DE102020120687A1 - Post-heating method for operating a refrigeration system for a motor vehicle, refrigeration system and motor vehicle with such a refrigeration system - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Nachheizverfahren (500) zum Betreiben einer Kälteanlage (10) mit Wärmepumpenfunktion für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kälteanlage (10) umfasst: einen Kältemittelverdichter (12); einen direkt oder indirekt wirkenden äußeren Wärmeübertrager (18); einen direkt oder indirekt wirkenden Verdampfer (22); einen weiteren als Wärmequelle wirkenden Wärmeübertrager (26), der im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; und wenigstens ein Nachheiz-Expansionsventil (AE4), das zwischen dem weiteren Wärmeübertrager (26), und dem äußeren Wärmeübertrager (18) angeordnet ist. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:Betreiben der Kälteanlage (10) mit zwei Drucklagen, wobei das Nachheiz-Expansionsventil (AE4) geöffnet ist (S501) und wobei zwischen dem weiteren Wärmeübertrager (26), und dem Nachheiz-Expansionsventil (AE4) sowie zwischen dem Nachheiz-Expansionsventil (AE4) und dem äußeren Wärmeübertrager (18) im Wesentlichen der gleiche Druck vorliegt,Bestimmen (S503) eines Druckdifferenzwerts (dp) zwischen einem ersten Druck (p4), der am weiteren Wärmeübertrager, insbesondere dem Heizregister (26), anliegt, und einem zweiten Druck (p3), der am äußeren Wärmeübertrager (18) anliegt, wobei während des Betreibens der Kälteanlage (10) mit zwei Drucklagen das Nachheiz-Expansionsventil (AE4) solange schrittweise oder kontinuierlich geschlossen wird (S505), bis der Druckdifferenzwert (dp) einen Druckdifferenzgrenzwert (dpgrenz) erreicht oder überschreitet (S504).A post-heating method (500) for operating a refrigeration system (10) with a heat pump function for a motor vehicle is described, the refrigeration system (10) comprising: a refrigerant compressor (12); a directly or indirectly acting external heat exchanger (18); a direct or indirect acting evaporator (22); a further heat exchanger (26) acting as a heat source, which is arranged in the secondary line (16); and at least one post-heating expansion valve (AE4), which is arranged between the further heat exchanger (26) and the external heat exchanger (18). The method comprises the following steps: operating the refrigeration system (10) with two pressure levels, with the post-heating expansion valve (AE4) being open (S501) and with between the further heat exchanger (26) and the post-heating expansion valve (AE4) and between the post-heating expansion valve (AE4) and the external heat exchanger (18) are essentially at the same pressure,determining (S503) a pressure difference value (dp) between a first pressure (p4) which is at the further heat exchanger, in particular the heating register (26), is applied, and a second pressure (p3), which is applied to the external heat exchanger (18), wherein while the refrigeration system (10) is being operated with two pressure layers, the post-heating expansion valve (AE4) is closed step by step or continuously (S505) until the Pressure difference value (dp) reaches or exceeds a pressure difference limit value (dplimit) (S504).
Description
Die Erfindung betrifft ein Nachheizverfahren (RH III) zum Betreiben einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion für ein Kraftfahrzeug, eine Kälteanlage und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Kälteanlage.The invention relates to a post-heating method (RH III) for operating a refrigeration system with a heat pump function for a motor vehicle, a refrigeration system and a motor vehicle with such a refrigeration system.
Eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion umfasst üblicherweise einen Kältemittelverdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekundärstrang verbindbar oder verbunden ist; einen äußeren Wärmeübertrager, der im Primärstrang angeordnet ist; einen Verdampfer, der im Primärstrang angeordnet ist; ein Heizregister, das im Sekundärstrang angeordnet ist; wenigstens eine bewegliche Temperaturklappe, die bezogen auf eine Zuluftströmungsrichtung vor oder nach dem Heizregister angeordnet ist; und wenigstens ein Nachheiz-Expansionsventil, das zwischen dem Heizregister und dem äußeren Wärmeübertrager im Sekundärstrang angeordnet ist.A refrigeration system with a heat pump function usually includes a refrigerant compressor which can be connected or is connected to a primary line and a secondary line; an outer heat exchanger arranged in the primary line; an evaporator arranged in the primary line; a heating register, which is arranged in the secondary line; at least one movable temperature flap, which is arranged in front of or behind the heating register in relation to a supply air flow direction; and at least one post-heating expansion valve, which is arranged between the heating register and the external heat exchanger in the secondary line.
Eine derartige Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion ist beispielsweise in der
Weitere Hintergrundinformationen zu Kälteanlagen bzw. Wärmepumpen finden sich beispielsweise in den Druckschriften
Bei einem Nachheizverfahren, das im Fachjargon auch als Reheat, Reheat-Betrieb, Reheat-Verfahren bezeichnet wird, wird bei der Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums die durch den Verdampfer gekühlte und entfeuchtete Luft durch wenigstens teilweise Erwärmung mittels des Heizregisters bzw. eines als Wärmequelle wirkenden Wärmeübertragers oder eines alternativen Heizelements auf eine gewünschte Ausblastemperatur gebracht.In a post-heating process, which is also referred to in technical jargon as reheat, reheat operation, reheat process, when air conditioning a vehicle interior, the air cooled and dehumidified by the evaporator is at least partially heated by means of the heating register or a heat exchanger acting as a heat source or brought to a desired outlet temperature using an alternative heating element.
Der Wärmeübertrager bzw. das Heizregister ist dabei eine Wärmequelle, bei der im Kältemittel gespeicherte Wärme an ein anderes Medium, wie Luft, Wasser, Wasser-Glykol-Gemisch und dergleichen abgegeben wird. Das Heizregister kann als Heizkondensator bzw. Heizgaskühler ausgeführt sein, wenn es direkt von einem Luftstrom als Kabinenzuluft umströmt, insbesondere jedoch durchströmt wird, welche die abgegebene Wärme aufnimmt. Dieser (Kabinenzu-) Luftstrom kann aus Frischluft, Umluft oder einem Teilumluftstrom, d.h. einem beliebigem Mischungsverhältnis aus Frischluft- und Umluftanteilen, bestehen. Das Heizregister kann als Fluid-Wärmeübertrager ausgeführt sein, wenn es von einem anderen Fluid als Luft, wie beispielsweise Wasser, Wasser-Glykol-Gemisch oder dergleichen durch- bzw. umströmt wird, wobei die im Kältemittel gespeicherte Wärme an das Fluid abgegeben wird. Bei der Ausgestaltung als Fluid-Wärmeübertrager erfolgt dann ein weiterer Wärmeübergang vom erwärmten Fluid auf die Luft. Insoweit erfolgt durch einen Fluid-Wärmeübertrager eine indirekte Erwärmung von Luft als Kabinenzuluftstrom.The heat exchanger or the heating register is a heat source in which the heat stored in the refrigerant is given off to another medium, such as air, water, a water-glycol mixture and the like. The heating register can be designed as a heating condenser or heating gas cooler if an air flow as cabin supply air flows directly around it, but in particular flows through it, which absorbs the emitted heat. This (cabin supply) air flow can consist of fresh air, recirculated air or a partial recirculated air flow, i.e. any mixing ratio of fresh air and recirculated air components. The heating register can be designed as a fluid heat exchanger if a fluid other than air, such as water, a water-glycol mixture or the like, flows through or around it, with the heat stored in the refrigerant being released to the fluid. In the configuration as a fluid heat exchanger, there is then a further transfer of heat from the heated fluid to the air. In this respect, air is indirectly heated as the cabin supply air flow by a fluid heat exchanger.
Dabei kann im Luftströmungsweg zwischen dem Verdampfer und dem Heizregister (also stromaufwärts des Heizregisters) wenigstens eine Temperaturklappe zum Einsatz kommen, die ganz geschlossen (0% Öffnungsstellung bzw. Schließstellung) ist, wenn die Luft gekühlt und nicht erwärmt in den Fahrzeuginnenraum geleitet werden soll. Wenn die Temperaturklappe vollständig geöffnet ist (100% Öffnungsstellung) wird im Wesentlichen der gesamte vom Verdampfer kommende, entfeuchtete Luftstrom über das Heizregister geleitet und erwärmt. Bei einer teilweisen Öffnung der Temperaturklappe wird ein Teil der Luft über das Heizregister geleitet und der andere Teil der Luft wird um das Heizregister herum geleitet und nicht erwärmt, so dass sich stromabwärts des Heizregisters eine Mischung aus erwärmter und gekühlter Luft bildet, die dann dem Fahrzeuginnenraum zugeleitet wird. Die verstellbare Temperaturklappe kann alternativ auch stromabwärts des Heizregisters angeordnet sein.At least one temperature flap can be used in the air flow path between the evaporator and the heating register (i.e. upstream of the heating register), which is completely closed (0% open position or closed position) if the air is to be cooled and not heated when it is fed into the vehicle interior. When the temperature damper is fully open (100% open), essentially all of the dehumidified airflow from the evaporator is directed across the heater coil and heated. When the temperature flap is partially opened, part of the air is routed over the heating register and the other part of the air is routed around the heating register and is not heated, so that a mixture of heated and cooled air is formed downstream of the heating register, which is then distributed to the vehicle interior is forwarded. Alternatively, the adjustable temperature flap can also be arranged downstream of the heating register.
Bei dem Nachheizverfahren, wie es beispielsweise in der
Die Dimensionierung des Strömungsquerschnitts des Nachheiz-Expansionsventils bedingt einen langen Durchlauf in einem sogenannten Totband von einem vollständig geöffneten Ventilquerschnitt hin zu einem erstmalig einen Drosseleffekt bewirkenden Öffnungsquerschnitt, wobei das Androsseln und damit ein Aufbau einer dritten Drucklage (Zwischendruck) stark verzögert ist. Bei dem Übergang von dem ersten Betriebszustand (Reheat Illa) zu dem zweiten Betriebszustand (Reheat Illb) bzw. auch umgekehrt zeigen sich daher Systemunruhen durch Druck- und Temperaturschwinger, was bedingt ist durch das Verfahren von Temperaturklappen oder Änderungen in der Gebläsesteuerung.The dimensioning of the flow cross section of the post-heating expansion valve requires a long passage in what is known as a dead band from a fully open valve cross section to an opening cross section that causes a throttling effect for the first time, with the throttling and thus the build-up of a third pressure layer (intermediate pressure) being greatly delayed. During the transition from the first operating state (reheat IIIa) to the second operating state (reheat IIIb) and vice versa, system disturbances are therefore evident due to pressure and temperature fluctuations, which is caused by the movement of temperature flaps or changes in the fan control.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Nachheizverfahren anzugeben, bei dem die obigen Nachteile vermieden werden können.The object on which the invention is based is seen as providing a post-heating process in which the above disadvantages can be avoided.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Nachheizverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. This object is achieved by a post-heating method with the features of claim 1, by a refrigeration system with the features of claim 9 and by a motor vehicle with the features of
Vorgeschlagen wird also ein Nachheizverfahren zum Betreiben einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kälteanlage umfasst:
- einen Kältemittelverdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekundärstrang verbindbar oder verbunden ist;
- einen direkt oder indirekt wirkenden äußeren Wärmeübertrager, der im Primärstrang angeordnet ist;
- einen direkt oder indirekt wirkenden Verdampfer, der im Primärstrang angeordnet ist;
- einen weiteren als Wärmequelle wirkenden Wärmeübertrager, insbesondere ein Heizregister, der im Sekundärstrang angeordnet ist;
- wenigstens eine bewegliche Temperaturklappe, die bezogen auf eine Zuluftströmungsrichtung vor oder nach (stromaufwärts oder stromabwärts) dem weiteren Wärmeübertrager, insbesondere Heizregister, angeordnet ist;
- wenigstens ein Nachheiz-Expansionsventil, das zwischen dem weiteren Wärmeübertrager, insbesondere dem Heizregister, und dem äußeren Wärmeübertrager im Sekundärstrang angeordnet ist.
- a refrigerant compressor which is connectable or connected to a primary line and a secondary line;
- a directly or indirectly acting external heat exchanger, which is arranged in the primary line;
- a directly or indirectly acting evaporator, which is arranged in the primary line;
- a further heat exchanger acting as a heat source, in particular a heating register, which is arranged in the secondary line;
- at least one movable temperature flap, which is arranged upstream or downstream (upstream or downstream) of the further heat exchanger, in particular a heating register, in relation to a supply air flow direction;
- at least one post-heating expansion valve, which is arranged between the further heat exchanger, in particular the heating register, and the outer heat exchanger in the secondary line.
Dabei ist vorgesehen, dass das das Nachheizverfahren folgende Schritte umfasst:It is provided that the post-heating process includes the following steps:
Betreiben der Kälteanlage mit zwei Drucklagen, wobei während des Betreibens der Kälteanlage mit zwei Drucklagen ein in der Kälteanlage vorhandenes Expansionsorgan bereits schrittweise oder kontinuierlich geschlossen wird, insbesondere gedrosselt wird.Operating the refrigeration system with two pressure levels, with an existing expansion element in the refrigeration system already being gradually or continuously closed, in particular being throttled, during the operation of the refrigeration system with two pressure levels.
Dabei kann ein betreffendes Expansionsorgan während eines ersten Betriebszustands angedrosselt werden, ohne dass der erste Betriebszustand verlassen wird, so dass ein Umschalten in einen zweiten Betriebszustand vorbereitet wird.A relevant expansion element can be throttled during a first operating state without leaving the first operating state, so that a switchover to a second operating state is prepared.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird also ein Expansionsorgan schon während einem Betrieb mit zwei Drucklagen geschlossen bzw. angedrosselt. Hierdurch wird bereits in diesem Betriebszustand vorbereitend auf eine mögliche Umstellung in einen anderen Betriebzustand hingewirkt, in dem beispielsweise die Heizleistung nicht mehr ausreichend ist. Mit anderen Worten wird ein sogenanntes Totband, in welchem sich trotz des Schließens bzw. Androsselns des Expansionsorgans keine oder kaum eine Veränderung in den zwei Drucklagen, bezogen auf das ganzheitliche System, bzw. in der einen stromaufwärts und stromabwärts des zu verfahrenden Ventils anliegenden Drucklage, bezogen auf ein Teilsystem bzw. Systemabschnitt, einstellt, nicht erst dann durchlaufen, wenn auf einen anderen Betrieb, insbesondere für steigende Heizleistung, umgestellt wird. Somit kann das Durchlaufen des Totbandes zeitlich kompensiert werden, so dass sich bei einem weiteren Schließen des Expansionsorgans möglichst umgehend eine dritte Drucklage (Zwischendruck) einstellen lässt.In the proposed method, an expansion element is therefore already closed or throttled during operation with two pressure positions. As a result, even in this operating state, preparations are made for a possible changeover to another operating state in which, for example, the heating output is no longer sufficient. In other words, a so-called dead band, in which, despite the closing or throttling of the expansion element, there is little or no change in the two pressure positions, based on the overall system, or in the one pressure position upstream and one downstream of the valve to be moved, related to a subsystem or system section, not only run through when switching to another operation, in particular for increasing heating output. In this way, passing through the dead band can be compensated for in terms of time, so that a third pressure position (intermediate pressure) can be set as quickly as possible if the expansion element is closed again.
Diese zumindest dritte Druckklage kann dabei, je nach Vorhandensein entsprechender Expansionsorgane, in dem hochdruckseitigen oder in dem niederdruckseitigen oder in beiden Systemabschnitten ausgebildet oder eingestellt werden.Depending on the presence of corresponding expansion organs, this at least third pressure action can be formed or adjusted in the high-pressure side or in the low-pressure side or in both system sections.
Das Nachheiz-Verfahren kann weiter folgende Schritte umfassen:
- Betreiben der Kälteanlage mit zwei Drucklagen, wobei das Nachheiz-Expansionsventil geöffnet ist und wobei zwischen dem weiteren Wärmeübertrager, insbesondere dem Heizregister, und dem Nachheiz-Expansionsventil sowie zwischen dem Nachheiz-Expansionsventil und dem äußeren Wärmeübertrager im Wesentlichen der gleiche Druck vorliegt,
- Bestimmen eines Druckdifferenzwerts zwischen einem ersten Druck, der am weiteren Wärmeübertrager, insbesondere dem Heizregister, anliegt, und einem zweiten Druck, der am äußeren Wärmeübertrager anliegt,
wobei während des Betreibens der Kälteanlage mit zwei Drucklagen das Nachheiz-Expansionsventil solange schrittweise oder kontinuierlich geschlossen bzw. angedrosselt wird, bis der Druckdifferenzwert einen Druckdifferenzgrenzwert erreicht oder überschreitet.The post-heating process can further include the following steps:
- Operating the refrigeration system with two pressure levels, with the post-heating expansion valve being open and with essentially the same pressure being present between the further heat exchanger, in particular the heating register, and the post-heating expansion valve and between the post-heating expansion valve and the external heat exchanger,
- Determining a pressure differential value between a first pressure that is present at the further heat exchanger, in particular the heating register, and a second pressure that is present at the outer heat exchanger,
wherein during the operation of the refrigeration system with two pressure layers, the post-heating expansion valve is closed or throttled step by step or continuously until the pressure difference value reaches or exceeds a pressure difference limit value.
Bei dem vorgeschlagenen Nachheizverfahren wird also das Nachheiz-Expansionsventil schon während einem Betrieb, bei dem die Heizleistung ausreichend ist, geschlossen bzw. angedrosselt. Hierdurch wird bereits in diesem Betriebszustand vorbereitend auf eine mögliche Umstellung in einen Betrieb hingewirkt, in dem die Heizleistung nicht mehr ausreichend ist. Mit anderen Worten wird ein sogenanntes Totband, in welchem sich trotz des Schließens bzw. Androsselns des Nachheiz-Expansionsventils keine oder kaum eine Veränderung in den zwei Drucklagen einstellt, nicht erst dann durchlaufen, wenn auf einen Betrieb für steigende Heizleistung umgestellt wird. Somit kann das Durchlaufen des Totbandes zeitlich kompensiert werden, so dass sich bei einem weiteren Schließen des Nachheiz-Expansionsventils möglichst umgehend eine dritte Drucklage (Zwischendruck) einstellen lässt.In the proposed post-heating method, the post-heating expansion valve is already closed or throttled during operation in which the heat output is sufficient. As a result, even in this operating state, preparations are made for a possible changeover to an operation in which the heat output is not more is sufficient. In other words, a so-called dead band, in which there is little or no change in the two pressure positions despite the closing or throttling of the post-heating expansion valve, is not only passed through when switching to operation for increasing heating output. In this way, passing through the dead band can be compensated for in terms of time, so that a third pressure level (intermediate pressure) can be set as quickly as possible if the post-heating expansion valve closes again.
Bei dem Nachheizverfahren kann der Druckdifferenzgrenzwert in Abhängigkeit von einer gemessenen Außentemperatur festgelegt werden.In the post-heating process, the pressure difference limit value can be defined as a function of a measured outside temperature.
Dabei kann Druckdifferenzgrenzwert 0,5 bar bis 5 bar betragen, vorzugsweise 1 bar bis 3 bar.The pressure difference limit can be 0.5 bar to 5 bar, preferably 1 bar to 3 bar.
Der Druckdifferenzgrenzwert kann für Außentemperaturen festgelegt werden, die 10°C bis 30°C betragen, insbesondere 15°C bis 25°C. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein Nachheizverfahren üblicherweise bei solchen Außentemperaturen zum Einsatz kommt bzw. solche Außentemperaturen eine Bedingung darstellen, dass die Kälteanlage überhaupt im Nachheizbetrieb betrieben wird.The pressure difference limit can be set for outside temperatures that are 10°C to 30°C, in particular 15°C to 25°C. It must be taken into account here that a post-heating process is usually used at such outside temperatures or such outside temperatures represent a condition for the refrigeration system to be operated at all in post-heating mode.
Das Nachheiz-Expansionsventil kann im Wesentlichen in konstanter Stellung gehalten werden, solange der Druckdifferenzwert im Wesentlichen dem Druckdifferenzgrenzwert entspricht.The post-heating expansion valve can be kept in a substantially constant position as long as the pressure difference value substantially corresponds to the pressure difference limit value.
Weiter kann die Aktivierung der Umsetzung und Einstellung des beschriebenen Druckdifferenzgrenzwertes zusätzlich von der Umgebungstemperatur abhängig gemacht werden, d.h. die Querschnittsanpassung und damit die Ventilquerschnittsverkleinerung setzt erst zu einem Zeitpunkt ein, der erwarten lassen kann, dass eine Deckung eines gegebenen Nachheizbedarfes nur noch durch Aufbau der dritten Drucklage ermöglich werden kann. Insbesondere kann dies der Fall sein in einem Umgebungstemperaturbereich von unter beispielsweise 20°C. Oberhalb dieses Temperaturschwellwerts kann der Querschnitt unbeeinflusst bleiben.Furthermore, the activation of the implementation and setting of the pressure difference limit value described can also be made dependent on the ambient temperature, i.e. the cross-section adaptation and thus the valve cross-section reduction only starts at a point in time that can be expected that a given reheating requirement can only be covered by building up the third Pressure position can be made possible. In particular, this can be the case in an ambient temperature range below, for example, 20°C. Above this temperature threshold, the cross section can remain unaffected.
Erkennt das System „Kälteanlage“ darüber hinaus, dass neben dem Innenraumverdampfer ein weiterer Verdampfer, wie beispielsweise ein Chiller als Wärmeübertrager zur Konditionierung eines Kühlmediums für eine Hochvoltkomponente o.ä. aktiv ist, folglich der Kältemittelverdichter eine höhere Antriebsleistung aufgrund des gestiegenen Bedarfs an Kältemittelmassenstrom erfordert und damit weitere Wärme in die Kälteanlage eingetragen wird, kann der Temperaturschwellwert und damit der Zeitpunkt für die Eliminierung des Ventiltotbandes durch eine vorgelagerte Querschnittsanpassung weiter reduziert bzw. angepasst werden.If the "refrigeration system" system also recognizes that, in addition to the interior evaporator, another evaporator, such as a chiller as a heat exchanger for conditioning a cooling medium for a high-voltage component or similar, is active, which means that the refrigerant compressor requires a higher drive power due to the increased need for refrigerant mass flow and so that more heat is introduced into the refrigeration system, the temperature threshold value and thus the point in time for the elimination of the valve deadband can be further reduced or adjusted by an upstream cross-section adjustment.
Durch die oben beschriebenen Verfahrensschritte wird eine Art vorbereitende (An-) Drosselung des Nachheiz-Expansionsventils bewirkt, die auf den dann laufenden Systembetrieb mit zwei Drucklagen keinen oder kaum einen Einfluss hat. Wie oben beschrieben, erfolgt das Schließen bzw. Androsseln des Nachheiz-Expansionsventils so lange, wie der Druckdifferenzwert unterhalb des Druckdifferenzgrenzwerts liegt. Falls der Druckdifferenzwert den Druckdifferenzgrenzwert erreicht oder überschreitet, wird das Nachheiz-Expansionsventil wieder geöffnet, bis der Druckdifferenzgrenzwert wieder unterschritten ist. Das Expansionsventil regelt seinerseits quasi einen Druckdifferenzgrenzwert, der (noch) keinen Einfluss auf das Gesamtsystemverhalten auswirkt ein und sorgt dafür, dass dieser eingestellt bleibt.A kind of preparatory (on-) throttling of the post-heating expansion valve is brought about by the method steps described above, which has little or no influence on the then running system operation with two pressure layers. As described above, the post-heating expansion valve is closed or throttled as long as the pressure difference value is below the pressure difference limit value. If the pressure difference value reaches or exceeds the pressure difference limit value, the post-heating expansion valve is opened again until the pressure difference limit value is fallen below again. For its part, the expansion valve regulates a pressure difference limit value that does not (yet) affect the overall system behavior and ensures that it remains set.
Wenn der Druckdifferenzwert im Bereich des Druckdifferenzgrenzwerts liegt, kann zur Systemberuhigung ein Umschalthystereseband vorgesehen werden bzw. zur Anwendung kommen, so dass das Nachheiz-Expansionsventil innerhalb des Umschalthysteresbandes nicht bei jeder kleinen Druckdifferenzwertänderung umgestellt wird bzw. korrigiert werden muss.If the pressure difference value is in the range of the pressure difference limit value, a switchover hysteresis band can be provided or used to calm the system, so that the afterheating expansion valve is not switched over within the switchover hysteresis band or has to be corrected for every small change in the pressure difference value.
Bei dem Nachheizverfahren kann bei einem steigenden Heizbedarf das Nachheiz-Expansionsventil ausgehend von seiner bereits konstant gehaltenen teilweise geschlossenen Stellung weiter schrittweise gedrosselt werden, bis sich in der Kälteanlage drei Drucklagen ausgebildet haben, wobei zwischen dem weiteren Wärmeübertrager, insbesondere dem Heizregister, und dem Nachheiz-Expansionsventil eine Hochdrucklage ausgebildet wird und zwischen dem Nachheiz-Expansionsventil und dem äußeren Wärmeübertrager eine Mitteldrucklage ausgebildet wird.In the post-heating process, when the heating requirement increases, the post-heating expansion valve can be gradually throttled further, starting from its partially closed position, which has already been kept constant, until three pressure levels have formed in the refrigeration system, wherein there is a gap between the further heat exchanger, in particular the heating register, and the post-heating Expansion valve, a high-pressure layer is formed and a medium-pressure layer is formed between the post-heating expansion valve and the external heat exchanger.
Dabei kann nach Erreichen eines Maximaldrucks oder/und einer Maximaltemperatur des Kältemittels, das schrittweise Drosseln des Nachheiz-Expansionsventils unterbleiben und die Temperaturklappe kann ausgehend von einer Soll-Öffnungsstellung weiter geöffnet werden, insbesondere bis in eine maximale Öffnungsstellung. Alternativ oder ergänzend zu einem weiteren Öffnen der Temperaturklappen kann ein elektrisches Heizelement zugeschaltet werden, das beispielsweise dem Heizregister nachgeordnet vorgesehen ist. Mit anderen Worten kann die Temperaturklappe in einer im Wesentlichen gleichbleibenden Soll-Öffnungsposition beibehalten werden und zusätzliche Heizleistung durch Einbinden eines elektrischen Zusatzheizers oder/und eines Chillers abgedeckt werden.After reaching a maximum pressure and/or a maximum temperature of the refrigerant, the gradual throttling of the post-heating expansion valve can be omitted and the temperature flap can be opened further starting from a target opening position, in particular up to a maximum opening position. As an alternative or in addition to opening the temperature flaps further, an electrical heating element can be switched on, which is provided downstream of the heating register, for example. In other words, the temperature flap can be maintained in an essentially constant desired opening position and additional heating capacity can be covered by integrating an additional electric heater and/or a chiller.
Die Soll-Öffnungsposition der Temperaturklappe kann auf einen Wert zwischen 60% bis 90% eingestellt werden, insbesondere auf einen Wert zwischen 70% und 85%, bezogen auf eine maximale Öffnungsstellung von 100%.The target opening position of the temperature flap can be set to a value between 60% and 90%, in particular to a value between between 70% and 85%, based on a maximum opening position of 100%.
Vorgeschlagen wird auch eine Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion für ein Kraftfahrzeug, mit
- einem Kältemittelverdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekundärstrang verbindbar oder verbunden ist;
- einem direkt oder indirekt wirkenden äußeren Wärmeübertrager, der im Primärstrang angeordnet ist;
- einem direkt oder indirekt wirkenden Verdampfer, der im Primärstrang angeordnet ist;
- einem weiteren als Wärmequelle wirkenden Wärmeübertrager, insbesondere einem Heizregister, der im Sekundärstrang angeordnet ist;
- wenigstens einer beweglichen Temperaturklappe, die bezogen auf eine Zuluftströmungsrichtung vor oder nach (stromaufwärts oder stromabwärts) dem weiteren Wärmeübertrager, insbesondere dem Heizregister, angeordnet ist;
- wenigstens einem Nachheiz-Expansionsventil, das zwischen dem weiteren Wärmeübertrager, insbesondere dem Heizregister, und dem äußeren Wärmeübertrager im Sekundärstrang angeordnet ist;
- wobei die Kälteanlage dazu eingerichtet ist, in einem Nachheizbetrieb, wie er oben beschrieben worden ist, betrieben zu werden, und
- wobei in einem solchen Nachheizbetrieb das Kältemittel ausgehend vom Kältemittelverdichter nacheinander die folgenden Komponenten der Kälteanlage durchströmt: weiterer Wärmeübertrager, insbesondere Heizregister, und Nachheiz-Expansionsventil im Sekundärstrang, äußerer Wärmeübertrager und Verdampfer im Primärstrang.
- a refrigerant compressor which can be connected or is connected to a primary line and a secondary line;
- a directly or indirectly acting external heat exchanger, which is arranged in the primary line;
- a directly or indirectly acting evaporator, which is arranged in the primary line;
- a further heat exchanger acting as a heat source, in particular a heating register, which is arranged in the secondary line;
- at least one movable temperature flap which is arranged upstream or downstream (upstream or downstream) of the further heat exchanger, in particular the heating register, in relation to a supply air flow direction;
- at least one post-heating expansion valve, which is arranged between the further heat exchanger, in particular the heating register, and the outer heat exchanger in the secondary line;
- wherein the refrigeration system is set up to be operated in a post-heating mode as described above, and
- in such a post-heating operation, the refrigerant flows through the following components of the refrigeration system in succession, starting from the refrigerant compressor: further heat exchanger, in particular heating register, and post-heating expansion valve in the secondary line, external heat exchanger and evaporator in the primary line.
Je nach Systemtopologie kann der äußere Wärmeübertrager monodirektional oder bidirektional durchströmbar sein, je nach Ausführungsform der Kälteanlage. Bei einer monodirektionalen Variante wird im Kälteanlagenbetrieb und im Luftwärmepumpenmodus der äußere Wärmeübertrager vom Kältemittel stets in derselben Richtung bzw. in derselben Weise durchströmt. Bei einer bidirektionalen Variante wird der äußere Wärmeübertrager im Kälteanlagenbetrieb vom Kältemittel in anderer bzw. unterschiedlicher Richtung (entgegengesetzt) durchströmt als im Luftwärmepumpenmodus. Bezüglich des äußeren Wärmeübertragers ist noch anzumerken, dass er - ähnlich zum Heizregister - sowohl direkt (als Kondensator bzw. Gaskühler) als auch indirekt (als Fluid-Wärmeübertrager) Wärme an die (Umgebungs-)Luft abgeben oder aus dieser aufnehmen kann.Depending on the system topology, the external heat exchanger can have a monodirectional or bidirectional flow, depending on the design of the refrigeration system. In a monodirectional variant, the coolant always flows through the external heat exchanger in the same direction or in the same way during refrigeration system operation and in the air heat pump mode. In a bidirectional variant, the refrigerant flows through the external heat exchanger in refrigeration system operation in a different or different direction (opposite) than in air heat pump mode. With regard to the external heat exchanger, it should also be noted that - similar to the heating register - it can give off heat to the (ambient) air or absorb it both directly (as a condenser or gas cooler) and indirectly (as a fluid heat exchanger).
Ein Kraftfahrzeug kann mit einer solchen Kälteanlage ausgestattet sein. Dabei kann es sich bei dem Kraftfahrzeug insbesondere um ein Elektrofahrzeug handeln. Bei einem Elektrofahrzeug kann der effiziente Betrieb der Kälteanlage zu Stromeinsparungen führen, so dass hierdurch eine größere Reichweite des Elektrofahrzeugs erzielt werden kann.A motor vehicle can be equipped with such a refrigeration system. The motor vehicle can in particular be an electric vehicle. In an electric vehicle, the efficient operation of the refrigeration system can lead to electricity savings, so that a greater range of the electric vehicle can be achieved as a result.
Das oben genauer für das Nachheiz-Expansionsventil beschriebene Verfahren kann in analoger Weise auch für andere Expansionsorgane und damit auch Systemabschnitte einer Kälteanlage eingesetzt werden.The method described above in more detail for the post-heating expansion valve can also be used in an analogous manner for other expansion devices and thus also for system sections of a refrigeration system.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:
-
1 ein schematisches und vereinfachtes Schaltbild einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug; -
2 ein Flussdiagram einer beispielhaften Umsetzung des Nachheizverfahrens in einem ersten Betriebszustand, insbesondere mittels der in1 beschriebenen Kälteanlage; -
3 ein Flussdiagram einer beispielhaften Umsetzung des Nachheizverfahrens in einem zweiten Betriebszustand, der sich an den ersten Betriebszustand anschließen kann, insbesondere mittels der in1 beschriebenen Kälteanlage; -
4 ein Flussdiagram einer beispielhaften Umsetzung des Nachheizverfahrens in einem zweiten Betriebszustand, der sich an den ersten Betriebszustand anschließen kann, insbesondere mittels der in1 beschriebenen Kälteanlage.
-
1 a schematic and simplified circuit diagram of a refrigeration system for a motor vehicle; -
2 a flowchart of an exemplary implementation of the post-heating method in a first operating state, in particular by means of in1 described refrigeration system; -
3 a flowchart of an exemplary implementation of the post-heating method in a second operating state, which can follow the first operating state, in particular by means of in1 described refrigeration system; -
4 a flow chart of an exemplary implementation of the post-heating method in a second operating state, which can follow the first operating state, in particular by means of in1 described refrigeration system.
In
Der Verdampfer 22 ist hier beispielhaft als Frontverdampfer für ein Fahrzeug gezeigt. Der Verdampfer 22 steht stellvertretend auch für weitere in einem Fahrzeug mögliche Verdampfer, wie beispielsweise Fondverdampfer, die strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet sein können. Mit anderen Worten umfasst die Kälteanlage 10 also wenigstens einen Verdampfer 22.The
Stromabwärts des Verdichters 12 ist ein Absperrventil A4 angeordnet. Stromaufwärts des Verdampfers 22 ist ein Expansionsventil AE2 vorgesehen.A shut-off valve A4 is arranged downstream of the
Im Rahmen dieser Beschreibung wird in dem gesamten Kältemittelkreislauf 11 der Kälteanlage 10 der Abschnitt vom Verdichter 12 zum äußeren Wärmeübertrager 18, zum inneren Wärmeübertrager 20 und zum Verdampfer 22 als Primärstrang 14 bezeichnet.Within the scope of this description, the section from the
Die Kälteanlage 10 umfasst weiter ein Heizregister 26 (auch als Heizkondensator oder Heizgaskühler bezeichnet). Stromaufwärts des Heizregisters 26 ist ein Absperrventil A3 angeordnet. Stromabwärts des Heizregisters 26 ist ein Absperrventil A1 angeordnet. Ferner ist stromabwärts des Heizregisters 26 ein Expansionsventil AE4 angeordnet.The
Im Rahmen dieser Beschreibung wird in dem gesamten Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 10 der Abschnitt vom Verdichter 12 zum Heizregister 26, zum Expansionsventil AE4 und zu einem Abzweig Ab2 als Sekundärstrang 16 bezeichnet. Der Sekundärstrang 16 umfasst einen Heizzweig 16.1, der sich von dem Absperrventil A3 über das Heizregister26 zum Absperrventil A1 erstreckt. Weiter umfasst der Sekundärstrang 16 einen Nachheizzweig bzw. Reheat-Zweig 16.2, der stromaufwärts mit dem Heizregister 26 und stromabwärts mit dem äußeren Wärmeübertrager 5 fluidverbindbar ist. Dabei mündet der Sekundärstrang 16 bzw. der Reheat-Zweig 16.2 bei einem Abzweigpunkt Ab2 in den Primärstrang 14.Within the scope of this description, the section from the
Die Kälteanlage 10 umfasst einen weiteren Verdampfer bzw. Chiller 28. Der Chiller 28 ist strömungstechnisch parallel zum Verdampfer 22 vorgesehen. Der Chiller 28 kann beispielsweise zur Kühlung einer elektrischen Komponente des Fahrzeugs dienen, aber auch zur Realisierung einer Wasser-Wärmepumpenfunktion unter Nutzung der Abwärme von wenigstens einer elektrischen Komponente. Dem Chiller 28 ist stromaufwärts ein Expansionsventil AE1 vorgeschaltet.The
Die Kälteanlage 10 kann auch ein elektrisches Heizelement 30 aufweisen, das beispielsweise als Hochvolt-PTC-Heizelement ausgeführt ist. Das elektrische Heizelement 30 dient als Zusatzheizer für einen in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom L. Dabei kann das elektrische Heizelement 30 zusammen mit dem Heizregister 26 und dem Verdampfer 22 in einem Klimagerät 32 untergebracht sein. Dabei kann das elektrische Heizelement 30 dem Heizregister 26 nachgeschaltet angeordnet sein.The
In der
Die Kälteanlage 10 kann in unterschiedlichen Modi betrieben werden, die nachfolgend kurz beschrieben werden.The
Im AC-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 11 strömt das auf Hochdruck verdichtete Kältemittel ausgehend von dem Kältemittelverdichter 12 bei offenem Absperrventil A4 in den äußeren Wärmeübertrager 18. Von dort strömt es zu dem Hochdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 20 und dem vollständig geöffneten Expansionsventil AE3. Über einen Abzweigpunkt Ab1 kann das Kältemittel zum Expansionsventil AE2 und in den Innenraum-Verdampfer 22 strömen (Verdampferabschnitt 22.1). Parallel oder alternativ kann das Kältemittel über einen Abzweigpunkt Ab4 und das Expansionsventil AE1 in den Chiller 28 strömen (Chillerabschnitt 28.1). Aus dem Verdampfer 22 oder/und dem Chiller 28 strömt das Kältemittel niederdruckseitig in den Sammler 24 und durch den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 20 zurück zum Verdichter 12.In AC operation of the
In dem AC-Betrieb ist der Heizzweig 16.1 bzw. der Sekundärstrang 16 mittels des Absperrventils A3 abgesperrt, so dass heißes Kältemittel nicht durch das Heizregister 26 strömen kann. Zur Rückholung von Kältemittel aus dem inaktiven Heizzweig 16.1 kann das als Absperrventil ausgebildete Absperrorgan A5 geöffnet werden, so dass das Kältemittel über das Absperrorgan A5 und das Rückschlagventil R2, bei gleichzeitig geschlossenem Absperrorgan A2, in Richtung des Sammlers 24 strömen kann.In AC operation, the heating branch 16.1 or the
Im Heizbetrieb des Kältemittelkreislaufs 11 wird das Absperrventil A4 geschlossen und das Absperrventil A3 geöffnet, so dass heißes Kältemittel in den Heizzweig 16.1 strömen kann.In the heating mode of the
Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des Chillers 28 zur Realisierung eines Wasser-Wärmepumpenbetriebs strömt das mittels des Kältemittelverdichters 12 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrventil A3 in das Heizregister 26 . Am Heizregister 26 wird Wärme an einen in den Fahrzeuginnenraum geführten Zuluftstrom L abgegeben. Das Kältemittel strömt anschließend über das geöffnete Absperrventil A1 und den Abzweigpunkt Ab1. Es wird mittels des Expansionsventils AE1 in den Chiller 28 zur Aufnahme von Abwärme der in einem Kühlmittelkreislauf 28.2 angeordneten elektrischen und/oder elektronischen Komponenten entspannt. Bei dieser Heizfunktion sind die Expansionsventile AE3 und AE4 geschlossen, das Absperrventil A5 geschlossen und das Absperrventil A2 geöffnet. Dabei kann über das Absperrventil A2 im Wasser-Wärmepumpenbetrieb ausgelagertes Kältemittel aus einem Bidirektionalzweig 14.1 bzw. dem Primärstrang 14 abgesaugt und über das Rückschlagventil R2 dem Sammler 24 zugeführt werden.In order to carry out the heating function by means of the
Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des äußeren Wärmeübertragers 18 als Wärmepumpenverdampfer strömt das mittels des Kältemittelverdichters 12 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrventil A3 zur Abgabe von Wärme an einen Zuluftstrom L in das Heizregister 26. Anschließend wird es über das geöffnete Absperrventil A1 mittels des Expansionsventils AE3 in den äußeren Wärmeübertrager 18 zur Aufnahme von Wärme aus der Umgebungsluft entspannt. Danach strömt das Kältemittel über einen Wärmepumpenrückführzweig 15 zum Sammler 24 und zurück zum Kältemittelverdichter 12. Die Expansionsventile AE1, AE2 und AE4 bleiben dabei, ebenso wie das Absperrventil A5, geschlossen.In order to carry out the heating function by means of the
Eine indirekte Dreiecksschaltung kann dadurch realisiert werden, dass bei geöffnetem Absperrventil A1 das von dem Kältemittelverdichter 12 verdichtete Kältemittel mittels des Expansionsventils AE1 in den Chiller 28 entspannt wird, wobei gleichzeitig kühlmittelseitig, also in dem Kühlmittelkreislauf 28.2 kein Volumenstrom erzeugt wird, also bspw. das als Kühlmittel verwendete Fluid, wie etwa Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch, auf der Kühlmittelseite des Chillers 28 stehen bleibt bzw. der Chiller 28 nicht aktiv von Kühlmittel durchströmt wird. Die Expansionsventile AE2, AE3 und AE4 bleiben bei dieser Schaltvariante geschlossen.An indirect delta connection can be implemented in that, when the shut-off valve A1 is open, the refrigerant compressed by the
Bei einem Nachheiz- bzw.- Reheat-Betrieb wird der in den Fahrzeuginnenraum zugeführte Zuluftstrom L mittels des Verdampfers 22 zunächst gekühlt und damit entfeuchtet. Mit der auf das Kältemittel durch Verdampfung und Entfeuchtung übertragenen Wärme sowie der dem Kältemittel über den Verdichter 12 zugeführten Wärme kann der Zuluftstrom L mittels des Heizregisters 26 vollständig oder zumindest teilweise wieder erwärmt werden.In an after-heating or reheat operation, the supply air flow L fed into the vehicle interior is first cooled by means of the
Hierzu weist die Kälteanlage 10, insbesondere das Klimagerät 32, zwischen dem Verdampfer 22 und dem Heizregister 26 einstellbare, insbesondere steuerbare und schwenkbare, Temperaturklappen 34 auf. Im dargestellten Beispiel sind eine linke und eine rechte Temperaturklappe 34L und 34R (in
In der 100%-Position wird der gesamte den Verdampfer 22 durchströmende Zuluftstrom L über das Heizregister 26 geführt und erwärmt, bevor dieser in den Fahrgastraum des Fahrzeugs strömen kann. In der 0%-Position strömt der gesamte den Verdampfer 22 durchströmende Zuluftstrom L im Bypass um das Heizregister 26 ohne Erwärmung und damit ohne Wärmeaufnahme in den Fahrgastraum.In the 100% position, the entire supply air flow L flowing through the
In einer x-Position der Temperaturklappen 34L und 34R mit 0 % < x < 100 % sind diese Temperaturklappen nur teilweise geöffnet, so dass jeweils nur ein Teilluftstrom des den Verdampfer 22 durchströmenden Zuluftstroms L über das Heizregister 26 geführt wird. Dieser erwärmte Teilluftstrom kann anschließend dem verbleibenden, gekühlten und entfeuchteten Teilluftstrom beigemischt werden. Der in dieser Weise erwärmte Zuluftstrom L wird dem Fahrgastraum des Fahrzeugs zugeführt. Beispielhaft zeigt eine 50 %-Position an, dass die Temperaturklappen 34R und 34L nur halb, also 50 % geöffnet sind.In an x position of the temperature flaps 34L and 34R with 0%<x<100%, these temperature flaps are only partially open, so that only a partial air flow of the supply air flow L flowing through the
Ein Nachheiz- bzw. Reheat-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 11 bzw. der Kälteanlage 10 wird in Abhängigkeit der Wärmebilanz auf unterschiedliche Weise durchgeführt.Post-heating or reheating operation of the
Nachfolgend wird ein für den Nachheiz- bzw. Reheatbetrieb mögliches Betriebsverfahren 500 anhand der Ablaufschemata der
Betrachtet wird ein Nachheizbetrieb bzw. -verfahren 500 (Reheat III), bei dem das Kältemittel ausgehend von dem Verdichter 12 über das geöffnete Absperrventil A3 zu einem weiteren als Wärmequelle wirkenden Wärmeübertrager, insbesondere Heizregister 26 (Heizkondensator bzw. Heizgaskühler) strömt Das Absperrventil A1 ist geschlossen und das Kältemittel strömt über das vollständig geöffnete Expansionsventil AE4 (S501) zum äußeren Wärmeübertrager 18. Danach passiert das Kältemittel hochdruckseitig den inneren Wärmeübertrager 20 und gelangt über das geöffnete Expansionsventil AE3 und das Expansionsventil AE2 zum Verdampfer 22. Von dort gelangt das Kältemittel über den Kältemittelsammler 24 und den niederdruckseitigen Abschnitt des inneren Wärmeübertragers 20 wieder zum Verdichter 12. Bei diesem Nachheizverfahren werden die Temperaturklappen 34L, 34R in geeignete Stellungen bewegt, die nachfolgend mit „TK“ kenntlich gemacht sind, wobei TK einen Wert von 0% (Temperaturklappen 34L, 34R geschlossen) bis 100% (Temperaturklappen 34L, 34R vollständig geöffnet) annehmen kann.A post-heating operation or method 500 (Reheat III) is considered, in which the refrigerant, starting from the
Das Nachheizverfahren 500 wird hier ausgehend von einer (zunächst) ausreichenden Heizleistung zur Deckung eines Heizbedarfs betrachtet. Dieser Betriebszustand innerhalb des Nachheizverfahrens Reheat III wird nachfolgend als RH3a (Reheat Illa) angesprochen (S502).The
Bei dem Nachheizverfahren 500 wird in einem Schritt S503 eine Druckdifferenz dp bestimmt. Die Druckdifferenz dp berechnet sich aus der Differenz der Drücke p4 und p3, die beispielsweise an den Sensoren pT3 und pT4 erfasst werden. Mit anderen Worten werden die am weiteren Wärmeübertrager bzw. Heizregister 26 und am äußeren Wärmeübertrager anliegenden Drücke erfasst und deren Differenz bestimmt. Es wird darauf hingewiesen, dass die in der
In Schritt S504 wird geprüft, ob der Druckdifferenzwert dp kleiner ist als ein systemseitig festgelegter Druckdifferenzgrenzwert dpgrenz. Solange der Druckdifferenzwert dp kleiner ist als der Druckdifferenzgrenzwert wird in Schritt S505 das Nachheiz-Expansionsventil AE4 schrittweise bzw. kontinuierlich geschlossen. Danach wird erneut die Druckdifferenz dp neu berechnet, um feststellen zu können, welchen Einfluss das schrittweise bzw. kontinuierliche Schließen des Nachheiz-Expansionsventils auf die im System herrschenden Druckverhältnisse bzw. Drucklagen hat. Die Schritte S503, S504 und S505 werden dabei üblicherweise mehrfach durchlaufen.In step S504 it is checked whether the pressure difference value dp is smaller than a pressure difference limit value dplimit defined by the system. As long as the pressure difference value dp is smaller than the pressure difference limit value, the post-heating expansion valve AE4 is closed step by step or continuously in step S505. The pressure difference dp is then recalculated again in order to be able to determine what influence the gradual or continuous closing of the post-heating expansion valve has on the pressure conditions or pressure levels prevailing in the system. Steps S503, S504 and S505 are usually run through several times.
Gemäß den Schritten S503, S540 und S505 wird also das Nachheiz-Expansionsventil AE4 schon während einem Betrieb, bei dem die Heizleistung ausreichend ist, vorab in Richtung geschlossen verfahren bzw. angedrosselt. Hierdurch wird bereits in diesem Betriebszustand RH3a vorbereitend auf eine mögliche Umstellung in einen Betrieb (beispielsweise RH3b) hingewirkt, in dem die Heizleistung nicht mehr ausreichend ist. Mit anderen Worten wird ein sogenanntes Totband, in welchem sich trotz des Schließens bzw. Androsselns des Nachheiz-Expansionsventils AE4 keine oder kaum eine Veränderung in den zwei Drucklagen (Hochdruck und Niederdruck) einstellt, nicht erst dann durchlaufen, wenn auf einen Betrieb für steigende Heizleistung umgestellt wird. Somit kann das Durchlaufen des Totbandes zeitlich kompensiert werden, so dass sich bei einem weiteren Schließen des Nachheiz-Expansionsventils AE4 möglichst umgehend eine dritte Drucklage (Zwischendruck) einstellen lässt.According to steps S503, S540 and S505, the post-heating expansion valve AE4 is therefore already moved in the closed direction or throttled beforehand during operation in which the heating output is sufficient. As a result, even in this operating state RH3a, a preparation is made for a possible changeover to an operation (for example RH3b) in which the heating output is no longer sufficient. In other words, a so-called dead band, in which there is little or no change in the two pressure positions (high pressure and low pressure) despite the closing or throttling of the post-heating expansion valve AE4, is not only passed through when operation for increasing heating output is initiated is switched. In this way, passing through the dead band can be compensated for in terms of time, so that if the post-heating expansion valve AE4 closes again, a third pressure position (intermediate pressure) can be set as quickly as possible.
Der Druckdifferenzgrenzwert dpgrenz kann insbesondere 0,5 bar bis 5 bar betragen, vorzugsweise 1 bar bis 3 bar. Der Druckdifferenzgrenzwert dpgrenz kann dabei in Abhängigkeit von der Außentemperatur festgelegt werden bzw. sein. Beispielsweise können unterschiedlichen Außentemperaturen jeweilige Druckdifferenzgrenzwerte zugeordnet sein. Insbesondere kann der Druckdifferenzgrenzwert dpgrenz kann für Außentemperaturen festgelegt werden, die 10°C bis 30°C betragen, insbesondere 15°C bis 25°C. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein Nachheizverfahren üblicherweise bei solchen Außentemperaturen zum Einsatz kommt bzw. solche Außentemperaturen eine Bedingung darstellen, dass die Kälteanlage überhaupt im Nachheizbetrieb betrieben wird.The pressure difference limit value dplimit can in particular be 0.5 bar to 5 bar, preferably 1 bar to 3 bar. The pressure difference limit value dplimit can be defined as a function of the outside temperature. For example, respective pressure difference limit values can be assigned to different outside temperatures. In particular, the pressure difference limit value dplimit can be specified for outside temperatures of 10°C to 30°C, in particular 15°C to 25°C. It must be taken into account here that a post-heating process is usually used at such outside temperatures or such outside temperatures represent a condition for the refrigeration system to be operated at all in post-heating mode.
Eine rein beispielhafte Zuordnung von Außentemperaturen und Druckdifferenzgrenzwert kann wie folgt vorgesehen bzw. vorgegeben sein.
Je nach eingesetztem Kältemittel oder/und Systemaufbau der Kälteanlage kann der Druckdifferenzgrenzwert dpgrenz auch andere Werte aufweisen, die anderen Außentemperaturen zugeordnet sind.Depending on the refrigerant used and/or the system structure of the refrigeration system, the pressure difference limit value dplimit can also have other values that are assigned to other outside temperatures.
Wenn Schritt S504 nicht erfüllt ist, erfolgt in Schritt S506 eine Überprüfung, in welcher Öffnungsstellung TK die Temperaturklappen 34L, 34R sind. Wenn diese bis zu 80% geöffnet sind, wird in Schritt S507 überprüft, ab die Öffnungsstellung einer Öffnungssollstellung TKsoll entspricht. Wenn dies zutrifft, wird das Nachheiz-Expansionsventil AE4 gemäß Schritt S508 im Wesentlichen in einer konstanten Stellung beibehalten bzw. geregelt, was durch die beiden entgegengesetzten Pfeile illustriert ist.If step S504 is not fulfilled, in step S506 a check is made as to which open position TK the temperature flaps 34L, 34R are in. If these are opened up to 80%, it is checked in step S507 whether the opening position corresponds to a desired opening position TKsoll. If so, the post-heating expansion valve AE4 is essentially in a kon maintained or regulated constant position, which is illustrated by the two opposite arrows.
Entspricht die Öffnungsstellung TK nicht der Öffnungssollstellung TKsoll wird in Schritt S509 geprüft, ob der Druckdifferenzwert dp dem Druckdifferenzgrenzwert dpgrenz entspricht. Wenn dies zutrifft, wird zu Schritt S508 verzweigt. Falls die Bedingung in S509 nicht erfüllt ist, erfolgt in Schritt S510 eine Überprüfung, ob das Nachheiz-Expansionsventil AE4 bereits vollständig (100%) geöffnet ist. Wenn dies nicht zutrifft, wird das Nachheiz-Expansionsventil AE4 gemäß Schritt S511 weiter schrittweise bzw. kontinuierlich geöffnet. Ist die Bedingung in S510 erfüllt, wird gemäß Schritt S512 in einen anderen Betriebsmodus, der hier als Reheat IV bezeichnet ist, geschaltet.If the opening position TK does not correspond to the desired opening position TKsoll, a check is made in step S509 to determine whether the pressure difference value dp corresponds to the pressure difference limit value dplimit. If this is the case, a branch is made to step S508. If the condition in S509 is not met, in step S510 a check is made as to whether the post-heating expansion valve AE4 is already fully (100%) open. If this is not the case, the post-heating expansion valve AE4 is further opened stepwise or continuously according to step S511. If the condition in S510 is met, according to step S512, a different operating mode is switched to, which is referred to here as Reheat IV.
Das Umschalten in den Betriebsmodus Reheat IV tritt insbesondere in einer Situation auf, wenn bei geöffnetem Nachheiz-Expansionsventil AE4 die Heißgastemperatur des Kältemittels am Heizregister 26 einen kritischen Wert erreichen sollte. In Reheat IV kann über ein schrittweises Öffnen des Absperrorgans A4 ein Teil des Kältemittelstroms direkt über den äußeren Wärmeübertrager 18 (Gaskühler) geleitet werden, so dass das Heizregister 26 entlastet wird.Switching to the Reheat IV operating mode occurs in particular in a situation when the hot gas temperature of the refrigerant at the
Wird in Schritt S506 festgestellt, dass die Temperaturklappen 34L, 34R zu 80% oder mehr geöffnet sind bzw. die Anforderung besteht, diese auf einen solchen Grad zu öffnen, erfolgt in Schritt S513 ein Übergang in den Betriebsmodus Reheat Illb (RH3b). Der Modus RH3b wird eingesetzt, wenn die aktuelle Heizleistung nicht mehr ausreicht, d.h. der Heizbedarf größer geworden ist.If it is determined in step S506 that the temperature flaps 34L, 34R are open to 80% or more or there is a requirement to open them to such a degree, a transition to the operating mode Reheat IIIb (RH3b) takes place in step S513. The RH3b mode is used when the current heating output is no longer sufficient, i.e. the heating requirement has increased.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass aufgrund der im Betriebsmodus RH3a mehrfach durchlaufenen Schleife der Schritte S503, S504, S505 das Nachheiz-Expansionsventil AE4 bereits so angedrosselt ist, dass ein weiteres Schließen bzw. Androsseln, das im Betriebsmodus RH3b (
Bei dem Betriebsmodus RH3b (S513) erfolgt in Schritt S520 eine Überprüfung, in welcher Öffnungsstellung TK die Temperaturklappen 34L, 34R sind. Wenn diese bis zu 80% geöffnet sind, wird in Schritt S521 überprüft, ob die Öffnungsstellung einer Öffnungssollstellung TKsoll entspricht. Wenn dies zutrifft, wird das Nachheiz-Expansionsventil AE4 gemäß Schritt S522 im Wesentlichen in einer konstanten Stellung beibehalten bzw. geregelt, was durch die beiden entgegengesetzten Pfeile illustriert ist.In the operating mode RH3b (S513), in step S520 a check is made as to which open position TK the temperature flaps 34L, 34R are in. If these are opened up to 80%, it is checked in step S521 whether the open position corresponds to a desired opening position TKsoll. If this is the case, the post-heating expansion valve AE4 is essentially maintained or regulated in a constant position according to step S522, which is illustrated by the two opposite arrows.
Entspricht die Öffnungsstellung TK nicht der Öffnungssollstellung TKsoll wird in Schritt S523 geprüft, ob der optionale Zusatzheizer 30 eingeschaltet ist, insbesondere auf einer Heizstufe größer Null eingestellt ist. Ist der Zusatzheizer nicht eingeschaltet, wird gemäß Schritt S524 das Nachheiz-Expansionsventil AE4 schrittweise bzw. kontinuierlich geöffnet.If the opening position TK does not correspond to the desired opening position TKsetpoint, in step S523 it is checked whether the optional
Wenn in S520 festgestellt wird, dass die Temperaturklappen 34L, 34R mehr als 80% geöffnet sind bzw. eine entsprechende systemseitige Anforderung vorliegt, diese weiter zu öffnen, wird in Schritt S525 überprüft, ob das Nachheiz-Expansionsventil AE4 auf eine minimale zulässige Öffnungsstellung gedrosselt ist. Wenn dies nicht der Fall ist, kann gemäß Schritt S526 das Nachheiz-Expansionsventil AE4 weiter schrittweise bzw. kontinuierlich bis hin zu einem minimal zulässigem Querschnitt geschlossen bzw. gedrosselt werden.If it is determined in S520 that the temperature flaps 34L, 34R are more than 80% open or there is a corresponding system-side request to open them further, it is checked in step S525 whether the post-heating expansion valve AE4 is throttled to a minimum permissible open position . If this is not the case, according to step S526 the post-heating expansion valve AE4 can be closed or throttled further in steps or continuously down to a minimum permissible cross section.
Ausgehend von den Schritten S522, S524, S525 und S526 erfolgt in Schritt S527 die (erneute) Bestimmung des Druckdifferenzwerts dp. In Schritt S528 wird überprüft, ob der Druckdifferenzwert dp kleiner als oder gleich dem Druckdifferenzgrenzwert dpgrenz ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird das Betriebsverfahren RH3b beibehalten und beginnt wieder bei Schritt S520. Im anderen Fall erfolgt ein Übergang von Schritt S528 zurück in den Betriebsmodus RH3a (S502;
Wird in S525 festgestellt, dass das Nachheiz-Expansionsventil AE4 bereits in seiner minimal zulässigen Öffnungsstellung eingestellt ist, d.h. es ist maximal möglich gedrosselt, kann ein weiterer Heizbedarf durch den optionalen elektrischen Zusatzheizer 30 gedeckt werden. Es kann dann in Schritt S529 der elektrische Zusatzheizer um beispielsweise eine Stufe erhöht werden, was durch den nach oben gerichteten Pfeil illustriert ist. Danach erfolgt wieder die Druckprüfung gemäß den Schritten S527 und S528.If it is determined in S525 that the post-heating expansion valve AE4 is already set to its minimum permissible opening position, i.e. it is throttled to the maximum possible, further heating requirements can be covered by the optional electric
Falls der Zusatzheizer 30 gemäß S529 in Betrieb genommen worden ist, führt die Überprüfung gemäß S523 dazu, dass Schritt S530 durchlaufen wird, in dem der Zusatzheizer 30 insbesondere stufenweise heruntergeschaltet wird, was durch den nach unten gerichteten Pfeil illustriert ist.If the
Die in
Dieses Grundprinzip ist auch aus der
Wie zur
Entspricht die Öffnungsstellung TK nicht der Öffnungssollstellung TKsoll wird in Schritt S540 geprüft, ob das dem Chiller 28 vorgeschaltete Expansionsventil AE1 bereits (teilweise) geöffnet ist bzw. nicht geschlossen ist. Ist das Expansionsventil AE1 noch geschlossen (AE1 = 0), wird gemäß Schritt S524 das Nachheiz-Expansionsventil AE4 schrittweise bzw. kontinuierlich geöffnet.If the opening position TK does not correspond to the desired opening position TKsetpoint, in step S540 it is checked whether the expansion valve AE1 connected upstream of the
Wenn in S520 festgestellt wird, dass die Temperaturklappen 34L, 34R mehr als 80% geöffnet sind bzw. eine entsprechende systemseitige Anforderung vorliegt, diese weiter zu öffnen, wird in Schritt S525 überprüft, ob das Nachheiz-Expansionsventil AE4 auf eine minimale Öffnungsstellung gedrosselt ist. Wenn dies nicht der Fall ist, kann gemäß Schritt S526 das Nachheiz-Expansionsventil AE4 weiter schrittweise bzw. kontinuierlich geschlossen bzw. gedrosselt werden.If it is determined in S520 that the temperature flaps 34L, 34R are more than 80% open or there is a corresponding system-side request to open them further, it is checked in step S525 whether the post-heating expansion valve AE4 is throttled to a minimum open position. If this is not the case, according to step S526, the post-heating expansion valve AE4 can be further closed or throttled step by step or continuously.
Ausgehend von den Schritten S522, S524, S525 und S526 erfolgt in Schritt S527 die (erneute) Bestimmung des Druckdifferenzwerts dp. In Schritt S528 wird überprüft, ob der Druckdifferenzwert dp kleiner als oder gleich wir der Druckdifferenzgrenzwert dpgrenz ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird das Betriebsverfahren RH3b beibehalten und beginnt wieder bei Schritt S520. Im anderen Fall erfolgt ein Übergang von Schritt S528 zurück in den Betriebsmodus RH3a (S502;
Wird in S525 festgestellt, dass das Nachheiz-Expansionsventil AE4 bereits in seiner minimalen Öffnungsstellung eingestellt ist, d.h. es ist maximal möglich gedrosselt, kann ein weiterer Heizbedarf durch Einbindung des Chillers 28 mittels des vorgeschalteten Expansionsventils AE1 gedeckt werden. In Schritt S541 wird dann überprüft, ob das Expansionsventil AE1 in einer maximalen Öffnungsstellung ist. Wenn dies nicht der Fall ist, kann Schritt S542 das Expansionsventil AE1 schrittweise bzw. kontinuierlich geöffnet werden, was durch den nach oben gerichteten Pfeil illustriert ist. Danach erfolgt wieder die Druckprüfung gemäß den Schritten S527 und S528. Falls das Expansionsventil AE1 bereits seine maximal mögliche Öffnungsstellung erreicht hat, wird unmittelbar zu S527 verzweigt.If it is determined in S525 that the post-heating expansion valve AE4 is already set in its minimum open position, i.e. it is throttled to the maximum possible extent, further heating requirements can be covered by integrating the
Falls der Chiller 28 über das Expansionsventil AE1 gemäß den Schritten S541 und S542 eingebunden worden ist, führt die Überprüfung gemäß S540 dazu, dass Schritt S543 durchlaufen wird, in dem das Expansionsventil AE1 schrittweise bzw. kontinuierlich geschlossen bzw. gedrosselt wird, was durch den nach unten gerichteten Pfeil illustriert ist.If the
Die in den
Durch die oben unter Bezugnahme auf die
Wenn der Druckdifferenzwert dp im Bereich des Druckdifferenzgrenzwerts dpgrenz liegt, kann zur Systemberuhigung ein Umschalthystereseband vorgesehen werden bzw. zur Anwendung kommen, so dass das Nachheiz-Expansionsventil AE4 innerhalb des Umschalthysteresebandes nicht bei jeder kleinen Druckdifferenzwertänderung umgestellt wird bzw. werden muss.If the pressure difference value dp is in the range of the pressure difference limit value dplimit, a switchover hysteresis band can be provided or used to calm the system, so that the post-heating expansion valve AE4 within the switchover hysteresis band is not or does not have to be switched over for every small change in the pressure difference value.
Das oben beschriebene Verfahren der Ventilvorandrosselung kann prinzipiell an jeder Stelle einer Kälteanlage, ggf. mit Wärmepumpenfunktion versehen, zur Anwendung kommen, an der verstellbare Expansionsorgane vorgesehen sind, die einerseits eine druckverlustfreie (d.h. entdrosselte) und andererseits eine druckverlustbehaftete (d.h. angedrosselte) Strömung umsetzen müssen.The method of valve pre-throttling described above can in principle be used at any point in a refrigeration system, possibly equipped with a heat pump function, where adjustable expansion devices are provided, which on the one hand have to convert a pressure-loss-free (i.e. unthrottled) flow and on the other hand a pressure-loss-prone (i.e. throttled) flow .
Als weiteres Beispiel sei der Verdampfer 22 genannt, dem optional eine Expansionsventil nachgeschaltet sein kann, um insbesondere bei Umgebungstemperaturen unter 0°C bei (Teil-) Umluftbetrieb eine Verdampfungstemperatur oberhalb des Gefrierpunktes zu realisieren, während stromabwärts des Expansionsorgans Niederdrücke anliegen, die ihrerseits einem Verdampfungstemperaturniveau unter 0°C entsprechen. Zu beachten ist in diesem Fall, dass in den jeweils betroffenen Systemabschnitten stets Druckbotschaften bzw. Messgrößen verfügbar sind, die auf einen Druckwert übertragen werden können.Another example is the
Auch andere Expansionsorgane können in Analogie zu dem oben beschriebenen Verfahren während eines ersten Betriebszustands angedrosselt werden, ohne dass der erste Betriebszustand verlassen wird, aber ein Umschalten in einen zweiten Betriebszustand vorbereitet wird. Hierdurch ist es möglich, ein eigentliches Umschalten von einem ersten in einen zweiten Betriebszustand bei Bedarf zeitlich rasch umzusetzen, weil ein betreffendes Expansionsorgan bereits im ersten Betriebszustand vorbereitend eingestellt wird bzw. worden ist. Insbesondere kann das Verfahren auch für das Expansionsventil AE3 umgesetzt werden.In analogy to the method described above, other expansion elements can also be throttled during a first operating state without leaving the first operating state, but preparing for switching to a second operating state. This makes it possible to implement an actual switchover from a first to a second operating state quickly if required, because a relevant expansion element is or has already been set in a preparatory manner in the first operating state. In particular, the method can also be implemented for the expansion valve AE3.
Das hier unter Bezugnahme auf die
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