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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug und ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Kälteanlage.
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Beim Starten bzw. Anlaufen eines Kältemittelverdichters im Wärmepumpenbetrieb mit einem Chiller als drittem Wärmeübertrager in einer Kälteanlage sinkt der Saugdruck stromaufwärts von dem Kältemittelverdichter insbesondere bei tiefen Umgebungstemperaturen von 0°C oder weniger kurzzeitig unter den sogenannten Ruhedruck. Erst nach einer gewissen Betriebszeit des Kältemittelverdichters bzw. der Kälteanlage im Wärmepumpenbetrieb stellt sich ein höherer Saugdruck ein, der sich in Abhängigkeit von dem Wärmeübertrag im Chiller ergibt, insbesondere aufgrund der VorlaufTemperatur von einem Kühlmittel, das im Chiller Wärme abgibt an das Kältemittel.
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Es hat sich bei derartigen Kälteanlagen gezeigt, dass der Saugdruck bei niedrigen Temperaturen unter ein kritisches Saugdruckniveau fallen kann. Ein kritisches Saugdruckniveau kann dabei beispielsweise durch den Umgebungsdruck definiert sein, was insbesondere bezüglich der Dichtungstechnik in der Kälteanlage kritisch sein kann. Das kritische Saugdruckniveau kann sich beispielsweise auch aus Anforderungen an die Robustheit des Kältemittelverdichters ergeben. Wird das kritische Saugdruckniveau unterschritten, ist es allgemein bekannt, den Kältemittelverdichter auszuschalten. Somit ist ein Starten bzw. Anlaufen des Kältemittelverdichters bei niedrigen Umgebungstemperaturen verhindert.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Verfahren zum Betrieben einer Kälteanlage im Wärmepumpenbetrieb anzugeben, bei dem ein Starten bzw. Anlaufen des Kältemittelverdichters auch bei geringen Umgebungstemperaturen ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird also ein Verfahren 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 Verdampfer, der im Primärstrang (angeordnet ist;
wenigstens einen weiteren, eine Wärmequelle darstellenden Wärmeübertrager, insbesondere ein Heizregister, der im Sekundärstrang angeordnet ist; eine zwischen dem Kältemittelverdichter und dem äußeren Wärmeübertrager angeordnetes Primärstrangventileinrichtung;
eine zwischen dem Kältemittelverdichter und dem weiteren, eine Wärmequelle darstellenden Wärmeübertrager, insbesondere Heizregister, angeordnete Sekundärstrangventileinrichtung;
einen als Wasserwärmepumpe arbeitenden, direkt oder indirekt wirkenden dritten Wärmeübertrager, insbesondere Chiller;
ein dem dritten Wärmeübertrager zugeordnetes Expansionsventil.
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Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:
- Einstellen der Kälteanlage in einen Wärmepumpenbetrieb, in dem Kältemittel vom Kältemittelverdichter über den Sekundärstrang zum weiteren, eine Wärmequelle darstellenden Wärmeübertrager, insbesondere Heizregister, und zum dritten Wärmeübertrager, insbesondere Chiller, geleitet wird; Erfassen der Umgebungstemperatur und wenn die Umgebungstemperatur kleiner als ein Temperaturschwellwert, insbesondere kleiner als minus 10°C., ist:
- Erfassen des Saugdrucks und Vergleichen des erfassten Saugdrucks mit einem kritischen Saugdruckschwellwert; und
- Betrieben des Kältemittelverdichters derart, dass der erfasste Saugdruck größer oder gleich dem kritischen Saugdruckwertschwellwert ist.
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Somit wird bei einem solchen Verfahren bei niedrigen Umgebungstemperaturen und im Wärmepumpenbetrieb der Saugdruck auf einem unkritischen Niveau gehalten, wobei der Saugdruck insbesondere durch eine bestimmte Betriebsart des Kältemittelverdichters auf diesem unkritischen Niveau gehalten werden kann.
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Bei dem Verfahren kann die Drehzahl des Kältemittelverdichters alternierend erhöht und wieder abgesenkt werden. Hierdurch kann der Kältemittelverdichter in einer Art pulsierenden Betrieb gestartet werden. Der Kältemittelverdichter kann dabei wiederholt ein- und ausgeschaltet werden oder er kann innerhalb von oberen und unteren Drehzahlgrenzwerten betrieben werden, so dass das ein kritisches Saugdruckniveau nicht unterschritten wird. Im Gegensatz zu bislang bekannten Verfahren, bei denen der Kältemittelverdichter einfach komplett ausgeschaltet wird, kann mittels des alternierenden bzw. gepulsten Betriebs des Kältemittelverdichters ein Aufheizen der aktiven Kältemittelzweige und -komponenten erreicht werden, wodurch ein Druckanstieg erzeugt wird.
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Bei dem Verfahren kann die Drehzahl des Kältemittelverdichters in Abhängigkeit von dem erfassten Saugdruck auf einen Drehzahlschwellwert begrenzt werden, derart dass der erfasste Saugdruck größer oder gleich dem kritischen Saugdruckwertschwellwert bleibt.
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Ferner kann bei dem Verfahren die Drehzahl des Kältemittelverdichters solange alternierend erhöht und wieder abgesenkt werden bis ein Dauerbetrieb des Kältemittelverdichters mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl eingestellt werden kann bei einem Saugdruck, der im Wesentlichen konstant größer als der kritische Saugdruckschwellwert ist.
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Alternativ kann bei dem Verfahren die Drehzahl des Kältemittelverdichters verringert werden und der Öffnungsquerschnitt des dem dritten Wärmeübertrager zugeordneten Expansionsventils vergrößert werden. Auch diese Maßnahmen dienen dazu, ein Absinken des Saugdrucks auf ein kritisches Druckniveau zu verhindern.
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Dabei kann die Drehzahl auf einen Drehzahlschwellwert begrenzt werden und der Öffnungsquerschnitt kann auf einen Öffnungsquerschnittschwellwert begrenzt werden.
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Bei dieser Alternative kann die Drehzahl des Kältemittelverdichters solange begrenzt werden und der Öffnungsquerschnitt kann solange auf einen Öffnungsquerschnittschwellwert begrenzt werden bis ein Dauerbetrieb des Kältemittelverdichters mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl eingestellt wird bei einem Saugdruck, der im Wesentlichen konstant größer als der kritische Saugdruckschwellwert ist.
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Gemäß einer weiteren Alternative kann bei dem Verfahren an dem weiteren, eine Wärmequelle darstellenden Wärmeübertrager, insbesondere Heizregister, die Abgabe von Wärme von dem Kältemittel an einen sekundären Fluidstrom, insbesondere Zuluft zum Fahrzeuginnenraum, minimiert oder verhindert werden. Hierdurch wird erreicht, das der Kältemittelkreis rasch erwärmt wird und somit der Druck im Kältemittelkreis steigt, so dass ein kritisches Druckniveau für den Saugdruck vermieden werden kann.
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Dabei kann der Kältemittelverdichter auf eine im Wesentlichen konstante Drehzahl eingestellt werden.
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Ferner kann dabei an dem weiteren Wärmeübertrager, insbesondere Heizregister, wenigstens eine Temperaturklappe geschlossen werden oder/und ein Zuluftgebläse ausgeschaltet oder leistungsreduziert betrieben werden.
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Bei dieser Alternative kann die Temperaturklappe solange geschlossen bleiben oder/und ein Zuluftgebläse solange ausgeschaltet oder leistungsreduziert betrieben werden bis ein Dauerbetrieb des Kältemittelverdichters mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl eingestellt wird bei einem Saugdruck, der im Wesentlichen konstant größer als der kritische Saugdruckschwellwert ist.
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Vorgeschlagen wird auch ein Kraftfahrzeug mit einem zumindest teilweise elektrischen Antrieb und Kälteanlage mit Wärmepumpenfunktion, 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 Verdampfer, der im Primärstrang angeordnet ist;
- wenigstens einen weiteren, eine Wärmequelle darstellenden Wärmeübertrager, insbesondere ein Heizregister, der im Sekundärstrang angeordnet ist; eine zwischen dem Kältemittelverdichter und dem äußeren Wärmeübertrager angeordnetes Primärstrangventileinrichtung;
- eine zwischen dem Kältemittelverdichter und dem weiteren, eine Wärmequelle darstellenden Wärmeübertrager, insbesondere Heizregister, angeordnete Sekundärstrangventileinrichtung;
- einen als Wasserwärmepumpe arbeitenden, direkt oder indirekt wirkenden dritten Wärmeübertrager, insbesondere Chiller;
- ein dem dritten Wärmeübertrager zugeordnetes Expansionsventil.
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Dabei ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug oder/und die Kälteanlage eine Steuereinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen, insbesondere gemäß einer der beschriebenen Alternativen.
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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 Verfahrens insbesondere mittels der in 1 beschriebenen Kälteanlage;
- 3 in den Teilfiguren A) bis C) alternative Verfahrensschritte für das in 2 gezeigte Verfahren;
- 4 in den Teilfiguren A) bis C) Saugdruck-/Zeitdiagramme bei Anwendung von Verfahrensschritten gemäß der 3A bis 3C.
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In 1 ist eine Ausführungsform einer Kälteanlage 10 für ein Kraftfahrzeug schematisch und vereinfacht dargestellt. Die Kälteanlage 10 umfasst einen Kältemittelkreislauf 11, der sowohl in einem Kälteanlagenbetrieb (kurz auch AC-Betrieb genannt), als auch in einem Wärmepumpenmodus betrieben werden kann. Die Kälteanlage 10 umfasst in der gezeigten Ausführungsform einen Kältemittelverdichter 12, einen äußeren Wärmeübertrager 18, einen inneren Wärmeübertrager 20, einen Verdampfer 22 und einen Akkumulator bzw. Kältemittelsammler 24. Der äußere Wärmeübertrager 18 kann als Kondensator oder Gaskühler ausgebildet sein. Insbesondere ist der äußere Wärmeübertrager 18 in der dargestellten Ausführungsform bidirektional durchström bar.
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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.
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Der innere Wärmeübertrager 20 muss nicht zwingend an der in der 1 illustrierten Position angeordnet sein. Denkbar ist auch, dass der innere Wärmeübertrager 20 so angeordnet ist, dass er stromaufwärts von den Expansionsorganen AE1 und AE2 liegt, so dass ein Gesamtmassenstrom von Kältemittel hochdruckseitig durch den inneren Wärmeübertrager strömt. Im Übrigen wird darauf hingewiesen, dass eine Kälteanlage 10 auch ohne inneren Wärmeübertrager 20 ausgeführt sein kann.
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Bezüglich des bereits erwähnten niederdruckseitigen Kältemittelsammlers 24 wird darauf hingewiesen, dass stattdessen auch ein hochdruckseitiger Kältemittelsammler in einer Kälteanlage 10 vorgesehen sein. Ein hochdruckseitiger Kältemittelsammler (nicht in 1 gezeigt) kann insbesondere nach einer Zusammenführung der Leitungsstränge 16.1 bzw. 16.2 vom Heizregister 26 und äußeren Wärmeübertrager 18 angeordnet werden. Dabei kann ein hochdruckseitiger Kältemittelsammler stromaufwärts von dem inneren Wärmeübertrager 20 angeordnet werden, insbesondere auch in einer Konfiguration, in welcher der innere Wärmeübertrager stromaufwärts von den beiden Expansionsorgangen AE1 und AE2 angeordnet ist.
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Stromabwärts des Verdichters 12 ist ein Absperrventil A4 angeordnet. Stromaufwärts des Verdampfers 22 ist ein Expansionsventil AE2 vorgesehen.
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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.
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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.
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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 Heizregister 26 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.
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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.
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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.
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In der 1 sind ferner noch Rückschlagventile R1 und R2 ersichtlich. Ferner sind auch einige Sensoren pT1 bis pT5 zur Erfassung von Druck oder/und Temperatur des Kältemittels dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl der Sensoren bzw. deren Anordnung hier nur beispielhaft gezeigt ist. Eine Kälteanlage 10 kann auch weniger oder mehr Sensoren aufweisen. Im gezeigten Beispiel sind als Sensoren kombinierte Druck-/Temperatursensoren pT1 bis pT5 gezeigt. Es ist aber genauso denkbar, dass voneinander getrennte Sensoren für die Messung von Druck bzw. Temperatur eingesetzt werden und ggf. auch räumlich voneinander getrennt entlang den Kältemittelleitungen angeordnet sind.
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Hinsichtlich des Primärstrangventils A4, des Sekundärstrangventils A3 und den Absperrventilen A2 und A5 wird darauf hingewiesen, dass mehrere dieser Ventilfunktionen auch in einem kombinierten Mehrwegeventil umgesetzt werden können, auch wenn dies hier nicht explizit dargestellt ist. Diese Ventile müssen also nicht zwingend als Einzelventile ausgeführt sein, sondern können auch in einer entsprechenden Mehrwegventileinrichtung kombiniert werden.
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Die Kälteanlage 10 kann in unterschiedlichen Modi betrieben werden, die nachfolgend kurz beschrieben werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Massenstrom 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.
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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.
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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 1 schematisch dargestellt) angeordnet. Die Temperaturklappen 34L, 34R können zwischen einer Offenposition, die als 100%-Position bezeichnet wird, und einer Schließposition, die als 0%-Position bezeichnet wird, eingestellt bzw. verschwenkt werden. Alternativ ist es auch möglich, die Temperaturklappen 34R, 34L dem Heizregister 26 nachzuschalten.
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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.
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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.
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Die Kälteanlage 10 weist im Sekundärstrang 16 stromabwärts von dem Sekundärstrangventil A3 und stromaufwärts von dem Heizregister 26 eine Sensoreinrichtung 36 auf, die dazu eingerichtet ist, einen die Temperatur des gasförmigen Kältemittels repräsentierenden Heißgastemperaturwert stromaufwärts von dem Heizregister 26 zu erfassen. Der Heißgastemperaturwert kann dabei direkt gemessen bzw. detektiert werden oder auch indirekt anhand anderer Systemparameter abgeschätzt werden. Beispielsweise ist es denkbar, mittels der Sensoreinrichtung 36 einen Druck im Sekundärstrang 16 zu bestimmen und hieraus Rückschlüsse auf den Heißgastemperaturwert zu ziehen. Die Sensoreinrichtung 36 kann beispielsweise ein reiner Temperatursensor oder ein kombinierter Temperatur-/Drucksensor sein.
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Das hier vorgeschlagene Verfahren baut auf der oben beschriebenen Verschaltung der Kälteanlage 10 bei der Durchführung der Heizfunktion mittels des Chillers 28 zur Realisierung eines Wasser-Wärmepumpenbetriebs auf. Es wird also ein Schaltzustand betrachtet, bei dem Kältemittel vom Kältemittelverdichter 12 über das geöffnete Sekundärstrangventil A3, das Heizregister 26 (weiterer Wärmeübertrager), das geöffnete Absperrventil A1, das Expansionsventil AE1, den Chiller 28 (dritter Wärmeübertrager) und den Sammler 24 wieder zurück zum Kältemittelverdichter 12 strömt bzw. gefördert wird.
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2 zeigt in einem vereinfachten und schematischen Diagramm ein Verfahren 500 zum Betrieben der Kälteanlage 10 in dem erwähnten Wärmepumpenbetrieb. Es wird davon ausgegangen, dass die Kälteanlage 10 zu Beginn des Verfahrens 500 bereits entsprechend verschaltet ist oder unmittelbar nach Inbetriebnahme der Kälteanlage 10 in den Wärmeüimpenbetrieb verschaltet wird.
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In einem Schritt S501 wird die Umgebungstemperatur Tu erfasst. Gemäß Schritt S502 wird die erfasste Umgebungstemperatur Tu verglichen mit einem Temperaturschwellwert Tus. Wenn die Umgebungstemperatur Tu größer ist als der Temperaturschwellwert Tus, wird gemäß Schritt S503 der Kältemittelverdichter weiter betrieben, wobei aufgrund der ausreichend hohen Umgebungstemperatur Tu sichergestellt ist, dass beim Starten bzw. Anlaufen des Kältemittelverdichters 12 der Saugdruck stets oberhalb eines kritischen Saugdruckniveaus bleibt.
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Wenn die Umgebungstemperatur Tu kleiner ist als der Temperaturschwellwert Tus, wird gemäß einem Schritt S504 der Saugdruck ps erfasst. Gemäß einem weiteren Schritt S505 wird der erfasste Saugdruck ps mit einem kritischen Saugdruckschwellwert psk verglichen. Gemäß einem Schritt S600 wird der Kältemittelverdichter 12 derart betrieben, dass der erfasste Saugdruck ps größer oder gleich dem kritischen Saugdruckwertschwellwert psk ist. Der Schritt bzw. das Teilverfahren S600 steht hierbei stellvertretend für verschiedene Verfahrensschritte bzw. Maßnahmen, die alternativ oder in Kombination ausgeführt werden können. Die innerhalb des Schritts bzw. Teilverfahrens S600 durchführbaren, insbesondere alternativen Schritte, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 erläutert.
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3 zeigt in den Teilfiguren A) bis C) mögliche alternative Schritte, die bei dem Verfahren 500 (2) innerhalb des dortigen Schritts S600 durchgeführt werden können.
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Gemäß einem in 3A illustrierten Schritt S601 wird die Drehzahl Ukmv des Kältemittelverdichters 12 alternierend erhöht und wieder abgesenkt.
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Dabei kann gemäß einem Schritt S602 die Drehzahl Ukmv des Kältemittelverdichters 12 in Abhängigkeit von dem erfassten Saugdruck ps auf einen Drehzahlschwellwert Ukmvs begrenzt werden, derart dass der erfasste Saugdruck ps größer oder gleich dem kritischen Saugdruckwertschwellwert psk bleibt.
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Die Drehzahl des Kältemittelverdichters 12 kann mittels der Schritte S601 oder/und S602 solange alternierend erhöht und wieder abgesenkt werden bis ein Dauerbetrieb des Kältemittelverdichters mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl Ukmv eingestellt wird bei einem erfassten Saugdruck ps, der im Wesentlichen konstant größer als der kritische Saugdruckschwellwert psk ist (Schritt S603).
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Ein die Durchführung der Schritte S601 bis S603 illustrierendes Diagramm für den Verlauf der Saugdruckkurve ps über die Zeit t ist der 4A zu entnehmen. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass bis zum Zeitpunkt t1 der Schritt S601, ggf. in Kombination mit dem Schritt S602, mehrfach nacheinander durchgeführt wird, wobei die Drehzahl Ukmv jeweils so gewählt bzw. begrenzt wird, dass der Saugdruck ps nicht unter den kritischen Saugdruckschwellwert psk fällt.
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Ein alternatives Verfahren im Rahmen des Schritts S600 kann gemäß der Illustration in 3B einen Schritt S611 aufweisen, bei dem die Drehzahl Ukmv des Kältemittelverdichters 12 verringert wird und der Öffnungsquerschnitt des dem dritten Wärmeübertrager 28 zugeordneten Expansionsventils AE1 vergrößert bzw. erhöht wird.
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Dabei kann gemäß einem Schritt S612 die Drehzahl Ukmv auf einen Drehzahlschwellwert Ukmvs begrenzt werden und der Öffnungsquerschnitt kann auf einen Öffnungsquerschnittschwellwert begrenzt werden.
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Die Schritte S611 und S612 können dabei solange durchgeführt werden und insbesondere kann die Drehzahl Ukmv des Kältemittelverdichters 12 solange begrenzt werden sowie der Öffnungsquerschnitt auf einen Öffnungsquerschnittschwellwert solange begrenzt werden bis ein Dauerbetrieb des Kältemittelverdichters 12 mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl Ukmv eingestellt wird bei einem Saugdruck ps, der im Wesentlichen konstant größer als der kritische Saugdruckschwellwert psk ist (Schritt S613).
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Ein die Durchführung der Schritte S611 bis S613 illustrierendes Diagramm für den Verlauf der Saugdruckkurve ps über die Zeit t ist der 4B zu entnehmen. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass bis zum Zeitpunkt t2 der Schritt S611 in Kombination mit dem Schritt S612 ausgeführt wird, wobei die Drehzahl Ukmv und der Öffnungsquerschnitt des Expansionsventils AE1 jeweils so gewählt bzw. begrenzt werden, dass der Saugdruck ps nicht unter den kritischen Saugdruckschwellwert psk fällt.
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Ein alternatives Verfahren im Rahmen des Schritts S600 kann gemäß der Illustration in 3C einen Schritt S621 aufweisen, bei dem an dem weiteren Wärmeübertrager 26 (Heizregister), die Abgabe von Wärme von dem Kältemittel an einen sekundären Fluidstrom L, insbesondere Zuluft L zum Fahrzeuginnenraum, minimiert oder verhindert wird.
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Dabei wird gemäß einem Schritt S622 der Kältemittelverdichter 12 auf eine im Wesentlichen konstante Drehzahl Ukmv eingestellt.
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Gemäß einen Schritt S623 kann an dem weiteren Wärmeübertrager 26 (Heizregister), wenigstens eine Temperaturklappe 34R, 34L geschlossen werden oder/und ein Zuluftgebläse ausgeschaltet oder leistungsreduziert betrieben werden.
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Schritt S623 mit geschlossener Temperaturklappe 34R, 34L oder/und mit ausgeschaltetem bzw. leistungsreduziertem Zuluftgebläse kann beibehalten werden, bis ein Dauerbetrieb des Kältemittelverdichters 12 mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl Ukmv eingestellt wird bei einem Saugdruck ps, der im Wesentlichen konstant größer als der kritische Saugdruckschwellwert psk ist (Schritt S624).
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Ein die Durchführung der Schritte S621 bis S624 illustrierendes Diagramm für den Verlauf der Saugdruckkurve ps über die Zeit t ist der 4C zu entnehmen. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass bis zum Zeitpunkt t3 der Schritt S621 in Kombination mit den Schritten S622, S623 ausgeführt wird, wobei die Drehzahl Ukmv die Stellung der Temperaturklappen 34R, 34L bzw. die Leistungsaufnahme des Zuluftgebläses jeweils so gewählt bzw. eingestellt bzw. geregelt werden, dass der Saugdruck ps nicht unter den kritischen Saugdruckschwellwert psk fällt.
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Bei allen alternativen Schritten im Rahmen des Schritts bzw. Teilverfahrens S600 wird also bei niedrigen Umgebungstemperaturen und im Wärmepumpenbetrieb der Saugdruck ps auf einem unkritischen Niveau (>= psk) gehalten, wobei der Saugdruck ps insbesondere durch eine bestimmte Betriebsart des Kältemittelverdichters 12 auf diesem unkritischen Niveau gehalten werden kann.
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Wenn der jeweilige Schritt S603, S613 oder S624 erreicht ist, kann das Verfahren 600 beendet werden und der Wärmepumpenbetrieb der Kälteanlage 10 kann im Rahmen des Verfahrens 500 (2), insbesondere im Schritt S505 fortgeführt werden, insbesondere bis an die Kälteanlage 10 eine andere Anforderung im Fahrzeugbetrieb gestellt wird, und der Wärmepumpenmodus verlassen werden soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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