DE102020104742A1 - Control of a heat pump in variable operating conditions - Google Patents
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Abstract
Um ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe (10), insbesondere in einem Kraftfahrzeug (100), mit einem Umgebungswärmeübertrager (20) und einem Innenraumwärmeübertrager (40), welche über einen Kältemittelkreis (50) miteinander verbunden sind, zu schaffen, welches einen Vereisungsgrad des Umgebungswärmeübertragers (20) ohne den Einsatz von zusätzlichen Sensoren ermitteln kann, wird vorgeschlagen einen Vereisungsgrad (V) als Betriebsparameter der Wärmepumpe (10) rechnerisch zu ermitteln, wobei bei einem Überschreiten oder Erreichen eines Grenzwerts (G) des ermittelten Vereisungsgrads (V) ein Abtauvorgang (A) des Umgebungswärmeübertragers (20) eingeleitet wird.In order to create a method for operating a heat pump (10), in particular in a motor vehicle (100), with an ambient heat exchanger (20) and an interior heat exchanger (40), which are connected to one another via a refrigerant circuit (50), which has a degree of icing of the Ambient heat exchanger (20) can determine without the use of additional sensors, it is proposed to determine a degree of icing (V) as the operating parameter of the heat pump (10) by calculation, with a defrosting process when a limit value (G) of the determined degree of icing (V) is exceeded or reached (A) of the ambient heat exchanger (20) is initiated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem Umgebungswärmeübertrager und einem Innenraumwärmeübertrager, welche über einen Kältemittelkreis miteinander verbunden sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Wärmepumpe.The invention relates to a method for operating a heat pump, in particular in a motor vehicle, with an ambient heat exchanger and an interior heat exchanger, which are connected to one another via a refrigerant circuit. The invention also relates to a motor vehicle with a heat pump.
Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen werden oftmals Wärmepumpen zur Beheizung des Fahrgastraums eingesetzt. Hierbei wird die zum Beheizen des Fahrgastraums benötigte Wärme der Fahrzeugumgebung entzogen und dem Fahrgastraum zugeführt. Bei diesem Prozess kühlt ein mit der Fahrzeugumgebung thermisch gekoppelter Wärmeübertrager derart ab, dass der Taupunkt der Luft der Fahrzeugumgebung unterschritten und Reif auf der Oberfläche des Wärmeübertragers ausgebildet wird.In electrically powered vehicles, heat pumps are often used to heat the passenger compartment. Here, the heat required to heat the passenger compartment is extracted from the vehicle environment and fed to the passenger compartment. In this process, a heat exchanger thermally coupled to the vehicle environment cools down in such a way that the air in the vehicle environment falls below the dew point and frost is formed on the surface of the heat exchanger.
Durch die Bildung von Reif vereist die Oberfläche des Wärmeübertragers zunehmend und unterbindet somit einen effizienten Betrieb der Wärmepumpe. Um wieder eine Durchströmung des Wärmeübertragers mit Luft zu ermöglichen, sind Abtauzyklen bzw. Abtauvorgänge notwendig, bei welchen der vereiste Wärmeübertrager aufgeheizt wird. Folglich schmilzt das Eis und eine Durchströmung des Wärmeübertragers mit Luft kann wieder erfolgen. Derartige Abtauzyklen beeinträchtigen jedoch die Effizienz und die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe.Due to the formation of frost, the surface of the heat exchanger is increasingly icing up and thus prevents efficient operation of the heat pump. In order to allow air to flow through the heat exchanger again, defrosting cycles or defrosting processes are necessary in which the iced-up heat exchanger is heated up. As a result, the ice melts and air can flow through the heat exchanger again. However, such defrosting cycles impair the efficiency and performance of the heat pump.
Es sind bereits Verfahren zum Durchführen von Abtauzyklen bekannt, welche nach dem Ablauf einer vordefinierten Betriebsdauer den Abtauvorgang eines Verdampfers einleiten. Bei Wärmepumpen mit sich ändernden Betriebszuständen können derartige zeitgesteuerte Abtauzyklen die Effizienz der Wärmepumpe zusätzlich senken, da die Zeitdauer üblicherweise für einen spezifischen Betriebszustand optimiert ist oder einen Kompromiss zwischen mehreren Betriebszuständen bildet.Methods for performing defrosting cycles are already known, which initiate the defrosting process of an evaporator after a predefined operating time has elapsed. In the case of heat pumps with changing operating states, such time-controlled defrosting cycles can additionally reduce the efficiency of the heat pump, since the duration is usually optimized for a specific operating state or forms a compromise between several operating states.
Zum Feststellen eines Bedarfs zur Durchführung eines Abtauvorgangs werden bei stationären Kältemaschinen Sensoren eingesetzt, welche den Vereisungsgrad von Verdampfern messen können. Für mobile Anwendungen, wie beispielsweise bei fahrzeugseitigen Wärmepumpen, sind bisher keine Sensoren zum Ermitteln des Vereisungsgrads bekannt. Des Weiteren können derartige Sensoren den Montageaufwand der Wärmepumpe erhöhen und benötigen eine Auswerteelektronik, wodurch die Kosten der Wärmepumpe steigen.In stationary refrigeration machines, sensors that can measure the degree of icing of evaporators are used to determine the need to carry out a defrosting process. For mobile applications, such as in the case of vehicle-mounted heat pumps, no sensors for determining the degree of icing are known to date. Furthermore, such sensors can increase the installation effort of the heat pump and require evaluation electronics, which increases the costs of the heat pump.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln des Vereisungsgrads von Verdampfern ohne den Einsatz von zusätzlichen Sensoren zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The invention is based on the object of creating a method for determining the degree of icing in evaporators without the use of additional sensors. This object is achieved by the features specified in claim 1. Further advantageous refinements of the invention are described in the subclaims.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmepumpe, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bereitgestellt. Die Wärmepumpe weist einen Umgebungswärmeübertrager und einen Innenraumwärmeübertrager auf, welche über einen Kältemittelkreis miteinander verbunden sind. Ein Kältemittel kann mittels eines Kompressors oder einer Pumpe durch den Kältemittelkreis gefördert werden. Beispielsweise kann der Umgebungswärmeübertrager und der Innenraumwärmeübertrager über den Kältemittelkreis eine Funktion einer Wärmepumpe ausführen.According to one aspect of the invention, a method for operating a heat pump, in particular in a motor vehicle, is provided. The heat pump has an ambient heat exchanger and an interior heat exchanger, which are connected to one another via a refrigerant circuit. A refrigerant can be conveyed through the refrigerant circuit by means of a compressor or a pump. For example, the ambient heat exchanger and the interior heat exchanger can perform a function of a heat pump via the refrigerant circuit.
Erfindungsgemäß wird ein Vereisungsgrad als Betriebsparameter der Wärmepumpe rechnerisch ermittelt. Bei einem Überschreiten oder Erreichen eines Grenzwerts des ermittelten Vereisungsgrads wird ein Abtauvorgang des Umgebungswärmeübertragers eingeleitet.According to the invention, a degree of icing is determined by calculation as an operating parameter of the heat pump. If a limit value of the determined degree of icing is exceeded or reached, a defrosting process of the ambient heat exchanger is initiated.
Die Berechnung des Vereisungsgrads und die Steuerung von Abtauvorgängen kann durch ein Steuergerät realisiert werden, welches mit der Wärmepumpe datenleitend verbindbar ist. Optional kann das Steuergerät mit mindestens einem Sensor datenleitend verbunden sein, um beispielsweise Betriebsparameter, wie beispielsweise Temperatur des Umgebungswärmeübertragers, Lufttemperatur, Betriebszustand der Wärmepumpe, Drehzahl des Kältemittelkompressors und dergleichen zu empfangen.The calculation of the degree of icing and the control of defrosting processes can be implemented by a control device which can be connected to the heat pump for data transmission. Optionally, the control device can be connected to at least one sensor for data transmission in order to receive, for example, operating parameters such as temperature of the ambient heat exchanger, air temperature, operating state of the heat pump, speed of the refrigerant compressor and the like.
Durch das Verfahren kann der Betriebsparameter „Vereisungsgrad“ definiert werden und bei der Regelung von Betriebszuständen und von Abtauvorgängen der Wärmepumpe eingesetzt werden. Dabei charakterisiert dieser Betriebsparameter den Vereisungszustand des Umgebungswärmeübertragers bzw. eines Verdampfers. Der Vereisungsgrad kann hierbei betriebszustandsübergreifend verwendet werden.The process can be used to define the operating parameter “degree of icing” and to use it to regulate operating states and defrosting processes of the heat pump. This operating parameter characterizes the icing condition of the ambient heat exchanger or an evaporator. The degree of icing can be used across all operating states.
Insbesondere kann der Vereisungsgrad ohne den Einsatz von Sensoren berechnet werden. Vorzugsweise kann der Vereisungsgrad abhängig von einer Betriebszeit und abhängig von den Umweltbedingungen, wie beispielsweise Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und Wetterdaten, rechnerisch ermittelt werden. Zusätzlich können weitere Faktoren, wie die Durchflussrate des Kältemittels und die Fläche des Umgebungswärmeübertragers in die Berechnung des Vereisungsgrads einfließen.In particular, the degree of icing can be calculated without the use of sensors. The degree of icing can preferably be determined mathematically as a function of an operating time and as a function of the environmental conditions, such as, for example, air temperature, air humidity and weather data. In addition, other factors, such as the flow rate of the refrigerant and the area of the ambient heat exchanger, can be included in the calculation of the degree of icing.
Der Vereisungsgrad kann besonders präzise bestimmt werden, wenn er proportional zu einer Masse einer Reifschicht auf dem Umgebungswärmeübertrager und/oder zu einem Druckverlustbeiwert des Umgebungswärmeübertragers und/oder zu einer thermischen Isolationswirkung der Reifschicht auf dem Umgebungswärmeübertrager ermittelt wird. Hierdurch können weitere Faktoren, welche die thermodynamische Wechselwirkung zwischen dem Umgebungswärmeübertrager einer Reifschicht bzw. Eisschicht und der Umgebungsluft beeinflussen, bei der Berechnung des Vereisungsgrads berücksichtigt werden.The degree of icing can be determined particularly precisely if it is proportional to a mass of a layer of frost on the ambient heat exchanger and / or to a Pressure loss coefficient of the ambient heat exchanger and / or a thermal insulation effect of the layer of frost on the ambient heat exchanger is determined. In this way, further factors which influence the thermodynamic interaction between the ambient heat exchanger of a layer of frost or ice and the ambient air can be taken into account when calculating the degree of icing.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Vereisungsgrad des Umgebungswärmeübertragers ausgehend von einem Initialwert des Vereisungsgrads bis zu einem Überschreiten oder Erreichen des Grenzwerts während des Betriebs der Wärmepumpe rechnerisch erhöht. Während des Betriebs der Wärmepumpe nimmt die Vereisung des Umgebungswärmeübertragers abhängig von dem Betriebszustand der Wärmepumpe und den Umweltbedingungen stetig zu. Insbesondere nehmen die Vereisung und damit der Vereisungsgrad des Umgebungswärmeübertragers mit der fortschreitenden Betriebszeit zu. Durch das Berechnen des Vereisungsgrads kann die reale Vereisung bzw. Reifschicht rechnerisch nachgebildet bzw. simuliert werden. Der Initialwert des Vereisungsgrads kann beispielsweise einen Wert von 0 aufweisen, da nach einem abgeschlossenen Abtauvorgang oder bei einem Fahrtbeginn des Kraftfahrzeugs keine Vereisung des Umgebungswärmeübertragers vorliegt.According to a further exemplary embodiment, the degree of icing of the ambient heat exchanger is mathematically increased starting from an initial value of the degree of icing up to the limit value being exceeded or reached during the operation of the heat pump. During the operation of the heat pump, the icing of the ambient heat exchanger increases steadily depending on the operating state of the heat pump and the environmental conditions. In particular, the icing and thus the degree of icing of the ambient heat exchanger increase with the advancing operating time. By calculating the degree of icing, the real icing or layer of frost can be computationally reproduced or simulated. The initial value of the degree of icing can have a value of 0, for example, since there is no icing of the ambient heat exchanger after a completed defrosting process or when the motor vehicle starts to drive.
Die Betriebsart und die geforderte Leistung der Wärmepumpe können besonders präzise durch den Vereisungsgrad des Umgebungswärmeübertragers abgebildet werden, wenn er abhängig von mindestens einem Betriebszustand und/oder einer Betriebszeit des Betriebs der Wärmepumpe erhöht wird. Dabei kann der Vereisungsgrad mit der Betriebszeit iterativ oder kontinuierlich erhöht werden. Mit zunehmender Wärmeleistung der Wärmepumpe am Innenraumwärmeübertrager wird der Umgebungswärmeübertrager stärker abgekühlt, sodass der Umgebungswärmeübertrager schneller vereist und der Vereisungsgrad schneller ansteigt.The operating mode and the required output of the heat pump can be mapped particularly precisely by the degree of icing of the ambient heat exchanger if it is increased as a function of at least one operating state and / or an operating time of the operation of the heat pump. The degree of icing can be increased iteratively or continuously with the operating time. As the heat output of the heat pump at the interior heat exchanger increases, the ambient heat exchanger is cooled more so that the ambient heat exchanger freezes more quickly and the degree of freezing increases more quickly.
Die Betriebszustände der Wärmepumpe können insbesondere abhängig von Parametern, wie beispielsweise der Außenlufttemperatur, Umgebungsluftfeuchtigkeit und der Heizleistung der Wärmepumpe, eingestellt werden. Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs können sich diese Parameter ändern. Hierdurch muss die Regelung bzw. Abtausteuerung der Wärmepumpe an die veränderten Parameter angepasst werden. Durch die Veränderung des Betriebszustands der Wärmepumpe verändert sich auch die Rate bzw. Geschwindigkeit, mit welcher der Vereisungsgrad zunimmt.The operating states of the heat pump can in particular be set as a function of parameters such as the outside air temperature, ambient air humidity and the heating output of the heat pump. These parameters can change while the motor vehicle is in motion. As a result, the regulation or defrost control of the heat pump must be adapted to the changed parameters. The change in the operating state of the heat pump also changes the rate or speed at which the degree of icing increases.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird der Vereisungsgrad des Umgebungswärmeübertragers nach einem abgeschlossenen Abtauvorgang des Umgebungswärmeübertragers und/oder bei einem Fahrtbeginn des Kraftfahrzeugs auf den Initialwert zurückgesetzt. Durch diese Maßnahme kann der Vereisungsgrad zuverlässig von einem konstanten Initialwert aus ermittelt werden. Eine entsprechende Berechnung des Vereisungsgrads kann beispielsweise über ein Integral erfolgen und somit technisch besonders einfach umsetzbar sein.According to a further embodiment, the degree of icing of the ambient heat exchanger is reset to the initial value after a completed defrosting process of the ambient heat exchanger and / or when the motor vehicle starts to drive. This measure enables the degree of icing to be reliably determined from a constant initial value. A corresponding calculation of the degree of icing can take place, for example, via an integral and can thus be implemented in a particularly simple manner from a technical point of view.
Durch Wechsel der Betriebszustände der Wärmepumpe als Reaktionen auf sich ändernde Umweltbedingungen oder Leistungsanforderungen der Wärmepumpe kann der Vereisungsgrad technisch einfach zwischen den Betriebszuständen übergeben werden, wenn der Vereisungsgrad des Umgebungswärmeübertragers zumindest temporär gespeichert und bei einem Betriebszustandswechsel der Wärmepumpe von einem ersten Betriebszustand zu mindestens einem zweiten Betriebszustand der Wärmepumpe ununterbrochen erhöht wird. Bevorzugterweise steigt ein Wert des Vereisungsgrads im ersten Betriebszustand gegenüber einem Wert des Vereisungsgrads im zweiten Betriebszustand über die Betriebszeit unterschiedlich schnell an. Hierdurch kann der Vereisungsgrad als Betriebsparameter auch bei sich wechselnden Betriebszuständen der Wärmepumpe verwendet werden und ein zuverlässiges Maß für die Vereisung des Umgebungswärmeübertragers abbilden.By changing the operating states of the heat pump as a reaction to changing environmental conditions or performance requirements of the heat pump, the degree of icing can easily be transferred between the operating states if the degree of icing of the ambient heat exchanger is at least temporarily stored and when the operating state of the heat pump changes from a first operating state to at least a second operating state the heat pump is continuously increased. A value of the degree of icing in the first operating state preferably increases at different rates over the operating time compared to a value of the degree of icing in the second operating state. As a result, the degree of icing can be used as an operating parameter even when the operating states of the heat pump change and can represent a reliable measure for the icing of the ambient heat exchanger.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Vereisungsgrad des Umgebungswärmeübertragers anhand eines Integrals über die Betriebszeit berechnet.
Dabei wird ein zeitliches Integral einer Massenzunahme durch die Bildung der Reifschicht auf einer Oberfläche des Umgebungswärmeübertragers zum Ermitteln des Vereisungsgrads mit der Einheit einer Masse gebildet.In this case, a time integral of an increase in mass due to the formation of the frost layer on a surface of the ambient heat exchanger for determining the degree of icing is formed with the unit of a mass.
Die Massenzunahme durch die Bildung der Reifschicht auf der Oberfläche des Umgebungswärmeübertragers hängt hierbei von verschiedenen Parametern, insbesondere Umweltgrößen, ab.
Insbesondere können eine Fläche des Umgebungswärmeübertragers, ein Wassergehalt in der Luft, ein Sättigungsgehalt der Luft, ein Stoffübergangskoeffizient und eine maximale Wasserspeicherfähigkeit des Umgebungswärmeübertragers für die Berechnung der Massenzunahme herangezogen werden.In particular, an area of the ambient heat exchanger, a water content in the air, a saturation content of the air, a mass transfer coefficient and a maximum water storage capacity of the ambient heat exchanger can be used to calculate the mass increase.
Eine derartige rechnerische Ermittlung des Vereisungsgrades durch Integralrechnung ist robust und technisch einfach umsetzbar. Hierdurch kann die Vereisung basierend auf den Betriebsbedingungen seit der letzten Abtauung und basierend auf dem aktuellen Vereisungsgrad ermittelt werden. Dies entspricht einer relativen Berechnung einer Zunahme oder Abnahme des Vereisungsgrads ausgehend von dem Initialwert oder einem vorherigen Wert des Vereisungsgrads.Such a computational determination of the degree of icing by integral calculation is robust and technically easy to implement. This allows the icing to be determined based on the operating conditions since the last defrost and based on the current degree of icing. This corresponds to a relative calculation of an increase or decrease in the degree of icing on the basis of the initial value or a previous value of the degree of icing.
Alternativ oder zusätzlich kann auch eine situationsabhängige bzw. absolute Berechnung des Vereisungsgrades aus dem aktuellen Betriebszustand berechnet werden.Alternatively or additionally, a situation-dependent or absolute calculation of the degree of icing can also be calculated from the current operating state.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug, welches eine Wärmepumpe zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist, bereitgestellt. Ein Innenraumwärmeübertrager der Wärmepumpe kann hierbei zum Kühlen oder Heizen des Innenraums des Kraftfahrzeugs dienen. Bei einem Heizungsbetrieb des Innenraums wird ein über einen Kältemittelkreis mit dem Innenraumwärmeübertrager gekoppelter Umgebungswärmeübertrager abgekühlt. Dabei kann sich mit der Zeit Reif auf der Oberfläche des Umgebungswärmeübertragers ausbilden. Durch die Reifschicht auf der Oberfläche des Umgebungswärmeübertragers wird die Effizienz der Wärmepumpe verringert und die Heizleistung des Innenraums bzw. Fahrgastraums beeinträchtigt.According to a further aspect of the invention, a motor vehicle is provided which has a heat pump for carrying out a method according to the invention. An interior heat exchanger of the heat pump can serve to cool or heat the interior of the motor vehicle. When the interior is heated, an ambient heat exchanger coupled to the interior heat exchanger via a refrigerant circuit is cooled. Over time, frost can form on the surface of the ambient heat exchanger. Due to the layer of frost on the surface of the ambient heat exchanger, the efficiency of the heat pump is reduced and the heating output of the interior or passenger compartment is impaired.
Durch das Verfahren kann der Vereisungsgrad des Umgebungswärmeübertragers abgeschätzt bzw. simuliert und für eine effiziente Durchführung von Abtauvorgängen eingesetzt werden. Hierbei kann ein Abtauvorgang eingeleitet werden, wenn der Wert des Vereisungsgrads einen Grenzwert erreicht oder überschreitet.The method allows the degree of icing of the ambient heat exchanger to be estimated or simulated and used for efficient implementation of defrosting processes. A defrosting process can be initiated if the value of the degree of icing reaches or exceeds a limit value.
Abhängig von dem Betriebszustand der Wärmepumpe kann der Grenzwert des Vereisungsgrads konstant oder variierbar ausgestaltet sein.Depending on the operating state of the heat pump, the limit value for the degree of icing can be configured to be constant or variable.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einer Wärmepumpe gemäß einer Ausführungsform, und -
2a und2b schematische Diagramme eines luftseitigen Druckverlustbeiwerts eines Umgebungswärmeübertragers und eines ermittelten Vereisungsgrads zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of a motor vehicle according to the invention with a heat pump according to one embodiment, and -
2a and2 B schematic diagrams of an air-side pressure loss coefficient of an ambient heat exchanger and a determined degree of icing to illustrate a method according to the invention.
In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.In the figures, the same structural elements have the same reference numbers in each case.
Die
Die Wärmepumpe
Des Weiteren weist die Wärmepumpe
Der Umgebungswärmeübertrager
Durch das Entziehen von Wärme aus der Umgebung
Ein Steuergerät
In der
Der luftseitige Druckverlustbeiwert
In der
Im zweiten Betriebszustand
In der
Durch den Wechsel der Betriebszustände
Der Vereisungsgrad
Dabei wird ein zeitliches Integral einer Massenzunahme
Die Massenzunahme
Der Vereisungsgrad des Umgebungswärmeübertragers
Nach einem abgeschlossenen Abtauvorgang
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 101101
- Fahrgastraum Passenger compartment
- 1010
- Wärmepumpe Heat pump
- 2020th
- Umgebungswärmeübertrager Ambient heat exchanger
- 3030th
- Ventilator fan
- 4040
- Innenraumwärmeübertrager Indoor heat exchanger
- 5050
- KältemittelkreisRefrigerant circuit
- 5151
- Kältemittelpumpe / Kältemittelkompressor Refrigerant pump / refrigerant compressor
- 6060
- Steuergerät Control unit
- 7070
- erster Betriebszustandfirst operating status
- 8080
- zweiter Betriebszustandsecond operating state
- 9090
- Betriebszustandswechsel Change of operating status
- ζζ
- luftseitiger Druckverlustbeiwertair-side pressure loss coefficient
- ρLuftρair
- LuftdichteAirtightness
- AA.
- AbtauvorgangDefrosting
- ββ
- StoffübergangskoeffizientMass transfer coefficient
- FF.
- Oberfläche des UmgebungswärmeübertragersSurface of the ambient heat exchanger
- GG
- Grenzwert des VereisungsgradsLimit value of the degree of icing
- r0r0
- maximalen Wasserspeicherfähigkeit des Umgebungswärmeübertragersmaximum water storage capacity of the ambient heat exchanger
- tt
- BetriebszeitOperating time
- TT
- UmgebungstemperaturAmbient temperature
- UU
- UmgebungSurroundings
- VV
- VereisungsgradDegree of icing
- V0V0
- Initialwert des VereisungsgradsInitial value of the degree of icing
- XX
- Wassergehalt der LuftWater content of the air
- X'X '
- Sättigungsgehalt der LuftSaturation content of the air
Claims (8)
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3110042A1 (en) | 1981-03-16 | 1982-09-30 | Gesellschaft für Wärmepumpen und Energierückgewinnungsanlagen mbH, 7311 Holzmaden | Method and arrangement for the defrosting of ice on an air cooler of a heat pump or refrigerator |
US5186016A (en) | 1990-11-06 | 1993-02-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Defrosting control method and apparatus for air conditioner |
JP2000274916A (en) | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Sanyo Electric Co Ltd | Cooling storage chamber |
US20090241561A1 (en) | 2008-03-28 | 2009-10-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Refrigerator and defrost control method thereof |
DE102012203564A1 (en) | 2011-03-08 | 2012-09-13 | Denso Corporation | Air conditioning for one vehicle |
US20130291577A1 (en) | 2011-01-21 | 2013-11-07 | Sanden Corporation | Air Conditioning Device for Vehicle |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012108731B4 (en) * | 2012-09-17 | 2022-10-06 | Audi Ag | Air conditioning for a motor vehicle |
DE102018205169A1 (en) * | 2018-04-06 | 2019-10-10 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method for controlling an air conditioning device of a motor vehicle and air conditioning device for a motor vehicle with a heat pump unit |
-
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-
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3110042A1 (en) | 1981-03-16 | 1982-09-30 | Gesellschaft für Wärmepumpen und Energierückgewinnungsanlagen mbH, 7311 Holzmaden | Method and arrangement for the defrosting of ice on an air cooler of a heat pump or refrigerator |
US5186016A (en) | 1990-11-06 | 1993-02-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Defrosting control method and apparatus for air conditioner |
JP2000274916A (en) | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Sanyo Electric Co Ltd | Cooling storage chamber |
US20090241561A1 (en) | 2008-03-28 | 2009-10-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Refrigerator and defrost control method thereof |
US20130291577A1 (en) | 2011-01-21 | 2013-11-07 | Sanden Corporation | Air Conditioning Device for Vehicle |
DE102012203564A1 (en) | 2011-03-08 | 2012-09-13 | Denso Corporation | Air conditioning for one vehicle |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021206457A1 (en) | 2021-06-23 | 2022-12-29 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Method for operating a heat pump for a motor vehicle and heat pump |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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