DE102020205244A1 - Method for operating a refrigerant compressor in a vehicle, refrigerant compressor and vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelverdichters (2) in einem Fahrzeug. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch eine Kühlung des Kältemittelverdichters (2) über einen Kühlkreislauf des Fahrzeuges. Der Kühlkreislauf des Fahrzeuges ist bevorzugt der Kühlmittelkreislauf (1) zur Kühlung eines Verbrennungsmotors (11), aufweisend einen Wärmetauscher (15), auch als Kühler bezeichnet, zur Wärmeabgabe an die Umgebung. Vorteilhaft ist der Kühlmittelkreislauf (1) zur Kühlung des Verbrennungsmotors (11) gut erreichbar und problemlos einsetzbar, unter anderem da das Arbeitsmittel des Kühlmittelkreislaufs (1) aus Wasser und einem Kühlmittelzusatz besteht. Vorteilhaft kann durch die erfindungsgemäße externe Kühlung des Kältemittelverdichters (2) mit einfachen Mitteln Leistung und Effizienz sowie die Standfestigkeit desselben gesteigert werden. Die Aufwendungen für eine Umsetzung der Erfindung durch den Anschluss des Kältemittelverdichters (2) an einen Kühlmittelkreislauf des Fahrzeuges sind dabei gleichfalls vorteilhaft gering.Die Erfindung betrifft ferner einen Kältemittelverdichter (2) für ein Fahrzeug, aufweisend Anschlüsse für eine Verbindung mit einem Kühlmittelkreislauf (1) des Fahrzeuges, sowie ein Fahrzeug, aufweisend einen erfindungsgemäßen Kältemittelverdichter (2).The invention relates to a method for operating a refrigerant compressor (2) in a vehicle. The method according to the invention is characterized by cooling the refrigerant compressor (2) via a cooling circuit of the vehicle. The cooling circuit of the vehicle is preferably the coolant circuit (1) for cooling an internal combustion engine (11), having a heat exchanger (15), also referred to as a cooler, for dissipating heat to the environment. The coolant circuit (1) for cooling the internal combustion engine (11) is advantageously easily accessible and can be used without problems, among other things because the working medium of the coolant circuit (1) consists of water and a coolant additive. The external cooling of the refrigerant compressor (2) according to the invention can advantageously increase performance and efficiency as well as its stability using simple means. The expenses for implementing the invention by connecting the refrigerant compressor (2) to a coolant circuit of the vehicle are also advantageously low. The invention also relates to a refrigerant compressor (2) for a vehicle, having connections for a connection to a coolant circuit (1). of the vehicle, as well as a vehicle having a refrigerant compressor according to the invention (2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelverdichters in einem Fahrzeug, einen Kältemittelverdichter und ein Fahrzeug.The invention relates to a method for operating a refrigerant compressor in a vehicle, a refrigerant compressor and a vehicle.
Moderne Fahrzeuge weisen zumeist eine Klimaanlage auf, die zusätzlich zu einer üblichen Heizung des Innenraums durch die Abwärme eines Verbrennungsmotors eine Kühlung des Fahrzeuginnenraums mittels eines verdampfenden Arbeitsmittels ermöglicht. Das Arbeitsmittel wird hierzu in einem Kühlkreislauf umgewälzt, wobei in einem Verdampfer das Arbeitsmittel verdampft wird und dabei Wärme aufnimmt und anschließend in einem Kältemittelverdichter, auch als Klimakompressor bezeichnet, verdichtet. Bei der Verdichtung des Kältemittels steigt dessen Temperatur. Der Kältemittelverdichter sorgt dabei auch für die Umwälzung des Arbeitsmittels im Kühlkreislauf. Dem Kältemittelverdichter ist ein Kondensator nachgeordnet, der das Arbeitsmittel abkühlt und dadurch verflüssigt.Modern vehicles usually have an air conditioning system which, in addition to conventional heating of the interior by the waste heat from an internal combustion engine, enables the interior of the vehicle to be cooled by means of an evaporating working medium. For this purpose, the working medium is circulated in a cooling circuit, the working medium being evaporated in an evaporator, absorbing heat and then compressing it in a refrigerant compressor, also known as an air conditioning compressor. When the refrigerant is compressed, its temperature rises. The refrigerant compressor also ensures that the working medium is circulated in the cooling circuit. A condenser is arranged downstream of the refrigerant compressor, which cools the working fluid and thereby liquefies it.
Bei modernen Fahrzeugen werden die Kältemittelverdichter mittels eines Elektromotors angetrieben. Bei älteren Fahrzeugen erfolgte der Antrieb häufig über einen Riementrieb durch den Antriebsmotor des Fahrzeuges. Energetisch vorteilhaft besteht bei einem Antrieb über einen Elektromotor die Möglichkeit, den Kältemittelverdichter abzuschalten. Zudem kann ein defekter Kältemittelverdichter, der über den Riementrieb des Antriebsmotors des Fahrzeuges angetrieben wird, bei einem Defekt das gesamte Fahrzeug lahmlegen, da alle im Riementrieb befindlichen Aggregate, häufig beispielsweise der Generator, ausfallen. Hierin liegt ein weiterer Vorteil eines elektrischen Antriebs eines Kältemittelverdichters.In modern vehicles, the refrigerant compressors are driven by an electric motor. In older vehicles, the drive was often via a belt drive through the drive motor of the vehicle. In an energetically advantageous manner, there is the possibility of switching off the refrigerant compressor when it is driven by an electric motor. In addition, a defective refrigerant compressor, which is driven via the belt drive of the drive motor of the vehicle, can bring the entire vehicle to a standstill in the event of a defect, since all the units in the belt drive, often the generator, for example, fail. This is another advantage of an electric drive of a refrigerant compressor.
Problematisch ist, dass der Kältemittelverdichter und seine Umgebung hohen Temperaturen ausgesetzt sind, die im Wesentlichen durch die Abwärme von der Leistungselektronik und dem antreibenden Elektromotor bedingt sind. Dies kann unter bestimmten Umständen, beispielsweise einer hohen Außentemperatur, Leistung und Effizienz des Kältekreises deutlich einschränken. Nach dem Stand der Technik erfolgt eine Kühlung des Kältemittelverdichters durch das Arbeitsmittel des Kältekreislaufes auf der Saugseite des Kältemittelverdichters. Dabei wird häufig sowohl die Leistungselektronik als auch der Elektromotor des Kältemittelverdichters durch eine Wärmeübertragung auf das Arbeitsmittel auf der Saugseite des Kältemittelverdichters gekühlt. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass der Wärmeeintrag in das Arbeitsmittel des Kältemittelverdichters dessen Saugdichte mindert und somit den vom Kältemittelverdichter förderbaren Massenstrom verringert.The problem is that the refrigerant compressor and its surroundings are exposed to high temperatures, which are essentially caused by the waste heat from the power electronics and the driving electric motor. Under certain circumstances, such as a high outside temperature, this can significantly limit the performance and efficiency of the refrigeration circuit. According to the prior art, the refrigerant compressor is cooled by the working medium of the refrigeration circuit on the suction side of the refrigerant compressor. In this case, both the power electronics and the electric motor of the refrigerant compressor are often cooled by heat transfer to the working medium on the suction side of the refrigerant compressor. The disadvantage of this solution is that the heat input into the working medium of the refrigerant compressor reduces its suction density and thus reduces the mass flow that can be conveyed by the refrigerant compressor.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelverdichters in einem Fahrzeug, einen Kältemittelverdichter und ein Fahrzeug vorzuschlagen, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden, und einen Kältemittelkreislauf bereitzustellen, der eine hohe Leistung und Effizienz aufweist.The invention is now based on the object of proposing a method for operating a refrigerant compressor in a vehicle, a refrigerant compressor and a vehicle that overcome the disadvantages of the prior art, and to provide a refrigerant circuit that has high performance and efficiency.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelverdichters in einem Fahrzeug ist gekennzeichnet durch eine Kühlung des Kältemittelverdichters über einen Kühlmittelkreislauf des Fahrzeuges. Der Kühlmittelkreislauf des Fahrzeuges ist bevorzugt der Kühlmittelkreislauf zur Kühlung eines Verbrennungsmotors, aufweisend einen Wärmetauscher, auch als Kühler bezeichnet, zur Wärmeabgabe an die Umgebung. Vorteilhaft ist der Kühlmittelkreislauf zur Kühlung des Verbrennungsmotors gut erreichbar und problemlos einsetzbar, unter anderem da das Arbeitsmittel des Kühlmittelkreislaufs häufig lediglich aus Wasser und einem Kühlmittelzusatz besteht.The method according to the invention for operating a refrigerant compressor in a vehicle is characterized by cooling the refrigerant compressor via a coolant circuit of the vehicle. The coolant circuit of the vehicle is preferably the coolant circuit for cooling an internal combustion engine, having a heat exchanger, also referred to as a cooler, for dissipating heat to the environment. The coolant circuit for cooling the internal combustion engine is advantageously easily accessible and can be used without problems, among other things because the working medium of the coolant circuit often only consists of water and a coolant additive.
Bevorzugt ist der Kältemittelverdichter dabei im Niedrigtemperaturkreis des Kühlmittelkreislaufs zur Kühlung des Verbrennungsmotors angeordnet. Besonders bevorzugt erfolgt die Anordnung im Niedrigtemperaturkreis nach dem Wärmetauscher (Kühler). Das niedrige Temperaturniveau an dieser Position ermöglicht vorteilhaft eine effiziente Kühlung.The refrigerant compressor is preferably arranged in the low-temperature circuit of the coolant circuit for cooling the internal combustion engine. The arrangement is particularly preferably in the low-temperature circuit after the heat exchanger (cooler). The low temperature level at this position advantageously enables efficient cooling.
Vorteilhaft kann durch die erfindungsgemäße externe Kühlung des Kältemittelverdichters mit einfachen Mitteln Leistung und Effizienz sowie die Standfestigkeit desselben gesteigert werden. Die Aufwendungen für eine Umsetzung der Erfindung durch den Anschluss des Kältemittelverdichters an einen Kühlmittelkreislauf des Fahrzeuges sind dabei gleichfalls vorteilhaft gering.Advantageously, the external cooling of the refrigerant compressor according to the invention can be used to increase performance and efficiency as well as its stability using simple means. The expenses for implementing the invention by connecting the refrigerant compressor to a coolant circuit of the vehicle are also advantageously low.
Der Kühlmittelkreislauf des Fahrzeuges kann dabei auch ein anderer Kühlmittelkreislauf sein, der von einem Arbeitsmittel zur Aufnahme von Wärme durchströmt ist.The coolant circuit of the vehicle can also be another coolant circuit through which a working medium for absorbing heat flows.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Kältemittelverdichter eine Antriebseinheit und eine Leistungselektronik auf. Die Antriebseinheit ist bevorzugt ein Elektromotor. Da die Antriebseinheit einen erheblichen Wärmestrom in den Kältemittelverdichter einbringt, ist die erfindungsgemäße externe Kühlung des Kältemittelverdichters hier besonders vorteilhaft. Auch die nur begrenzt hitzeresistente Leistungselektronik des Kältemittelverdichters erzeugt Abwärme, so dass vorteilhaft durch die Erfindung die Standfestigkeit der Leistungselektronik und somit des Kältemittelverdichters gesteigert werden kann.In a preferred embodiment, the refrigerant compressor has a drive unit and power electronics. The drive unit is preferably an electric motor. Since the drive unit introduces a considerable flow of heat into the refrigerant compressor, the external cooling of the refrigerant compressor according to the invention is particularly advantageous here. The power electronics of the refrigerant compressor, which are only heat-resistant to a limited extent, also generate waste heat, so that the stability of the power electronics and thus of the refrigerant compressor can advantageously be increased by the invention.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Kühlmittelkreislauf des Fahrzeuges derart durch den Kältemittelverdichter geführt, dass zuerst die Leistungselektronik des Kältemittelverdichters und anschließend die Antriebseinheit gekühlt werden. Vorteilhaft wird diese Ausgestaltung dem Umstand gerecht, dass die Antriebseinheit zumeist deutlich thermisch belastbarer als die Leistungselektronik ist.In a preferred embodiment, the coolant circuit of the vehicle is guided through the refrigerant compressor in such a way that the power electronics of the refrigerant compressor and then the drive unit can be cooled. This configuration advantageously does justice to the fact that the drive unit is usually significantly more thermally resilient than the power electronics.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird nur die Antriebseinheit des Kältemittelverdichters durch den Kühlmittelkreislauf des Fahrzeuges gekühlt. Die Leistungselektronik des Kältemittelverdichters wird in dieser Ausgestaltung durch das im Kältemittelverdichter zu verdichtende Kältemittel, besonders bevorzugt durch die Saugseite des Kältemittelverdichters, gekühlt. Vorteilhaft können so Temperaturschwankungen im Kühlkreislauf des Fahrzeuges besser ausgeglichen werden, da die thermische Belastbarkeit der Antriebseinheit deutlich höher als die der Leistungselektronik ist.In a particularly preferred embodiment of the method, only the drive unit of the refrigerant compressor is cooled by the coolant circuit of the vehicle. In this embodiment, the power electronics of the refrigerant compressor are cooled by the refrigerant to be compressed in the refrigerant compressor, particularly preferably by the suction side of the refrigerant compressor. In this way, temperature fluctuations in the vehicle's cooling circuit can advantageously be better compensated, since the thermal load capacity of the drive unit is significantly higher than that of the power electronics.
In einer alternativen, aber ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung wird die Leistungselektronik des Kältemittelverdichters durch den Kühlkreislauf des Fahrzeuges und die Antriebseinheit durch das im Kältemittelverdichter zu verdichtende Kältemittel gekühlt. Vorteilhaft kann durch die sehr gute Kühlung durch das im Kältemittelverdichter zu verdichtende Kältemittel eine sehr kompakte Bauform der Antriebseinheit erreicht werden.In an alternative, but also preferred embodiment, the power electronics of the refrigerant compressor are cooled by the cooling circuit of the vehicle and the drive unit is cooled by the refrigerant to be compressed in the refrigerant compressor. A very compact design of the drive unit can advantageously be achieved due to the very good cooling by the refrigerant to be compressed in the refrigerant compressor.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens weist der Kältemittelverdichter Mittel zur Unterstützung der Wärmeabgabe an die Umgebung auf. Diese Mittel können dabei beispielsweise Mittel zur Oberflächenvergrößerung wie Kühlrippen und Ähnliches sein. Vorteilhaft kann so die Kühlwirkung weiter verstärkt werden.In a further preferred embodiment of the method, the refrigerant compressor has means for supporting the dissipation of heat to the environment. These means can, for example, be means for increasing the surface area, such as cooling fins and the like. The cooling effect can advantageously be further enhanced in this way.
Der erfindungsgemäße Kältemittelverdichter für eine Fahrzeug weist Anschlüsse für eine Verbindung mit einem Kühlmittelkreislauf des Fahrzeuges auf. Die Anschlüsse dienen dazu, das Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes des Fahrzeuges zur Kühlung des Kältemittelverdichters zu nutzen. Vorteilhaft wird so ein Kältemittelverdichter mit hoher Effizienz und Leistung sowie einer hervorragenden Standfestigkeit geschaffen.The refrigerant compressor according to the invention for a vehicle has connections for a connection to a coolant circuit of the vehicle. The connections are used to use the coolant in the vehicle's coolant circuit to cool the refrigerant compressor. A refrigerant compressor with high efficiency and performance as well as excellent stability is advantageously created in this way.
Bevorzugt weist der Kältemittelverdichter eine Antriebseinheit und eine Leistungselektronik zur Steuerung auf.The refrigerant compressor preferably has a drive unit and power electronics for control.
Bevorzugt ist der Kühlmittelkreislauf des Fahrzeuges im Kältemittelverdichter so geführt, dass:
- - nur die Leistungselektronik durch den Kühlmittelkreislauf des Fahrzeuges gekühlt wird; vorteilhaft ist hier, dass die Antriebseinheit aufgrund der effizienteren Kühlung durch das im Kältemittelverdichter zu verdichtende Kältemittel sehr kompakt ausgeführt werden kann, und so nur wenig Bauraum benötigt;
- - nur die Antriebseinheit durch den Kühlmittelkreislauf des Fahrzeuges gekühlt wird; vorteilhaft wird so ein sehr standfester Kältemittelverdichter geschaffen, da die thermisch empfindliche Leistungselektronik durch das besser kühlende, im Kältemittelverdichter zu verdichtende Kältemittel gekühlt wird; oder
- - sowohl die Leistungselektronik als auch die Antriebseinheit durch den Kühlmittelkreislauf des Fahrzeuges gekühlt werden.
- - only the power electronics are cooled by the vehicle's coolant circuit; It is advantageous here that the drive unit can be made very compact due to the more efficient cooling by the refrigerant to be compressed in the refrigerant compressor, and thus requires little installation space;
- - only the drive unit is cooled by the vehicle's coolant circuit; a very stable refrigerant compressor is advantageously created, since the thermally sensitive power electronics are cooled by the better cooling refrigerant to be compressed in the refrigerant compressor; or
- - Both the power electronics and the drive unit are cooled by the vehicle's coolant circuit.
Auch hier ist die Antriebseinheit bevorzugt ein Elektromotor.Here, too, the drive unit is preferably an electric motor.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Kältemittelverdichter zudem Mittel zur Unterstützung der Wärmeabgabe an die Umgebung, beispielsweise Kühlrippen und Ähnliches auf. Durch diese Mittel kann die Wärmeabgabe des Kältemittelverdichters an die Umgebungsluft durch Konvektion gesteigert werden.In a further preferred embodiment, the refrigerant compressor also has means for supporting the dissipation of heat to the environment, for example cooling fins and the like. By means of these means, the heat output of the refrigerant compressor to the ambient air can be increased by convection.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention emerge from the other features mentioned in the subclaims.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in the individual case.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 den Kühlmittelkreislauf eines Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor mit angeschlossenem Kältemittelverdichter und -
2 a-c verschiedene Ausgestaltungen des Kältemittelverdichters.
-
1 the coolant circuit of a vehicle with an internal combustion engine with a connected refrigerant compressor and -
2 ac different configurations of the refrigerant compressor.
Dabei bilden das Thermostat
Erfindungsgemäß ist in den Kühlmittelkreislauf
Der Kältemittelverdichter weist einen Elektromotor und eine Leistungselektronik auf, deren Abwärme durch Kühlung des Kältemittelverdichters
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KühlmittelkreislaufCoolant circuit
- 1111
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 1212th
- Thermostatthermostat
- 1313th
- KühlmittelpumpeCoolant pump
- 1414th
- Ausgleichsbehältersurge tank
- 1515th
- Wärmetauscher KühlerHeat exchanger cooler
- 1616
- Wärmetauscher HeizungHeat exchanger heating
- 1717th
- ThermoschalterThermal switch
- 22
- KältemittelverdichterRefrigerant compressor
- 2121
- Kältemittel SaugseiteRefrigerant suction side
- 2222nd
- Kältemittel DruckseiteRefrigerant pressure side
- 2323
- Kühlmittel EingangCoolant inlet
- 2424
- Kühlmittel AusgangCoolant outlet
- 2525th
- ElektromotorElectric motor
- 2626th
- LeistungselektronikPower electronics
- 2727
- KühlrippenCooling fins
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