WO2017063929A1 - Verfahren zum betrieb einer kälteanlage und baugrupe einer kälteanlage - Google Patents

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WO2017063929A1
WO2017063929A1 PCT/EP2016/073774 EP2016073774W WO2017063929A1 WO 2017063929 A1 WO2017063929 A1 WO 2017063929A1 EP 2016073774 W EP2016073774 W EP 2016073774W WO 2017063929 A1 WO2017063929 A1 WO 2017063929A1
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refrigerant
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motor vehicle
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Thomas Friedrich
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • F25B2400/08—Refrigeration machines, plants and systems having means for detecting the concentration of a refrigerant

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a refrigerant having a refrigeration system of a motor vehicle and an assembly of a refrigeration system of a motor vehicle.
  • the refrigeration system is in particular an air conditioner or serves for the cooling of energy cells of the motor vehicle.
  • Motor vehicles usually have air conditioning. By means of this, an interior of the motor vehicle is heated. At a comparatively high outside temperature air is first cooled by the air conditioning, and in a further step, the cooled air is passed into the interior. Even when the outside temperature is low, the air conditioner is used, in which case, by means of the air conditioner, an air humidity of the air supplied into the interior space is reduced.
  • the air conditioning system is designed in the manner of a refrigeration system.
  • Another application of such refrigeration systems is the cooling of a so-called high-voltage battery of the motor vehicle, by means of which there is an energization of an electric motor of the motor vehicle.
  • the motor vehicle is either driven only by means of the electric motor, or a so-called hybrid system is used for the drive, in which an internal combustion engine is available in addition to the electric motor.
  • the electric motor is operated by means of suitable control as a generator, so that the kinetic energy of the motor vehicle is converted into electrical energy, which is ready for driving the motor vehicle at a later time.
  • the high-voltage battery is heated, which can lead to an excess of damage to the high-voltage battery and even to a thermal failure.
  • the refrigeration system usually has an evaporator and a condenser and a compressor. These are connected to each other by means of lines within which a refrigerant is located.
  • a refrigerant By means of the evaporator, the volume of the refrigerant present as a gas / liquid mixture is increased during operation, which leads to a reduction in the pressure of the refrigerant. With an expansion and thus a pressure reduction, the temperature of the refrigerant decreases. In this case, the refrigerant is either completely or at least partially evaporated.
  • the cooled refrigerant is brought into thermal contact with a component, for example by means of a heat exchanger. As a result, the component thermal energy is removed and the refrigerant is heated.
  • thermal energy refrigerant is first supplied to the compressor, and there again compressed to the increased pressure, resulting in further heating of the refrigerant.
  • the refrigerant is then fed to the condenser, where the thermal energy of the refrigerant is released to the environment of the condenser.
  • the capacitor is usually in thermal contact with an environment of the motor vehicle, so that the thermal energy is conducted into the environment of the motor vehicle. Following this, the refrigerant is again supplied to the evaporator.
  • the refrigerant used! must have a boiling point that is relatively low, even at a relatively low pressure reduction, so that the components used in the refrigeration system can be manufactured relatively inexpensively.
  • Another requirement for the refrigerant is that the refrigerant does not freeze even at negative temperatures that occur in winter, for example, which would otherwise damage the refrigeration system.
  • ammonia or CFCs are used, resulting in a release to damage the environment.
  • disposal of such a refrigeration system is relatively expensive. In order to avoid an escape of the refrigerant in an accident, a comparatively large design effort is required.
  • the invention has for its object to provide a particularly suitable method for operating a refrigeration system of a motor vehicle and a particularly suitable assembly of a refrigeration system of a motor vehicle, in particular environmental damage and / or efficiency is improved.
  • this object is achieved by the features of claim i and in terms of the assembly by the features of claim 5 according to the invention.
  • Advantageous developments and refinements are the subject of the respective subclaims.
  • the method is used for operating a refrigeration system of a motor vehicle.
  • the refrigeration system is, for example, an air conditioning system, by means of which a temperature control of an interior of the motor vehicle takes place during operation.
  • the refrigeration system is used to cool an energy store of the motor vehicle, in particular a so-called high-voltage battery.
  • the high-voltage battery expediently comprises a number of individual energy cells, which are electrically interconnected.
  • the high-voltage battery has an electrical voltage between 300 V and 800 V and in particular equal to 400 V.
  • the energy storage is expediently an energization of an electric motor of the motor vehicle, which serves to drive the motor vehicle.
  • the motor vehicle for example, for only the electric motor.
  • the motor vehicle comprises an internal combustion engine.
  • the motor vehicle is a so-called hybrid motor vehicle.
  • the refrigeration system has a refrigerant with a first component, and with a second component, which differ in terms of their material properties.
  • the first component is made of a first material and the second component of a second material.
  • the chemical composition of the two components differs.
  • different components in particular do not understand that they are the same substances, but in a different state of aggregation.
  • the refrigerant consists of the two components.
  • the refrigerant has no other chemical products. For example, during operation, one of the two components is present only in a gaseous state of aggregation and the remaining in either the liquid or the gaseous state.
  • one of the two components particularly preferably always remains in a liquid state of aggregation.
  • the state of the two components is changed during operation of the refrigeration system. In this way, the efficiency of the refrigeration system is increased.
  • a parameter is determined, which is in particular an external parameter.
  • the parameter does not represent a state of the refrigeration system itself, but is determined by means of another method.
  • the parameter describes a state of the motor vehicle or else the state of an environment of the motor vehicle.
  • a ratio between the first component and the second component is adjusted. In other words, it is set by how many times the proportion of the first component on the refrigerant is greater or smaller than the proportion of the second component. If the refrigerant consists of the two components, it is adjusted what proportion of the first component to the refrigerant and what proportion of the second component to the refrigerant.
  • the setting is checked, for example, so that regulation takes place. Alternatively, there is no review.
  • the ratio is controlled.
  • the ratio is adjusted continuously as the parameter changes.
  • the possible value range of the parameter is subdivided into subregions and a specific ratio is assigned to each subrange, so that a setting is made in stages.
  • the adjustment takes place in particular after production of the refrigeration system and in particular after production of the motor vehicle. In this way, an adaptation of the refrigeration system to a variety of requirements and conditions is possible without this would have to be considered in the manufacture of the refrigeration system or the motor vehicle.
  • the refrigeration system is not dismantled to adapt to the parameter, not even partially.
  • the refrigerant Due to the two components, the refrigerant has certain physical properties that are changed depending on the ratio of the two components to each other. Thus, in particular by means of an adjustment of the ratio of the two components to each other, the boiling or the freezing point of the refrigerant can be adjusted. Due to the change in the ratio of the two components to one another, these two points are shifted during operation as a function of the parameter, so that a flexibility of the refrigeration system and thus an area of use of the refrigeration system is increased. As a result, no replacement of the complete refrigerant is required to adapt the refrigeration system, which is a Reduced environmental impact. In addition, it is possible to use components provided specifically for the intended areas of use, wherein a change in the intended area of use due to the change in the ratio also ensures continued operation of the refrigeration system. As a result, the efficiency in the main application area is improved.
  • an external temperature of the motor vehicle is selected as a parameter.
  • an adjustment of the refrigeration system to the environment of the motor vehicle is made possible, whereby always a comparatively high efficiency or at least a proper functioning of the refrigeration system can be ensured.
  • the ratio of the two components is changed if the outside temperature falls below a certain temperature value, for example 5 ° C, 3 ° C, 0 ° C or -3 ° C. Alternatively, or in combination, the ratio is changed as far as the outside temperature exceeds 20 ° C, 25 ° C, 30 ° C, 35 ° C or 40 ° C.
  • a temperature of an evaporator of the refrigeration system is selected as a parameter.
  • the temperature of the evaporator of the refrigeration system is determined and used as a parameter, depending on the ratio of the two components is changed to each other. If the temperature of the evaporator falls below or exceeds a certain value at which proper functioning of the evaporator can not be ensured, the ratio of the two components is changed, and consequently the physical properties of the refrigerant are adjusted. In this case, the ratio is set such that proper operation of the refrigeration system is made possible even at the determined temperature of the evaporator.
  • the second component has a lower freezing point than the first component.
  • a first component is used with a freezing point which is greater than the freezing point of the second component. Consequently, by means of the second component, the freezing point of the refrigerant is reduced, so that operation of the refrigeration system is made possible even at comparatively low outside temperatures, without the refrigerant changes to a solid state, ie freezes, in particular, in this way operation of the motor vehicle in winter also after a relatively long service life allows.
  • the proportion of the second component in a increased comparatively low temperature, so that a freezing of the refrigerant is excluded. At a comparatively high temperature, however, the proportion of the second component is reduced, which increases the efficiency of the refrigeration system.
  • the first component For example, water is used as the first component, which has comparatively good thermodynamic properties. Consequently, the efficiency of the refrigeration system is comparatively high.
  • the second component used is glycol or ethanol which has a comparatively low freezing point.
  • water is used as the first component and glycol or ethanol as the second component. In this way, even with a possible leakage of the refrigeration system comparatively severe environmental damage is excluded.
  • these are comparatively inexpensive substances, which reduces manufacturing costs. Also, a refilling of such substances is relatively harmless, so that this can also be done by untrained personnel or by the user of the motor vehicle itself, which reduces maintenance costs.
  • the assembly of a refrigeration system is a component of a motor vehicle.
  • the refrigeration system consists for example of the module or in particular has other components, such as in particular a heat exchanger.
  • the refrigeration system itself is, for example, an air conditioning system and serves to control the temperature of an interior of the motor vehicle within which there are persons.
  • an energy store of the motor vehicle is cooled during operation, for which purpose at least one component of the refrigeration system is in thermal contact with the energy store.
  • the energy store is for example a high-voltage battery and has an electrical voltage between 200 V and 1000 V, in particular between 300 V and 800 V.
  • the high-voltage battery has an electrical voltage of 400 V.
  • the energy storage is used, for example, the energization of an electric motor of the motor vehicle, by means of which the motor vehicle is driven.
  • the motor vehicle has only the Electric motor or a number of electric motors as drive on.
  • the motor vehicle additionally comprises an internal combustion engine and is consequently designed as a so-called hybrid vehicle.
  • the assembly has a condenser and a downstream fluidized evaporator, which are interconnected by means of a first line.
  • a refrigerant is conducted from the condenser through the first line to the evaporator, so that the flow direction is directed from the condenser to the evaporator.
  • the first line is in particular fluidly coupled to an output of the capacitor and to an input of the evaporator.
  • the evaporator in this case the refrigerant is at least partially evaporated during operation, which takes place by means of a pressure reduction of the refrigerant.
  • the evaporator suitably comprises an injection nozzle.
  • the refrigerant is condensed out, so that it is at least partially brought from a gaseous to a liquid state.
  • a heat sink is thermally contacted with the capacitor, for example with an outer wall of the capacitor.
  • a heat source is thermally contacted with the evaporator, in particular with an outer wall of the evaporator.
  • the energy store if it is present, thermally coupled to the evaporator, and / or the condenser is exposed to ambient air of the motor vehicle.
  • the thermal energy coupled to the evaporator thermally coupled component during operation of the refrigeration system.
  • thermal energy is dissipated, for example in an environment of the motor vehicle.
  • the evaporator has a Abscheideort on which in particular refrigerant accumulates during operation, which is not evaporated during operation.
  • the Abscheideort is provided and set up, and / or designed, for example, such that there accumulates refrigerant during operation, which is not evaporated during operation.
  • the deposition site is formed by means of the bottom of the evaporator or at least comprises this floor.
  • the bottom is funnel-shaped.
  • the deposition site is fluidly coupled by means of a second line to a reservoir, within which, during operation, a second component of the refrigerant is at least partially.
  • the second component of the refrigerant by means of Evaporator at least partially separated and guided by the second line to the reservoir so that it is removed from the refrigeration cycle of the refrigeration system.
  • the proportion of the second component to the refrigerant is reduced.
  • the proportion of the second component which is not to be vaporized under the current conditions is removed from the refrigerant, which improves the efficiency of the refrigeration system.
  • the second component located in the reservoir is not part of the refrigerant and in particular not of any refrigeration circuit of the refrigeration system.
  • the refrigerant has a first component and expediently consists of the first and the second component.
  • the reservoir is designed pressure-resistant and conveniently created from a plastic.
  • the reservoir comprises a filler neck, by means of which the second component, or in particular the first component, for example, can be manually introduced into the reservoir.
  • the filler neck is designed pressure-resistant. In other words, it is a pressure-tight closable filler neck.
  • the reservoir is fluidly coupled by means of a third line to the condenser.
  • the third line in this case has a first metering device, for example a pump, in particular a metering pump or micro-pump, or a shut-off valve.
  • a flow of the second component from the reservoir to the condenser is controlled or regulated by means of the first metering device.
  • the condenser serves as a mixing container, so that within the condenser, the second component is mixed with other components. Consequently, by means of the capacitor and the first metering device, a proportion of the second component located in the reservoir is supplied to the coolant and thus increases the concentration of the second component within the refrigerant.
  • the capacitor is pressure-resistant and has, for example, a filler neck, which is also designed pressure-resistant.
  • the condenser has a pressure-tight closable filler neck. By means of the filler neck, it is possible to refill refrigerant in the condenser, or at least components of the refrigerant, such as the second component or the first component. By means of the capacitor thus mixing of the individual components is possible.
  • the condenser serves inter alia the mixing of the refrigerant.
  • the first metering device is subjected in particular to a value of an external parameter.
  • the first metering device is actuated in dependence on the external parameter.
  • the outer parameter is, for example, the outside temperature of the motor vehicle, so that the concentration of the second component within the refrigerant is changed depending on the outside temperature of the motor vehicle. In particular, at a comparatively low temperature, the concentration of the second component is increased.
  • the first metering device is actuated as a function of a temperature of the evaporator or of a fill level of the storage container. In particular, at a comparatively low temperature of the evaporator or an increased fill level within the reservoir, the first metering device is actuated such that the portion of the second component located in the reservoir is at least partially introduced into the condenser.
  • the first metering device is signal-wise coupled to a control unit, by means of which operating data, such as the external parameter, the temperature of the evaporator and / or the fill level of the storage container are evaluated.
  • operating data such as the external parameter, the temperature of the evaporator and / or the fill level of the storage container are evaluated.
  • the passage of fluids through the third conduit is made possible only from the reservoir to the condenser. In other words, only a flow of the second component from the reservoir to the condenser is possible.
  • the reservoir has an overflow, which is fluidly coupled to the condenser by means of a fourth line. If the level within the reservoir exceeds a certain value, the second Component supplied by means of the fourth line to the capacitor. Consequently, due to the overflow, the second component is always supplied to the condenser at least to a comparatively small extent, as long as the refrigeration system is covered with a sufficient amount of the second component. In this way, even when the first device is not actuated, if it is present, the second component is always moved, which is why a deposition, separation or Entomogenmaschine the second component is excluded due to a lack of mixing.
  • the refrigeration system comprises a larger amount of second component than the reservoir summarizes.
  • the first conduit comprises a second metering device.
  • the second metering device acts like a check valve.
  • the second metering device is a shut-off valve or a pump, such as a metering pump or a micro-pump.
  • the second metering device is acted upon by a level of the condenser or the evaporator.
  • the second metering device is acted upon as a function of a power requirement on the refrigeration system.
  • the cooling capacity of the refrigeration system is adjusted based on the second metering device.
  • the second metering device is actuated as a function of an outside temperature, a temperature of the evaporator or a temperature of a component of the motor vehicle to be cooled and / or adjusted its delivery rate, if this is designed as a pump.
  • the second line has a third metering device.
  • a passage of the second component from the supply container is prevented older to the evaporator.
  • the second metering device in the manner of a Non-return valve designed.
  • the third metering device is for example a shut-off valve or a pump, such as a metering pump or an icro-pump.
  • an arrangement of the reservoir is independent of the evaporator allows, as by means of the third metering also any height differences can be compensated, in particular, the third metering device in response to a power demand on the refrigeration system, an outside temperature of the motor vehicle, a temperature of the condenser or the evaporator or a level of the reservoir or the evaporator operated.
  • the assembly comprises a fifth conduit, by means of which an outlet of the evaporator is fluidly connected to an inlet of the condenser.
  • the fifth line comprises a check valve and / or a pump, by means of which it is ensured. that only a transport of the refrigerant from the evaporator to the condenser is made possible by the fifth line.
  • the fifth line comprises a compressor, by means of which the refrigerant is compressed.
  • the pressure of the refrigerant is increased by means of the compressor.
  • the refrigerant is preferably increased by means of the compressor to that pressure which the refrigerant has when it is passed to the inlet of the evaporator.
  • the fifth line has a heat storage.
  • the heat accumulator is made pressure-resistant.
  • the heat accumulator is a pressure accumulator, that is designed in the manner of a steam accumulator.
  • the heat accumulator has chemical reactants which react as a function of the heat supplied. In an opposite reaction, the stored heat is released again.
  • the heat storage on a sorbent is a sorption heat storage, in particular by means of the heat storage a Waste heat of an internal combustion engine of the motor vehicle stored, if necessary. In this way, an efficiency of the motor vehicle is increased.
  • the respective lines if they are present in each case, for example, each created by means of a hose, which are made for example of a rubber or plastic.
  • the lines are either completely and / or partially made of a metal, such as an aluminum, so pure aluminum or an aluminum alloy.
  • the refrigerant has a first component and preferably consists of the first component and the second component.
  • the first component is water and the second component is in particular glycol or ethanol.
  • the assembly is operated according to the above method. In other words, depending on a parameter, the ratio between the first component of the refrigerant and the second component of the refrigerant is adjusted.
  • the first metering device, the second metering device and / or third metering device if they are present, operated suitably.
  • the invention further relates to a refrigeration system with such an assembly as well as a motor vehicle with such an assembly or with such a refrigeration system.
  • the refrigeration system consists for example of the module or in particular has other components, such as in particular a heat exchanger.
  • first, second, third ... is only the concrete name of the individual components and in particular does not imply the presence of a certain number of these components.
  • first, second, third, fourth, fifth lines are each only a specific line.
  • first, second and third metering devices, if they are present in each case, are each only a specific metering device.
  • FIG. 2 shows a schematic embodiment of an assembly of the refrigeration system
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the assembly according to FIG. 2, FIG.
  • a motor vehicle 2 is shown schematically simplified with a refrigeration system 4
  • the refrigeration system 4 is for example an air conditioner and is used to control the temperature of an interior 6.
  • one of the wheels 8 a wheel hub motor 10.
  • the wheel hub motor 10 is an electric motor and contacted by means of a power line 12 with an energy storage 14 having a plurality of lithium ion batteries, which are connected to provide an electrical voltage of 400 V suitable to each other.
  • the energy store 14 also has a converter, not shown in more detail, by means of which a direct current provided by the energy store 14 is transformed into an alternating current, by means of which the wheel hub motor 10 is operated.
  • the energy storage 14 is cooled during operation.
  • the Assembly 16 has a capacitor 18 which is created as a pressure-resistant vessel made of, for example, a plastic.
  • the capacitor 18 is acted upon in operation, for example, with wind or water cooled and located for example in an engine compartment of the motor vehicle 2.
  • the condenser 18 has a filler neck 20 for refilling a refrigerant 21 shown in FIGS. 5 and 6.
  • a first line 24 is connected, which comprises, for example, a metal pipe. The remaining end of the first conduit 24 opens into an injection nozzle 25 of an evaporator 26.
  • the first conduit 24 has a second metering device 28 in the form of a pump, by means of which pumped during operation of the located within the condenser 18 portion of the refrigerant 21 to the injection nozzle 25 becomes.
  • the capacitor 26 is thermally coupled either with a fan line of the air conditioner or with the energy storage 14.
  • An output 30 of the evaporator 26 opens into a fifth line 32, which in turn is connected in an input 34 of the capacitor 18.
  • the fifth line 32 has a compressor 36, by means of which it is ensured that the refrigerant 21 can only flow from the evaporator 26 to the condenser 18 through the fifth line 32.
  • the evaporator 26 has a separation site 38, which is formed by means of the bottom of the evaporator 26.
  • a second conduit 40 is fluidly coupled to the separation site 38 and a reservoir 42.
  • the second line 40 comprises a third metering device 44 in the form of a pump, by means of which it is ensured that only a fluid transport from the evaporator 26 to the reservoir 42 takes place.
  • the reservoir 42 is on the one hand by means of a third line 46, which has a first metering device 48 in the form of a shut-off valve or a pump, coupled to the capacitor 18 fluidly.
  • the reservoir 42 has an overflow 50, which is also fluidly coupled by means of a fourth line 52 to the capacitor 18. Consequently, the reservoir 18 is fluidly coupled by means of the third line 46 and the fourth line 52 to the condenser 18, wherein a fluid can be guided from the reservoir 42 to the condenser 18 only when the first metering device 48 is activated by means of the third line 46.
  • the fourth line 52 only a lead from the reservoir 42 to the condenser 18 is possible, if the fluid one in Fig. 5 level shown 54 exceeds / has.
  • the reservoir 42 is pressure-tight and has a filler neck 56, which is also designed pressure-tight. Via the filler neck 56 of the reservoir 42, a fluid can be filled into the reservoir 42.
  • a temperature sensor 58 is arranged, which is signal-coupled by means of a signal line 60 with the first metering device 48.
  • the signal line 60 is guided against a control unit, not shown, by means of which the first metering device 48, the second metering device 28 and the third metering device 44 are controlled.
  • the compressor 36 is also controlled by means of the control unit.
  • a further embodiment of the assembly 16 is shown, which corresponds to the exception of the fifth line 32 of the previous embodiment.
  • the fifth line 32 is in turn fluidly connected to the outlet 30 of the evaporator 26 and the inlet 34 of the condenser 18, so that a flow of the refrigerant 21 from the evaporator 26 to the condenser 18 is made possible.
  • the fifth line 32 also has a heat accumulator 62. by means of which thermal energy is stored.
  • the heat storage 62 is configured, for example, in the manner of a steam trap or has a sorbent.
  • the refrigerant 21 is within the condenser 18, the evaporator 26 and the lines 24, 32, 40, 46, 52.
  • the refrigerant 21 consists of a first component 64 and a second component 66.
  • the first component 64 is water and as the second component 66 either glycol or ethanol is used.
  • the first component 64 has a freezing point that is greater than that of the second component 66.
  • the second component 66 is also at temperatures in the liquid state of aggregation, in which the first component 64 is already in a solid state.
  • the refrigerant 21 is introduced via the filler neck before startup, wherein the first component 64 and the second component 66 have a certain mixing ratio to each other.
  • the second component 66 is filled into the reservoir 42.
  • the amount of located within the refrigeration system 4 second component 66, which consists of the located in the reservoir 42 and part the part constituting the refrigerant 21 is between 1% and 5%, preferably 2%, larger than the capacity of the reservoir 42.
  • FIG. 4 schematically illustrates a method 68 for operating the refrigeration system 4 in a simplified manner.
  • a parameter 72 is determined.
  • the parameter 72 is, for example, the temperature of the evaporator 26 detected by the temperature sensor 58.
  • an external temperature of the motor vehicle 2 is used as a parameter 72, which is detected by a temperature sensor, not shown in the body of the motor vehicle 2.
  • a ratio between the first component 64 of the refrigerant 21 and the second component 66 of the refrigerant 21 is set. In other words, the composition of the refrigerant 21 is changed, and the proportion of the second component 66 on the refrigerant 21 is increased or decreased.
  • the assembly 16 is shown at a first temperature T1 and in FIG. 6 at a second temperature T2.
  • the two temperatures T1, T2 are the parameter 72, and the first temperature T1 is greater than the second temperature T2.
  • the first temperature T1 is 20 ° C
  • the second temperature T2 is -10 ° C.
  • the majority of the second component 66 is in the reservoir 42 and only a relatively small portion of the second component 66 is part of the refrigerant 21. This is in the liquid state in the condenser 18 and is by means of the second metering device 28 through the first line 24 to the injection nozzle 25 conveyed.
  • the pressure of the refrigerant 21 is lowered.
  • the pressure reduction is always set so that the majority of the second component 66 is not evaporated, but collects at the Abscheidideort 38 of the evaporator 26.
  • the vaporized first component 64 is discharged by means of the fifth line 32.
  • the fifth conduit 32 an outer wall of the evaporator 26 or another component of the evaporator 26, in particular a heat exchanger, is in thermal contact with a heat exchanger, not shown, depending on the application. This is cooled due to the lowered temperature of the first component 64, whereas the first component 64 is heated, so that an energy exchange takes place. Consequently, a temperature equalization of the heat exchanger, not shown, and the first component 64.
  • the fifth line 32 preferably only the first component 64 is performed in a vaporized form. However, it is not excluded that the refrigerant 21 guided by means of the fifth line 32 has a comparatively small proportion of the second component 66, which is likewise present in vaporized form.
  • the second component 66 which is located at the separation site 38, is conveyed by means of the third metering device 44 through the second line 40 into the reservoir 42. From there, a portion of the second component 66, namely that which exceeds the fill level 54, enters the fourth line 52 via the overflow 50 and is conveyed into the condenser 28.
  • the first metering device 48 is not active, which is why no transport of the second component 66 takes place by means of the third line 46. Due to the overflow 50, the second component 66 remains in motion, which is why a thorough mixing. As a result, deposition of any particles or any other change of the second component 66 is prevented. In other words, a so-called dead water in the reservoir 42 is avoided.
  • the condenser 18 In the condenser 18, the guided by means of the fifth line 32 and now re-compressed by the compressor 36 first component 64 is further introduced, which condenses out in the condenser 18. There, the condensed first component 64 and the liquid second component 66 is mixed, which is why the capacitor 18 also serves as a mixing device.
  • the temperature sensor 58 If the temperature decreases, as shown in Fig. 6, detected by the temperature sensor 58, the temperature drop. Due to the temperature decrease, it is not excluded that the first component 64 changes to the solid state, and thus the condenser 18, the first conduit 24 and the injection nozzle 25 closes. As a result, upon detection of a temperature decrease, the first metering device 48 is actuated and the second component 66 is introduced into the condenser 18, where it mixes with the first component 64 to form the refrigerant 21, the part introduced in this case is larger than the part which is in the first temperature T1 is introduced by means of the overflow 50 in the condenser 18.
  • the freezing point of the refrigerant 21 is lowered, and therefore freezing of the refrigerant 21 due to the reduced outside temperature is avoided.
  • the refrigerant 21 provided in this manner is in turn supplied to the evaporator 26, wherein the evaporator performance is reduced due to the reduced proportion of the first component 64 to the refrigerant 21 supplied to the evaporator 26.
  • T2 second temperature
  • the mode of operation of the first metering device 48 is changed.
  • the second component 66 collects at the deposition site 38 as shown in FIG. This portion is directed by means of the second conduit 40 to the reservoir 42, and the operation of the first metering device 48 is stopped or reduced. Because of the overflow 50, in turn, at least a portion of the fluid collected in the reservoir 42 is always directed into the condenser 18, so that any portion of the first component 64 directed thereto by the second conduit 40 is again supplied to the refrigerant 21 within a certain period of time.
  • the first metering device 48 and the evaporator 26 is operated such that the proportion of the second component 66 to the refrigerant 21 is greater than at the second temperature T2, but less than at the first temperature T1.
  • the reservoir 42 is filled, for example, half.
  • the evaporator performance ie the cooling capacity, compared to an operation at the second temperature T2 is increased, while still avoiding freezing of the refrigerant 21 is avoided.
  • the refrigeration system 4 is operated in a mixed state, wherein the ratio of the second component 66 to the first component 64 between the two limiting cases shown in Figs.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer ein Kältemittel (21) aufweisenden Kälteanlage eines Kraftfahrzeugs. In Abhängigkeit eines, insbesondere äußeren, Parameters wird ein Verhältnis zwischen einer ersten Komponente (64) des Kältemittels (21) und einer zweiten Komponente (66) des Kältemittels (21) eingestellt. Die Erfindung betrifft femer eine Baugruppe (16) einer Kälteanlage eines Kraftfahrzeugs.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Kälteanlage und Baugruppe einer Kälteanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer ein Kältemittel aufweisenden Kälteanlage eines Kraftfahrzeugs sowie eine Baugruppe einer Kälteanlage eines Kraftfahrzeugs. Die Kälteanlage ist insbesondere eine Klimaanlage oder dient der Kühlung von Energiezellen des Kraftfahrzeugs.
Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine Klimaanlage auf. Mittels dieser wird ein Innenraum des Kraftfahrzeugs temperiert. Bei einer vergleichsweise hohen Außentemperatur wird mittels der Klimaanlage zunächst Luft abgekühlt, und in einem weiteren Arbeitsschritt wird die abgekühlte Luft in den Innenraum geleitet. Auch bei einer niedrigen Außentemperatur wird die Klimaanlage verwendet, wobei in diesem Fall mittels der Klimaanlage eine Luftfeuchtigkeit der in den Innenraum geleiteten Luft reduziert wird. Die Klimaanlage ist nach Art einer Kälteanlage ausgestaltet.
Eine weitere Anwendung derartiger Kälteanlagen ist die Kühlung einer sogenannten Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs, mittels derer eine Bestromung eines Elektromotors des Kraftfahrzeugs erfolgt. Das Kraftfahrzeug wird hierbei entweder lediglich mittels des Elektromotors angetrieben, oder für den Antrieb wird ein sogenanntes Hybridsystem verwendet, bei dem zusätzlich zu dem Elektromotor ein Verbrennungsmotor bereitsteht. Bei einem Abbremsen des Kraftfahrzeugs wird der Elektromotor mittels geeigneter Ansteuerung generatorisch betrieben, sodass die kinetische Energie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt wird, die zu einem späteren Zeitpunkt zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitsteht. Insbesondere beim Laden und bei hohen Geschwindigkeiten wird die Hochvoltbatterie erwärmt, was bei einem Übermaß zu einer Schädigung der Hochvoltbatterie und sogar zu einem thermischen Fehlverhalten führen kann. Die Kälteanlage weist üblicherweise einen Verdampfer und einen Kondensator sowie einen Kompressor auf. Diese sind mittels Leitungen miteinander verbunden, innerhalb derer sich ein Kältemittel befindet. Mittels des Verdampfers wird bei Betrieb das Volumen des als Gas/Flüssigkeitsgemisch vorliegenden Kältemittels vergrößert, was zu einer Druckerniedrigung des Kältemittels führt. Bei einer Ausdehnung und folglich einer Druckerniedrigung sinkt die Temperatur des Kältemittels. Hierbei wird das Kältemittel entweder vollständig oder zumindest teilweise verdampft. Das abgekühlte Kältemittel wird in thermischen Kontakt mit einem Bauteil gebracht, beispielsweise mittels eines Wärmetauschers. Infolgedessen wird dem Bauteil thermische Energie entzogen und das Kältemittel erwärmt. Das auf diese Weise mit thermischer Energie angereicherte Kältemittel wird zunächst dem Kompressor zugeleitet, und dort erneut auf den erhöhten Druck komprimiert, was zu einer weiteren Erwärmung des Kältemittels führt. Das Kältemittel wird anschließend dem Kondensator zugeführt, wo die thermische Energie des Kältemittels an die Umgebung des Kondensators abgegeben wird. Der Kondensator ist üblicherweise in thermischem Kontakt mit einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, sodass die thermische Energie in die Umgebung des Kraftfahrzeugs geleitet wird. Im Anschluss hieran wird das Kältemittel erneut dem Verdampfer zugeführt.
Das verwendete Kältemitte! muss einen Siedepunkt aufweisen, der vergleichsweise niedrig ist, auch bei einer vergleichsweise geringen Druckerniedrigung, sodass die verwendeten Komponenten der Kälteanlage vergleichsweise kostengünstig gefertigt werden können. Eine weitere Anforderung an das Kältemittel ist, dass das Kältemittel auch bei negativen Temperaturen, die beispielsweise im Winter auftreten, nicht einfriert, was anderweitig zu einer Beschädigung der Kälteanlage führen würde. Infolgedessen werden beispielsweise Ammoniak oder FCKW eingesetzt, was bei einer Freisetzung zu einer Schädigung der Umwelt führt. Somit ist eine Entsorgung einer derartigen Kälteanlage vergleichsweise aufwendig. Um auch bei einem Unfall ein Entweichen des Kältemittels zu vermeiden, ist ein vergleichsweise großer Konstruktionsaufwand erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb einer Kälteanlage eines Kraftfahrzeugs sowie eine besonders geeignete Baugruppe einer Kälteanlage eines Kraftfahrzeugs anzugeben, wobei insbesondere eine Umweltschädlichkeit und/oder ein Wirkungsgrad verbessert ist. Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs i und hinsichtlich der Baugruppe durch die Merkmale des Anspruchs 5 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Das Verfahren dient dem Betrieb einer Kälteanlage eines Kraftfahrzeugs, Die Kälteanlage ist beispielsweise eine Klimaanlage, mittels derer bei Betrieb eine Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs erfolgt. In einer Alternative hierzu dient die Kälteanlage der Kühlung eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer sogenannten Hochvoltbatterie. Die Hochvoltbatterie umfasst zweckmäßigerweise eine Anzahl einzelner Energiezellen, die miteinander elektrisch verschaltet sind. Zweckmäßigerweise weist die Hochvoltbatterie eine elektrische Spannung zwischen 300 V und 800 V und insbesondere gleich 400 V auf. Mittels des Energiespeichers erfolgt zweckmäßigerweise eine Bestromung eines Elektromotors des Kraftfahrzeugs, der dem Antrieb des Kraftfahrzeugs dient. Hierbei weist das Kraftfahrzeug beispielsweise für lediglich den Elektromotor auf. Alternativ hierzu umfasst das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor. Mit anderen Worten ist das Kraftfahrzeug ein sogenanntes Hybrid-Kraftfahrzeug.
Die Kälteanlage weist ein Kältemittel mit einer ersten Komponente, und mit einer zweiten Komponente auf, die sich hinsichtlich deren stofflicher Eigenschaften unterscheiden. Mit anderen Worten ist die erste Komponente aus einem ersten Stoff und die zweite Komponente aus einem zweiten Stoff gebildet. Hierbei unterscheidet sich insbesondere die chemische Zusammensetzung der beiden Komponenten. Mit anderen Worten wird unter unterschiedlichen Komponenten insbesondere nicht verstanden, dass es sich um die gleichen Stoffe, jedoch in einem unterschiedlichen Aggregatszustand handelt. Insbesondere besteht das Kältemittel aus den beiden Komponenten. Mit anderen Worten weist das Kältemittel keine weiteren chemischen Produkte auf. Beispielsweise liegt bei Betrieb eine der beiden Komponenten lediglich in einem gasförmigen Aggregatszustand und die verbleibende entweder im flüssigem oder im gasförmigen Zustand vor. Besonders bevorzugt verbleibt eine der beiden Komponenten bei Betrieb stets in einem flüssigen Aggregatszustand. Alternativ wird bei Betrieb der Kälteanlage der Aggregatszustand der beiden Komponenten verändert. Auf diese Weise ist der Wirkungsgrad der Kälteanlage erhöht. Bei Betrieb wird ein Parameter ermittelt, der insbesondere ein äußerer Parameter ist. Mit anderen Worten repräsentiert der Parameter keinen Zustand der Kälteanlage selbst, sondern wird mittels eines anderweitigen Verfahrens ermittelt. Insbesondere beschreibt der Parameter einen Zustand des Kraftfahrzeugs oder aber den Zustand einer Umgebung des Kraftfahrzeugs. In Abhängigkeit des Parameters wird ein Verhältnis zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente angepasst. Mit anderen Worten wird eingestellt, um das Wievielfache der Anteil der ersten Komponente an dem Kältemittel größer oder kleiner als der Anteil der zweiten Komponente ist. Sofern das Kältemittel aus den beiden Komponenten besteht, wird eingestellt, welchen Anteil die erste Komponente an dem Kältemittel und welchen Anteil die zweite Komponente an dem Kältemittel aufweist.
Die Einstellung wird beispielsweise überprüft, sodass eine Regelung erfolgt. Alternativ hierzu erfolgt keine Überprüfung. Mit anderen Worten wird das Verhältnis gesteuert. Insbesondere wird das Verhältnis kontinuierlich bei einer Änderung des Parameters angepasst. Alternativ hierzu wird der mögliche Wertebereich des Parameters in Unterbereiche aufgeteilt und jedem Unterbereich ein bestimmtes Verhältnis zugeordnet, sodass eine Einstellung stufenweise erfolgt. Die Einstellung erfolgt insbesondere nach Fertigung der Kälteanlage und insbesondere nach Fertigung des Kraftfahrzeugs. Auf diese Weise ist eine Anpassung der Kälteanlage an unterschiedlichste Anforderungen und Bedingungen ermöglicht, ohne dass dies bei der Fertigung der Kälteanlage oder des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden müsste. Insbesondere wird die Kälteanlage zur Anpassung an den Parameter nicht demontiert, auch nicht teilweise.
Aufgrund der beiden Komponenten weist das Kältemittel bestimmte physikalische Eigenschaften auf, die in Abhängigkeit des Verhältnisses der beiden Komponenten zueinander verändert werden. So ist insbesondere mittels einer Einstellung des Verhältnisses der beiden Komponenten zueinander der Siede- oder der Gefrierpunkt des Kältemittels einstellbar. Aufgrund der Änderung des Verhältnisses der beiden Komponenten zueinander werden diese beiden Punkte bei Betrieb in Abhängigkeit des Parameters verschoben, sodass eine Flexibilität der Kälteanlage und somit ein Einsatzbereich der Kälteanlage vergrößert ist. Infolgedessen ist zur Anpassung der Kälteanlage kein Austausch des vollständigen Kältemittels erforderlich, was eine Umweltschädlichkeit verringert. Zudem können speziell für die angedachten Einsatzbereiche vorgesehene Komponenten verwendet werden, wobei bei einer Änderung des angedachten Einsatzbereichs aufgrund der Änderung des Verhältnisses auch weiterhin ein Betrieb der Kälteanlage sichergestellt ist. Infolgedessen ist der Wirkungsgrad im Hauptanwendungsbereich verbessert.
Beispielsweise wird als Parameter eine Außentemperatur des Kraftfahrzeugs gewählt. Auf diese Weise ist eine Einstellung der Kälteanlage auf die Umgebung des Kraftfahrzeugs ermöglicht, wobei stets ein vergleichsweise großer Wirkungsgrad oder aber zumindest ein bestimmungsgemäßes Funktionieren der Kälteanlage sichergestellt werden kann. So wird beispielsweise das Verhältnis der beiden Komponenten verändert, sofern die Außentemperatur einen bestimmten Temperaturwert unterschreitet, beispielsweise 5 °C, 3 °C, 0 °C oder -3 °C. Alternativ oder in Kombination hierzu wird das Verhältnis verändert, sofern die Außentemperatur 20 °C, 25 °C, 30°C, 35 °C oder 40 °C übersteigt. Alternativ oder in Kombination hierzu wird als Parameter eine Temperatur eines Verdampfers der Kälteanlage gewählt. Mit anderen Worten wird zunächst die Temperatur des Verdampfers der Kälteanlage ermittelt und diese als Parameter herangezogen, in Abhängigkeit dessen das Verhältnis der beiden Komponenten zueinander verändert wird. Sofern die Temperatur des Verdampfers einen bestimmten Wert unter- oder überschreitet, bei dem ein ordnungsgemäßes Funktionieren des Verdampfers nicht sichergestellt werden kann, wird das Verhältnis der beiden Komponenten verändert, und folglich die physikalischen Eigenschaften des Kältemittels angepasst. Hierbei wird das Verhältnis derart eingestellt, dass auch bei der ermittelten Temperatur des Verdampfers ein ordnungsgemäßer Betrieb der Kälteanlage ermöglicht ist.
Vorzugsweise weist die zweite Komponente einen niedrigeren Gefrierpunkt auf als die erste Komponente. Mit anderen Worten wird eine erste Komponente mit einem Gefrierpunkt herangezogen, der größer als der Gefrierpunkt der zweiten Komponente ist. Folglich wird mittels der zweiten Komponente der Gefrierpunkt des Kältemittels herabgesetzt, sodass ein Betrieb der Kälteanlage auch bei vergleichsweise niedrigen Außentemperaturen ermöglicht ist, ohne dass das Kältemittel in einen festen Aggregatszustand wechselt, also einfriert, insbesondere ist auf diese Weise ein Betrieb des Kraftfahrzeugs im Winter auch nach einer vergleichsweise langen Standzeit ermöglicht. Insbesondere wird der Anteil der zweiten Komponente bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur erhöht, sodass ein Einfrieren des Kältemitteis ausgeschlossen ist. Bei einer vergleichsweise hohen Temperatur hingegen wird der Anteil der zweiten Komponente verringert, was einen Wirkungsgrad der Kälteanlage erhöht.
Beispielsweise wird als erste Komponente Wasser herangezogen, welches vergleichsweise gute thermodynamische Eigenschaften aufweist. Folglich ist der Wirkungsgrad der Kälteanlage vergleichsweise hoch. Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu wird als zweite Komponente Glykol oder Ethanol herangezogen, die einen vergleichsweise niedrigen Gefrierpunkt aufweisen. Somit weist bei geeigneter Wahl des Verhältnisses der ersten zur zweiten Komponente das Kältemittel einen vergleichsweise niedrigen Gefrierpunkt auf, weswegen auch ein Betrieb der Kälteanlage in einer vergleichsweise kalten Umgebungen ermöglicht ist. Insbesondere wird als erste Komponente Wasser und als zweite Komponente Glykol oder Ethanol herangezogen. Auf diese Weise sind auch bei einer etwaigen Undichtigkeit der Kälteanlage vergleichsweise schwere Umweltschäden ausgeschlossen. Zudem handelt es sich hierbei um vergleichsweise kostengünstige Stoffe, was Herstellungskosten reduziert. Auch ist ein Nachfüllen derartiger Stoffe vergleichsweise ungefährlich, sodass dies auch durch ungeschultes Personal oder durch den Benutzer des Kraftfahrzeugs selbst erfolgen kann, was Wartungskosten reduziert.
Die Baugruppe einer Kälteanlage ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Die Kälteanlage besteht beispielsweise aus der Baugruppe oder weist insbesondere weitere Bestandteile auf, wie insbesondere einen Wärmetauscher. Die Kälteanlage selbst ist beispielsweise eine Klimaanlage und dient der Temperierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs, innerhalb dessen sich Personen befinden. In einer Alternative hierzu wird mittels der Kälteanlage ein Energiespeicher des Kraftfahrzeugs bei Betrieb gekühlt, wofür zumindest ein Bestandteil der Kälteanlage in thermischem Kontakt mit dem Energiespeicher ist. Der Energiespeicher ist beispielsweise eine Hochvoltbatterie und weist eine elektrische Spannung zwischen 200 V und 1000 V, insbesondere zwischen 300 V und 800 V auf. Beispielsweise weist die Hochvoltbatterie eine elektrische Spannung von 400 V auf. Der Energiespeicher dient beispielsweise der Bestromung eines Elektromotors des Kraftfahrzeugs, mittels dessen das Kraftfahrzeug angetrieben ist. Insbesondere weist das Kraftfahrzeug lediglich den Elektromotor oder eine Anzahl an Elektromotoren als Antrieb auf. Alternativ hierzu umfasst das Kraftfahrzeug zusätzlich einen Verbrennungsmotor und ist folglich als sogenanntes Hybrid-Fahrzeug ausgestaltet.
Die Baugruppe weist einen Kondensator und einen fluidtechnisch nachgeschalteten Verdampfer auf, die mittels einer ersten Leitung miteinander verbunden sind. Bei Betrieb der Kälteanlage wird ein Kältemittel von dem Kondensator durch die erste Leitung zu dem Verdampfer geleitet, sodass die Flussrichtung von dem Kondensator zu dem Verdampfer gerichtet ist. Hierfür ist die erste Leitung insbesondere mit einem Ausgang des Kondensators und mit einem Eingang des Verdampfers fluidtechnisch gekoppelt. Mittels des Verdampfers wird hierbei bei Betrieb das Kältemittel zumindest teilweise verdampft, was mittels einer Druckerniedrigung des Kältemittels erfolgt. Hierfür umfasst der Verdampfer geeigneterweise eine Einspritzdüse. Mittels des Kondensators wird das Kältemittel auskondensiert, sodass dieses zumindest teilweise von einem gasförmigen in einen flüssigen Zustand verbracht wird. Insbesondere ist eine Wärmesenke thermisch mit dem Kondensator kontaktiert, beispielsweise mit einer Außenwand des Kondensators. Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu ist eine Wärmequelle thermisch mit dem Verdampfer kontaktiert, insbesondere mit einer Außenwand des Verdampfers. Beispielsweise ist der Energiespeicher, sofern dieser vorhanden ist, thermisch mit dem Verdampfer gekoppelt, und/oder der Kondensator ist mit Umgebungsluft des Kraftfahrzeugs beaufschlagt. Infolgedessen wird bei Betrieb der Kälteanlage dem mit dem Verdampfer thermisch gekoppelten Bauteil thermische Energie entzogen. Mittels des Kondensators wird thermische Energie abgeführt, beispielsweise in eine Umgebung des Kraftfahrzeugs.
Der Verdampfer weist einen Abscheideort auf, an dem sich bei Betrieb insbesondere Kältemittel ansammelt, welches bei Betrieb nicht verdampft wird. Insbesondere ist der Abscheideort vorgesehen und eingerichtet, und/oder beispielsweise derart ausgestaltet, dass sich dort bei Betrieb Kältemittel ansammelt, welches bei Betrieb nicht verdampft wird. Insbesondere ist der Abscheideort mittels des Bodens des Verdampfers gebildet oder umfasst zumindest diesen Boden. Beispielsweise ist der Boden trichterförmig ausgestaltet. Der Abscheideort ist fluidtechnisch mittels einer zweiten Leitung mit einem Vorratsbehälter gekoppelt, innerhalb dessen sich bei Betrieb eine zweite Komponente des Kältemittels zumindest teilweise befindet. Folglich wird bei Betrieb der Baugruppe die zweite Komponente des Kältemittels mittels des Verdampfers zumindest teilweise abgeschieden und mittels der zweiten Leitung zu dem Vorratsbehälter geführt, sodass dieses aus dem Kältekreislauf der Kälteanlage entfernt wird. Infolgedessen wird der Anteil der zweiten Komponente an dem Kältemittel verringert. Somit wird der bei den aktuellen Bedingungen nicht zu verdampfenden Anteil der zweiten Komponente aus dem Kältemittel entfernt, was den Wirkungsgrad der Kälteanlage verbessert. Die sich im Vorratsbehälter befindende zweiten Komponente ist kein Bestandteil des Kältemittels und insbesondere nicht eines etwaigen Kältekreislaufs der Kälteanlage.
Insbesondere weist das Kältemittel eine erste Komponente auf und besteht zweckmäßigerweise aus der ersten und der zweiten Komponente. Insbesondere ist der Vorratsbehälter druckfest ausgestaltet und zweckmäßigerweise aus einem Kunststoff erstellt. Beispielsweise umfasst der Vorratsbehälter einen Einfüllstutzen, mittels dessen die zweite Komponente, oder auch insbesondere die erste Komponente, beispielsweise händisch in den Vorratsbehälter eingeführt werden kann. Insbesondere ist der Einfüllstutzen druckfest ausgestaltet. Mit anderen Worten handelt es sich um einen druckfest verschließbaren Einfüllstutzen.
Zweckmäßigerweise ist der Vorratsbehälter mittels einer dritten Leitung mit dem Kondensator fluidtechnisch gekoppelt. Die dritte Leitung weist hierbei eine erste Dosiervorrichtung auf, beispielsweise eine Pumpe, insbesondere eine Dosierpumpe oder Mikro pumpe, oder ein Absperrventil. Mittels der ersten Dosiervorrichtung wird bei Betrieb ein Fluss der zweiten Komponente von dem Vorratsbehälter zu dem Kondensator gesteuert oder geregelt. Zweckmäßigerweise dient hierbei der Kondensator als Mischbehälter, sodass innerhalb des Kondensators die zweite Komponente mit weiteren Komponenten vermischt wird. Folglich wird mittels des Kondensators sowie der ersten Dosiervorrichtung ein Anteil der sich im Vorratsbehälter befindenden zweiten Komponente dem Kühlmittel zugeführt und somit die Konzentration der zweiten Komponente innerhalb des Kältemittels vergrößert. Da mittels des Kondensators ein Auskondensieren des Kältemittels erfolgt, und die zweite Komponente zweckmäßigerweise ebenfalls in flüssiger Form dem Kondensator zugeleitet wird, ist eine Vermischung vergleichsweise effizient, weswegen das dem Verdampfer zugeleitete Kältemitte! eine vergleichsweise große Homogenität aufweist. Zweckmäßigerweise ist der Kondensator druckfest ausgestaltet und weist beispielsweise einen Einfüllstutzen auf, der ebenfalls druckfest ausgestaltet ist. Mit anderen Worten weist der Kondensator einen druckfest verschließbaren Einfüllstutzen auf. Mittels des Einfüllstutzens ist es ermöglicht, Kältemittel in den Kondensator nachzufüllen, oder zumindest Bestandteile des Kältemittels, wie die zweite Komponente oder die erste Komponente. Mittels des Kondensators ist somit eine Vermischung der einzelnen Komponenten ermöglicht. Mit anderen Worten dient der Kondensator unter anderem der Vermischung des Kältemittels.
Die erste Dosiervorrichtung ist signaltechnisch insbesondere mit einem Wert eines äußeren Parameters beaufschlagt. Mit anderen Worten wird die erste Dosiervorrichtung in Abhängigkeit des äußeren Parameters betätigt. Der äußere Parameter ist beispielsweise die Außentemperatur des Kraftfahrzeugs, sodass in Abhängigkeit der Außentemperatur des Kraftfahrzeugs die Konzentration der zweiten Komponente innerhalb des Kältemittels verändert wird. Insbesondere wird bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur die Konzentration der zweiten Komponente erhöht. Alternativ oder in Kombination hierzu wird die erste Dosiervorrichtung in Abhängigkeit einer Temperatur des Verdampfers oder eines Füllstandes des Vorratsbehälters betätigt. Insbesondere wird bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur des Verdampfers oder einem erhöhten Füllstand innerhalb des Vorratsbehälters die erste Dosiervorrichtung derart betätigt, dass der sich im Vorratsbehälter befindende Anteil der zweiten Komponente zumindest teilweise in den Kondensator eingeleitet wird.
Insbesondere ist die erste Dosiervorrichtung signaltechnisch mit einem Steuergerät gekoppelt, mittels dessen Betriebsdaten, wie der äußere Parameter, die Temperatur des Verdampfers und/oder der Füllstand des Vorratsbehälters ausgewertet werden. Insbesondere ist aufgrund der ersten Dosiervorrichtung der Durchtritt von Fluiden durch die dritte Leitung lediglich von dem Vorratsbehälter zu dem Kondensator ermöglicht. Mit anderen Worten ist lediglich ein Fluss der zweiten Komponente von dem Vorratsbehälter zu dem Kondensator möglich.
Zweckmäßigerweise weist der Vorratsbehälter einen Überlauf auf, der mittels einer vierten Leitung mit dem Kondensator fluidtechnisch gekoppelt ist. Sofern der Füllstand innerhalb des Vorratsbehälters einen bestimmten Wert übersteigt, wird die zweite Komponente mittels der vierten Leitung dem Kondensator zugeführt. Folglich wird aufgrund des Überlaufs die zweite Komponente stets zumindest in einem vergleichsweise geringen Maß dem Kondensator zugeführt, sofern die Kälteanlage mit einer ausreichenden Menge an der zweiten Komponente befüilt ist. Auf diese Weise wird auch bei nicht betätigter erster Vorrichtung, sofern sie vorhanden ist, die zweite Komponente stets bewegt, weswegen eine Ablagerung, Entmischung oder Enthomogenisierung der zweiten Komponente aufgrund einer mangelnden Durchmischung ausgeschlossen ist. Sofern die zweite Komponente nicht benötigt wird, beispielsweise aufgrund einer vergleichsweise hohen Temperatur, wird diese aus dem Verdampfer zu dem Vorratsbehäiter mittels der zweiten Leitung geführt, ohne dass diese verdampfen würde. Folglich befindet sich im Verdampfer keine Ansammlung der zweiten Komponente, und der Wirkungsgrad der Kälteanlage ist aufgrund der mittels des Überlaufs zugeführten zweiten Komponente nicht reduziert. Insbesondere umfasst die Kälteanlage eine größere Menge an zweiter Komponente als der Vorratsbehälter fasst.
Vorzugsweise umfasst die erste Leitung eine zweite Dosiervorrichtung. Zweckmäßigerweise wird mittels der zweiten Dosiervorrichtung sichergestellt, dass ein Durchtritt des Kältemittels lediglich von dem Kondensator zu dem Verdampfer ermöglicht ist. Mit anderen Worten wirkt die zweite Dosiervorrichtung nach Art eines Rückschlagventils. Insbesondere ist die zweite Dosiervorrichtung ein Absperrventil oder eine Pumpe, wie eine Dosierpumpe oder eine Mikro-Pumpe. Insbesondere ist die zweite Dosiervorrichtung abhängig von einem Füilstand des Kondensators oder des Verdampfers beaufschlagt. Besonders bevorzugt wird die zweite Dosiervor chtung in Abhängigkeit einer Leistungsanforderung an die Kälteanlage beaufschlagt. Mit anderen Worten wird anhand der zweiten Dosiervorrichtung die Kühlleistung der Kälteanlage eingestellt. Vorzugsweise wird die zweite Dosiervorrichtung in Abhängigkeit einer Außentemperatur, einer Temperatur des Verdampfers oder einer Temperatur eines zu kühlenden Bauteils des Kraftfahrzeugs betätigt und/oder deren Förderleistung eingestellt, sofern diese als Pumpe ausgestaltet ist.
Alternativ oder in Kombination hierzu weist die zweite Leitung eine dritte Dosiervorrichtung auf. Insbesondere wird mittels der zweiten Dosiervorrichtung ein Durchtritt der zweiten Komponente von dem Vorrats beh älter zu dem Verdampfer unterbunden. Insbesondere ist die zweite Dosiervorrichtung nach Art eines Rückschlagventils ausgestaltet. Die dritte Dosiervorrichtung ist beispielsweise ein Absperrventil oder eine Pumpe, wie eine Dosierpumpe oder eine ikro-Pumpe. Mittels der zweiten Dosiervorrichtung wird insbesondere bei Betrieb der Anteil der zweiten Komponente, der sich am Abscheideort des Verdampfers befindet, zu dem Vorratsbehälter transportiert. Folglich ist eine Anordnung des Vorratsbehälters unabhängig von dem Verdampfer ermöglicht, da mittels der dritten Dosiervorrichtung auch etwaige Höhenunterschiede ausgeglichen werden können, insbesondere wird die dritte Dosiervorrichtung in Abhängigkeit einer Leistungsanforderung an die Kälteanlage, einer Außentemperatur des Kraftfahrzeugs, einer Temperatur des Kondensators oder des Verdampfers oder eines Füllstandes des Vorratsbehälters oder des Verdampfers betätigt.
Zweckmäßigerweise umfasst die Baugruppe eine fünfte Leitung, mittels derer ein Ausgang des Verdampfers mit einem Eingang des Kondensators fluidtechnisch verbunden ist. Insbesondere umfasst die fünfte Leitung ein Rückschlagventil und/oder eine Pumpe, wobei mittels dieser sichergestellt ist. dass durch die fünfte Leitung lediglich ein Transport des Kältemittels von dem Verdampfer zu dem Kondensator ermöglicht ist. Mittels der fünften Leitung ist der Kältekreislauf der Kälteanlage geschlossen, weswegen das Kältemittel wiederverwendet wird. Insbesondere wird mittels des Kältemittels thermische Energie aufgenommen, beispielsweise im Bereich des Verdampfers und im Bereich des Kondensators abgegeben. Besonders bevorzugt umfasst die fünfte Leitung einen Kompressor, mittels dessen das Kältemittel komprimiert wird. Mit anderen Worten wird mittels des Kompressors der Druck des Kältemittels erhöht. Hierbei wird das Kältemittel mittels des Kompressors vorzugsweise auf denjenigen Druck erhöht, den das Kältemittel aufweist, wenn dieses zu dem Eingang des Verdampfers geleitet wird.
Beispielsweise weist die fünfte Leitung einen Wärmespeicher auf. Insbesondere ist der Wärmespeicher druckfest ausgestaltet. Beispielsweise ist der Wärmespeicher ein Druckspeicher, also nach Art eines Wasserdampfspeichers ausgestaltet. Alternativ hierzu weist der Wärmespeicher chemische Reaktanten auf, die in Abhängigkeit der zugeführten Wärme reagieren. Bei einer entgegengesetzten Reaktion wird die gespeicherte Wärme erneut freigesetzt. In einer weiteren Alternative weist der Wärmespeicher ein Sorptionsmittel auf. Mit anderen Worten ist der Wärmespeicher ein Sorptionswärmespeicher, insbesondere wird mittels des Wärmespeichers eine Abwärme eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs gespeichert, sofern dies erforderlich ist. Auf diese Weise ist ein Wirkungsgrad des Kraftfahrzeugs erhöht.
Die jeweiligen Leitungen, sofern diese jeweils vorhanden sind, sind beispielsweise jeweils mittels eines Schlauches erstellt, der beispielsweise aus einem Gummi oder einem Kunststoff gefertigt sind. Alternativ oder in Kombination hierzu sind die Leitungen entweder vollständig und/oder abschnittsweise aus einem Metall gefertigt, wie beispielsweise aus einem Aluminium, also aus reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Zweckmäßigerweise weist das Kältemittel eine erste Komponente auf und besteht vorzugsweise aus der ersten Komponente und der zweiten Komponente. Zweckmäßigerweise ist die erste Komponente Wasser und die zweite Komponente ist insbesondere Glykol oder Ethanol. Auf diese Weise ist mittels der zweiten Komponente ein Einfrieren des Kältemittels bei vergleichsweise geringen Temperaturen unterbunden. Insbesondere wird die Baugruppe gemäß obigem Verfahren betrieben. Mit anderen Worten wird in Abhängigkeit eines Parameters das Verhältnis zwischen der ersten Komponente des Kältemittels und der zweiten Komponente des Kältemittels eingestellt. Insbesondere wird hierfür die erste Dosiervorrichtung, die zweite Dosiervorrichtung und/oder dritte Dosiervorrichtung, sofern diese vorhanden sind, geeignet betrieben.
Die Erfindung betrifft ferner eine Kälteanlage mit einer derartigen Baugruppe sowie ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Baugruppe bzw. mit einer derartigen Kälteanlage. Die Kälteanlage besteht beispielsweise aus der Baugruppe oder weist insbesondere weitere Bestandteile auf, wie insbesondere einen Wärmetauscher.
Die Verwendung der Bezeichnungen erster, zweiter, dritter... dient lediglich der konkreten Bezeichnung der einzelnen Bauteile und impliziert insbesondere nicht das Vorhandensein einer bestimmten Anzahl dieser Bauteile. Mit anderen Worten handelt es sich bei der ersten, zweiten, dritten, vierten, fünften Leitung jeweils lediglich um eine bestimmte Leitung. Ebenso handelt es sich bei der ersten, zweiten und dritten Dosiervorrichtung, sofern diese jeweils vorhanden sind, jeweils lediglich um eine bestimmte Dosiervorrichtung. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug mit einer Kälteanlage,
Fig. 2 eine schematische Ausführungsform einer Baugruppe der Kälteanlage,
Fig. 3 gemäß Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Baugruppe,
Fig. 4 ein Verfahren zum Betrieb der Kälteanlage,
Fig. 5 ausschnittsweise die Baugruppe bei Vorliegen eines ersten Werts eines
Parameters, und
Fig. 6 gemäß Fig. 5 die Baugruppe bei Vorliegen eines zweiten Werts des
Parameters.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 mit einer Kälteanlage 4 dargestellt Die Kälteanlage 4 ist beispielsweise eine Klimaanlage und dient der Temperierung eines Innenraums 6. In einer Alternative hierzu weist eines der Räder 8 einen Radnabenmotor 10 auf. Der Radnabenmotor 10 ist ein Elektromotor und mittels einer Stromleitung 12 mit einem Energiespeicher 14 kontaktiert, der eine Vielzahl an Lithiumionenbatterien aufweist, die zur Bereitstellung einer elektrischen Spannung von 400 V geeignet miteinander verschaltet sind. Der Energiespeicher 14 weist ferner einen nicht näher gezeigten Umrichter auf, mittels dessen ein von dem Energiespeicher 14 bereitgestellter Gleichstrom in einen Wechselstrom transformiert wird, mittels dessen der Radnabenmotor 10 betrieben wird. Mittels der Kälteanlage 4 wird der Energiespeicher 14 bei Betrieb gekühlt.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform einer Baugruppe 16 der Kälteanlage 4 dargestellt. Beispielsweise besteht die Kälteanlage 4 aus der Baugruppe 16. In einer Alternative hierzu umfasst die Kälteanlage 4 weitere, hier nicht dargestellte Komponenten. Die Baugruppe 16 weist einen Kondensator 18 auf, der als druckfestes Gefäß aus beispielsweise einem Kunststoff erstellt ist. Der Kondensator 18 ist bei Betrieb beispielsweise mit Fahrtwind beaufschlagt oder wassergekühlt und befindet sich beispielsweise in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs 2. Der Kondensator 18 weist einen Einfüllstutzen 20 zum Nachfüllen eines in den Fig. 5 und 6 gezeigten Kältemittels 21 auf. An einem Ausgang 22 des Kondensators 18 ist eine erste Leitung 24 angebunden, die beispielsweise ein Metailrohr umfasst. Das verbleibende Ende der ersten Leitung 24 mündet in einer Einspritzdüse 25 eines Verdampfers 26. Die erste Leitung 24 weist eine zweite Dosiervorrichtung 28 in Form einer Pumpe auf, mittels derer bei Betrieb der sich innerhalb des Kondensators 18 befindende Anteil des Kältemittels 21 zur Einspritzdüse 25 gepumpt wird. Der Kondensator 26 ist thermisch entweder mit einer Gebläseleitung der Klimaanlage oder mit dem Energiespeicher 14 gekoppeit.
Ein Ausgang 30 des Verdampfers 26 mündet in einer fünften Leitung 32, die wiederum in einem Eingang 34 des Kondensators 18 verbunden ist. Die fünfte Leitung 32 weist einen Kompressor 36 auf, mittels dessen sichergestellt ist, dass durch die fünfte Leitung 32 das Kältemittel 21 lediglich von dem Verdampfer 26 zu dem Kondensator 18 strömen kann. Der Verdampfer 26 weist einen Abscheideort 38 auf, der mittels des Bodens des Verdampfers 26 gebildet ist. Eine zweite Leitung 40 ist fluidtechnisch mit dem Abscheideort 38 und einem Vorratsbehälter 42 gekoppelt. Die zweite Leitung 40 umfasst eine dritte Dosiervorrichtung 44 in Form einer Pumpe, mittels derer sichergestellt ist, dass lediglich ein Fluidtransport von dem Verdampfer 26 zu dem Vorratsbehälter 42 erfolgt.
Der Vorratsbehälter 42 ist einerseits mittels einer dritten Leitung 46, die eine erste Dosiervorrichtung 48 in Form eines Absperrventils oder einer Pumpe aufweist, mit dem Kondensator 18 fluidtechnisch gekoppelt. Andererseits weist der Vorratsbehälter 42 einen Überlauf 50, der mittels einer vierten Leitung 52 ebenfalls mit dem Kondensator 18 fluidtechnisch gekoppelt ist. Folglich ist der Vorratsbehälter 18 mittels der dritten Leitung 46 und der vierten Leitung 52 mit dem Kondensator 18 fluidtechnisch gekoppelt, wobei ein Fluid lediglich bei aktivierter erster Dosiervorrichtung 48 mittels der dritten Leitung 46 von dem Vorratsbehälter 42 zu dem Kondensator 18 geführt werden kann. Mit der vierten Leitung 52 hingegen ist lediglich ein Führen von dem Vorratsbehälter 42 zum Kondensator 18 möglich, falls das Fluid einen in Fig. 5 gezeigten Füllstand 54 überschreitet/aufweist. Der Vorratsbehälter 42 ist druckdicht ausgeführt und weist einen Einfüllstutzen 56 auf, der ebenfalls druckdicht ausgestaltet ist. Über den Einfüllstutzen 56 des Vorratsbehälters 42 kann ein Fluid in den Vorratsbehälter 42 eingefüllt werden.
Innerhalb des Kondensators 26 ist ein Temperaturfühler 58 angeordnet, der mittels einer Signalleitung 60 signaltechnisch mit der ersten Dosiervorrichtung 48 gekoppelt ist. Alternativ ist die Signalleitung 60 gegen eine nicht dargestellte Steuereinheit geführt, mittels derer die erste Dosiervorrichtung 48, die zweite Dosiervorrichtung 28 sowie die dritte Dosiervorrichtung 44 gesteuert werden. Insbesondere wird mittels der Steuereinheit auch der Kompressor 36 gesteuert.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausgestaltungsform der Baugruppe 16 dargestellt, die mit Ausnahme der fünften Leitung 32 der vorherigen Ausführungsform entspricht. Die fünfte Leitung 32 ist wiederum mit dem Ausgang 30 des Verdampfers 26 sowie dem Eingang 34 des Kondensators 18 fluidtechnisch verbunden, sodass ein Strömen des Kältemittels 21 von dem Verdampfer 26 zu dem Kondensator 18 ermöglicht ist. Die fünfte Leitung 32 weist ferner einen Wärmespeicher 62 auf. mittels dessen thermische Energie gespeichert wird. Hierfür ist der Wärmespeicher 62 beispielsweise nach Art eines Wasserdampfspeichers ausgestaltet oder weist ein Sorptionsmittel auf.
Bei Betrieb der Kälteanlage 4 befindet sich das Kältemittel 21 innerhalb des Kondensators 18, des Verdampfers 26 sowie der Leitungen 24, 32, 40, 46, 52. Das Kältemittel 21 besteht aus einer ersten Komponente 64 und einer zweiten Komponente 66. Die erste Komponente 64 ist Wasser und als zweite Komponente 66 wird entweder Glykol oder Ethanol herangezogen. Folglich weist die erste Komponente 64 einen Gefrierpunkt auf, der größer als der der zweiten Komponente 66 ist. Mit anderen Worten ist die zweite Komponente 66 auch bei Temperaturen im flüssigen Aggregatszustand, bei denen die erste Komponente 64 bereits in einem Festzustand vorliegt. Das Kältemittel 21 wird über den Einfüllstutzen vor Inbetriebnahme eingefüllt, wobei die erste Komponente 64 und die zweite Komponente 66 ein bestimmtes Mischungsverhältnis zueinander aufweisen. Über den Einfüllstutzen 56 des Vorratsbehälters 42 wird die zweite Komponente 66 in den Vorratsbehälter 42 eingefüllt. Die Menge des sich innerhalb der Kälteanlage 4 befindenden zweiten Komponente 66, die aus dem sich in dem Vorratsbehälter 42 befindenden Teil und dem das Kältemittel 21 bildenden Teil besteht, ist zwischen 1 % und 5%, vorzugsweise 2%, größer als das Fassungsvermögen des Vorratsbehälters 42.
In Fig. 4 ist schematisch vereinfacht ein Verfahren 68 zum Betrieb der Kälteanlage 4 dargestellt. In einem ersten Arbeitsschritt 70 wird ein Parameter 72 ermittelt. Der Parameter 72 ist beispielsweise die Temperatur des Verdampfers 26, die mittels des Temperaturfühlers 58 erfasst wird. Alternativ hierzu wird eine Außentemperatur des Kraftfahrzeugs 2 als Parameter 72 herangezogen, die mit einem nicht näher dargestellten Temperatursensor im Bereich der Karosserie des Kraftfahrzeugs 2 erfasst wird. In einem zweiten Arbeitsschritt 74 wird ein Verhältnis zwischen der ersten Komponente 64 des Kältemittels 21 und der zweiten Komponente 66 des Kältemittels 21 eingestellt. Mit anderen Worten wird die Zusammensetzung des Kältemittels 21 verändert, wobei der Anteil der zweiten Komponente 66 an dem Kältemittel 21 erhöht oder erniedrigt wird.
In Fig. 5 ist die Baugruppe 16 bei einer ersten Temperatur T1 und in Fig. 6 bei einer zweiten Temperatur T2 dargestellt. Die beiden Temperaturen T1 , T2 sind der Parameter 72, und die erste Temperatur T1 ist größer als die zweite Temperatur T2. Die erste Temperatur T1 ist beispielsweise 20 °C, wohingegen die zweite Temperatur T2 gleich -10 °C ist. Bei der ersten Temperatur T1 befindet sich der Großteil der zweiten Komponente 66 im Vorratsbehälter 42 und lediglich ein vergleichsweise geringer Teil der zweiten Komponente 66 ist Bestandteil des Kältemittels 21. Dieses liegt im flüssigen Zustand im Kondensator 18 vor und wird mittels der zweiten Dosiervorrichtung 28 durch die erste Leitung 24 zur Einspritzdüse 25 befördert. Mittels des Verdampfers 26 / der Einspritzdüse 25 wird der Druck des Kältemittels 21 erniedrigt. Die Druckerniedrigung ist stets derart eingestellt, dass der Großteil der zweiten Komponente 66 nicht verdampft wird, sondern sich an dem Abscheideort 38 des Verdampfers 26 sammelt.
Die verdampfte erste Komponente 64 hingegen wird mittels der fünften Leitung 32 abgeführt. Die fünfte Leitung 32, eine Außenwand des Verdampfers 26 oder ein weiteres Bauteil des Verdampfers 26, insbesondere ein Wärmetauscher, ist in thermischem Kontakt mit einem nicht dargestellten Wärmetauscher, je nach Anwendungsfall. Dieser wird aufgrund der erniedrigten Temperatur der ersten Komponente 64 abgekühlt, wohingegen die erste Komponente 64 erwärmt wird, sodass ein Energieaustausch stattfindet. Folglich erfolgt eine Temperaturangleichung des nicht dargestellten Wärmetauschers und der ersten Komponente 64. Mittels der fünften Leitung 32 wird bevorzugt lediglich die erste Komponente 64 in verdampfter Form geführt. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass das mittels der fünften Leitung 32 geführte Kältemittel 21 einen vergleichsweise geringen Anteil der zweiten Komponente 66 aufweist, die ebenfalls in verdampfter Form vorliegt.
Die zweite Komponente 66, die sich am Abscheideort 38 befindet, wird mittels der dritten Dosiervorrichtung 44 durch die zweite Leitung 40 in den Vorratsbehälter 42 befördert. Von dort tritt ein Teil der zweiten Komponente 66, nämlich der, der den Füllstand 54 überschreitet, mittels des Überlaufs 50 in die vierte Leitung 52 ein und wird in den Kondensator 28 befördert. Die erste Dosiervorrichtung 48 hingegen ist nicht aktiv, weswegen mittels der dritten Leitung 46 kein Transport der zweiten Komponente 66 erfolgt. Aufgrund des Überlaufes 50 verbleibt die zweite Komponente 66 in Bewegung, weswegen eine Durchmischung erfolgt. Infolgedessen ist ein Ablagern von etwaigen Partikeln oder eine sonstige Veränderung der zweiten Komponente 66 unterbunden. Mit anderen Worten ist ein so genanntes Totwasser im Vorratsbehälter 42 vermieden. In den Kondensator 18 wird ferner die mittels der fünften Leitung 32 geführte und nun mittels des Kompressors 36 erneut komprimierte erste Komponente 64 eingeleitet, die im Kondensator 18 auskondensiert. Dort wird die auskondensierte erste Komponente 64 sowie die flüssige zweite Komponente 66 vermischt, weswegen der Kondensator 18 auch als Mischvorrichtung dient.
Falls die Temperatur sinkt, wird, wie in Fig. 6 dargestellt, mittels des Temperaturfühlers 58 der Temperaturrückgang erfasst. Aufgrund des Temperaturrückgangs ist es nicht ausgeschlossen, dass die erste Komponente 64 in den festen Aggregatszustand wechselt, und folglich den Kondensator 18, die erste Leitung 24 und die Einspritzdüse 25 verschließt. Infolgedessen wird bei Feststellung eines Temperaturrückgangs die erste Dosiervorrichtung 48 betätigt und die zweite Komponente 66 in den Kondensator 18 eingeleitet, wo dieses sich mit der ersten Komponente 64 zur Bildung des Kältemittels 21 vermischt, Der hierbei eingeleitete Teil ist größer als der Teil, der bei der ersten Temperatur T1 mittels des Überlaufs 50 in den Kondensator 18 eingeleitet wird. Aufgrund des geänderten Verhältnisses der ersten Komponente 64 zur zweiten Komponente 66 ist der Gefrierpunkt des Kältemittels 21 herabgesetzt, weshalb ein Einfrieren des Kältemittels 21 aufgrund der verringerten Außentemperatur vermieden ist. Das auf diese Weise bereit gestellte Kältemittel 21 wird wiederum dem Verdampfer 26 zugeführt, wobei die Verdampferleistung aufgrund des verringerten Anteils der ersten Komponente 64 an dem dem Verdampfer 26 zugeführten Kältemittel 21 reduziert ist. Da dies jedoch bei einer vergleichsweise geringen zweiten Temperatur T2 erfolgt, ist weiterhin ein sicherer Betrieb des Kraftfahrzeugs 2 ermöglicht. Der sich am Abscheideort 38 sammelnde Anteil der zweiten Komponente 66 wird wiederum mittels der zweiten Leitung 40 zum Vorratsbehälter 42 und von dort mittels der dritten Leitung 46 erneut zu dem Kondensator 18 geleitet.
Sofern sich der Parameter 72 erneut verändert, also insbesondere die Temperatur auf erste Temperatur T1 ansteigt, wird wiederum die Betriebsweise der ersten Dosiervorrichtung 48 verändert. Die zweite Komponente 66 sammelt sich am Abscheideort 38, wie in Fig. 6 dargestellt. Dieser Anteil wird mittels der zweiten Leitung 40 zu dem Vorratsbehälter 42 geleitet, und der Betrieb der ersten Dosiervorrichtung 48 wird beendet oder verringert. Aufgrund des Überlaufs 50 wird wiederum stets zumindest ein Anteil des sich im Vorratsbehälter 42 gesammelten Fluides in den Kondensator 18 geleitet, sodass ein etwaiger mittels der zweiten Leitung 40 dorthin geleiteter Teil der ersten Komponente 64 innerhalb einer bestimmten Zeitspanne wiederum dem Kältemittel 21 zugeführt wird.
Sofern die Temperatur jedoch nicht auf die erste Temperatur T1 steigt, und beispielsweise lediglich +5 °C beträgt, wird die erste Dosiervorrichtung 48 und der Verdampfer 26 derart betrieben, dass der Anteil der zweiten Komponente 66 an dem Kältemittel 21 größer als bei der zweiten Temperatur T2, jedoch geringer als bei der ersten Temperatur T1 ist. Hierbei ist der Vorratsbehälter 42 beispielsweise zur Hälfte gefüllt. Somit ist die Verdampferleistung, also die Kühlleistung, im Vergleich zu einem Betrieb bei der zweiten Temperatur T2 erhöht, wobei dennoch ein Einfrieren des Kältemittels 21 vermieden ist. Sofern die Temperatur folglich zwischen der ersten und der zweiten Temperatur T1 , T2 liegt, wird die Kälteanlage 4 in einem Mischzustand betrieben, wobei das Verhältnis der zweiten Komponente 66 zur ersten Komponente 64 zwischen den beiden in den Fig. 5 und 6 gezeigten Grenzfällen liegt. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispieie beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
2 Kraftfahrzeug
4 Kälteanlage
6 Innenraum
8 Rad
10 Radnabenmotor
12 Stromleitung
14 Energiespeicher
16 Baugruppe
18 Kondensator
20 Einfüllstutzen
21 Kältemittel
22 Ausgang des Kondensators
24 erste Leitung
25 Einspritzdüse
26 Verdampfer
28 zweite Dosiervorrichtung
30 Ausgang des Verdampfers
32 fünfte Leitung
34 Eingang des Kondensators
36 Kompressor
38 Abscheideort
40 zweite Leitung
42 Vorratsbehälter
44 dritte Dosiervorrichtung
46 dritte Leitung
48 erste Dosiervorrichtung
50 Überlauf
52 vierte Leitung
54 Füllstand
56 Einfüilstutzen
58 Temperaturfühler
60 Signalleitung
62 Wärmespeicher
64 erste Komponente
66 zweite Komponente
68 Verfahren
70 erster Arbeitsschritt
72 Parameter
74 zweiter Arbeitsschritt
T1 erste Temperatur
T2 zweite Temperatur

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (68) zum Betrieb einer ein Kältemittel (21 ) aufweisenden Kälteanlage (4) eines Kraftfahrzeugs (2), wobei in Abhängigkeit eines, insbesondere äußeren, Parameters (72) ein Verhältnis zwischen einer ersten Komponente (64) des Kältemittels (21 ) und einer zweiten Komponente (66) des Kältemittels (21 ) eingestellt wird,
2. Verfahren (68) nach Anspruch 1 , bei dem als Parameter (72) eine Außentemperatur des Kraftfahrzeugs (2) oder eine Temperatur eines Verdampfers (26) der Kälteanlage (4) gewählt wird.
3. Verfahren (68) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine erste Komponente (64) mit einem Gefrierpunkt herangezogen wird, der größer als der Gefrierpunkt der zweiten Komponente (66) ist.
4. Verfahren (68) nach Anspruch 3, bei dem als erste Komponente (64) Wasser und/oder als zweite Komponente (66) Glykoi oder Ethanol herangezogen wird.
5. Baugruppe (16) einer Kälteanlage (4) eines Kraftfahrzeugs (2), mit einem Kondensator (18) und einem mittels einer ersten Leitung (24) fluidtechnisch nachgeschalteten Verdampfer (26), der einen Abscheideort (38) aufweist, der fluidtechnisch mittels einer zweiten Leitung (40) mit einem Vorratsbehälter (42) für eine zweite Komponente (66) eines Kältemittels (21 ) gekoppelt ist.
6. Baugruppe (16) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Vorratsbehälter (42) mittels einer eine erste Dosiervorrichtung (48) aufweisenden dritten Leitung (46) mit dem Kondensator (18) fluidtechnisch gekoppelt ist, wobei die erste Dosiervorrichtung (48) signaltechnisch insbesondere mit einem Wert eines äußeren Parameters (72) beaufschlagt ist.
7. Baugruppe (16) nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Vorrats be hälter (42) einen Überlauf (50) aufweist, der mittels einer vierten Leitung (52) mit dem Kondensator (18) fluidtechnisch gekoppelt ist.
8. Baugruppe (16) nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Leitung (24) eine zweite Dosiervorrichtung (28) und/oder die zweite Leitung (40) eine dritte Dosiervorrichtung (44) aufweist.
9. Baugruppe (16) nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Ausgang (30) des Verdampfers (26) mittels einer fünften Leitung (32) mit einem Eingang (34) des Kondensators (18) fluidtechnisch verbunden ist, wobei die fünfte Leitung (32) insbesondere einen Kompressor (36) aufweist.
10. Baugruppe (16) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die fünfte Leitung (32) einen Wärmespeicher (62) aufweist.
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