignale für die elektrischen Expansionsorgane AE1, AE2, AE3 und AE4 bzw. V4 zu generieren. Mit den Steuersignalen werden die elektrischen Expansionsorgane AE1, AE2, AE3 und AE4 bzw. V4 auf einen bestimmten Öffnungsquerschnitt eingestellt. Ebenso müssen die als Absperrventile ausgeführten Ventilorgane V1, V2 und V3 sowie A1 und A2 mittels der Steuersignale der Steuereinheit 9 entsprechend der Betriebsarten, sowohl beim Systemstart als auch während des Betriebs gesteuert, also geöffnet oder gesperrt werden. Darüber hinaus kommuniziert die Steuereinheit 9 auch mit dem Kältemittelverdichter 5 sowie mit weiteren für einen ordnungsgemäßen Kälteanlagen- und Klimaanlagenbetrieb erforderlichen Aktoren und Sensoren.
• Gemäß 1 werden die Messwerte der Drucksensoren p_HD , p_ND , p₁ und p₂ sowie weitere Messwerte (bspw. Temperatur) und Parameter (bspw. Temperatursollwerte) der Steuereinheit 9 zugeführt und ausgewertet, um in Abhängigkeit der Auswerteergebnisse die Ventilorgane AE1, AE2, AE3 und AE4 bzw. V4 sowie V1, V2 und V3 zu steuern bzw. einzustellen.
• Es erfolgt der Systemstart der Kälteanlage 10 mit einem AC-Betrieb oder es wird während des Betriebs auf einen AC-Betrieb umgeschaltet, indem von der Steuereinheit 9 ein Steuersignal zum Öffnen des ersten Ventilorgans V11 erzeugt wird. Das Schalten des ersten Ventilorgans V11 wird überwacht, indem die Druckwerte des Hochdrucksensors p_HD bzw. des Druck-Temperatursensors pT1 und des Drucksensors p₁ bzw. des Druck-Temperatursensors pT3 von der Steuereinheit 9 erfasst und hieraus ein Differenzdruck Δp ermittelt wird. Dieser Differenzdruck Δp gibt den Druck über der Reihenschaltung aus dem ersten Ventilorgan V11 und dem Wärmeübertrager 6 an und wird von der Steuereinheit 9 ausgewertet, wobei hierfür ein definierter Schwellwert S vorgegeben wird.
• Diese Druckdifferenz Δp wird ausgewertet, indem
• - ein blockierendes erstes Ventilorgan V11 detektiert wird, wenn die Druckdifferenz Δp einen definierten Schwellwert S erreicht, welcher ein blockierendes Ventilorgan anzeigt. Dieser Schwellwert S ist so definiert, dass gilt: $$\Delta \text{p}=\text{S}\gg \mathrm{0,}$$
  
  oder
• - ein offenes erstes Ventilorgan V11 detektiert wird, wenn für die Druckdifferenz Δp gilt: $$\Delta \text{p}=\mathrm{0,}$$
  
d. h., dass die Druckdifferenz Δp einen Nulldruck anzeigt. Aufgrund von Messtoleranzen an den jeweiligen für die Differenzermittlung herangezogenen Drucksensoren kann es bei der ermittelten Differenz zu Werten „nahe Null“ anstelle von „genau Null“ kommen. Abweichungen von 0,5... 1,0 bar können dabei auftreten, d. h. es gilt Δp ~ 0.
• Der Schwellwert S ist so gewählt, dass dieser unter Berücksichtigung der systemseitig auftretenden Druckverluste und Sensormessungenauigkeiten mit einem belastbaren Wert beschrieben wird. Je nach Kältemittel können hier bspw. für R1234yf 5bar oder für R744 10bar angesetzt werden. Je höher der Schwellwert angesetzt wird, desto mehr ist sichergestellt, dass der Fehler „Ventilblockade“ vorliegt. Jedoch ist zu beachten, dass auch fehlerhafte Ventilzwischenstellungen nicht auszuschließen sind und damit auch bereits kleinere Schwellwerte S Vorgaben auf einen potenziellen Fehler hinweisen können.
• Damit kann detektiert werden, ob das erste Ventilorgan V11 aufgrund des Steuersignals geöffnet wurde, oder im geschlossenen Zustand oder ggf. sogar auf einer Zwischenposition blockiert ist.
• Wird von diesem AC-Betrieb in einen anderen Betriebsmodus umgeschaltet, indem von der Steuereinheit 9 ein Steuersignal zum Schließen des ersten Ventilorgans V11 erzeugt wird, wird ebenso der aus den Druckwerten der beiden Drucksensoren p_HD und p₁ ermittelten Differenzdruck Δp von der Steuereinheit 9 erfasst und ausgewertet.
• Diese Druckdifferenz Δp wird ausgewertet, indem
• - ein blockierendes erstes Ventilorgan V11 detektiert wird, wenn die Druckdifferenz Δp einen Nulldruck anzeigt, d. h. es gilt: $$\Delta \text{p}\sim \mathrm{0,}$$
  
  oder
• - ein geschlossenes erstes Ventilorgan V11 detektiert wird, wenn für die Druckdifferenz Δp gilt: $$\Delta \text{p}=\text{S}\gg 0.$$
  
• Damit kann detektiert werden, ob das erste Ventilorgan V11 aufgrund des Steuersignals geschlossen wurde, oder im offenen Zustand oder ggf. sogar auf einer Zwischenposition blockiert ist.
• Es erfolgt der Systemstart der Kälteanlage 10 mit einem Wärmepumpen-Betrieb oder es wird während des Betriebs auf einen Wärmepumpen-Betrieb umgeschaltet, indem von der Steuereinheit 9 ein Steuersignal zum Öffnen des zweiten Ventilorgans V22 erzeugt wird. Das Schalten des zweiten Ventilorgans V22 wird überwacht, indem die Druckwerte des Hochdrucksensors p_HD bzw. des Druck-Temperatursensors pT1 und des Drucksensors p₂ bzw. des Druck-Temperatursensors pT4 von der Steuereinheit 9 erfasst und hieraus ein Differenzdruck Δp ermittelt wird. Dieser Differenzdruck Δp gibt den Druck über der Reihenschaltung aus dem zweiten Ventilorgan V22 und dem Wärmepumpen-Wärmeübertrager 4 an und wird von der Steuereinheit 9 ausgewertet, wobei hierfür ein definierter Schwellwert S vorgegeben wird.
• Diese Druckdifferenz Δp wird ausgewertet, indem
• - ein blockierendes zweites Ventilorgan V22 detektiert wird, wenn die Druckdifferenz Δp einen definierten Schwellwert S erreicht, welcher ein blockierendes Ventilorgan anzeigt. Dieser Schwellwert S ist so definiert, dass gilt: $$\Delta \text{p}=\text{S}\gg \mathrm{0,}$$
  
  oder
• - ein offenes zweites Ventilorgan V22 detektiert wird, wenn für die Druckdifferenz Δp gilt: $$\Delta \text{p}=\mathrm{0,}$$
  
  d. h., dass die Druckdifferenz Δp einen Nulldruck anzeigt.
• Der Schwellwert S ist so gewählt, dass dieser unter Berücksichtigung der systemseitig auftretenden Druckverluste und Sensormessungenauigkeiten mit einem belastbaren Wert beschrieben wird. Je nach Kältemittel können hier bspw. für R1234yf 5bar oder für R744 10bar angesetzt werden. Je höher der Schwellwert angesetzt wird, desto mehr ist sichergestellt, dass der Fehler „Ventilblockade“ vorliegt. Jedoch ist zu beachten, dass auch fehlerhafte Ventilzwischenstellungen nicht auszuschließen sind und damit auch bereits kleinere Schwellwerte S Vorgaben auf einen potenziellen Fehler hinweisen können.
• Damit kann detektiert werden, ob das zweite Ventilorgan V22 aufgrund des Steuersignals geöffnet wurde, oder im geschlossenen Zustand oder ggf. sogar auf einer Zwischenposition blockiert ist.
• Wird von diesem Wärmepumpen-Betrieb in einen anderen Betriebsmodus umgeschaltet, indem von der Steuereinheit 9 ein Steuersignal zum Schließen des zweiten Ventilorgans V22 erzeugt wird, wird ebenso der aus den Druckwerten der beiden Drucksensoren p_HD und p₂ ermittelten Differenzdruck Δp von der Steuereinheit 9 erfasst und ausgewertet.
• Diese Druckdifferenz Δp wird ausgewertet, indem
• - ein blockierendes zweites Ventilorgan V22 detektiert wird, wenn die Druckdifferenz Δp einen Nulldruck anzeigt, d. h. es gilt: $$\Delta \text{p}\sim \mathrm{0,}$$
  
  oder
• - ein geschlossenes zweites Ventilorgan V22 detektiert wird, wenn für die Druckdifferenz Δp gilt: $$\Delta \text{p}=\text{S}\gg 0.$$
  
• Damit kann detektiert werden, ob das zweite Ventilorgan V22 aufgrund des Steuersignals geschlossen wurde, oder im offenen Zustand oder ggf. sogar auf einer Zwischenposition blockiert ist.
• Erfolgt der Systemstart der Kälteanlage 10 mit einem Wärmepumpen-Betrieb unter Nutzung des Wärmeübertragers 6 als Wärmepumpenverdampfer oder wird während des Betriebs auf einen Wärmepumpen-Betrieb unter Nutzung des Wärmeübertragers 6 als Wärmepumpenverdampfer umgeschaltet, indem von der Steuereinheit 9 ein Steuersignal zum Öffnen des dritten Ventilorgans V3 erzeugt wird. Das Schalten des dritten Ventilorgans V3 wird überwacht, indem die Druckwerte des Drucksensors p₁ bzw. des Druck-Temperatursensors pT3 und des Niederdrucksensors p_ND bzw. des Druck-Temperatursensors pT2 von der Steuereinheit 9 erfasst und hieraus ein Differenzdruck Δp ermittelt. Dieser Differenzdruck Δp gibt den Druck über der Reihenschaltung aus dem Wärmeübertrager 6, dem dritten Ventilorgan V3 und dem Niederdruck-Akkumulator 7 an und wird von der Steuereinheit 9 ausgewertet, wobei hierfür ein definierter Schwellwert S vorgegeben wird.
• Diese Druckdifferenz Δp wird ausgewertet, indem
• - ein blockierendes drittes Ventilorgan V3 detektiert wird, wenn die Druckdifferenz Δp einen definierten Schwellwert S erreicht, welcher ein blockierendes Ventilorgan anzeigt. Dieser Schwellwert S ist so definiert, dass gilt: $$\Delta \text{p}=\text{S}\gg \mathrm{0,}$$
  
  oder
• - ein offenes drittes Ventilorgan V3 detektiert wird, wenn für die Druckdifferenz Δp gilt: $$\Delta \text{p}\sim \mathrm{0,}$$
  
  d. h., dass die Druckdifferenz Δp einen Nulldruck anzeigt.
• Aufgrund der Beaufschlagung des Wärmeübertragers 6 mit Medium auf Umgebungstemperaturniveau stellt sich bei einem blockierenden dritten Ventilorgan V3 ein Druck im Wärmepumpenzweig 1.111 ein, der, über den weiteren Drucksensor p1 gemessen, sich über die Stoffdatenzusammenhänge des Kältemittels in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur einstellt.
• Der Schwellwert S ist so gewählt, dass unter Einbeziehen der Messtoleranzen und des anliegenden zu erwartenden Druckniveaus im Wärmeübertrager 6 eine sichere Aussage über einen potenziellen Fehlerfall getroffen werden kann.
• Damit kann detektiert werden, ob das dritte Ventilorgan V3 aufgrund des Steuersignals geöffnet wurde, oder im geschlossenen Zustand blockiert ist.
• Wird von diesem Wärmepumpen-Betrieb in einen anderen Betriebsmodus umgeschaltet, indem von der Steuereinheit 9 ein Steuersignal zum Schließen des dritten Ventilorgans V3 erzeugt wird, wird ebenso der aus den Druckwerten der beiden Drucksensoren p₁ und p_ND ermittelten Differenzdruck Δp von der Steuereinheit 9 erfasst und ausgewertet.
• Diese Druckdifferenz Δp wird ausgewertet, indem
• - ein blockierendes drittes Ventilorgan V3 detektiert wird, wenn die Druckdifferenz Δp einen Nulldruck bzw. einen Wert nahe des Nulldrucks anzeigt, d. h. es gilt: $$\Delta \text{p}\sim \mathrm{0,}$$
  
  oder
• - ein geschlossenes drittes Ventilorgan V3 detektiert wird, wenn für die Druckdifferenz Δp gilt: $$\Delta \text{p}=\text{S}\gg 0.$$
  
• Zu beachten ist auch in diesem Fall der sich im Wärmepumpenzweig 1.111 aufgrund der Beaufschlagung des Wärmeübertragers 6 mit Medium auf Umgebungstemperaturniveau einstellende Druck bei geschlossenen dritten Ventil V3.
• Damit kann detektiert werden, ob das dritte Ventilorgan V3 aufgrund des Steuersignals geschlossen wurde, oder im offenen Zustand oder ggf. sogar auf einer Zwischenposition blockiert ist.
• Es erfolgt der Systemstart der Kälteanlage 10 mit einem Reheat-Betrieb oder es wird während des Betriebs auf einen Reheat-Betrieb umgeschaltet, indem von der Steuereinheit 9 ein Steuersignal zum Öffnen des als Expansionsorgan AE4 ausgebildete vierten Ventilorgans V4 erzeugt wird. Das Schalten des vierten Ventilorgans V4 wird überwacht, indem die Druckwerte des Hochdrucksensors p₂ bzw. des Druck-Temperatursensors pT4 und des Drucksensors p₁ bzw. des Druck-Temperatursensors pT3 von der Steuereinheit 9 erfasst und hieraus ein Differenzdruck Δp ermittelt wird. Dieser Differenzdruck Δp gibt den Druck über der Reihenschaltung aus dem vierten Ventilorgan V4 und dem Wärmeübertrager 6 an und wird von der Steuereinheit 9 ausgewertet, wobei hierfür ein definierter Schwellwert S vorgegeben wird.
• Diese Druckdifferenz Δp wird ausgewertet, indem
• - ein blockierendes viertes Ventilorgan V4 detektiert wird, wenn die Druckdifferenz Δp einen definierten Schwellwert S erreicht, welcher ein blockierendes Ventilorgan anzeigt. Dieser Schwellwert S ist so definiert, dass gilt: $$\Delta \text{p}=\text{S}\gg \mathrm{0,}$$
  
  oder
• - ein offenes viertes Ventilorgan V4 detektiert wird, wenn für die Druckdifferenz Δp gilt: $$\Delta \text{p}=\mathrm{0,}$$
  
  d. h., dass die Druckdifferenz Δp einen Nulldruck anzeigt.
• Der Schwellwert S ist so gewählt, dass dieser unter Berücksichtigung der systemseitig auftretenden Druckverluste und Sensormessungenauigkeiten mit einem belastbaren Wert beschrieben wird. Je nach Kältemittel können hier bspw. für R1234yf 5bar oder für R744 10bar angesetzt werden. Je höher der Schwellwert angesetzt wird, desto mehr ist sichergestellt, dass der Fehler „Ventilblockade“ vorliegt. Jedoch ist zu beachten, dass auch fehlerhafte Ventilzwischenstellungen nicht auszuschließen sind und damit auch bereits kleinere Schwellwert S Vorgaben auf einen potenziellen Fehler hinweisen können.
• Damit kann detektiert werden, ob das vierte Ventilorgan V4 aufgrund des Steuersignals geöffnet wurde, oder im geschlossenen Zustand oder ggf. sogar auf einer Zwischenposition blockiert ist.
• Wird von diesem Reheat-Betrieb in einen anderen Betriebsmodus umgeschaltet, indem von der Steuereinheit 9 ein Steuersignal zum Schließen des vierten Ventilorgans V4 erzeugt wird, wird ebenso der aus den Druckwerten der beiden Drucksensoren p₂ und p₁ ermittelten Differenzdruck Δp von der Steuereinheit 9 erfasst und ausgewertet.
• Diese Druckdifferenz Δp wird ausgewertet, indem
• - ein blockierendes viertes Ventilorgan V4 detektiert wird, wenn die Druckdifferenz Δp einen Nulldruck anzeigt, d. h. es gilt: $$\Delta \text{p}\sim \mathrm{0,}$$
  
  oder
• - ein geschlossenes vierte Ventilorgan V4 detektiert wird, wenn für die Druckdifferenz Δp gilt: $$\Delta \text{p}=\text{S}\gg 0.$$
  
• Damit kann detektiert werden, ob das vierte Ventilorgan V4 aufgrund des Steuersignals geschlossen wurde, oder im offenen Zustand blockiert ist.
• Bei einer Detektion eines fehlerhaften Systemverhaltens aufgrund der Auswertung des Differenzdruckwertes Δp wird der Kältemittelkreislauf unverzüglich oder nach mehreren Versuchen einer wiederholten Neuumsetzung der Schaltkonfiguration außer Betrieb genommen.
• Die Ventilorgane V1, V2, V3 und V4 können auch mit einer Positionserkennungs-Hardware ausgebildet werden, mit welcher eine Verfahrwegrückmeldung an die Steuereinheit 9 erzeugt wird. Dies wird bei der Steuereinheit 9 in 1 mit einer gestrichelten Pfeil dargestellt.
• Damit wird der Schaltvorgang der Ventilorgane V1, V2, V3 und V4 einerseits durch eine Auswertung der Druckdifferenz Δp über jeweils diese Ventilorgane und andererseits durch eine Bestimmung des Verfahrwegs des jeweiligen Ventilorgans anhand der Verfahrwegrückmeldung ausgewertet.
• Hierbei kann die Auswertung des Differenzdruckwertes und die Auswertung der Verfahrwegrückmeldung durch die Steuereinheit 9 gleichzeitig oder aufeinanderfolgend durchgeführt werden.
• Das Einbringen von weiteren Druck- bzw. Druck-Temperatursensoren im System bietet die Möglichkeit der Überwachung zusätzlicher Systemabschnitte, wie bspw. desjenigen, der durch die Ventilorgane A1, AE3, AE1 und AE2 eingeschlossen wird und gemäß 1 nicht vollständig über Druckmesswerte auswertbar ist. Die Analysemöglichkeit von Verschaltungszuständen kann sowohl für Absperr- als auch für Expansionsorgane angewendet werden. Stromaufwärts und stromabwärts des betroffenen und zu bewertenden Ventilorgans sollte sich ein Drucksensor befinden, der für einen Schaltzustandsbewertung herangezogen werden kann.
• Bezugszeichenliste

1

Kältemittelkreislauf

1.1

erstes Leitungsnetzwerk

1.11

Leitungszweig

1.110

AC-Zweig

1.111

Wärmepumpen-Zweig

1.12

Leitungszweig

1.120

Heizzweig

1.2

zweites Leitungsnetzwerk

1.3

Reheat-Zweig

1.4

Wärmepumpenrückführzweig

1.5

Absaugzweig

2

Verdampfer

3

Chiller

3.1

Kühlmittelkreislauf des Chillers 3

4

Wärmepumpen-Wärmeübertrager

5

Kältemittelverdichter

5.1

Hochdruckauslass des Kältemittelverdichters 5

5.2

Niederdruckeinlass des Kältemittelverdichters 5

6

Wärmeübertrager

7

Niederdruck-Akkumulator

8

innerer Wärmeübertrager

9

Steuereinheit

10

Kälteanlage

A1

Ventilorgan

A2

Ventilorgan

AE1

Expansionsorgan

AE2

Expansionsorgan

AE3

Expansionsorgan

AE4

Expansionsorgan

K1

Verzweigungsknoten

K2

Verzweigungsknoten

K3

Verzweigungsknoten

L

Zuluftstrom

p1

Drucksensor

p2

Drucksensor

pHD

Hochdrucksensor

pND

Niederdrucksensor

Δp

Druckdifferenz

pT1

Druck-Temperatursensor

pT2

Druck-Temperatursensor

pT3

Druck-Temperatursensor

pT4

Druck-Temperatursensor

V1

Ventilorgan

V11

erstes Ventilorgan

V2

Ventilorgan

V22

zweites Ventilorgan

V3

Ventilorgan

V4

Ventilorgan

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (10) für ein Fahrzeug mit einem Kältemittelkreislauf (1), umfassend - einen Kältemittelverdichter (5) mit einem Hochdruckauslass (5.1) und einem Niederdruckeinlass (5.2), -ein erstes Leitungsnetzwerk (1.1) mit einem mit dem Hochdruckauslass (5.1) des Kältemittelverdichters (5) verbundenen Verzweigungsknoten (K1) mit einem abgehenden Leitungszweig (1.11) und einem abgehenden weiteren Leitungszweig (1.12), - ein in dem Leitungszweig (1.11) angeordnetes Ventilorgan (V1), dessen Öffnungsquerschnitt steuerbar ist und welches von Kältemittel aus dem Verzweigungsknoten (K1) durchströmbar ist, - ein stromaufwärts des Verzweigungsknotens (K1) angeordneter Hochdrucksensor (p_HD), und - ein in dem einen Leitungszweig (1.11) des ersten Leitungsnetzwerkes (1.1) angeordneter weiterer Drucksensor (p₁), wobei - mittels einer mit dem Hochdrucksensor (p_HD) und mit dem weiteren Drucksensor (p₁) verbundenen Steuereinheit (9) der Differenzdruck (Δp) zumindest über dem Ventilorgan (V1) berechnet wird, und - der Differenzdruck (Δp) auf der Basis eines von der Steuereinheit (9) erzeugten Steuersignals ausgewertet wird, indem - bei einem Steuersignal der Steuereinheit (9), mit welchem das Öffnen des Ventilorgans (V1) bewirkt werden soll, und bei einem Differenzdruck (Δp), welcher einen ein blockierendes Ventilorgan (V1) anzeigenden Schwellwert erreicht, ein blockiertes Ventilorgan (V1) detektiert wird, oder - bei einem Steuersignal der Steuereinheit (9), mit welchem das Schließen des Ventilorgans (V1) bewirkt werden soll, und bei einem einen Nulldruck aufweisenden Differenzdruck (Δp) ein blockiertes Ventilorgan (V1) detektiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem - zur Durchführung eines Kälteanlagenbetriebs in dem Leitungszweig (1.11) als AC-Zweig (1.110) ein Wärmeübertrager (6) stromabwärts des Ventilorgans (V1) als erstes Ventilorgan (V11) angeordnet wird, wobei der weitere Drucksensor (p₁) als Hochdrucksensor dem ersten Ventilorgan (V11) stromabwärts nachgeordnet wird, und - zur Durchführung eines Heizbetriebs in dem von dem Verzweigungsknoten (K1) abgehenden weiteren Leitungszweig (1.12) als Heizzweig (1.120) ein als Wärmequelle arbeitendes Wärmepumpen-Wärmeübertrager (4) stromabwärts eines weiteren Ventilorgans (V2) als zweites Ventilorgan (V22) angeordnet ist, wobei ein weiterer Drucksensor (p₂) als Hochdrucksensor stromabwärts des zweiten Ventilorgans (V22) angeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem - zur Durchführung des Kälteanlagenbetriebs der weitere Drucksensor (p₁) dem Wärmeübertrager (6) stromabwärts nachgeordnet wird, und - zur Durchführung des Heizbetriebs der weitere Drucksensor (p₂) stromabwärts des Wärmepumpen-Wärmeübertragers (4) angeordnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem - zur Durchführung eines AC-Betriebs das erste Ventilorgan (V11) geöffnet und das zweite Ventilorgan (V22) geschlossen wird, und - zur Durchführung des Heizbetriebs das erste Ventilorgan (V11) geschlossen und das zweite Ventilorgan (V22) geöffnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei welchem - ein zweites Leitungsnetzwerk (1.2) mit dem Niederdruckeinlass (5.2) des Kältemittelverdichters (5) verbunden wird, - ein Niederdrucksensor (p_ND) in dem zweiten Leitungsnetzwerk (1.2) angeordnet wird, und -zur Durchführung eines Heizbetriebs mittels des Wärmeübertragers (6) als Wärmepumpenverdampfer der Heizzweig (1.120) über ein Wärmepumpen-Expansionsorgan (AE3) mit dem Leitungszweig (1.11) des ersten Leitungsnetzwerkes (1.1) als Wärmepumpen-Zweig (1.111) verbunden wird und das aus dem Wärmeübertrager (6) austretende Kältemittel mittels eines dritten Ventilorgans (V3) in das zweite Leitungsnetzwerk (1.2) abgeführt wird, wobei - mittels der mit dem Niederdrucksensor (p_ND) des zweiten Leitungsnetzwerkes (1.2) und mit dem weiteren Drucksensor (p₁) des Leitungszweiges (1.11) des ersten Leitungsnetzwerkes (1.1) verbundenen Steuereinheit (9) der Differenzdruck (Δp) zumindest über dem dritten Ventilorgan (V3) berechnet wird, und - der Differenzdruck (Δp) auf der Basis eines von der Steuereinheit (9) erzeugten Steuersignals ausgewertet wird, indem - bei einem Steuersignal der Steuereinheit (9), mit welchem das Öffnen des dritten Ventilorgans (V3) bewirkt werden soll, und bei einem Differenzdruck (Δp), welcher einen ein blockierendes drittes Ventilorgan (V3) anzeigenden Schwellwert erreicht, ein blockiertes drittes Ventilorgan (V3) detektiert wird, oder - bei einem Steuersignal der Steuereinheit (9), mit welchem das Schließen des dritten Ventilorgans (V3) bewirkt werden soll, und bei einem von einem Nulldruck abweichenden Differenzdruck (Δp) ein blockiertes drittes Ventilorgan (V3) detektiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem - zur Durchführung eines Reheat-Betriebs mittels des Wärmeübertragers (6) der Heizzweig (1.120) über eine Reheat-Leitung (1.3) mittels eines vierten Ventilorgans (V4) als Reheat-Expansionsorgan (AE4) mit dem Leitungszweig (1.11) des ersten Leitungsnetzwerks (1.1) verbunden wird, wobei - mittels der mit dem weiteren Drucksensor (p₂) des weiteren Leitungszweiges (1.12) und mit dem weiteren Drucksensor (p₁) des ersten Leitungszweiges (1.11) verbundenen Steuereinheit (9) der Differenzdruck (Δp) zumindest über dem vierten Ventilorgan (V4) berechnet wird, und - der Differenzdruck (Δp) auf der Basis eines von der Steuereinheit (9) erzeugten Steuersignals ausgewertet wird, indem - bei einem Steuersignal der Steuereinheit (9), mit welchem das Öffnen des vierten Ventilorgans (V4) bewirkt werden soll, und bei einem Differenzdruck (Δp), welcher einen ein blockierendes viertes Ventilorgan (V4) anzeigenden Schwellwert erreicht, ein blockiertes viertes Ventilorgan (V4) detektiert wird, oder - bei einem Steuersignal der Steuereinheit (9), mit welchem das Schließen des vierten Ventilorgans (V4) bewirkt werden soll, und bei einem von einem Nulldruck abweichenden Differenzdruck (Δp) ein blockiertes viertes Ventilorgan (V4) detektiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Ventilorgane (V1, V2, V3, V4) zur Überwachung von deren Verfahrwegen mit einer Positionserkennungs-Hardware ausgebildet werden, mit welcher eine Verfahrwegrückmeldung an die Steuereinheit (9) erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem die Auswertung des Differenzdruckwertes (Δp) und die Auswertung der Verfahrwegrückmeldung durch die Steuereinheit (9) gleichzeitig oder aufeinanderfolgend durchgeführt wird.

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