DE19917048B4

DE19917048B4 - Superkritisches Kältekreislaufsystem

Info

Publication number: DE19917048B4
Application number: DE19917048A
Authority: DE
Inventors: Motohiro Kariya Yamaguchi; Shin Kariya Nishida; Toshiro Kariya Fujii; Naoya Kariya Yokomachi
Original assignee: Toyota Industries Corp; Denso Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Denso Corp
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2019-04-16
Also published as: FR2777640A1; FR2777640B1; JPH11304268A; JP3861451B2; US6182456B1; DE19917048A1

Abstract

Superkritisches Kältekreislaufsystem, aufweisend:
Einen Verdichter (1) variabler Kapazität, einer Kühlmittelförderkapazität (Qd) entsprechend einem Verdichteransaugdruck (Ps),
einen Wärmetauscher (2) zum Kühlen eines Kühlmittels, das durch den Verdichter (1) variabler Kapazität gefördert wird, wobei der Wärmetauscher (2) einen Innendruck aufweist, der einen kritischen Druck des Kühlmittels übersteigt,
ein Ventil (3), das auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) angeordnet ist und
einen steuerbaren Öffnungsgrad hat,
einen Verdampfer (4) zum Verdampfen von Kühlmittel, welches aus dem Ventil (3) ausströmt,
einen Kühlmitteltemperaturdetektor (8) zum Ermitteln der Temperatur des Kühlmittels auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2),
eine Ermittlungseinrichtung (S110, S410) zum Ermitteln, ob oder ob nicht die Kühlmittelförderkapazität (Qd) des Verdichters (1) variabler Kapazität sich geändert hat, und
eine Steuereinrichtung (9) zum elektrischen Steuern des Öffnungsgrads des Ventils (3),
wobei dann, wenn durch die Ermittlungseinrichtung (S110, S410) ermittelt wird, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich nicht geändert hat,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kältekreislaufsystem, bei welchem der Druck eines Kühlmittels auf Seiten eines Hochdruckwärmetauschers den kritischen Druck des Kühlmittels übersteigt, und insbesondere ein Kältekreislaufsystem, welches Kohlendioxid (CO₂) als Kühlmittel enthält (nachfolgend als CO₂-Kreislaufsystem bezeichnet).

In einem CO₂-Kreislaufsystem, wie es etwa in der JP 3-503206 A offenbart ist, wird die Kühlfähigkeit über die Steuerung des Drucks auf Seiten des Wärmetauscherauslasses gesteuert.

In diesem Zusammenhang hat die vorliegende Anmelderin in der JP 8-11248 A bereits ein CO₂-Kreislaufsystem bzw. ein superkritisches Kältekreislaufsystem vorgeschlagen, bei welchem die Öffnung eines Ventils, das auf Seiten des Wärmetauscherauslasses angeordnet ist, in Übereinstimmung mit der dort herrschenden Kühlmitteltemperatur eingestellt wird.

Insbesondere wenn die Kühlmitteltemperatur auf der Auslassseite des Wärmetauschers steigt, wird die Ventilöffnung verringert, um den Kühlmitteldruck auf Seiten des Wärmetauscherauslasses zu erhöhen. Wenn die Kühlmitteltemperatur auf Seiten des Wärmetauscherauslasses fällt, wird das Ventil so eingestellt, dass der dort herrschende Kühlmitteldruck verringert wird.

Ein sogenannter Verdichter variablen Fassungsvermögens bzw. variabler Kapazität weist bestimmte Beschränkungen auf, wenn er in einem CO₂-Kreislaufsystem innerhalb einer Fahrzeug-Klimaanlage zur Anwendung gelangt.

Wenn nicht nur in CO₂-Kreislaufsystemen sondern in einem beliebigen Kältekreislaufsystem unter Verwendung eines Verdichters variabler Kapazität die Motordrehzahl relativ hoch ist und der Massendurchsatz des Kühlmittels, welches in dem Kältekreislauf zirkuliert, groß ist, oder wenn die Temperatur innerhalb der Fahrgastzelle stabil ist und die Kühlkapazität, die für die Klimaanlage erforderlich ist, relativ klein ist, wird die Kühlmittelförderkapazität des Verdichters verringert, um zu verhindern, dass die Kühlmittelkapazität übermäßig wird.

Wenn ein Verdichter variabler Kapazität und ein Ventil, dessen Öffnung in Übereinstimmung mit der Kühlmitteltemperatur auf Seiten des Wärmetauscherauslasses gesteuert wird, wie in der vorstehend angeführten Anmeldung (JP 8-11248 A) erwähnt, kombiniert werden, wie etwa dann, wenn die Kühlmittelförderkapazität auf Seiten des Verdichters verringert wird, um zu verhindern, dass die Kühlkapazität übermäßig groß wird, fällt der Kühlmitteldruck auf Seiten des entsprechenden Wärmetauscherauslasses.

Um auf Seiten des Ventils den Kühlmitteldruck auf der Auslassseite des Wärmetauschers auf einen Druck (Kühlkapazität bzw. Kühlfähigkeit) entsprechend der Kühlmitteltemperatur auf der Auslassseite des Wärmetauschers zu diesem Zeitpunkt aufrechtzuerhalten, wird jedoch die Öffnung des Ventils verringert, um den Kühlmitteldruck auf der Auslassseite des Wärmetauschers zu erhöhen.

Während die Kühlmittelförderkapazität des Verdichters auf Seiten des Verdichters in Übereinstimmung mit der erforderlichen Kühlkapazität gesteuert wird, versucht mit anderen Worten die Steuerung auf Seiten des Ventils die Kühlkapazität entsprechend der Kühlmitteltemperatur auf Seiten des Wärmetauscherauslasses aufrechtzuerhalten. Wenn diese zwei Steuerformen kombiniert werden, kann deshalb der CO₂-Kreislauf nicht in angemessener Weise gesteuert werden.

US-5 168 715 A beschreibt ein superkritisches Kältekreislaufsystem, in welchem ein Expansionsventil in Abhängigkeit des Überhitzungsgrades des Kühlmittels gesteuert wird.

DE 44 32 272 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteerzeugungsanlage, bei welcher eine Kühlmittelfördermenge durch Regulierung des Durchsatzes von Kühlmittel im Verdichter variiert wird.

EP-0 604 417 B1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines transkritischen Kältekreislaufsystems, in dem der Kühlmitteldruck durch den Öffnungsgrad eines Expansionsventils überwacht wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein superkritisches Kältekreislaufsystem mit Verdichter variabler Kapazität bereitzustellen, welcher möglichst genau zu steuern ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 9.

Mit anderen Worten schafft die Erfindung gemäß den Ansprüchen 1 und 9 ein superkritisches Kältekreislaufsystem mit einem Verdichter variabler Kapazität. Wenn ermittelt wird, dass die Kühlmittelförderkapazität des Verdichters sich nicht geändert hat, wird die Öffnung des Ventils, das auf der Auslassseite des Wärmetauschers zum Kühlen des Kühlmittels angeordnet ist, das von dem Verdichter gefördert wird, gesteuert. Das Ventil wird auf Grundlage eines ersten voreingestellten Programms entsprechend der Kühlmitteltemperatur auf der Auslassseite des Wärmetauschers, ermittelt durch einen Kühlmitteltemperaturde tektor, gesteuert. Wenn ermittelt wird, dass die Kühlmittelförderkapazität sich geändert hat, wird die Öffnung des Ventils auf Grundlage eines sich vom ersten Programm unterscheidenden zweiten Programms dahingehend gesteuert, dass der Druck auf der Auslassseite des Wärmetauschers sich einem zweiten Zieldruck nähert, der niedriger ist als der erste Zieldruck.

Wenn ermittelt wird, dass die Kühlmittelförderfähigkeit sich geändert hat, vermag eine Steuereinrichtung die Ventilöffnung über das zweite Programm zu fixieren bzw. unveränderlich zu machen. Bevorzugt wird die Öffnung in einer Einstellung entsprechend derjenigen Einstellung fixiert, wenn das erste Programm anfänglich unterbrochen war.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ähnlich zu der vorstehend erläuterten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass dann, wenn ermittelt wird, dass die Kühlmittelförderkapazität sich geändert hat, das zweite Programm die Ventilöffnung derart steuert, dass die Öffnungsausmaßänderung kleiner ist als dann, wenn die Öffnung auf Grundlage des ersten Programms gesteuert wird.

Wenn in Übereinstimmung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ermittelt wird, dass die Kühlmittelförderkapazität sich geändert hat, steuert das zweite Programm die Ventilöffnung auf Grundlage der Öffnungseinstellung, wenn das erste Programm unterbrochen war, solange wie der Wert, der durch den Einlassdruckänderungsdetektor ermittelt wird, über einem vorbestimmten Wert bleibt oder durch Unterbrechen des ersten Programms für eine vorbestimmte Zeit.

In sämtlichen vorstehend angeführten Ausführungsformen ist es möglich, den Grad zu verringern, mit welchem der Verdichter variabler Kapazität durch das Ventil bzw. die Ventilseite beein flußt wird, so dass es möglich ist, den superkritischen Kältekreislauf exakt zu steuern.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines CO₂-Kreislaufsystems gemäß der Erfindung,
2 ein Steuerflußdiagramm einer ECU in den ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung,
3 ein Mollier-Diagramm für CO₂,
4 ein Mollier-Diagramm des Betriebs eines CO₂-Kreislaufsystems,
5 ein Mollier-Diagramm des Betriebs eines CO₂-Kältekreislaufsystems, und
6 ein Steuerflußdiagramm einer ECU in einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Zunächst wird eine erste bevorzugte Ausführungsform erläutert.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines superkritischen Kältekreislaufsystems gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, angewendet auf ein Fahrzeug-CO₂-Kreislaufsystem. Gemäß 1 empfängt ein Verdichter 1 Kühlmittel (CO₂) und verdichtet es. Der Verdichter 1 ist ein Verdichter variabler Kapazität bekannter Bauart, der so konstruiert ist, dass seine Kühlmittelförderkapazität Qd in Übereinstimmung mit einer beliebigen Verringerung seines Ansaugdrucks Ps abnimmt. Die Kühlmittelförderkapazität Qd bezieht sich hierbei auf die theoretische Kühlmittelmenge, die aus dem Verdichter 1 immer dann ausgetragen wird, wenn eine (nicht gezeigte) Welle des Verdichters 1 eine Umdrehung ausführt.
In dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Verdichter 1 durch einen (nicht gezeigten) Fahrzeugmotor mittels eines V-Riemens angetrieben.
Ein Wärmetauscher 2 kühlt Kühlmittel, welches von dem Verdichter 1 gefördert wird, und der Innendruck dieses Wärmetauschers 2 übersteigt den kritischen Druck für das Kühlmittel.
Ein elektrisches Expansionsventil 3 verringert den Druck des Kühlmittels und steuert den Kühlmitteldruck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2, indem seine Öffnung bzw. Öffnungsweite auf Grundlage der Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2 gesteuert wird. Das elektrische Expansionsventil 3 wird durch eine elektronische Steuereinheit 9 elektrisch gesteuert, wie nachfolgend erläutert.
Ein Verdampfer 4 kühlt Luft durch Verdampfen von Kühlmittel flüssiger Phase ausgehend von zweiphasigen Gas/Flüssigkeits-Kühlmittel, das aus dem Expansionsventil 3 strömt bzw. fließt. Ein Sammelkasten 5 speichert überschüssiges Kühlmittel des CO₂-Kreislaufs und trennt das Kühlmittel, welches aus dem Verdampfer 4 strömt, in Gasphasekühlmittel und Kühlmittel flüssiger Phase und erlaubt es lediglich dem Kühlmittel in Gasphase, zur Ansaugseite bzw. Einlaßseite des Verdichters 1 auszuströmen.
Der erste Drucksensor 6 ermittelt den Kühlmitteldruck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2, ein zweiter Drucksensor 7 ermittelt den Druck auf der Ansaugseite des Verdichters 1 und ein Temperatursensor 8 ermittelt die Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2.
Ausgangssignale der Sensoren 6 bis 8 werden in die vorstehend genannte elektronische Steuereinheit (ECU) 9 eingegeben und durch Verfolgen eines vorab gespeicherten Programms steuert die ECU 9 die Öffnung bzw. die Öffnungsweite des Expansionsventils 3 entsprechend den von den Sensoren 6 bis 8 eingegebenen Signalen.
In dieser bevorzugten Ausführungsform unterscheidet sich der Steuerbetrieb des Expansionsventils 3 vor und nach einer Änderung der Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1, wie nachfolgend auf Grundlage des Steuerflußdiagramms der ECU 9 erläutert, das in 2 gezeigt ist.
Wenn ein (nicht gezeigter) Startschalter des CO₂-Kreislaufsystems eingeschaltet wird und das CO₂-Kreislaufsystem startet, liest die ECU 9 die Signale von den Sensoren 6 bis 8 ein (S100) und ermittelt, ob oder ob nicht eine Druckhöhenänderung ΔPs (in dieser bevorzugten Ausführungsform eine Verringerung der Druckhöhe) im Ansaugdruck Ps (denjenigen Wert, der durch den zweiten Drucksensor 7 ermittelt wird) geringer als der vorbestimmte Wert ΔP1 ist (S110).
Wenn die Druckhöhenänderung ΔPs geringer als der vorbestimmte Wert ΔP1 ist, ermittelt die ECU 9, daß der Verdichter 1 mit einer aktuell beibehaltenen Kühlmittelförderkapazität Qd (d.h. die Kühlmittelförderkapazität Qd hat sich nicht geändert) arbeitet und steuert die Öffnung bzw. den Öffnungsgrad des Expansionsventils 3 entsprechend einem ersten Programm, das so eingestellt bzw. gewählt ist, daß die Kühlmitteltemperatur und der Kühlmitteldruck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2 eine Beziehung einnehmen, die durch eine optimale Steuerlinie ηmax (siehe 3) gezeigt ist (S120), und kehrt darauf zu 5100 zurück. Im folgenden wird dieser Steuervorgang als erste Programmsteuerung bezeichnet.
Wenn andererseits die Druckhöhenänderung ΔPs gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ΔP1 ist, ermittelt die ECU 9, daß der Ansaugdruck Ps und die Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1 gefallen sind, und setzt die erste Programmsteuerung aus und beginnt eine Zeitzählung bzw. Zeitsteuerung mit einem eingebauten Zeitgeber (nicht gezeigt) (S130, S140). Die ECU 9 fixiert die Öffnung bzw. den Öffnungsgrad des Expansionsventils 3 in dieser Öffnung bzw. auf diesem Öffnungsgrad, ab dem Zeitpunkt, wenn die erste Programmsteuerung ausgesetzt wurde (S150). Wenn eine vorbestimmte Zeit To ab dem Beginn des Zählens abgelaufen ist, kehrt der Prozeßablauf daraufhin zu S100 zurück (S160).
Im folgenden wird die Steuerung, die ausgeführt wird, um das Expansionsventil 3 zu steuern, während die erste Programmsteuerung aufgehoben ist, als zweite Programmsteuerung bezeichnet.
Wenn die Kühlmittelförderkapazität Qd abnimmt, fällt die Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2, weil der Massendurchsatz des Kühlmittels, das im CO₂- Kreislauf zirkuliert, abnimmt. Nachdem eine vorbestimmte Zeit To abgelaufen ist, wird deshalb die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad des Expansionsventils 3 (der Kühlmitteldruck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2) auf Grundlage einer gefallenen Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2 gesteuert (siehe strichpunktierte Linie in 4).
Bei der optimalen Steuerlinie ηmax handelt es sich um eine Linie, die erhalten wird, indem auf einem Molier-Diagramm die Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2 und der Kühlmitteldruck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2 aufgetragen wird, bei welchem der Leistungskoeffizient des CO₂-Kreislaufes (superkritischer Kältekreislauf) sich auf einem Maximum befindet.
Bei der vorbestimmten Zeit bzw. bei dem vorbestimmten Zeitpunkt To handelt es sich um diejenige Zeit bzw. den Zeitpunkt, der für das Verhalten des CO₂-Kreislaufs erforderlich ist, damit dieser sich stabilisiert, nachdem die Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1 abgenommen hat.
Einige charakteristische Merkmale dieser bevorzugten Ausführungsform werden nunmehr erläutert.
Wenn in dieser bevorzugten Ausführungsform die Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1 konstant ist, weil die Kühlmitteltemperatur und der Kühlmitteldruck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2 so gesteuert werden, wie durch die optimale Steuerlinie ηmax gezeigt (erste Programmsteuerung) (siehe die durchgezogene Linie in 4), kann das CO₂-Kreislaufsystem betrieben werden, während sein Leistungskoeffizient hoch bleibt.
Wenn andererseits die Motordrehzahl relativ hoch ist oder wenn die erforderliche Kühlkapazität relativ niedrig ist und die Kühlmittelförderkapazität Qd abgenommen hat, weil die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad des Expansionsventils 3 auf ihrer Öffnung bzw. ihrem Öffnungsgrad gehalten wird, wie sie bzw. er zu diesem Zeitpunkt vorliegt (d.h., die zweite Programmsteuerung wird ausgeführt), kann der Druck auf Seiten des Verdampfers 4 daran gehindert werden, durch Verringerung des Kühlmitteldrucks über das Expansionsventil 3 stark reduziert zu werden (siehe strichlierte Linie in 4).
Weil die Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1 entsprechend dem Ansaugdruck Ps (den Druck auf Seiten des Verdampfers 4) gesteuert wird, ohne durch die Steuerung auf Seiten des Expansionsventils 3 beeinflußt zu werden, kann der CO₂-Kreislauf in geeigneter Weise gesteuert werden. Nunmehr wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform erläutert.
Während in der vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsform während der zweiten Programmsteuerung bzw. dem zweiten Steuerprogramm die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad des Expansionsventils 3 auf ihrer Öffnung bzw. ihrem Öffnungsgrad zu dem Zeitpunkt gehalten (fixiert) wurde, zu welchem die Steuerung zu der zweiten Programmsteuerung übergegangen ist, wird in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad fein derart gesteuert, daß die Ausmaßänderung des Öffnungsgrads kleiner ist als während der ersten Programmsteuerung. Im übrigen ist der Steuervorgang für das Expansionsventil 3 derselbe wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform.
Vorliegende bedeutet "die Öffnung wird fein gesteuert", daß die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad über einen Bereich derart gesteuert wird, daß diese Steuerung keine große Auswirkung auf die Steuerung der Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1 hat.
Da die Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1 entsprechend dem Ansaugdruck Ps gesteuert wird, ohne durch die Steuerung auf Seiten des Expansionsventils 3 beeinflußt zu werden, kann der CO₂-Kreislauf in angemessener Weise gesteuert werden.
Nachfolgend wird eine dritte bevorzugte Ausführungsform erläutert.
Während in der zweiten bevorzugten Ausführungsform während der zweiten Programmsteuerung der Öffnung bzw. des Öffnungsgrads des Expansionsventils 3 die Steuerung so erfolgte, daß die Ausmaßänderung der Öffnung bzw. des Öffnungsgrads kleiner war während der ersten Programmsteuerung, wird in der dritten bevorzugten Ausführungsform die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad derart gesteuert, daß der Kühlmitteldruck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers 2 sich einem zweiten Zieldruck nähert, der niedriger ist als der vorbestimmte auf Grundlage der optimalen Steuerlinie ηmax (nachfolgend als erster Zieldruck bezeichnet) (siehe 5). Anderweitig ist der Steuerablauf für das Expansionsventil 3 derselbe wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform.
Bei dem zweiten Zieldruck handelt es sich um einen Druck, der so eingestellt bzw. gewählt ist, daß, wie in der zweiten bevorzugten Ausführungsform die Öffnung bzw. der Öffnungsgrad über einen Bereich derart gesteuert wird, daß diese Steuerung keine große Auswirkung auf die Steuerung der Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1 hat.
Nachfolgend wird eine vierte bevorzugte Ausführungsform erläutert.
Während in den vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsformen die zweite Programmsteuerung für eine vorbestimmte Zeit To ausgeführt wurde, ausgehend von dem Zeitpunkt, zu welchem die Kühlmittelförderkapazität Qd abgenommen hatte, wird in dieser vierten bevorzugten Ausführungsform die zweite Programmsteuerung ausgehend von dem Zeitpunkt ausgeführt, wenn die Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1 sich ändert, bis das Verhalten des CO₂-Kreislaufs sich stabilisiert. Nachdem das Verhalten des CO₂-Kreislaufs sich stabilisiert hat, wird die erste Programmsteuerung bzw. das erste Steuerprogramm wieder aufgenommen.
Dieser charakteristische Betrieb der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird nunmehr auf Grundlage des Steuerflußdiagramms der ECU 9 erläutert, das in 6 gezeigt ist.
Wenn der Startschalter des CO₂-Kreislaufsystems eingeschaltet wird und das CO₂-Kreislaufsystem startet, liest die ECU 9 die Signale von den Sensoren 6 bis 8 ein (S400) und ermittelt, ob oder ob nicht eine Druckhöhenänderung ΔPs in dem Ansaugdruck Ps niedriger bzw. kleiner als ein erster vorbestimmter Wert ΔP1 ist (S410).
Wenn die Druckhöhenänderung ΔPs niedriger ist als der erste vorbestimmte Wert ΔP1, ermittelt die ECU 9, daß der Verdichter 1 mit bei Aufrechterhaltung der aktuellen Kühlmittelförderkapazität Qd arbeitet (d.h., die Kühlmittelförderkapazität Qd hat sich nicht geändert), führt eine erste Programmsteuerung aus (S420) und kehrt darauf hin zum 5400 zurück.
Wenn andererseits die Druckhöhenänderung ΔPs gleich oder größer als der erste vorbstimmte Wert ΔP1 ist, ermittelt die ECU 9, daß der Ausaugdruck Ps und die Kühlmittelförderkapazität Qd des Verdichters 1 gesunken sind bzw. gefallen sind und hebt die erste Programmsteuerung auf (S430) und ermittelt, solange die Druckhöhenänderung ΔPs größer als ein zweiter vorbestimmter Wert ΔP2 ist, daß das Verhalten des CO₂-Kreislaufs sich nicht stabilisiert hat, und führt eine zweite Programmsteuerung aus (S440, S450). Die zweite Programmsteuerung in dieser Ausführungsform sieht wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform das Fixieren der Öffnung bzw. des Öffnungsgrades des Expansionsventils 3 auf seiner Öffnung bzw. seinem Öffnungsgrad so vor, wie dann, wenn die erste Programmsteuerung ausgesetzt war.
Wenn die Druckhöhenänderung ΔPs unter den zweiten vorbestimmten Wert ΔP2 gefallen ist, wird ermittelt, daß das Verhalten des CO₂-Kreislaufs sich stabilisiert hat und der Prozeßablauf kehrt zum S400 zurück.
Obwohl in dieser vierten bevorzugten Ausführungsform die zweite Programmsteuerung so durchgeführt wurde wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform ist die vierte bevorzugte Ausführungsform hierauf nicht beschränkt; vielmehr kann ihre zweite Programmsteuerung in derselben Weise wie in der zweiten oder der dritten bevorzugten Ausführungsform erfolgen.
Obwohl in den vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsform die Erfindung unter Verwendung des CO₂-Kreislaufs beispielhaft erläutert wurde, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern kann auf einem superkritischen Kältekreislauf angewendet werden, der beispielsweise auf Ethylen, Ethan oder Stickstoffoxid als Kühlmittel beruht.

Claims

Superkritisches Kältekreislaufsystem, aufweisend: Einen Verdichter (1) variabler Kapazität, einer Kühlmittelförderkapazität (Qd) entsprechend einem Verdichteransaugdruck (Ps), einen Wärmetauscher (2) zum Kühlen eines Kühlmittels, das durch den Verdichter (1) variabler Kapazität gefördert wird, wobei der Wärmetauscher (2) einen Innendruck aufweist, der einen kritischen Druck des Kühlmittels übersteigt, ein Ventil (3), das auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) angeordnet ist und einen steuerbaren Öffnungsgrad hat, einen Verdampfer (4) zum Verdampfen von Kühlmittel, welches aus dem Ventil (3) ausströmt, einen Kühlmitteltemperaturdetektor (8) zum Ermitteln der Temperatur des Kühlmittels auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2), eine Ermittlungseinrichtung (S110, S410) zum Ermitteln, ob oder ob nicht die Kühlmittelförderkapazität (Qd) des Verdichters (1) variabler Kapazität sich geändert hat, und eine Steuereinrichtung (9) zum elektrischen Steuern des Öffnungsgrads des Ventils (3), wobei dann, wenn durch die Ermittlungseinrichtung (S110, S410) ermittelt wird, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich nicht geändert hat, die Steuereinrichtung (9) den Öffnungsgrad des Ventils (3) auf Grundlage eines vorbestimmten ersten Programms in Übereinstimmung mit der durch den Kühlmitteltemperaturdetektor (8) ermittelten Temperatur derart steuert, daß der Druck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) sich einem ersten Zieldruck nähert, der auf Grundlage dieser Temperatur ermittelt wird, und wobei dann, wenn durch die Ermittlungseinrichtung (S110, S410) ermittelt wird, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich geändert hat, die Steuereinrichtung (9) den Öffnungsgrad des Ventils (3) auf Grundlage eines zweiten Programms derart steuert, daß der Druck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) sich einem zweiten Zieldruck nähert, der niedriger als der erste Zieldruck ist, um einen Einfluß des Ventils (3) auf den Verdichter (1) zu unterdrücken.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1, wobei das zweite Programm den Öffnungsgrad des Ventils (3) fixiert.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 2, wobei das zweite Programm den Öffnungsgrad des Ventils (3) auf eine Öffnungsgradeinstellung entsprechend dem Öffnungsgrad fixiert, wenn das erste Programm ausgesetzt ist.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1, wobei das zweite Programm den Öffnungsgrad des Expansionsventils (3) auf Grundlage einer gefallenen Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) steuert.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1, wobei das zweite Programm den Öffnungsgrad den Ventils (3) so steuert, daß die Öffnungsgradausmaßänderung kleiner ist als dann, wenn der Öffnungsgrad auf Grundlage des ersten Programms gesteuert wird.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1, wobei das zweite Programm die Steuerung des Öffnungsgrads des Ventils (3) auf Grundlage des ersten Programms aussetzt, während ein Druckwert, ermittelt durch den Ansaugdruck(Ps)änderungsdetektor (7) sich über einem vorbestimmten Wert befindet.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1, wobei das zweite Programm die Programmsteuerung für den Öffnungsgrad für eine vorbestimmte Zeit aussetzt.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 1, wobei das Kühlmittel aus CO₂, Ethylen, Ethan oder Stickstoffoxid ausgewählt ist.
Superkritisches Kältekreislaufsystem, aufweisend: Einen Verdichter (1) variabler Kapazität mit einer Kühlmittelförderkapazität (Qd), welche einem Verdichteransaugdruck (Ps) entspricht, einen Wärmetauscher (2) zum Kühlen eines Kühlmittels, das durch den Verdichter (1) variabler Kapazität gefördert wird, wobei der Wärmetauscher einen Innendruck aufweist, der den kritischen Druck des Kühlmittels übersteigt, ein Ventil (3), das auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) angeordnet ist und einen steuerbaren Öffnungsgrad hat, eine Steuereinrichtung zum Ermitteln, ob oder ob nicht die Kühlmittelförderkapazität (Qd) des Verdichters (1) variabler Kapazität sich geändert hat, und zum Steuern des Öffnungsgrads des Ventils (3), wobei dann, wenn die Steuereinrichtung ermittelt, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich nicht geändert hat, die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils (3) auf Grundlage einer an der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) ermittelten Kühlmitteltemperatur steuert, und dann, wenn die Steuereinrichtung ermittelt, daß die Kühlmittelförderkapazität (Qd) sich geändert hat, die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils (3) dahingehend steuert, den Einfluß des Ventils (3) auf den Verdichter (1) zu unterdrücken, so daß eine Ausmaßänderung des Öffnungsgrads kleiner ist als dann, wenn die Öffnung auf Grundlage von keiner Änderung der Kühlmittelförderkapazität (Qd) gesteuert wird.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils (3) fixiert, wenn eine Änderung der Kühlmittelförderkapazität (Qd) ermittelt wird.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 10, wobei dann, wenn eine Änderung der Kühlmittelförderkapazität (Qd) ermittelt wird, die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils (3) auf einer Öffnungsgradeinstellung entsprechend der Öffnungsgradeinstellung fixiert, wenn die Steuerung auf Grundlage keiner Änderung der Kühlmittelförderkapazität (Qd) ausgesetzt ist.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 9, wobei dann, wenn eine Änderung der Kühlmittelförderkapazität (Qd) ermittelt wird, die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Expansionsventils (3) auf Grundlage einer gefallenen Kühlmitteltemperatur auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) steuert.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils (3) so steuert, daß dann, wenn eine Änderung der Kühlmittelförderkapazität (Qd) nicht ermittelt wird, der Druck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) sich einem ersten Zieldruck nähert, der auf Grundlage der ermittelten Kühlmitteltemperatur ermittelt wird, und die Steuereinrichtung den Öffnungsgrad des Ventils (3) steuert, wenn eine Änderung der Kühlmittelförderkapazität (Qd) ermittelt wird, so daß der Druck auf der Auslaßseite des Wärmetauschers (2) sich einem zweiten Zieldruck nähert, der niedriger ist als der erste Zieldruck.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung die Steuerung des Öffnungsgrads des Ventils (3) aussetzt, wenn die ermittelte Ansaugdruck(Ps)änderung über einem vorbestimmten Wert liegt.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung die Steuerung des Öffnungsgrads für eine vorbestimmte Zeit aussetzt, wenn. eine Änderung der Kühlmittelförderkapazität (Qd) ermittelt wird.
Superkritisches Kältekreislaufsystem nach Anspruch 9, wobei das Kühlmittel aus CO₂, Ethylen, Ethan oder Stickstoffoxid ausgewählt ist.