WO2021185475A1 - VERFAHREN ZUM ABTAUEN EINES ALS LUFTWÄRMEPUMPE BETRIEBENEN ÄUßEREN WÄRMEÜBERTRAGERS EINER KÄLTEANLAGE FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG, KÄLTEANLAGE UND KRAFTFAHRZEUG MIT EINER SOLCHEN KÄLTEANLAGE - Google Patents

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren (500) zum Abtauen eines als Luftwärmepumpenverdampfer betriebenen äußeren Wärmeübertragers (18) einer Kälteanlage (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kälteanlage (10) aufweist: einen Kältemittelverdichter (12), der mit einem Primärstrang (14) und einem Sekundärstrang (16) verbindbar oder verbunden ist; einen äußeren Wärmeübertrager (18), der im Primärstrang (14) angeordnet ist; einen Verdampfer (22), der im Primärstrang (14) angeordnet ist; ein Heizregister (26), das im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; ein zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem äußeren Wärmeübertrager (18) angeordnetes Primärstrangventil (A4), das im Luftwärmepumpenbetrieb geschlossen ist; ein zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem Heizregister (26) angeordnetes Sekundärstrangventil (A3), das im Luftwärmepumpenbetrieb geöffnet ist; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Schließen (S502) des Sekundärstrangventils (A3); Öffnen (S503) des Primärstrangventils (A4), so dass Kältemittel direkt vom Kältemittelverdichter (12) zum äußeren Wärmeübertrager (18) strömt; Einstellen (S504) eines eingangsseitigen Druckniveaus des Kältemittels am äußeren Wärmeübertrager (18) auf einen Solldruck, der einer Kondensationstemperatur (Tkond) des Kältemittels in folgendem Bereich entspricht: 2°C. ≤ Tkond ≤ 20°C., insbesondere 4°C. ≤ Tkond ≤ 10°C.

Description

Verfahren zum Abtauen eines als Luftwärmepumpe betriebenen äußeren Wärmeübertragers einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug, Kälteanlage und Kraftfahrzeug mit einer solchen Kälteanlage

BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtauen eines als Luftwärmepum penverdampfer betriebenen äußeren Wärmeübertragers einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug, eine Kälteanlage sowie ein Kraftfahrzeug mit einer sol chen Kälteanlage. Für Luftwärmepumpen wird üblicherweise in der Umgebungsluft gebundene Wärme genutzt, um ein Kältemittel zu verdampfen, ggf. zu erwärmen, sprich an dieses Wärme zu übertragen, so dass diese, gemeinsam mit der über den Verdichter eingebrachten Wärme, zum Erwärmen eines Luftstroms für den Innenraum eines Kraftfahrzeug dienen kann. Dabei wird das Kältemittel auf ein Verdampfungsdruckniveau bzw. Verdampfungstemperaturniveau unter halb der Umgebung gebracht, so dass der Umgebungsluft Wärme entzogen werden kann. Dabei kühlt die Umgebungsluft ab, was zur Folge haben kann, dass Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft ausfällt und sich an dem Luftwär mepumpenverdampfer bzw. dem äußeren Wärmeübertrager niederschlägt und dort gefriert. Entsprechend bildet sich am äußeren Wärmeübertrager eine Reifschicht aus, die ein Durchströmen des Umgebungsluftstroms durch den Wärmeübertrager erschwert. Dies beeinflusst die Verdampfungsleistung negativ, so dass schließlich die Heizleistung der Luftwärmepumpe nicht mehr gegeben ist bzw. einbricht.

Um in einer Kälteanlage das Abtauen des äußeren Wärmeübertragers zu ermöglichen, wird mittels angepasster Prozessverschaltung unter Hochdruck stehendes, warmes bzw. heißes Kältemittel unmittelbar vom Kältemittelver dichter in den vereisten, äußeren Wärmeübertrager geleitet. Aufgrund des Druckwechsels und des damit einhergehenden Temperatursprungs von ei nem kalten Niederdruckniveau (Luftwärmepumpenbetrieb) zu einem warmen bis heißen Hochdruckniveau kann die Temperatur am äußeren Wärmeüber trager plötzlich um 40K oder mehr ansteigen. Derart dynamische Tempera- turwechsel können zu Spannungen im äußeren Wärmeübertrager führen, so dass beispielsweise Fügestellen, wie etwa Lötstellen) stark beansprucht werden, was die Lebensdauer des äußeren Wärmeübertragers verkürzen kann. Ferner können solche Abtauvorgänge, bei denen das Temperaturni veau rasch bzw. schlagartig wechselt, mehrmals in einem Betriebszyklus der Luftwärmepumpe auftreten.

Beispiele für derartige Verschaltungen von Kältemittelanlagen mit Luftwär mepumpe können in der EP 2821 727 A1 , DE 11 2014003 184 T5 oder der DE 102017 110560 A1 gefunden werden.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Ver fahren zum Abtauen des als Luftwärmepumpenverdampfer betriebenen äu ßeren Wärmeübertragers anzugeben, bei dem die obigen Nachteile, insbe sondere große Temperatursprünge, vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Pa tentanspruchs 1, durch eine Kälteanlage mit den Merkmalen des Anspruch 7 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vor teilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Vorgeschlagen wird also ein Verfahren zum Abtauen eines als Luftwärme pumpenverdampfer betriebenen äußeren Wärmeübertragers einer Kältean lage für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kälteanlage aufweist: einen Kältemittelverdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekun därstrang verbindbar oder verbunden ist; einen äußeren Wärmeübertrager, der im Primärstrang angeordnet ist; einen Verdampfer, der im Primärstrang angeordnet ist; ein Heizregister (26), das im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; ein zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem äußeren Wärme übertrager (18) angeordnetes Primärstrangventil (A4), das im Luftwärme pumpenbetrieb geschlossen ist; ein zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem Heizregister (26) an- geordnetes Sekundärstrangventil (A3), das im Luftwärmepumpenbetrieb ge öffnet ist.

Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:

Schließen des Sekundärstrangventils (A3);

Öffnen des Primärstrangventils (A4), so dass Kältemittel direkt vom Kältemit- telverdichter (12) zum äußeren Wärmeübertrager strömt;

Einstellen eines eingangsseitigen Druckniveaus des Kältemittels am äußeren Wärmeübertrager auf einen Solldruck, der einer Kondensationstemperatur (Tkond) des Kältemittels in folgendem Bereich entspricht:

2°C. < Tkond < 20°C., insbesondere 4°C. < Tkond < 10°C.

Hierdurch wird die rasche bzw. schlagartige Erwärmung des vereisten, äuße ren Wärmeübertragers beim Abtauen vermieden. Das Kältemittel wird auf ein Druckniveau eingestellt, bei dem die Kondensationstemperatur auf einem Wert liegt, der (deutlich) oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser liegt, so dass das Abtauen ermöglicht wird. Allerdings wird das Druckniveau des Käl temittels und der damit verbundenen Temperaturanstieg am äußeren Wär meübertrager gezielt eingeschränkt bzw. geregelt, so dass das Auftreten von thermisch induzierten Spannungen am äußeren, als Luftwärm epumpenver- dampfer arbeitenden Wärmeübertrager reduziert werden kann.

Bei dem Verfahren kann eine luftseitig an dem äußeren Wärmeübertrager vorgesehene Schließeinrichtung geschlossen werden. Das Schließen kann dabei kurz vor oder im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Schließen des Se kundärstrangventils bzw. dem Öffnen des Primärstrangventils erfolgen. Hier- durch kann eine umgebungsluftseitige An- bzw. Durchströmung des äußeren Wärmeübertragers unterbunden werden, so dass der Abtauprozess be schleunigt werden kann, weil kaum bzw. keine kühlende Umgebungsluft den äußeren Wärmeübertrager an- bzw. durchströmt, die dem den Wärmeüber- träger durchströmenden Kältemittel Wärme entzieht und damit den Abtau prozess verzögert bzw. hemmt.

Das Druckniveau des Kältemittels kann so lange auf dem Solldruck einge- stellt bleiben bis eine ausgangsseitig am äußeren Wärmeübertrager gemes sene Kältemitteltemperatur (Tkm) während einer vorbestimmten Zeitdauer größer als 0°C. beträgt, insbesondere der Kondensationstemperatur (Tkond) entspricht. Hierdurch kann mit hoher Sicherheit bestimmt werden, dass der äußere Wärmeübertrager vollständig abgetaut bzw. enteist worden ist, da keinerlei bzw. nur noch geringfügig Wärme an die (ursprünglich) kalte und bereifte Oberfläche des Wärmeübertragers abgegeben wird..

Nach dem Erreichen der gewünschten Kältemitteltemperatur kann eine Lüf tereinrichtung eingeschaltet werden, um den äußeren Wärmeübertrager zu trocknen, insbesondere am äußeren Wärmeübertrager vorhandenes Kon densat auszutreiben. Die Lüftungseinrichtung kann dabei auch Umgebungs- luft zum äußeren Wärmeübertrager zuführen, wobei dies insbesondere bei Lufttemperaturen oberhalb des Gefrierpunktes erfolgt, um nicht unmittelbar wieder ein Vereisen der Kondensats herbeizuführen. Das Zuführen eines Luftstroms zum äußeren Wärmeübertrager kann auch einhergehen mit ei nem zumindest teilweise Öffnen der luftseitigen Schließeinrichtung.

Während des Betriebs der Lüftereinrichtung kann das Druckniveau des Käl temittels so eingestellt oder beibehalten werden, dass eine äußere Oberflä- chentemperatur des äußeren Wärmeübertragers 4°C. und mehr beträgt. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Austreiben von Kondensat und somit die Trocknung des äußeren Wärmeübertragers effizient durchgeführt werden kann. Das eingangsseitige Druckniveau kann durch Einstellen der Leistungsauf nahme des Kältemittelverdichters oder/und durch Einstellen der Öffnung ei nes Expansionsventils, das einem bspw. als Wasserwärmepumpenverdamp fer arbeitenden Chiller zugeordnet ist, auf den Solldruck gebracht werden. Hierdurch kann das gewünschte Druckniveau (Solldruck) zum Abtauen des äußeren Wärmeübertragers unter Berücksichtigung von wenigstens einem Betriebsparameter der Kälteanlage eingestellt werden.

Die obige Aufgabe wird auch gelöst durch eine Kälteanlage mit Wärmepum penfunktion für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kältemittelverdichter, der mit einem Primärstrang und einem Sekun därstrang verbindbar oder verbunden ist; einem als Luftwärmepumpenverdampfer betriebenen oder betreibbaren äu ßeren Wärmeübertrager, der im Primärstrang angeordnet ist; einem Verdampfer, der im Primärstrang angeordnet ist; einem Heizregister, das im Sekundärstrang angeordnet ist; einem zwischen dem Kältemittelverdichter und dem äußeren Wärmeübertra ger angeordneten Primärstrangventil; einem zwischen dem Kältemittelverdichter und dem Heizregister angeordne ten Sekundärstrangventil, wobei vorgesehen ist, dass die Kälteanlage dazu eingerichtet ist mit einem oben beschriebenen Verfahren zum Abtauen des äußeren Wärmeübertra gers betrieben zu werden.

Ein Kraftfahrzeug kann mit einer solchen Kälteanlage ausgestattet sein. Da bei kann es sich bei dem Kraftfahrzeug insbesondere um ein Elektrofahrzeug handeln. Bei einem Elektrofahrzeug kann der effiziente Betrieb der Kältean lage zu Stromeinsparungen führen, so dass hierdurch eine größere Reich weite des Elektrofahrzeugs erzielt werden kann.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein schematisches und vereinfachtes Schaltbild einer Kälteanlage für ein Kraftfahrzeug; Fig. 2 ein Flussdiagram einer beispielhaften Umsetzung des Verfahrens zum Abtauen des äußeren Wärmeübertragers, insbesondere mit tels der in Fig. 1 beschriebenen Kälteanlage. In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Kälteanlage 10 für ein Kraftfahrzeug schematisch und vereinfacht dargestellt. Die Kälteanlage 10 umfasst einen Kältemittelkreislauf 11, der sowohl in einem Kälteanlagenbetrieb (kurz auch AC-Betrieb genannt), als auch in einem Wärmepumpenmodus, sowie nicht weiter beschriebenen Nachheiz- bzw. Reheat-Modi betrieben werden kann. Die Kälteanlage 10 umfasst in der gezeigten Ausführungsform einen Käl temittelverdichter 12, einen äußeren Wärmeübertrager 18, einen inneren Wärmeübertrager 20, einen Verdampfer 22 und einen Akkumulator bzw. Käl temittelsammler 24. Der äußere Wärmeübertrager 18 kann als Kondensator oder Gaskühler ausgebildet sein. Insbesondere ist der äußere Wärmeüber- träger 18 in der dargestellten Ausführungsform bidirektional durchströmbar.

Der Verdampfer 22 ist hier beispielhaft als Frontverdampfer für ein Fahrzeug gezeigt. Der Verdampfer 22 steht stellvertretend auch für weitere in einem Fahrzeug mögliche Verdampfer, wie beispielsweise Fondverdampfer, die strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet sein können. Mit ande ren Worten umfasst die Kälteanlage 10 also wenigstens einen Verdampfer 22.

Stromabwärts des Verdichters 12 ist ein Absperrventil A4 angeordnet, das nachfolgend als Primärstrangventil A4 bezeichnet wird. Stromaufwärts des Verdampfers 22 ist ein Expansionsventil AE2 vorgesehen.

Im Rahmen dieser Beschreibung wird in dem gesamten Kältemittelkreislauf 11 der Kälteanlage 10 der Abschnitt vom Verdichter 12 zum äußeren Wär- meübertrager 18, zum inneren Wärmeübertrager 20 und zum Verdampfer 22 als Primärstrang 14 bezeichnet.

Die Kälteanlage 10 umfasst weiter einen Fleizregister 26 (auch als Fleizkon- densator oder Fleizgaskühler bezeichnet). Stromaufwärts des Fleizregisters 26 ist ein Absperrventil A3 angeordnet, das nachfolgend als Sekun därstrangventil A3 bezeichnet wird. Stromabwärts des Heizregisters 26 ist ein Absperrventil A1 angeordnet. Ferner ist stromabwärts des Heizregisters 26 ein Expansionsventil AE4 angeordnet.

Im Rahmen dieser Beschreibung wird in dem gesamten Kältemittelkreislauf der Kälteanlage 10 der Abschnitt vom Verdichter 12 zum Heizregister 26, zum Expansionsventil AE4 und zu einem Abzweig Ab2 als Sekundärstrang 16 bezeichnet. Der Sekundärstrang 16 umfasst einen Heizzweig 16.1, der sich von dem Absperrventil A3 über das Heizregister 26 zum Absperrventil A1 erstreckt. Weiter umfasst der Sekundärstrang 16 einen Nachheizzweig bzw. Reheat-Zweig 16.2, der stromaufwärts mit dem Heizregister 26 und stromabwärts mit dem äußeren Wärmeübertrager 18 fluidverbindbar ist. Da bei mündet der Sekundärstrang 16 bzw. der Reheat-Zweig 16.2 bei einem Abzweigpunkt Ab2 in den Primärstrang 14.

Die Kälteanlage 10 umfasst einen weiteren als Chiller 28 ausgeführten Ver dampfer . Der Chiller 28 ist strömungstechnisch parallel zum Verdampfer 22 vorgesehen. Der Chiller 28 kann beispielsweise zur Kühlung einer elektri- sehen Komponente des Fahrzeugs dienen, aber auch zur Realisierung einer Wasser-Wärmepumpenfunktion unter Nutzung der Abwärme von wenigstens einer elektrischen Komponente. Dem Chiller 28 ist stromaufwärts ein Expan sionsventil AE1 vorgeschaltet. Die Kälteanlage 10 kann auch ein elektrisches Heizelement 30 aufweisen, das beispielsweise als Hochvolt-PTC-Heizelement ausgeführt ist. Das elekt rische Heizelement 30 dient als Zusatzheizer für einen in den Fahrzeugin nenraum geführten Zuluftstrom L. Dabei kann das elektrische Heizelement 30 zusammen mit dem Heizregister 26 und dem Verdampfer 22 in einem Klimagerät 32 untergebracht sein. Dabei kann das elektrische Heizelement 30 dem Heizregister 26 nachgeschaltet angeordnet sein.

In der Fig. 1 sind ferner noch Rückschlagventile R1 und R2 ersichtlich. Fer ner sind auch einige Sensoren pT1 bis pT5 zur Erfassung von Druck oder/und Temperatur des Kältemittels dargestellt. Es wird darauf hin gewiesen, dass die Anzahl der Sensoren bzw. deren Anordnung hier nur beispielhaft gezeigt ist. Eine Kälteanlage 10 kann auch weniger oder mehr Sensoren aufweisen. Im gezeigten Beispiel sind als Sensoren kombinierte Druck-/Temperatursensoren pT1 bis pT5 gezeigt. Es ist aber genauso denk bar, dass voneinander getrennte Sensoren für die Messung von Druck bzw. Temperatur eingesetzt werden und ggf. auch räumlich voneinander getrennt entlang den Kältemittelleitungen angeordnet sind.

Die Kälteanlage 10 kann in unterschiedlichen Modi betrieben werden, die nachfolgend kurz beschrieben werden.

Im AC-Betrieb des Kältemittelkreislaufs 11 strömt das auf Hochdruck ver dichtete Kältemittel ausgehend von dem Kältemittelverdichter 12 bei offenem Primärstrangventil A4 und bei geschlossenem Sekundärstrangventil A3 in den äußeren Wärmeübertrager 18. Von dort strömt es zu dem Hochdruckab schnitt des inneren Wärmeübertragers 20 und dem vollständig geöffneten Expansionsventil AE3. Über einen Abzweigpunkt Ab1 kann das Kältemittel zum Expansionsventil AE2 und in den Innenraum-Verdampfer 22 strömen (Verdampferabschnitt 22.1). Parallel oder alternativ kann das Kältemittel über einen Abzweigpunkt Ab4 und das Expansionsventil AE1 in den Chiller 28 strömen (Chillerabschnitt 28.1). Aus dem Verdampfer 22 oder/und dem Chil ler 28 strömt das Kältemittel niederdruckseitig in den Sammler 24 und durch den Niederdruckabschnitt des inneren Wärmeübertragers 20 zurück zum Verdichter 12.

In dem AC-Betrieb ist der Heizzweig 16.1 bzw. der Sekundärstrang 16 mit tels des Absperrventils A3 abgesperrt, so dass heißes Kältemittel nicht durch das Heizregister 26 strömen kann. Zur Rückholung von Kältemittel aus dem inaktiven Heizzweig 16.1 kann das als Absperrventil ausgebildete Absperror gan A5 geöffnet werden, so dass das Kältemittel über das Absperrorgan A5 und das Rückschlagventil R2, bei gleichzeitig geschlossenem Absperrorgan A2, in Richtung des Sammlers 24 strömen kann. Im Heizbetrieb des Kältemittelkreislaufs 11 ist das Primärstrangventil A4 ge schlossen und das Sekundärstrangventil A3 geöffnet, so dass heißes Kälte mittel in den Heizzweig 16.1 strömen kann. Zur Durchführung der Heizfunktion mittels des Chillers 28 zur Realisierung eines Wasser-Wärmepumpenbetriebs strömt das mittels des Kältemittelver dichters 12 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrventil A3 in das Heizregister 26 . Am Heizregister 26 wird Wärme an einen in den Fahrzeug innenraum geführten Zuluftstrom L abgegeben. Das Kältemittel strömt an- schließend über das geöffnete Absperrventil A1 und den Abzweigpunkt Ab1. Es wird mittels des Expansionsventils AE1 in den Chiller 28 zur Aufnahme von Abwärme der in einem Kühlmittelkreislauf 28.2 angeordneten elektri schen und/oder elektronischen Komponenten entspannt. Bei dieser Heiz funktion sind die Expansionsventile AE3 und AE4 geschlossen, das Absperr- ventil A5 geschlossen und das Absperrventil A2 geöffnet. Dabei kann über das Absperrventil A2 im Wasser-Wärmepumpenbetrieb ausgelagertes Käl temittel aus einem Bidirektionalzweig 14.1 bzw. dem Primärstrang 14 abge saugt und über das Rückschlagventil R2 dem Sammler 24 zugeführt werden. Eine (indirekte) Dreiecksschaltung kann dadurch realisiert werden, dass bei geöffnetem Absperrventil A1 das von dem Kältemittelverdichter 12 verdichte te Kältemittel mittels des Expansionsventils AE1 in den Chiller 28 entspannt wird, wobei gleichzeitig kühlmittelseitig, also in dem Kühlmittelkreislauf 28.2 kein Massenstrom erzeugt wird, also bspw. das als Kühlmittel verwendete Fluid, wie etwa Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch, auf der Kühlmittelseite des Chillers 28 stehen bleibt bzw. der Chiller 28 nicht aktiv von Kühlmittel durchströmt wird. Die Expansionsventile AE2, AE3 und AE4 bleiben bei die ser Schaltvariante geschlossen. Zur Durchführung der Heizfunktion mittels Luftwärmepumpenbetrieb per äu ßerem Wärmeübertragers 18 als Wärmepumpenverdampfer) strömt das mit tels des Kältemittelverdichters 12 verdichtete Kältemittel über das geöffnete Absperrventil A3 zur Abgabe von Wärme an einen Zuluftstrom L in das Heiz register 26. Anschließend wird es über das geöffnete Absperrventil A1 mittels des Expansionsventils AE3 in den äußeren Wärmeübertrager 18 zur Auf nahme von Wärme aus der Umgebungsluft entspannt. Danach strömt das Kältemittel über einen Wärmepumpenrückführzweig 15 zum Sammler 24 und zurück zum Kältemittelverdichter 12. In dem Wärmepumpenrückführzweig 15 ist ein Absperrventil A2 vorgesehen, dass im Luftwärmepumpenbetrieb ge öffnet ist. Die Expansionsventile AE1, AE2 und AE4 bleiben dabei, ebenso wie das Absperrventil A5, geschlossen. Bei diesem Luftwärmepumpenbe trieb kann es zu Vereisungen am äußeren Wärmeübertrager 18 kommen, wie dies bereits einleitend beschrieben worden ist.

Auf die Möglichkeiten des Kombinationsbetriebs einer Wasserwärmepum pen- und einer Luftwärmepumpenverschaltung soll, analog dem Reheat- Betrieb, nicht weiter eingegangen werden. Für die nachfolgende Beschreibung des Verfahrens zum Abtauen des äuße ren Wärmeübertragers 18 wird davon ausgegangen, dass die Kälteanlage zunächst im Luftwärmepumpenbetrieb, wie oben beschrieben, ist.

Das Verfahren 500 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bei- spielhaft beschrieben. Das Verfahren 500 zum Abtauen eines äußeren Wär meübertragers wird gestartet, wenn während des Luftwärmepumpenbetriebs anhand von Betriebsparametern der Kälteanlage 10 eine zumindest teilweise oder beginnende Vereisung des äußeren Wärmeübertragers 18 festgestellt wird, was durch den Schritt S501 illustriert ist. Mögliche Betriebsparameter, die auf eine (teilweise) Vereisung hinweisen, können beispielsweise folgende sein:

• Die Luftmenge über den Umgebungs-Wärmeübertrager als Luftwär mepumpenverdampfer reduziert sich, die Druckverluste bei konstanter Lüfteransteuerung nehmen zu; · Bei gleichbleibendem Heizbedarf und Niederdruckniveau sinken kon tinuierlich die Verdichterdrehzahl und der Hochdruck im Kältekreis.

Wird bei dem Verfahren 500 eine zumindest teilweise Vereisung des äuße ren Wärmeübertragers 18 festgestellt, wird gemäß Schritt S502 das Sekun- därstrangventil A3 geschlossen. Nachfolgend oder im Wesentlichen gleich zeitig wird das Primärstrangventil A4 geöffnet (S503), so dass Kältemittel direkt vom Kältemittelverdichter 12 zum äußeren Wärmeübertrager 18 strömt.

Gemäß Schritt S504 wird ein eingangsseitiges Druckniveau des Kältemittels am äußeren Wärmeübertrager 18 auf einen Solldruck eingestellt, der einer Kondensationstemperatur (Tkond) des Kältemittels in folgendem Bereich entspricht:

2°C. < Tkond < 20°C., insbesondere 4°C. < Tkond < 10°C.

Gemäß einem Schritt S505, der beispielsweise vor oder im Wesentlichen gleichzeitg mit oder ggf. (knapp) nach den Schritten S503 bzw. S504 ausge führt werden kann, wird eine luftseitig an dem äußeren Wärmeübertrager 18 optional vorgesehene Schließeinrichtung 19 (Fig. 1) geschlossen. Durch das Schließen der Schließeinrichtung 19 wird verhindert, dass der äußere Wär meübertrager 18 von kühlender Umgebungsluft durchströmt wird.

Gemäß Schritt S506 wird überprüft, ob eine Kältemitteltemperatur Tkm aus gangsseitig an dem äußeren Wärmeübertrager 18 eine gewünschte Solltem peratur Tkms erreicht hat. Dabei ist die Solltemperatur Tkms mit größer 0°C vorbestimmt bzw. festgelegt, insbesondere kann die Solltemperatur Tkms im Wesentlichen gleich der Kondensationstemperatur Tkond gewählt sein, also in einem Bereich von 2°C bis 20°C, insbesondere 4°C. bis 10°C. Ist dies nicht der Fall, bleibt gemäß Schritt S507 das Druckniveau des Kältemittels so lange auf dem Solldruck eingestellt bis die ausgangsseitig am äußeren Wärmeübertrager 18 gemessene Kältemitteltemperatur Tkm die Solltempe ratur Tkms erreicht. Ist die Solltemperatur Tkms erreicht, wird gemäß Schritt S508 geprüft, ob die Solltemperatur Tkms während einer vorbestimmten Zeitdauer vorliegt. Diese Zeitdauer kann beispielsweise von etwa 10 Sekun den bis etwa 120 Sekunden eingestellt bzw. gewählt werden.

Zur Erfassung besagter Kältemittelaustrittstemperatur Tkm am äußeren Wärmeübertrager 18 ist es vorteilhaft, wenn dieser stromabwärts eine Tem- peraturmessstelle zur Mediums- oder Oberflächentemperaturerfassung auf weist, um entsprechend benötigten Signalwert zurückmelden zu können. Hier kann der Sensor pT3 (Fig. 1) als Kombinationssensor aus Druck- und Temperatursignal oder ein separater Temperatursensor diese Aufgabe erfül len.

Nach dem Erreichen der gewünschten Kältemitteltemperatur Tkm, wobei Tkm im Wesentlichen gleich groß wie die Solltemperatur Tkms ist, kann ge mäß Schritt S509 eine Lüftereinrichtung eingeschaltet werden, um den äuße ren Wärmeübertrager 18 zu trocknen, insbesondere am äußeren Wärme übertrager 18 vorhandenes Kondensat auszutreiben.

Während des Betriebs der Lüftereinrichtung (S509) wird überprüft, ob der äußere Wärmeübertrager 18 (ausreichend) abgetrocknet ist, was in Schritt S510 illustriert ist durch Verwendung des Begriffs „normal“. Falls das Ab trocknen des äußeren Wärmeübertragers 18 noch länger durchgeführt wer den soll, wird gemäß Schritt S511 das Druckniveau des Kältemittels so ein gestellt oder beibehalten, dass eine äußere Oberflächentemperatur des äu ßeren Wärmeübertragers 18 4°C. und mehr beträgt. Ist das Trocknen des äußeren Wärmeübertragers 18 abgeschlossen, kann das Verfahren 500 zum Abtauen des äußeren Wärmeübertragers 18 beendet werden (S512).

Das gemäß S504 eingestellte, eingangsseitige Druckniveau wird durch Ein stellen der Leistungsaufnahme des Kältemittelverdichters 12 oder/und durch Einstellen der Öffnung des Expansionsventils AE1, das dem als Wasser wärmepumpe arbeitenden Chiller 28 zugeordnet ist, auf den Solldruck ge bracht. Besagter Solldruck kann über einen als Kombinationssensor aus Druck und Temperatursignal pT1 oder einen separaten Drucksensor bereit gestellt werden.

In einer ergänzenden Ausführungsform des Luftwärmepumpenverdampfers kann dieser anstelle einer Umsetzung einer direkten Verdampfung (Wärme übertrag von Luft auf Kältemittel) auch eine indirekte Verdampfung (Wärme übertrag von Luft auf Zwischenfluid und dann vom Zwischenfluid auf das Käl- temittel) aufweisen. Auch für diesen Fall ist das hier vorgestellte Verfahren vom Prinzip her anwendbar. Allerdings wird in diesem Fall der Umgebungs- Zwischenfluid-Wärmeübertrager abgetaut. Entsprechend wird über den Käl tekreis nicht die Drucklage und damit die Temperatur im Kältemittel oberhalb des Gefrierpunktes eingestellt, sondern es wird die Zwischenmediumstempe ratur so lange zu erwärmt, bis diese vom Eintritt hin zum Austritt des Umge- bungs-Zwischenfluid-Wärmeübertragers eine Temperatur oberhalb 0°C auf weist. Damit kann ebenfalls sichergestellt werden, dass sich eine Reifschicht am Umgebungs-Zwischenfluid-Wärmeübertrager aufgelöst hat.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

Verfahren (500) zum Abtauen eines als Luftwärmepumpenverdampefer betriebenen äußeren Wärmeübertragers (18) einer Kälteanlage (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Kälteanlage (10) aufweist: einen Kältemittelverdichter (12), der mit einem Primärstrang (14) und einem Sekundärstrang (16) verbindbar oder verbunden ist; einen äußeren Wärmeübertrager (18), der im Primärstrang (14) ange ordnet ist; einen Verdampfer (22), der im Primärstrang (14) angeordnet ist; ein Heizregister (26), das im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; ein zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem äußeren Wärme übertrager (18) angeordnetes Primärstrangventil (A4), das im Luftwär mepumpenbetrieb geschlossen ist; ein zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem Heizregister (26) angeordnetes Sekundärstrangventil (A3), das im Luftwärmepumpenbe trieb geöffnet ist; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

Schließen (S502) des Sekundärstrangventils (A3);

Öffnen (S503) des Primärstrangventils (A4), so dass Kältemittel direkt vom Kältemittelverdichter (12) zum äußeren Wärmeübertrager (18) strömt;

Einstellen (S504) eines eingangsseitigen Druckniveaus des Kältemittels am äußeren Wärmeübertrager (18) auf einen Solldruck, der einer Kon densationstemperatur (Tkond) des Kältemittels in folgendem Bereich entspricht:

2°C. < Tkond < 20°C., insbesondere 4°C. < Tkond < 10°C.

Verfahren (500) nach Anspruch 1 , wobei eine luftseitig an dem äußeren Wärmeübertrager (18) vorgesehene Schließeinrichtung (19) geschlos sen wird (S505).

Verfahren (500) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Druckniveau des Kältemittels so lange auf dem Solldruck eingestellt bleibt (S506, S507) bis eine ausgangsseitig am äußeren Wärmeübertrager (18) gemessene Kältemitteltemperatur (Tkm) während einer vorbestimmten Zeitdauer größer als 0°C. beträgt (S508), insbesondere der Kondensationstempe ratur (Tkond) entspricht.

4. Verfahren (500) nach Anspruch 3, wobei nach dem Erreichen der ge wünschten Kältemitteltemperatur (Tkm) eine Lüftereinrichtung einge schaltet wird (S509), um den äußeren Wärmeübertrager (18) zu trock nen, insbesondere am äußeren Wärmeübertrager (18) vorhandenes Kondensat auszutreiben.

5. Verfahren (500) nach Anspruch 4, wobei während des Betriebs der Lüf tereinrichtung das Druckniveau des Kältemittels so eingestellt oder bei behalten wird (S511), dass eine äußere Oberflächentemperatur des äußeren Wärmeübertragers (18) 4°C. und mehr beträgt.

6. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das eingangsseitige Druckniveau durch Einstellen (S504) der Leistungsauf nahme des Kältemittelverdichters (12) oder/und durch Einstellen der Öffnung eines Expansionsventils (AE1), das einem als Wasserwärme pumpe arbeitenden Chiller (28) zugeordnet ist, auf den Solldruck ge bracht wird.

7. Kälteanlage (10) mit Wärmepumpenfunktion für ein Kraftfahrzeug, mit einem Kältemittelverdichter (12), der mit einem Primärstrang (14) und einem Sekundärstrang (16) verbindbar oder verbunden ist; einem als Luftwärmepumpe betriebenen oder betreibbaren äußeren Wärmeübertrager (18), der im Primärstrang (14) angeordnet ist; einem Verdampfer (22), der im Primärstrang (14) angeordnet ist; einem Heizregister (26), das im Sekundärstrang (16) angeordnet ist; einem zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem äußeren Wär meübertrager (18) angeordneten Primärstrangventil (A4); einem zwischen dem Kältemittelverdichter (12) und dem Heizregister (26) angeordneten Sekundärstrangventil (A3); dadurch gekennzeichnet, dass die Kälteanlage (10) dazu eingerichtet ist mit einem Verfahren (500) zum Abtauen des äußeren Wärmeüber tragers nach einem der vorhergehenden Ansprüche betrieben zu wer den.

Kraftfahrzeug mit einer Kälteanlage (10) nach Anspruch 7.